شناسايي گسستگي هاي ساختاري و نقاط تغيير سري زماني بارش در مناطق كوهستاني (مورد مطالعه: ايستگاه سينوپتيك خرم آباد)

Identification of structural breaks and change points of rainfall time series in mountainous areas (Case study: Khorramabad Synoptic Station)

شناسايي روندها و گسستگي‌­هاي ساختاري در سري زماني بارش به عنوان يكي از مهمترين چالش‌ها در مطالعه‌ي تغيير اقليم محسوب مي‌شود، چرا كه كشف چنين گسستگي‌هاي مي‌تواند به ارزيابي مطلوب سناريوهاي آينده و پديده‌هاي حدي همچون سيل و خشكسالي منجر گردد. در اين مطالعه به‌منظور شناسايي گسستگي‌هاي ساختاري در سري زماني بارش روزانه و ماهانه ايستگاه سينوپتيك خرم‌آباد از دو رويكرد تحليل چندفركتالي نوسان‌هاي روندزدايي‌شده (MF-DFA) و تحليل موجك گسسته با بيشينه همپوشاني (MODWT) استفاده شد. نتايج حاصل از كاربرد MF-DFA بر روي سري زماني بارش روزانه (2018-1961) نشان داد كه سه نقطه گسستگي در اين سري زماني وجود دارد كه روند بارش در پيرامون اين نقاط به طور مشخصي تغيير پيدا كرده است. از سويي، نتايج اين رويكرد مشخص كرد كه دوره 2002 -1985، به عنوان نوساني‌ترين دوره بارش و دوره‌هاي 1969- 1961 و 2018- 2010 به عنوان دوره‌هايي با كمترين نوسان‌ها در بارش جلوه مي‌كنند. محاسبه تابع نوسان در مقياس‌هاي زماني 2، 5، 10 و 20 ساله نشان داد كه در دوره 2018-2000، نوسان‌هاي 2 تا 20 ساله بارش كاهش يافته‌اند. همچنين نتايج حاصل از تابع نوسان با qاُمين مرتبه نيز روشن كرد كه دوره‌هاي 1970- 1965 و 1994-1989، همراه با نوسان‌هاي حدي بزرگ بارش بوده‌اند. در صورتي كه دو بازه زماني 2004-1999 و 2013-2008 به دوره‌هايي با نوسان‌هاي حدي كوچك بارش اشاره دارند. همچنين نتايج بدست آمده از كاربرد MODWT برروي سري زماني بارش ماهانه نشان داد كه ضرايب موجك در سال 2007 دستخوش تغيير شده‌اند. در اين راستا با تقسيم سيگنال‌هاي فركانس بالاي موجكي به دو دوره شامل 2007-1961 و 2018-2008، مشخص شد كه اختلاف بين نوسان‌هاي بارش در خلال مقياس‌هاي 8 تا 16 ماه از بيشترين تغييرپذيري در سري زماني بارش برخوردارند.

Identifying trends and structural breaks in the rainfall time series is one of the most important challenges in climate change studies. As the discovery of such structural breaks can help assess future scenarios and atmospheric phenomena such as floods and droughts. In this study, in order to identify structural breaks in the daily and monthly precipitation time series of Khorramabad synoptic station, two approaches of multifractal detrended fluctuation analysis (MF-DFA) and Maximal overlap discrete wavelet transform (MODWT) were used. The results of applying MF-DFA on the daily rainfall time series (1961-2018) showed that there are three structural breaks in this time series that the rainfall trend around these points has changed significantly. On the other hand, the results of this approach showed that the period 1985-2002 is the most fluctuating period of precipitation and the periods 1961-1969 and 2010-2018 are the periods with the lowest fluctuations in precipitation. Calculation of the fluctuation function at time scales of 2, 5, 10 and 20 years showed that in the period 2000-2018, fluctuations of 2 to 20 years have decreased. The results of the fluctuation function with q order also showed that the periods 1965-1970 and 1989-1994 were associated with large fluctuations in precipitation. If the two periods of 1999-2004 and 2008-2013 refer to periods with small fluctuations in precipitation. Also, the results obtained from the application of MODWT on the monthly rainfall time series showed that the wavelet coefficients changed in 2007. In this regard, by dividing the high frequency signals of the wave into two periods including 1961-2007 and 2008-2018, it was found that the differences between precipitation fluctuations during the scales of 8 to 16 months have the most variability in the precipitation time series