عناصر و عوامل هواشناسی :
هوا به مفهوم تغییرات کوتاه مدت وضعیت جوی است با بررسی برخی خصوصیات مشخص اتمسفر که مدام در حال تغییر است و تعیین وضعیت آنها در هر لحظه ، می توان به وضعیت هوا پی برد .
متغیرهای مهم مؤثر در تعیین هوا عبارتند از :
1- دما
2- رطوبت
3- دید افقی ، مه ، ...
4- نوع و مقدار بارندگی
5- ابرها و وضعیت آسمان
6- فشار هوا
7- باد
گزارشات مربوط به هوا براساس هفت مورد فوق انجام و تهیه می شود از عوامل ذکر شده ابر و جهت باد از همه بیشتر در پیش بینی های کوتاه مدت جوی مؤثر است.
عناصر جوی کاملاً با یکدیگر در ارتباط اند از بین عوامل هواشناسی هوا مهمترین عاملی است که تغییرات آن باعث تغییر در سایر عناصر می گردد.
عناصر و عوامل اقلیم شناسی :
دما ، رطوبت ، فشار و تابش خورشید هر کدام یک عنصر اقلیمی به حساب می آیند.
اما عامل اقلیمی ، عاملی است که در فضای مورد مطالعه تأثیر داشته باشد مانند :
1- ارتفاع
2- جهت
3- پوشش گیاهی
گاهی یک عنصر اقلیمی می تواند عاملی برای عنصر دیگر باشد مثلاً دما برای رطوبت ، رطوبت برای ابرناکی و ابرناکی برای تابش
روش و هدف مطالعه :
در این پروژه درسی سعی شده است تا در حد امکان پارامترهای هوا اقلیم شناختی منطقه طزرجان اندازه گیری شود پارامترهایی شامل بارش، دما ، خشکسالی ، تبخیر و تعرق و باد در این منطقه اندازه گیری شده است و روال کار به این صورت بوده است:
1- انتخاب ایستگاهها و انتخاب پایه زمانی و پراکندگی ایستگاهها
2- جمع آوری اطلاعات و آمار
3- انجام کارهای آماری روی داده ها به روش های معروف و آشنا
4- نتیجه گیری
و هدف این تحقیق ، کمک به تصمیم گیری و ارائه راهکارهایی برای مدیران و مردم منطقه می باشد .
ویژگی های منطقه :
به طور کلی موقعیت جغرافیایی یک منطقه عامل مهمی در اقلیم آن منطقه به حساب می آید ، اینکه منطقه از نظر موقعیت در کدام یک از تیپ های کوهستانی ، دشت ویلا یا قرار دارد و هر کدام از این تیپ ها چه اقلیمی دارند پستی و بلندی ، عرض جغرافیایی ، دوری و نزدیکی به دریا، واقع شدن در مسیر توده های هوای سرد و گرم و یا خشک و مرطوب ... فاکتورهای متعددی است که در تعیین اقلیم منطقه دخالت دارند حوزه طرزجان در عرض جغرافیایی ، الی شمالی و طول جغرافیایی الی شرقی قرار دارد.
بالاترین ارتفاع این منطقه 3750 متر و پایین ترین نقطه (خروجی) این منطقه 2066 متر می باشد.
حدود وسعت حوزه طزرجان
حوزه آبخیز داری طزرجان دارای مساحت 14/29 کیلومتر مربع است این حوزه دارای محیط 61/24 کیلومتر می باشد طول آبراهه اصلی می باشد .
ارتفاع میانگین وزنی حوزه متر می باشد بیشترین مساحت حوزه را شیب های تشکیل می دهد.
پوشش غالب حوزه راArtimisia Siberi تشکیل می دهد درصد پوشش حوزه 15% می باشد.
بارش :
منظور از بارش و بارندگی کلیه نزولات جوی است که به سطح زمین وارد می شود از زمانی که یک قطره باران در هوا تشکیل می شود تا موقعی که به سطح زمین می رسد پدیده هایی رخ می دهد که بیشتر در قلمرو علم هواشناسی است اما هنگامی که به سطح زمین می رسد به عنوان اساسی ترین عنصر چرخه هیدرولوژی به حساب می آید.
قبل از هر گونه بارش باید تراکم رطوبت به شکل ابر صورت گیرد حداقل سه شرط برای تراکم رطوبت و تولید قطرات باران الزامی است .
