نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه تبریز

2 استادیار گروه مهندسی آبخیزداری، دانشگاه ارومیه

3 دانشجوی دکترای اقلیم شناسی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تبریز

چکیده

بارندگی یکی از مهمترین داده‌های ورودی سیستم‌های هیدرولوژیکی شمرده می‌شود و مطالعه و اندازه‌گیری آن در زمینه‌های مختلف مانند: پیش‌بینی شرایط جوی، طراحی سازه‌های هیدرولیکی، برآورد و مدل‌سازی سیلاب ضروری است. هدف این تحقیق، برآورد مقدار بارندگی شش ساعته در حوضۀ آبریز  دریاچۀ ارومیه با استفاده از یک مدل مفهومی ابر است. ورودی‌های این مدل شامل دمای بالای ابر که از باند مادون قرمز ماهوارۀ متئوست تخمین زده می‌شود؛ فشار، دما و دمای نقطۀ شبنم ایستگاه‌های هواشناسی در مقیاس زمانی شش ساعت است. کالیبراسیون (واسنجی) مدل با استفاده از داده‌های مشاهده‌ای 16 ایستگاه همدیدی واقع در حوضۀ آبریز  دریاچۀ ارومیه در دورۀ آماری 2005 تا 2011 برای 6 واقعۀ بارشی فراگیر انجام شد. برای مقایسۀ مقادیر بارندگی برآورد شده به‌وسیلۀ مدل و مقادیر ثبت شده در ایستگاه‌های زمینی، از معیارهای آماری میانگین خطا (ME)، میانگین خطای مطلق (MAE)، جذر میانگین توان دوم خطا (RMSE) و قدر مطلق خطا (abias) استفاده شد. میانگین هر کدام از معیارهای خطا به ترتیب برابر 86/0 ، 61/1 ، 39/2 و 67/0 میلی‌متر به‌دست آمد. مقدار کم معیارهای خطا، بیانگر کارایی قابل قبول مدل مفهومی ابر در برآورد بارندگی شش ساعتۀ حوضۀ آبریز  دریاچۀ ارومیه است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluating a Physically-Based Cloud Model for 6-hour Rainfall Prediction Using Meteorological Data and Meteoasat Images in the Basin of Urmia Lake

نویسندگان [English]

  • dr.aliakbar rasooli 1
  • dr.mehdi erfaniyan 2
  • dr.behrooz sarisaraf 1
  • khadije javan 3

چکیده [English]

Rainfall is considered as one of the most important inputs of the hydrological systems that its study and measurement in several different conditions such as the prediction of atmospheric condition, designing the hydraulic structures, estimation and modeling  of flood is necessary. The purpose of this study was to estimate the amount of 6 hours of rainfall in Urmia Lake basin usinga physical cloud model. The inputs of this model include the high temperature of the cloud which is estimated from the infrared band ofMeteosat. the pressure, temperature and dew point temperature from meteorological stations in time scale is six hours . The calibration of the model was conducted  by using the observed data of 16 synoptic stations in the basin of Urmia Lake  during the statistical period of 2005 to 2011 for six rain events. For comaring the estimated amount of precipitatin by the registered model and amounts in ground stations , the statistical criteria of mean error(ME), mean absolute error(MAE), root mean square error(RMSE)  and absolute bias(abias) have been used. The mean of each error criteria has obtained 0.86, 1.61, 2.39 and 0.67 mm respectively. Small amount of error criteria for physical cloud model represents the relatively high performance of this model for  6 hours rainfall estimation in Urmia lake basin .

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rainfall Prediction
  • Cloud model
  • Meteosat
  • Urmia Lake

آذری، حمید؛ متکان، علی اکبر؛ شکیبا، علیرضا؛ پورعلی، حسین (1388). شبیه‌سازی و هشدار سیل با تلفیق مدل‌های آبشناس در GIS و برآورد بارش ازطریق سنجش از دور، فصلنامۀ زمین‌شناسی، شمارۀ 3، صص 51-39.

اردکانی، حسین؛ مرادی، محمد؛  قائمی، هوشنگ (1384). تخمین بارش به‌وسیلۀ سرعت قائم و آب بارش شو، تحقیقات جغرافیایی، شمارۀ 20، صص 65- 50.

امیرپور دیلمی، افشین (1385). پروژۀ مدیریت به هم پیوستۀ منابع آب  دریاچۀ ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران.

برنامۀ مدیریت جامع  دریاچۀ ارومیه (1389). استراتژی حفاظت و بهره‌برداری پایدار از  دریاچۀ ارومیه، سازمان حفاظت محیط زیست.

پورباقری، سید مهدی؛ مباشری، محمدرضا؛ فرج‌زاده، منوچهر  (1386). امکان سنجی استفاده از داده‌های رادیو ساوند و تصاویر ماهواره‌ای MODIS در برآورد آب قابل بارش کلی (منطۀ مورد مطالعه: ناحیۀ تهران)، مجموعه مقالات همایش ژئوماتیک تهران، سازمان نقشه‌برداری کشور.

