مدل سازی و پیش بینی رفتار دمای سالانه شهر ارومیه با استفاده از مدل باکس- جنکینز و ارتباط آن با گردش عمومی جو منطقه

موقری, علیرضا

doi:10.22034/gahr.2024.437138.2040

مدل سازی و پیش بینی رفتار دمای سالانه شهر ارومیه با استفاده از مدل باکس- جنکینز و ارتباط آن با گردش عمومی جو منطقه

نوع مقاله : طرح پژوهشی

نویسنده

علیرضا موقری

گروه جغرافیا، دانشگاه ارومیه

10.22034/gahr.2024.437138.2040

چکیده

در این پژوهش به منظور آشکارسازی تغییرات احتمالی اقلیم، سری زمانی دمای میانگین سالانه ایستگاه سینوپتیک ارومیه طی دوره آماری 2017-1951 مورد مطالعه قرار گرفت. برای یافتن مدل تغییرات و پیش‌بینی رفتار سری زمانی از مدل پیش‌بینی باکس- جنکینز (مدل تلفیقی اتو رگرسیو و میانگین متحرک) استفاده شد. بعد از برازش مدل‌های مختلف، برای انتخاب مدل بهینه به سنجش میزان R2، معیار اطلاع آکاییک (AIC)، خطای استاندارد رگرسیون (SEE) و معیار شوارتز- بیزین (BIC) پرداخته شد. نتایج نشان داد که مدل سری زمانی (1,0) ARIMA(2,2) دارای نتایج بهتری در مقایسه با دیگر مدل‌ها بوده و روند تغییرات سری زمانی این مدل خطای کمتری دارد. پس از انتخاب بهترین مدل، با استفاده از آن مقادیر دمای میانگین سالانه برای 13 سال آینده پیش‌بینی گردید. پیش‌بینی دما با استفاده از این مدل با برازش خوبی انجام پذیرفت و همبستگی مقادیر واقعی و برازش داده شده در حدود 82 درصد بود. پس از اطمینان از صحت پیش‌بینی به تخمین سری زمانی تا سال 2030 پرداخته شد. پیش‌بینی مدل حاکی از آهنگ ملایم افزایش دما در سال‌های آینده با یک روند خطی رو به بالا است. مطالعه گردش عمومی جو منطقه نیز با استفاده از ترسیم و تحلیل نقشه‌های تفاضل برای پارامترهای ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال، چرخندگی نسبی تراز 500 هکتوپاسکال، سرعت قائم جو (امگا) و دمای هوای سطح زمین حاکی از تقویت پایداری جو و همچنین افزایش دمای هوای شهر ارومیه به میزان 4/0 درجه سلسیوس نسبت به گذشته است که نتایج حاصل از مدل باکس- جنکینز را تایید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

ارومیه

تغییرات زمانی

مدل سازی

ARIMA

دمای سالانه

موضوعات

جغرافیای طبیعی

عنوان مقاله English

Modeling and forecasting the behavior of the annual temperature of Urmia using the Box-Jenkins model and its relationship with the general circulation of the region's atmosphere

نویسنده English

Alireza Movaghari

Department of Geography, Urmia University

چکیده English

In this research, in order to reveal possible climate changes, the time series of annual average temperature of Urmia synoptic station during the statistical period of 1951-2017 was studied. Box-Jenkins prediction model (integrated auto-regressive and moving average model) was used to find the change model and predict the behavior of the time series. After fitting different models, R2, Akaike information criterion (AIC), regression standard error (SEE) and the Schwartz-Bayesin criterion (BIC) were measured to select the optimal model. The results showed that the time series model ARIMA (2,2) (1,0) has better results compared to other models and the trend of time series changes of this model has less error. After choosing the best model, the average annual temperature values for the next 13 years were predicted using it. The temperature prediction was done using this model with a good fit and the correlation between the actual and fitted values was around 82%. After ensuring the correctness of the forecast, the time series until 2030 was estimated. The forecast of the model indicates a mild temperature increase in the coming years with an upward linear trend. The study of the general circulation of the atmosphere of the region by drawing and analyzing the difference maps for the parameters of geopotential height of 500 hpa, relative rotation of 500 hpa, vertical velocity of the atmosphere (Omega) and air temperature on the surface of the earth indicates the strengthening of the stability of the atmosphere as well as the increase in temperature. The air of Urmia city is 0.4 degrees Celsius compared to the past, which confirms the results of the Box-Jenkins model.

کلیدواژه‌ها English

Urmia

Temporal Changes

Modeling

ARIMA

Annual Temperature

باکس جی. ای. پی و جنکینز جی. ام، ترجمۀ مشکانی، محمدرضا (1371). تحلیل سری های زمانی، پیش بینی و کنترل، جلد اول، چاپ اول، تهران، دانشگاه شهید بهشتی، 424 صفحه.

جلالی، مسعود و کارگر، حلیمه(1390). تحلیل و مدلسازی اماری دمای ایستگاه بوشهر، فصلنامه علمی پژوهشی فضای جغرافیایی، دانشگاه ازاد اسلامی، واحد اهر، شماره 33،صص 149-173

جهانبخش ،سعید و باباپورباصر، علی اکبر (1380). بررسی و پیش بینی متوسط دمای ماهانه تبریز با استفاده از مدل آریما، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، شماره 578، صص46-34.

