برآورد احتمال وقوع توفانهای تندری بهاره با استفاده از مدل زنجیره مارکف مطالعه موردی: تبریز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی، گروه جغرافیا، دانشگاه پیام نور،تهران، ایران

2 استادیار آب و هواشناسی، گروه جغرافیا، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 استاد آب و هواشناسی، دانشکده جغرافیا و برنامه ریزی، دانشگاه تبریز، ایران

4 دانشجوی دکتری آب و هواشناسی، دانشکده جغرافیا و برنامه‌ریزی، دانشگاه تبریز، ایران

چکیده

توفانهای تندری یکی از پدیده های آب و هوایی هستند که به دلیل همراهی با رعد و برق، باد شدید، تگرگ و بارشهای شدید موجب آسیبهای فراوانی در دنیا میشوند. در این پژوهش احتمال وقوع روزهای همراه با توفان تندری در تبریز در فصل بهار با به کارگیری قوانین احتمالاتی و با استفاده از تکنیک زنجیره مارکف مورد تحلیل قرار گرفته است. بدین منظور از داده های روزانه مربوط به توفانهای تندری (کدهای 95 تا 99) در یک دوره آماری 65 ساله (2015- 1951) استفاده گردید. ابتدا روزها به دو دسته روزهای عادی با کد صفر و روزهای همراه با توفان تندری با کد 1 تقسیم شده و تعداد حالتهای انتقال شرطی در ماههای مورد مطالعه شمارش شد. سپس ماتریس احتمال تغییر وضعیت بر اساس روش درستنمایی بیشینه محاسبه گردید. برخی از خصوصیات مهم دیگر، مانند احتمالات ساده تجربی و احتمال تعادل دوره ها، فراوانی وقوع، طول دوره ها و سیکل هوایی نیز تعیین شد و در نهایت با محاسبه فراوانی دوره های همراه با توفان تندری، احتمال وقوع این دوره ها و دوره بازگشت آنها مشخص گردید. نتایج نشان میدهد که کوتاهترین سیکل هوایی مربوط به ماه می است که بیشترین فراوانی توفان تندری را دارد و بالعکس طولانی ترین سیکل هوایی مربوط به ماه آوریل که فراوانی کمتری دارد. در طی دوره آماری 65 ساله، توالی دوره های توفانی یک روزه و دو روزه بیشترین فراوانی را داشته است و بتدریج برای توالیهای طولانیتر، از فراوانی دوره های همراه با توفان تندری کاسته میشود. دوره بازگشت دوره های توفان تندری یک روزه و دو روزه به طور متوسط 5/1 و 5 روز میباشد. رابطه رگرسیونی بین مقادیر مشاهده شده و برآورد شده دوره های n روزه همراه با توفان تندری، نشان می دهد که میزان دقت و اطمینان موردنظر برای همه ماهها، بالاتر از 99 درصد بوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimating the occurrence probability of Spring Thunderstorms using Markov chain, Case Study: Tabriz

نویسندگان [English]