1- رطوبت کافی در هوا وجود داشته باشد .
2- هسته هایی که رطوبت بتواند اطراف آن ها متراکم شود در اتمسفر وجود داشته باشد.
3- هوا به صورت دینامیک سرد شده و دما به زیر نقطه شبنم برسد.
سرد شدن دینامیک هوا به طرق مختلف صورت می گیرد که از آن جمله عبارتند از :
1- انبساط بی دروهوا
2- برخورد توده هوا با خصوصیات مختلف
3- تصادم یک توده هوای مرطوب به جسم سردی مانند هوا
انواع مختلف بارش :
1- باران یا Rain
2- باران ریزه یا Dizzle
3- برف یا Snow
4- ؟ برف یا snow Flake
5- تگرگ یا Hail
6- یخ پوش شفاف یا Glaze
اندازه گیری نزولات جوی
منظور از اندازه گیری بارندگی تعیین مقدار ارتفاع آب حاصله از نزولات جوی در سطح زمین است اندازه گیری باران قدمتی 2000 ساله دارد اولین اندازه گیری های ساده بارندگی از 400 سال قبل از میلاد مسیح در هندوستان آغاز گردید اما نخستین باران سنج که به صورت امروزی در دنیا نصب شده است مربوط به سال 1400 میلادی در کشور کره می باشد ثبت خودکار بارندگی نیز از سال 1600 در انگلستان آغاز گردید.
با توجه به این که روی یک حوضه اندازه گیری تمام باران ها امکان پذیرنیست بنابراین به اندازه گیری نمونه ای اکتفا می شود و سپس آن را به کل منطقه تعمیم می دهیم.
هر بارش مشخصاتی دارد:
1- مدت بارندگی
2- مقدار بارندگی
3- شدت بارندگی
4- فراوانی وقوع
5- سطح بارش
تعداد باران سنج ها در شبکه باران سنجی :
مسئله ای که حداکثر مطالعات هیدرولوژیکی و هوا اقلیم شناسی به آن توجه می شود تعداد ایستگاهها در یک منطقه است با توجه به اینکه در صورت کم بودن ایستگاهها تخمین دقیق نخواهد بود و اگر زیاد باشد هزینه اضافی در برخواهد داشت .
توصیه های سازمان جهانی هواشناسی :
1- در مناطق مسطح و آب و هوای معتدل یک ایستگاه در هر 600 تا 900 کیلومتر مربع کافی است و اما در بعضی کشورها به دلایلی مثل فقدان راههای ارتباطی و ... در هر 900 تا 3000 کیلومتر مربع یک ایستگاه نیز قابل قبول است .
2- در مناطق کوهستانی با آب و هوای معتدل یک ایستگاه در هر 100 تا 25 کیلومتر مربع کافی است ضمناً از نظر ارتفاع باید حداقل یک ایستگاه در هر فاصله تراز 500 متری وجود داشته باشد در مناطق دور تا یک ایستگاه به ازای هر 250 تا 1000 کیلومتر مربع نیز قابل قبول است .
3- در مناطق کویری به ازای هر 1500 تا 10000 کیلومتر مربع کفایت می کند.
از لحاظ وسعت منطقه و تعداد ایستگاهها می توان از جدول زیر استفاده کرد.
وسعت حوزه به |
حداقل تعداد باران سنج |
تا 75 |
1 |
75 تا 150 |
2 |
150 تا 300 |
3 |
300 تا 550 |
4 |
550 تا 800 |
5 |
800 تا 1200 |
6 |
هم چنین برای تعیین ایستگاهها می توان از فرمول ساده زیر استفاده کرد.
CV : ضریب تغییرات بارندگی سالانه منطقه برحسب تعداد ایستگاههای موجود و داده های آماری آن ها
E: درصد اشتباه مجاز در تخمین میانگین بارندگی منطقه
N: تعداد ایستگاههای باران سنجی لازم
انتخاب ایستگاههای هواشناسی برای مطالعه بارندگی حوزه:
اولین قدم برای انتخاب ایستگاههای هواشناسی تهیه نقشه 250000: 1 منطقه است سپس نام ، نوع ، مختصات ، ارتفاع و سال تأسیس تمام ایستگاههای هواشناسی استان را جمع آوری کرده و سپس با توجه به مرز حوزه که روی نقشه بسته شده است و با در نظر گرفتن این پارامترها ، ایستگاههای مناسب را انتخاب می کنیم.
