تحليل زماني و مكاني تغييرات بارش ماهانه در استان گلستان به‌كمك بُعد فركتالي

Spatial and temporal analysis of monthly precipitation variations in Golestan Province using fractal dimension

ويژگي خودتشابهي در متغيرهاي اقليمي، امكان استفاده از بعد فركتالي و تحليل تغييرات زماني و مكاني آن را فراهم مي‌نمايد. بر اين اساس استفاده از هندسه فركتالي در پيش‌بيني رفتار بسياري از فرايندهاي طبيعي از جمله بارندگي در مناطق مختلف از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در همين راستا هدف پژوهش حاضر، تعيين و محاسبه بُعد فركتالي وقوع دوره‌هاي خشك و مرطوب، تفسير خصوصيات دوره‌هاي خشك و مرطوب و بررسي تغييرات مكاني آن در 40 ايستگاه باران‌سنجي استان گلستان است. بدين منظور از روش شمارش باكس‌ با دست­كم يك تكرار در داده‌ها و تعداد وقوع ماه‌هاي پرباران يا كم‌باران در دوره‌هاي يك تا نه ماهه و محاسبه بعد فركتالي استفاده شده است. سپس از روش رگرسيون براي محاسبه بُعد فركتال در دوره‌هاي پرباران و كم‌باران استفاده شد و در ادامه درصد ماه‌هاي پرباران و كم‌باران طي دوره آماري و نيز شدت و مدت وقوع دوره‌هاي پرباران و كم‌باران محاسبه و به‌صورت مكاني ارائه شد. بر اساس نتايج، تغييرات درصد وقوع ماه‌هاي دوره پرباران و كم‌باران در يك دامنه 11 درصدي مي‌باشد. بر اساس نتايج، در ايستگاه‌هاي مورد مطالعه با افزايش مقياس زماني از تعداد ماههاي متوالي خشك و مرطوب كاسته شده است. نتايج محاسبه بُعد فركتالي بارش نشان داد كه در منطقه مطالعاتي دوره‌هاي خشك داراي شدت وقوع كمتري نسبت به دوره‌هاي مرطوب مي‌باشد. با استفاده از مقادير بُعد خصوصيات رژيم بارندگي ايستگاه‌ها تعيين شد. همچنين، بر اساس نتايج، شدت دوره‌هاي پرباران در نواحي مركزي و شرقي بيشتر بوده ولي مدت آن در قسمت‌هاي غربي استان تداوم بيشتري دارد.

Self-similarity characteristic of climate variables provides the spatial and temporal analysis, using fractal dimension. Therefore, the application of fractal geometry in predicting the nature of many natural processes (e.g. rainfall) in several areas is of great importance. The purpose of this study is to determine and calculate the fractal dimension of wet and dry periods, interpret and evaluate the spatial characteristics of dry and wet periods over 40 rain gauge stations in Golestan Province. Toward this attempt, the box-counting method has been employed to determine the number of wet-dry months at one to nine months temporal scales and the calculation of fractal dimension. Then, the regression lines are used to estimate the corresponding fractal dimensions over rainy and non-rainy periods. As well as the severity and duration of wet-dry durations were presented over the study area. The results indicated that variations of rainy/non-rainy durations vary in a range of 11 percent. According to the results, the number of consecutive wet-dry months decreased in coarser time scales (months). The analysis of fractal dimension showed that the dry periods have a lower frequency. The fractal dimension values were considered to determine the variations of precipitation regime over studied stations. Also, the intensity of wet durations is higher in central and eastern parts of the study area, while the western part of the Golestan Province had experienced more persistent wet periods.