بررسی و تعین آستانه بارش‌های حدی غرب ایران با استفاده از روش توزیع مقادیر حدی تعمیم‌یافته

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه یزد

چکیده

سابقه و هدف: حدهای بارشی در هر نقطه، به بارش‌های نابهنجار گفته می‌شود که در دنباله و دور از نقطه تمرکز توزیع فراوانی بارش آن نقطه قرار گرفته باشد. اخیرا حدهای بالا و دنباله بالایی توزیع فراوانی بارش مورد توجه بسیار بوده‌اند. در این راستا به فراخور ویژگی‌های جغرافیایی هر پهنه، آستانه‌های متعدد و متنوعی برای این ویژگی بارش معرفی و به کار گرفته شده است. یکی از نمایه‌های پرکاربرد مربوط به بارش روزانه، مبتنی بر توزیع تعمیم یافته مقادیر حدی است. هدف این پژوهش تعیین آستانه بارش‌های حدی در مناطق غربی ایران(استان‌های همدان، لرستان، کردستان، کرمانشاه و ایلام) و سپس تحلیل فضایی آستانه ها انتخاب شده است.
داده‌ها و روش‌ها: برای این منظور با استفاده از داده‌های بارش 69 ایستگاه سینوپتیک و اقلیم‌شناسی در یک دوره 50 ساله (1961 تا 2010) با روش توزیع مقادیر حدی تعمیم یافته و روش ناپارامتریک (شاخص صدک 95ام و 99ام) آستانه بارش‌های حدی تعیین و سپس آستانه انتخاب شده با دو معیار اقلیمی مورد ارزیابی قرار گرفتند و سپس به تحلیل فضایی آستانه ها پرداخته شد. در این مطالعه سه آزمون توزیع مقادیر حدی تعمیم یافته POT (آزمون MRL، TC، DI) آزمون ناپارامتریک، روش CPOT که از میانگین آستانه انتخاب شده از هر سه روش ناپارامتریک است و نیز روش پارامتریک (شاخص‌های صدک 95ام و صدک 99ام برای انتخاب آستانه بارش‌های حدی غرب کشور به کار گرفته شد. و نهایتا با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی به تحلیل و پراکنش فضایی آستانه های تعیین شده از روش‌های مذکور در ایستگاه‌های مورد مطالعه پرداخته شد.
یافته ها: نتایج حاصل از ارزیابی نشان داد که روش CPOT روش مناسبی برای انتخاب آستانه بارش حدی غرب ایران است که 81 درصد آستانه بارش‌های حدی ایستگاه‌های مورد مطالعه در داخل مقادیر مفروض هر دو معیار قرار می‌گیرد و کمترین مقدار را صدک 95ام برآورد کرده است که به طور کلی روش ناپارامتریک با توجه به دو معیار ارزیابی که معیار اول مربوط به طول سری داده های بالاتر از آستانه و دیگری به مقدار آستانه انتخاب شده است، نتایج رضایت بخشی نشان ندادند. آستانه بارش‌های حدی کمتر از نصف تعداد ایستگاه‌های مورد مطالعه در مرزهای مفروض هر دو معیار قرار گرفت.
نتیجه گیری:
نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل روش های پارامتریک (توزیع حدی تعمیم یافته) و ناپارامتریک بر روی 69 ایستگاه تحت مطالعه نشان داد که آستانه بارش‌های حدی اکثر ایستگاه‌ها بین 22 تا 26 میلیمتر قرار دارد و روش CPOT یک روش اثبات شده و کارآمد برای تعیین آستانه بارش حدی غرب کشور است و همچنین روش MRL نیز یک روش رضایت بخش برای انتخاب آستانه بارش‌های حدی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis and determining the threshold of extreme precipitation of Western Iran through using general extreme value distribution

چکیده [English]