  • Mohammadreza Azizzadeh 1
  • Khadijeh Javan 2
  • Ali Akbar Rasouli 3
  • Elnaz Ostadi 4
1 Department of Geography, Payam Noor University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor of Climatology, Department of Geography, Urmia University, Urmia, Iran
3 Professor of Climatology, Faculty of Geography and planning, Tabriz University, Tabriz, Iran
4 PhD Student of Climatology, Faculty of Geography and planning, Tabriz University, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Thunderstorms are one of the climatic phenomena that cause numerous damages in different parts of the world, due to the accompaniment with thunder, high winds, hail and heavy precipitation. In this study, the probability of thunderstorm days in Tabriz in the spring is analyzed using probabilistic rules and Markov chain model. For this purpose, the daily data related to thunderstorms (codes 95 to 99) was used for 65 years (1951-2015). At first, the daily data is classified into the normal days (code 0) and thunderstorm days (code 1). Then the frequency matrix is formed and the probability matrix is created accordingly based on maximum likelihood method. The Markov chain properties such as empirical probability and equilibrium probability, Frequency of occurrence, mean time periods and weather cycle were investigated. Finally, Occurrence Probability and return period of these spells were determined. The results show that the shortest weather cycle is in May, which has the highest frequency of thunderstorms. Conversely, the longest weather cycle is in April, which has the lowest frequency of thunderstorms. Also, in 65 years period, the one-day and two-day stormy sequences have the highest frequency. And For longer sequences, the frequency of thunderstorm days is reduced. The return period of one-day and two-day stormy spells is 1.5 and 5 days. Regression relation between the observed and estimated values of n-step periods of thunderstorm days shows that the considered accuracy and reliability for all months is more than 99%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thunderstorm
  • Markov chain
  • Probability matrix
  • Return period
  • Tabriz

آشگرطوسی، شادی؛ علیزاده، امین و سهیلا جوانمرد (1382). پیش­بینی احتمال وقوع خشکسالی در استان خراسان، تحقیقات جغرافیایی، شماره 70، صص 128-119.

جعفرپور، ابراهیم (1385). مبانی اقلیم شناسی. انتشارات پیام نور. چاپ هفتم. 204 صفحه.

جوان، خدیجه (1395). بررسی تداوم روزهای بارانی در حوضه دریاچه ارومیه با استفاده از مدل زنجیره مارکف، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال شانزدهم، شماره 43، صص 193-173.

حجازی­زاده، زهرا و علیرضا شیرخانی (1384). تحلیل و پیش­بینی آماری خشکسالی و دوره­های خشک و تر کوتاه­مدت در استان خراسان، پژوهش­های جغرافیایی، دوره 37، شماره 52، صص 31-13.

خوشحال، جواد و یوسف قویدل رحیمی (1386). شناسایی ویژگی­های سوانح محیطی منطقه شمال­غرب ایران: مورد مطالعاتی خطر توفان­های تندری در تبریز، فصلنامه مدرس علوم انسانی، دوره 11 (پیاپی 53)، صص 115-101.

دارند، محمد؛ نریمانی، مهتاب؛ شریعتی، ژیلا و شرمین نامداری (1394). تحلیل زمانی مکانی روند شمار روزهای توفان­های تندری در ایران زمین، جغرافیا و مطالعات محیطی، دوره 4، شماره 15، صص 48-35.

رسولی، علی­اکبر (1384). مدل­سازی بارشهای رعد و برقی محدوده شهر تبریز از دیدگاه ریسک وقوع سیلاب، کنفرانس بین­المللی بلایای طبیعی 5-7 مهر، 1384، دانشگاه تبریز، صص 119-1.

رسولی، علی­اکبر؛ بداق جمالی، جواد و اروج جلالی (1386). توزیع زمانی بارش­های رعد و برقی منطقه شمال­غرب ایران، مجله پژوهشی علوم انسانی دانشگاه اصفهان، شماره 22، صص 170-156.

رسولی، علی­اکبر و خدیجه جوان (1391). تحلیل روند وقوع توفان­های رعد و برقی در نیمه غربی ایران با کاربرد آزمون­های ناپارامتری، فضای جغرافیایی، سال دوازدهم، شماره 38، صص 126-111.

رضیئی، طیب؛ دانش­کار آراسته، پیمان؛ اختری، روح­انگیز و بهرام ثقفیان (1386). بررسی خشکسالی­های هواشناسی (اقلیمی) در استان سیستان و بلوچستان با استفاده از نمایه SPI و مدل زنجیره مارکف، تحقیقات منابع آب ایران، سال سوم، شماره 1، صص 35-25.

صلاحی، برومند (1389). بررسی ویژگی­های آماری و همدیدی توفان­های تندری استان اردبیل، پژوهش­های جغرافیای طبیعی، شماره 72، صص 141-129.