1- قرار گرفتن در حوزه
2- نزدیکی به حوزه
3- قرار گرفتن در دامنه ارتفاعی حوزه
4- قرار گرفتن در عرض های جغرافیایی حوزه
5- داشتن سال های آماری طولانی .
لیست ایستگاههای انتخاب شده در جدول صفحه بعد آمده است .
انتخاب پایه زمانی مشترک :
برای اینکه مشاهدات گوناگون مورد استفاده هواشناسی و اقلیم شناسی قرار گیرد باید به قدر کافی صحیح باشد و قابل مقایسه نیز باشند بنابراین مشاهدات باید در یک زمان و در یک شرایط انجام شود.
برای مثال نمی توان آمار سال های 47 تا 57 ایستگاه A را با آمار 57 تا 67 ایستگاه B مقایسه کرد اگر چه داده های هر دو ایستگاه صحیح و کامل باشد.
رسم نمودار پایه زمانی مشترک :
برای رسیدن به یک پایه زمانی مشترک ، بایستی تمام ایستگاههای انتخاب شده نمودار میله ای افقی رسم نماییم به طوری که محور افقی آن شماره سال و محور عمودی آن نام ایستگاهها باشد میله ها را در آن سال هایی که آمارشان موجود است رسم می کنیم سپس با توجه به نمودار مقطع زمانی مشترک را انتخاب می کنیم به طوری که چندین ایستگاه را شامل شود.
نمودار رسم شده در صفحه بعد آمده است .
جمع آوری داده ها :
پس از انتخاب ایستگاهها و پایه زمانی مشترک به سازمان های ثبت آمار و اطلاعات اقلیمی مراجعه کرده و داده های مورد نظر را می گیریم .
سازمان متولی |
نوع ایستگاه برافراشته |
وزارت نیرو |
باران سنجی
تبخیر سنجی
|
سازمان هواشناسی |
سینوپتیک
کلیماتولوژی
باران سنجی
|
هم چنین آمار ایستگاههای سینوپتیک و کلیماتولوژی طبق تاریخ میلادی بر روی سایت هواشناسی کشور به آدرس http://www.irimo.ir موجود می باشد.
لیست آمار اخذ شده به شرح جداول در صفحات بعد آمده است .
کنترل صحت آزمون همگنی داده ها :
قبل از اینکه اقدام به تجزیه و تحلیل داده ها شود لازم است از کیفیت و صحت داده ها اطمینان حاصل کنیم .
در مجموع می توان دو نوع اشتباه را در نظر گرفت .
1- بعضی از اشتباهات مستقیماً تیک بوده و از نقص دستگاه و شرایط کار آن می باشد.
2- اشتباهات دیگر از کیفیت و شرایط مشاهده می شود.
آزمون همگنی : برای تشخیص این که آیا ارقام و داده ها همگن است یا خیر روش های زیادی وجود دارد.
- روش ترافیکی : معمول ترین روش گرافیکی که به منظور یکنواختی داده ها به کار می رود روش جرم مضاعف Double Mass است و معمولاً برای همگنی داده های بارش به کار می رود که به صورت زیر است :
1- داده های ایستگاه A را که قرار است مورد آزمون قرار گیرد به ترتیب سال وقوع ردیف می کنیم .
2- میانگین آمار ایستگاههای مجاور را نیز مشابه ایستگاه A ردیف می کنیم .
3- مقادیر تجمعی را برای ایستگاه A محاسبه می کنیم.
4- مقادیر تجمعی را برای مجاوران نیز محاسبه می کنیم .
5- در یک محور مختصات محور افقی را به تجمعی میانگین ها و محور عمودی را به داده های تجمعی ایستگاه A اختصاص می دهیم.
6- سپس نقاط فاصله را به هم متصل کرده و اگر خط مستقیم شد داده ها همگن است و در صورت تغییرات فاحش ، شیب خط تغییر کرده و بر عدم همگنی داده ها دلالت دارد.
مقدار اصلاح شده داده ها از فرمول روبه رو نیز محاسبه می شود.
: داده های ایستگاه A
: داده های اصلاح شده برای ایستگاه
: شیب خطی که داده های مربوط به آن صحیح است.
: شیب خطی که داده ها باید اصلاح شود.
همان طور که دیده می شود در نمودار بناک سادات ، در شیب خط تغییرات زیادی وجود دارد که این شکستگی نشان دهنده ناهمگنی است .
