SUPERVISOR
Maryam Zekri,Mohammad Hossein Golmohammadi
مریم ذکری (استاد مشاور) محمدحسین گل محمدی (استاد راهنما)
STUDENT
Iman Rahimi
ایمان رحیمی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Estimation of Forecasting Uncertainty with Meteorological Drought Indexs under Climate Change Scenarios Based on Wavelet Analysis
In general, uncertainty means doubts about the results obtained and the parameters, models and structure of a subject iired by human knowledge deficiencies or the nature and variability of nature. It is always important and especially in the current society, to consider the uncertainty factor in a variety of decisions, especially undesirables that challenge goals. For this reason, in the case study of the Zayandeh-rood Basin, the uncertainty of the SPI, SPEI and RDI drought indexes under three emission and climate scenarios RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 using nine models of AOGCM that have been downscaled by LARS-WG6.0, estimated by the wavelet method. The advantage of this method is simultaneous localization of frequency and time and establishing an ideal fit between the two factors according to the Heisenberg uncertainty principle as well as higher accuracy. To obtain these uncertainties, cross wavelet or XWT was used at a 95% confidence level and 5% significance level. In this study, a wavelet- method was developed to calculate the uncertainty of prediction of temperature and precipitation parameters as well as drought indexes on 15 meteorological stations approved by the Ministry of Energy and Meteorological Organization at Zayandeh-rood Basin and Its sub-basins were evaluated. For this purpose, three commonly used meteorological drought indexes with 12 month scale were selected for analysis. To validate the developed method, part of the climatic forecasts from 2006 to 2017 is used, whose data are available both on climate change scenarios (RCPs) and on meteorological stations. According to the results, the Arithmetic mean of predicted and recorded uncertainty error for SPI, SPEI and RDI indexes based on RMSE error function in upstream and downstream of the basin were 17.74% and 14.97%, respectively and based on MAE error index were 16.38% and 12.47%, respectively. In this research, to calculate the total uncertainty for 16 sub-basins with a certain number of meteorological stations from WTC was used. SPI index had the lowest average uncertainty in comparison with reality and other two indexes (SPEI and RDI) that mean prediction uncertainty with SPI index for upstream and downstream watersheds were calculated 22.69% and 20.61% based on observational data. In the upstream of the basin and in all the stations studied, the least uncertainty was obtained for RCP4.5 but in the downstream of the basin different results were obtained from the RC finally, the developed method for calculating the uncertainty was obtained. The accuracy of drought indexes based on climate data predicted by RCPs from 2020 to 2099 was used. The results show uncertainties of 18.97, 14.51 and 12.56 percent for SPI, SPEI and RDI in upstream and 19.85, 12.85 and 12.16 percent in downstream, respectively. Based on the results of this study, for more reliable future climate assessments, the RCP8.5 in upstream and downstream and the RDI index are suggested for a more reliable forecast of drought. Keywords: Uncertainty, Wavelet Analysis, XWT, WTC, Drought Index.
