پیش‌بینی خشکسالی در منطقه خشک و نیمه‌خشک ایران با استفاده از مدل‌های سری زمانی و زنجیره مارکف

Abstract

با استفاده از مدل‌­های سری زمانی و زنجیره مارکف مرتبه اول امکان پیش‌­بینی پدیده خشکسالی در بخش خشک و نیمه‌خشک مرکز و شرق ایران مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور با استفاده از داده­‌های بارش 69 ایستگاه سینوپتیک و اقلیم‌شناسی منطقه مورد مطالعه در دوره 2005-1975 نمایه SPI در مقیاس‌های زمانی سه، شش و 12 ماهه برای همه ایستگاه‌­ها محاسبه شد. با استفاده از تحلیل مولفه‌­های اصلی و چرخش به روش وریمکس منطقه مورد مطالعه بر اساس تغییرات زمانی SPI سه و 12 ماهه به دو منطقه و بر اساس تغییرات زمانی SPI شش ماهه به سه منطقه کاملاً همگن تقسیم و سری زمانی نمره استاندارد مولفه‌های انتخابی به‌عنوان سری زمانی منطقه‌ای SPI در هر منطقه برای پیش‌بینی شدت خشکسالی با استفاده از مدل‌های سری زمانی باکس-جنکینز مورد استفاده قرار گرفت. با برازش مدل‌های مختلف باکس-جنکینز به سری‌های منطقه‌ای SPI در مقیاس‌های مختلف، مدل مناسب برای هر یک از سری‌های منطقه‌ای شناسایی شد. همچنین با استفاده مدل زنجیره مارکف مرتبه اول احتمال وقوع دوره‌های خشک، نرمال و تر و نیز تعداد و تداوم رویدادهای خشک و تر مورد انتظار برای همه ایستگاه‌ها محاسبه شد. نتیجه این بررسی نشان می‌دهد که احتمال رسیدن از یک حالت معین به همان حالت در ماه بعدی در همه ایستگاه‌ها بسیار زیاد و اغلب بیش از 60 درصد است. در مقابل احتمال گذر از یک وضعیت به وضعیت مخالف در همه ایستگاه‌ها بسیار پائین و اغلب کمتر از 10 درصد است. نتیجه این بررسی همچنین نشان داد که مدل ARMA با سری‌های منطقه‌ای SPI سه و شش ماهه و مدل SARIMA با سری‌های منطقه‌ای SPI دوازده ماهه بهترین برازش را دارند. با استفاده از مدل‌های شناسایی شده مقدار SPI برای گام‌های زمانی آینده برای هر یک از سری‌های SPI منطقه‌ای پیش‌بینی شد و مشخص شد که مدل‌های انتخاب شده حداکثر می‌توانند تا سه ماه آینده را با دقت مناسب پیش‌بینی کنند، اما از دقت پیش‌بینی برای گام‌های زمانی بیش از سه ماه جلوتر به سرعت کاسته می‌شود.