Background and Objectives: The limits of precipitation in any area, is said to be abnormal rainfall that is on the trail and away from the focus point of the distribution of rainfall. The high limits and high sequence distribution of precipitation have been of interest recently. In this regard, according to the geographical features of the area, many and varied threshold for this feature is introduced and applied. One of the most widely used indexes of daily precipitation is based on generalized distribution of limit values. The aim of this study was to determine the threshold of extreme rainfall in the western regions of Iran (Hamedan, Lorestan, Kordestan, Kermanshah and Ilam) and spatial analysis thresholds.
Data and Methods: For this purpose, data from rainfall of 69 synoptic stations and climatology in a 50-year period (1961 to 2010) with the distribution of general extreme value and non-parametric method (index percentile, 95th and 99th) of threshold rainfall were selected for sapacial analysis through two climatological criteria. In this study, three distribution test limit values generalized POT (test MRL, TC, DI) nonparametric test, procedure CPOT that the average threshold of these three non-parametric methods, and also the parametric method was applied (Indexes of 95th percentile and the 99th percentile have been selected for the threshold Extreme rainfall of the Western Country. And finally, using GIS to analyze the spatial distribution thresholds determined by the methods mentioned in the stations studied were discussed.
Results: The results of the evaluation showed that CPOT is a good way to choose the threshold of extreme precipitation of Western Iran that the 81 percent threshold Extreme rainfall stations studied in the given amounts fall in between both criteria and the lowest amount is estimated by 95th percentile which is generally non-parametric method according to both evaluation criteria that the first criterion related to the data series above the threshold, and the other is selected in the threshold value, did not show satisfactory results. Threshold Extreme rainfall less than half the number of stations studied fell at the borders of both criteria.
Conclusion: The results of the analysis of parametric methods (some generalized distribution) and nonparametric on 69 stations showed that Extreme rainfall threshold of most of the stations was between 22 to 26 mm and CPOT method is a proven and efficient method for determining the threshold of extreme precipitation in Western country and also MRL is a satisfactory method for selecting threshold extreme precipitation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Key words: threshold
  • extreme precipitation
  • generalized distribution limit values
  • West Iran
1.Anagnostopoulou, Ch., and Tolika, K. 2011. Extreme precipitation in Europe: statistical
threshold selection based on climatological criteria, J. Theor. Appl. Climatol. 30 July.
Pp: 479-489.
2.Asakereh, H. 2011. Change the frequency of extreme precipitation in Zanjan. J. Geograph.
Plan. 23: 1. 51-66.
3.Asgari, A., Rahimzadeh, F., Mohamadian, N., and Fatahi, A. 2007. Analysis of trends in
extreme precipitation indices in Iran. Water Resources Research, 3: 3. 42-55.
4.Bartolini, G., Morabito, M., Crisci, A., Grifoni, D., Torrigiani, T., Petralli, M., Maracchi, G.,
and Orlandini, S. 2008. Recent trends in tuscanycitaly (Italy) summer temperature and
indices of extremes. Inter. J. Climatol. 28: 1751-1760.
5.Becker, S., Hartmann, H., Zhsng, Q., Wu, Y., and Tiang, T. 2007. Cyclicity analysis of
Precipitation regimes in the Yangtze River Basin, China. Int. J. Climatol. 94: 139-153.
6.Beguería, S. 2005. Uncertainties in partial duration series modelling of extremes related to the
choice of the threshold value, J. Hydrol. 303: 215-230.
7.Benestad, R. 2006. Can we expect more extreme precipitation on the monthly time scale?
J. Clim. 19: 630-637.
8.Beniston, M., Stephenson, D.B., Christensen, O.B., Ferro, C., Frei, C., Halnaes, G.K., Holt,
T., Julhä, K., Koffi, B., Palutikof, J., Schöll, R., Semmler, T., and Woth, K. 2007. Future
extreme events in European climate: an exploration of regional climate model projections,
Clim Change. 81: 71-95.
9.Coles, S.G. 2001. An introduction to statistical modeling of extreme values. Springer,
New York.
10.Cunnane, C. 1979. A note on the Poisson assumption in partial duration series models.
Water Resour. Res. 15: 489-494.
11.Frich, P., Alexander, L.V., Della-Marta, P., Gleason, B., Haylock, M., Tank, A.M.G.K., and
Peterson, T. 2002. Observed coherent changes in climatic extremes during the second half of
the twentieth century. Clim. Res. 19: 193-212.
12.IPCC. 2007. IPCC Fourth Assessment Report: Climate change Working Group, I: The
Physical Science Basis. Cambridge University Press, 996p.
13.Jones, R., Hayley, J., Fowler, Ch., Kilsby, G., and Blenkinsop, S. 2012. An assessment of
changes in seasonal and annual extreme rainfall in the UK between 1961 and 2009.
J. Climatol. DOI: 10.1002/joc.3503.
14.Klein Tank, A.M.G., and Können, G.P. 2003. Trends in indices of daily temperature and
precipitation extremes in Europe, 1946-99. J. Clim. 16: 3665-3680.
15.Kotz, S., and Nadarajah, S. 1999. Extreme values distribution, theory and applications.
Imperial College Press, London.
16.Kyselý, J. 2009. Trends in heavy precipitation in the Czech Republic over 1961-2005.
Int. J. Clim. 29: 1745-1758.
17.Mohamadi, B. 2013. Annual Trend Analysis heavy precipitation Iran. J. Geograph. Res.
108: 164-178.
18.Ribatet, M. 2007. A user’s guide to the POT package. http://cranrproject.
org/web/packages/POT/vignettes/POT.pdf. Accessed Jan 2011.
19.Rodeh, H., Yosefi, Y., Masompur Samakosh, J., and Faizi, V. 2014. Spatiotemporal
variability of extreme precipitation in Iran. J. Geograph. Plan. 25: 2. 25-36.
20.Schmidli, J., and Frei, C. 2005. Trends of heavy precipitation and wet and dry spells in
Switzerland during the 20th century. Int. J. Climatol. 25: 753-771.
21.Shirmohamadi, Z., Khani, A., Ansari, H., Alizadeh, A., and Mohamadian, A. 2012. Study of
the ENSO phenomenon with seasonal extreme precipitation values in Khorasan. Soil and
water conservation research. 19: 61-80.
22.Tebaldi, C., Hayhoe, K., Arblaster, J.M., and Meehl, G.A. 2006. Going to the extremes: an
intercomparison of the model simulated historical and future changes in extreme events.
Clim Change, 79: 185-211.
23.Wilks, D.S. 1995. Statistical methods in the atmospheric sciences. Academic, New York.
24.Zahedianfar, F., Ghorbani, Kh., Meftah Halaghi, M., Abdolhosseini, M., and Dehghani, A.A.
2015. Flood Frequency Analysis on the basis of extreme values theory (Case study:
Arazkuseh hydrometric station, Golestan). J. Water Soil Cons. 22: 3.