جهانبخش، سعید و ترابی، سیما (1386). بررسی و پیش بینی دما و بارش در ایران، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، شماره 74، صص 125-104

خردمندنیا، منوچهر و عساکره، حسین (1380). الگو سازی آریما برای متوسط دمای سالانه هوا در جاسک، سومین سمینار احتمال و فرایندهای تصادفی، دانشگاه اصفهان

خسروی، م، جاودانی، خ و محمدی نیا قرائی، س (1382). بررسی انطباق سری های زمانی دمای مشهد با نوسانات کره زمین، مجموعه مقالات سومین کنفرانس منطقه ای و اولین کنفرانس ملی تغییر اقلیم

زاهدی، مجید؛ ساری صراف، بهروز و جامعی، جاوید (1386). تحلیل زمانی – مکانی دمای منطقه شمال غرب ایران ،مجله جغرافیا و توسعه، شماره 6، صص 198-183.

صلاحی، برومند، صابر، مهناز و وطن‌پرست قلعه‌جوق، فاطمه (1402). ارزیابی کارایی مدل های سری زمانی در تعیین بهترین مدل برای پیش‌بینی بارش های سالانه ایستگاه‌های منتخب شمال غرب ایران. جغرافیا و روابط انسانی، (6)1، 538-525. doi: 10.22034/gahr.2023.383221.1803

طاهری، محمد (1377). مدل بندی میزان دما و بارش در 11 ایستگاه هواشناسی ایران و پیش بینی تا پایان سال 2000، معاونت آموزشی وپژوهشی سازمان هواشناسی کشور، تهران

عساکره، حسین (1384). تحلیل روند بارش سالانه استان اصفهان، مجله نیوار، شماره 56 و57

عساکره، حسین (1386). بررسی آماری روند دمای سالانه تبریز، مجله اندیشه جغرافیایی، شماره اول، صص 21-9

علیجانی، بهلول (1378). بررسی تغییرات زمانی بارش در ایران، دهمین کنگره جغرافیا و توسعه در دهه سوم انقلاب اسلامی، دانشگاه امام حسین(ع)، صفحه 143

غیور، حسنعلی و مسعودیان، ابوالفضل (1375). دربارة اقلیم و مدلسازی اقلیمی، مجلۀ نیوار، شمارة 32، صص 50-39.

کاویانی ،محمدرضا و عساکره،حسین (1384). بررسی آماری روند بلند مدت بارش سالانه اصفهان، مجله پژوهشی دانشگاه اصفهان، شماره 1، صص 162-143

مسعودیان سید ابوالفضل (1375). بررسی روند دمای ایران در نیم سده گذشته، مجلۀ پژوهش های جغرافیایی، شماره 54، صص 45-29

مسعودیان، ابوالفضل و کاویانی، محمدرضا (1387). اقلیم شناسی ایران، انتشارات دانشگاه اصفهان

وئی ویلیام دبلیو اس، ترجمۀ نیرومند حسنعلی (1376). تحلیل سری های زمانی ، چاپ اول، مشهد، انتشارات دانشگاه فردوسی، 586 صفحه.

Katsoulis Basil D, 1987, Indications of Change of Climate from the Analysis of Air Temperature Time Series in Athens Greece, Climatic Change.10: 67- 79.

Li Q, Zhaug H, Liu X and Huang J, 2004, Urban heat Island effect on annual mean temperature during the last 50 years in China, Theor.Appl. Climatol, 79: 165-174.

Mearns L O, Katz R W and Schneider S H ,1984, Extreme High Temperature Events Changes in Their Probabilities with Changes in Mean Temperature, J. Climate Appl. Meteor, 23:1601-1613

Vecchio G LO and Nanni T, 1995, The Atmospheric Temperature in Italy During the Last Hundred Years and Its Relationships with Solar Output, Theor. Appl. Climatol. 51: 159-165.

Woodward Wayne A and Gray H L, 1993, Global Warming and the Problem of Testing for Trend in Time series Data, Journal of Climate, 6: 953-962.

Woodward Wayne A and Gray H L,1995, Selecting a Model for Detecting the Presence of a trend, Journal of Climate, 8: 1929-1937.

Xie Z and Cao X H,1996, Asymmetric Changes in Maximum and Minimum Temperature in Beijing, Theor. Appl. Climatol, 55: 151-156.

Yue S and Hashino M, 2003, Temperature Trends in Japan: 1900-1996, Theor.Appl. Climatol,75: 15-27

Borland.p;Montana.AT(1996), forecasting of storm rain full by combined use of rider,rain gages and linear models,Atomospheric research,42:199-216

Box, G.E.P. and Jenkis, G.M. (1970); “Time Series Analysis: Forecasting and Control”, San Francisco, Holden-Day.

Brockwell Peter. J and Davis Richard. A. ,1998, Introduction to Time Series and Forecasting, Springer-Verlag,New York, pp 420

Momani.mnail.P.E(2009).time series analysis model for rainfull data in jordan:case study for using time series analysis, american journal of environmental science 5,599,604

Sen zekai, (1998), small sample on the variance of time Avreqes in climate time series, international journal of climatology, vol,18, pp 1725-1732.