سال |
قسمت |
1378 تا 1376 |
اول |
1384 تا 1379 |
دوم |
قسمت دوم نمودار جدیدتر است چون امکانات و دستگاههای بهتر و دقیق تری برای اندازه گیری است پس قسمت دوم درست است و قسمت اول باید اصلاح شود برای استفاده از فرمول نیاز به شیب خط داریم که عبارت است :
با استفاده از شیب های به دست آمده از فرمول فوق استفاده می کنیم البته ضریب اصلاح کننده را محاسبه کرده و با ضرب در سال های بین تا در آن عدد صحیح به دست می آید
و سپس از ضریب ضریب در داده ها یک بار دیگر نمودار جرم مضاعف بنادک سادات را رسم می کنیم .
سپس ضریب را در تمام داده های آماری ضرب کرده تا مجموع آن ها برابر مقدار بارش سالیانه تصحیح شود.
روش غیرگرافیکی یا غیر نموداری (روش ران تست)
در مورد ایستگاههایی انتخاب شده ما نمی توانیم این آزمون را انجام دهیم و به فرض گرفتن میانه به عنوان معیار وسط با 8 سال آمار ، 4 تا داده بیشتر و 4 تا داده کمتر از میانه داریم به عبارت دیگر در این صورت ما به ازای آن در جدول حدود u نداریم .
بازسازی و تخمین داده های ناقص
هدف از بازسازی داده ها ، برآورد داده های سالها ، ماهها یا زمان به خصوصی است که داده های آن ثبت نشده است به علل سیل ، زلزله ، خرابی دستگاه و ...
روش های بازسازی داده ها
1- روش درون یابی Interpolation
2- روش نسبت ها
3- روش میانگین گیری
4- روش گرافیکی
ویژگی های آماری هر ایستگاه
آمار و احتمالات در هواشناسی
عناصر هواشناسی پارامترهای احتمالی می باشند و چگونگی وقوع آن ها در آینده ، تابعی از خصوصیات آماری وقوع آن ها در گذشته است بنابراین ، پیش بینی وضعیت آب وهوایی منطقه تنها با تجزیه و تحلیل های آماری امکان پذیر است .
مشخصات آماری داده های هواشناسی:
متغیرهای هواشناسی از پارامترهایی تشکیل می شوند که به صورت تصادفی رخ می دهند . به منظور شناخت علمی این متغیرهای ، لازم است مشخصات آن ها محاسبه می شود.
پارامترهای توصیف آماری بر دو قسم اند :
1- معیارهای تمایل مرکزی یا Central Tendency
میانگین حسابی یا ریاضی یا Arithmetic Mean
میانگین وزنی یا Weighting Mean
میانگین هندسی یا Geometric Mean
میانگین هارمونیک یا Harmonic Mean
میانگین متحرک یا Moving Mean
میانگین برداری یا Vectorial Mean
میانه یا Median
نما یا Mode
2- معیارهای پراکندگی یا Disperion
این پارامترهای آماری نشان دهنده چگونگی تغییرات یا پراکندگی داده ها در اطراف میانگین می باشند .
- دامنه تغییرات یا Range
- انحراف از میانگین یا Mean Divintion
- واریانس یا Variance
- انحراف از معیار یا Standard Divintion
- ضریب تغییرات یا Coefficient of variation
- چولگی Skewness
میانگین حسابی یا ریاضی یا Arithmetic Mean
میانگین تخمینی از متغیرهاست که احتمال وقوع آن در آینده بیشتر از هر مقدار دیگری می باشد میانگین حسابی که به اختصار به آن میانگین می گوییم معمولی ترین میانگین می باشد که از فرمول زیر محاسبه می شود.
میانگین هندسی یا Gometric Mean
در این روش ریشه n ام حاصل ضرب n متغیر محاسبه می شود .
میانگین هارمونیک یا Harmonic Mean
دراین روش میانگین گیری از فرمول زیر استفاده می شود.
میانه یا Median
عددی که توسط یک سری ارقام ردیف شده قرار گیرد را میانه گوییم به شرط آنکه اعداد صعودی یا نزولی مرتب شده باشند اگر تعداد اعداد مرتب شده برابر n باشد و n زوج باشد میانه برابر میانگین (n/2)+1,n/2 است و چنانچه n فرد باشد (n/2)+1 میانه می باشد.