هطورکلی عدمقطعیت به معنا و مفهوم تردید درنتایج بهدست آمده و شک درمورد پارامترها، مدلها و ساختار یک موضوع با الهامگیری ازنواقص دانش بشر و یا ماهیت و تغییرپذیری طبیعت است. همواره و بهخصوص درجامع?? کنونی، درنظرگرفتن فاکتور عدمقطعیت جهت رویارویی با انواع تصمیمات بالاخص نامطلوبیتها که مسیر و اهداف موردانتظار را به چالش دعوت میکند، امری مهم و مؤثر تلقی میشود؛ بههمین دلیل درتحقیق حاضربرروی حوض?? آبریززایندهرود،عدمقطعیت شاخصهای خشکسالی SPI ،SPEI و RDI تحت سه سناریوی انتشار و اقلیمی 6.RCP2 ،5.RCP4 و 5.RCP8 بااستفاده از نه مدل AOGCM که توسط مدل 0.WG6-LARS ریزمقیاس شدهاند، توسط روش موجک برآورد شدهاست. مزیت این روش نسبت به سایر روشهای تجزیه و تحلیل درمباحث عدمقطعیت، محلیسازی همزمان فرکانس با زمان و برقراری یک تناسب ایدهآل بین این دو فاکتور طبق اصل عدمقطعیت هایزنبرگ و نیز دقت بالاتراست. برای بهدست آوردن این عدمقطعیتها از موجک متقابل یا XWT در سطح اطمینان 95 %و سطح معناداری 5 %استفاده شدهاست. دراین تحقیق، برای محاسبه عدمقطعیت پیشبینی پارامترهای دما و بارش و نیز شاخصهای خشکسالی، روشی مبتنی بر تئوری موجک توسعه داده شد و سپس برروی 15 ایستگاه هواشناسی موردتأیید وزارت نیرو و سازمان هواشناسی کشور درحوضه آبریز زایندهرودو زیرحوضههایش مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. بدینمنظور سه شاخص خشکسالی هواشناسی پرکاربرد مذکور با مقیاس زمانی 12 ماهه جهت آنالیز انتخاب شدند. جهت صحتسنجی روش توسعه دادهشده، بخشی از پیشبینیهای اقلیمی از سال 2772 تا 2711 میلادی که دادههای آنها هم براساس سناریوهای تغییراقلیم )RCPها( و هم براساس ایستگاههای هواشناسی موجود است، مورد استفاده قرار گرفت. طبق نتایج، میانگین خطای عدمقطعیت محاسباتی پیشبینی و ثبتشده برای شاخصهای SPI ،SPEI و RDI براساس تابع خطای RMSE در بالادست و پاییندست حوضه به ترتیب برابر 14/11 و 91/14درصد و براساس شاخص خطای MAE به ترتیب برابر32/12 و 41/12 درصد بهدست آمد. دراین تحقیق جهت محاسبه عدمقطعیت کلی برای یک منطقه با تعداد مشخصی از ایستگاههای هواشناسی، با استفاده از مفهوم خودهمبستگی موجک یا همان WTC وتعریف 2 موجکی، وزندهی ایستگاهها انجام شد و براساس آن عدمقطعیت کلی برای R 12 زیرحوضه درمناطق بالادست و پاییندست حوض?? آبریز زایندهرود محاسبه شد. شاخص SPI درکل حوضه کمترین میزان میانگین عدمقطعیت را نسبت به واقعیت و درمقایسه با دوشاخص دیگر)SPEI و RDI )شامل شدهاست که براساس نتایج، میانگین عدمقطعیت خشکسالی با شاخصSPI برای بالادست و پائیندست حوضه به ترتیب 29/22 %و 21/27 %برپایه دادههای مشاهداتی محاسبه شد. در بالادست حوضهو بهطور میانگین، کمترین عدمقطعیت مربوط به 5.RCP4 بهدست آمد ولی درپاییندست حوضه نتایج مختلفی از RCPها نتیجهگیری شد؛ در نهایت روش توسعهیافته برای محاسبه میزان عدمقطعیت شاخصهای خشکسالی برپایه دادههای اقلیمی پیشبینیشده توسط RCPها از سالهای 2727 تا 2799 نیز مورد استفاده قرارگرفت. نتایج حاکی از عدم- 12/25 ،19/25 و حوضه بالادست در RDI و SPEI ،SPI شاخصهای برای ترتیب به درصد 12/52 و 14/51 ،12/91 قطعیتهای و 12/12 درصد در پائیندست حوضه است. براساس نتایج این تحقیق، جهت ارزیابیهای مطمئنتر اقلیمی در آینده، سناریوی 5.RCP8 در بالادست و پائیندست حوضه و شاخص RDI جهت پیشبینی مطمئنتر خشکسالی پیشنهاد میشوند. کلمات کلیدی: عدمقطعیت، آنالیزموجک، موجکمتقابل، خودهمبستگیموجک، شاخصهای خشکسالی.