طاوسی، تقی و الله­بخش ریگی (1396). تحلیل تداوم روزهای توفانی شهر زاهدان با استفاده از مدل زنجیره مارکف، فضای جغرافیایی، سال هفدهم، شماره 58، صص 148-131.

عباس­نیا، عباس؛ طاوسی، تقی و سیما پورهاشمی (1394). تحلیل و پیش­بینی آماری دوره­های توفانی کوتاه مدت سبزوار با استفاده از زنجیره مارکف، فضای جغرافیایی، سال پانزدهم، شماره 50، صص 250-233.

عساکره، حسین (1387). بررسی احتمال تواتر و تداوم روزهای بارانی در شهر تبریز با استفاده از مدل زنجیره مارکف، تحقیقات منابع آب، سال چهارم، شماره 2، صص 56-46.

علیزاده، امین (1389). اصول هیدرولوژی کاربردی. انتشارات آستان قدس رضوی. دانشگاه امام رضا. چاپ سی­ام. 432 صفحه.

علیزاده، امین؛ کمالی، غلامعلی؛ موسوی، فرهاد؛ موسوی بایگی، محمد (1380). هوا و اقلیم شناسی. انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد. چاپ دوم. صفحه. 392 صفحه.

کاویانی، محمدرضا و بهلول علیجانی (1375). مبانی آب و هواشناسی. انتشارات سمت. چاپ چهارم. 590 صفحه.

لشکری، حسن و نوشین آقاسی (1392). تحلیل سینوپتیکی توفان­های تندری تبریز در فاصله زمانی (2005-1996)، جغرافیا و برنامه ریزی، سال 17، شماره 45، صص 234-203.

مقیمی، ابراهیم (1393). دانش مخاطرات برای زندگی با کیفیت بهتر و محیط پایدارتر. انتشارات دانشگاه تهران. 242 صفحه.

Ahrens, C. D. (2012). Meteorology today: an introduction to weather, climate, and the environment. Cengage Learning.

Blunden, J., & Arndt, D. S. (2016). State of the Climate in 2015. Bulletin of the American Meteorological Society, 97(8).

Chattopadhyay, S., Acharya, N., Chattopadhyay, G., Prasad, S. K., & Mohanty, U. C. (2012). Markov chain model to study the occurrence of pre-monsoon thunderstorms over Bhubaneswar, India. Comptes Rendus Geoscience, 344(10), 473-482.

Dasgupta, S., & De, U. K. (2001). Markov chain models for pre-monsoon thunderstorm in Calcutta, India.

Gaál, L., Molnar, P., & Szolgay, J. (2014, May). Spatial analysis of intense thunderstorms in Switzerland and temporal trends in their occurrence. In EGU General Assembly Conference Abstracts (Vol. 16, p. 11136).

Kulkarni, M. K., Kandalgaonkar, S. S., Tinmaker, M. I. R., & Nath, A. (2002). Markov chain models for pre‐monsoon season thunderstorms over Pune. International journal of climatology, 22(11), 1415-1420.

Mohee, F. M., & Miller, C. (2010). Climatology of thunderstorms for North Dakota, 2002–06. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 49(9), 1881-1890.

Moon, S. E., Ryoo, S. B., & Kwon, J. G. (1994). A Markov chain model for daily precipitation occurrence in South Korea. International journal of climatology, 14(9), 1009-1016.

Pinto, O., Pinto, I. R. C. A., & Ferro, M. A. S. (2013). A study of the long‐term variability of thunderstorm days in southeast Brazil. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 118(11), 5231-5246.

Sonnadara, U. (2016). Spatial and temporal variations of thunderstorm activities over Sri Lanka. Theoretical and Applied Climatology, 124(3-4), 621-628.

Wilks, D. S. (2006). Statistical methods in the atmospheric sciences (second edition). Academic Press, USA.