حکیم‌خانی، شاهرخ؛ عرب‌خدری، محمود (1385). تحلیل رگرسیونی بین رسوب معلق و ویژگی‌های هیدروژئومورفولوژیک حوضۀ دریاچۀ ارومیه، مجله علوم کشاورزی ایران، شماره 2. صص 231-223.

رسولی، علی‌اکبر (1384). مدل‌سازی بارش‌های رعد و برقی محدودۀه شهر تبریز از دیدگاه ریسک وقوع سیلاب، کنفرانس بین المللی مخاطرات زمین، بلایای طبیعی و راه‌کارهای مقابله با آنها، دانشگاه تبریز، مهرماه 1384. صص 58-54.

رسولی، علی‌اکبر (1390). مقدمه‌ای بر هواشناسی و اقلیم شناسی ماهواره‌ای، انتشارات دانشگاه تبریز.

رسولی، علی‌اکبر؛ حاجی میررحیمی، سیدمحمود(1386). کاربرد سیستم‌های رادار زمینی در برآورد میزان بارش (مطالعۀ موردی: شمال غرب ایران). فصلنامه آمایش. شمارۀ 3. صص 95-87.

زارع بیدکی، رفعت؛ مهدوی، محمد؛ احمدی، حسن(1387). تخمین بارش نقطه‌ای در مناطق خشک و تعیین دامنۀ تغییرات آن. مرتع. شماره 2. صص100-88.

صادقی‌حسینی، سید علیرضا؛ سهراب حجام وپوریا تفنگ ساز. (1384). ارتباط آب قابل بارش ابر و بارندگی دیده‌بانی شده در منطقۀ تهران، مجلۀ فیزیک زمین و فضا. شمارۀ 31. صص 21-13.

عسکری، قاسم؛ پورباقری، سیدمهدی؛ مبارکی، زهرا (1387). اعتبار‌سنجی داده‌های بارش به‌دست آمده از ماهواره TRMM به کمک ایستگاه‌های خودکار هواشناسی در آذر ماه 86. مجموعه مقالات همایش ژئوماتیک تهران. سازمان نقشه‌برداری کشور. صص 7-1.

غضنفری‌مقدم، محمد‌صادق؛ علیزاده، امین؛‌ موسوی‌بایگی، محمد؛ فرید‌حسینی، علیرضا؛ بنایان اول، محمد (1390). مقایسۀ مدل PERSIANN با روش‌های درون‌یابی به‌منظور کاربرد در تخمین مقادیر بارندگی روزانه. نشریه آب و خاک. شمارۀ 1، صص 215- 207.

فلاح قالهری، غلام عباس؛ خوشحال، جواد (1388). پیش‌بینی بارش بهاره استان خراسان رضوی بر اساس سیگنال‌های بزرگ مقیاس اقلیمی با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی. شماره 69. صص 133-115.

مباشری، محمدرضا؛ غلامی، نبی‌الله؛ فرج‌زاده اصل، منوچهر (1390). ارتقای الگوریتم آشکارسازی ابر MODIS با استفاده از تصویر همزمان ASTER (مطالعۀ موردی: شهر دامغان). فصلنامۀ مدرس علوم انسانی (برنامه‌ریزی و آمایش فضا)، شمارۀ 2، صص 100-81.

متکان، علی‌اکبر؛ شکیبا، علیرضا؛ عاشورلو، داوود؛ بداق‌جمالی، جواد؛ محمدیان، وهب (1388). قابلیت داده‌های ترکیبی مادون قرمز و میکروویو غیرفعال سنجش از دور و تخمین بارندگی و پایش سیلاب (مطالعۀ موردی: استان گلستان). سنجش از دور و GIS ایران. شماره 2. صص 44-31.

مدیریت جامع منابع آب (1389). مطالعات مدیریت جامع منابع آب حوضۀ  دریاچۀ ارومیه مطالعات پایه. شرکت سهامی آب منطقه‌ای آذربایجان غربی.

مطالعات پایه منابع آب، (1387)، پروژه بهنگام سازی بیلان آب محدوده­های مطالعاتی حوضه آبریز دریاچه ارومیه (گزارش هیدرولوژی)، مهندسین مشاور فرسپندآب.

مهرشاهی، داریوش؛ خسروی، یونس (1389). ارزیابی روش‌های میان‌یابی کریجینگ و رگرسیون خطی بر پایة مدل ارتفاعی رقومی جهت تعیین توزیع مکانی بارش سالانه (مطالعة موردی: استان اصفهان)، مدرس علوم انسانی، شماره 4، صص 249-233.

 

Adler, R. F., Negri, A. J., Keehn, P. R., Hakkarinen, I. M. (1993). "Estimation of monthly rainfall over Japan and surrounding waters from a combination of low-orbit microwave and geosynchronous IR data". Journal of Applied Meteorology. 32, 335–356.

Andrieu H, French M.N., Krajewski W.F., Georgakakos K.P. (2003). "Stochastic-dynamical rainfall simulation based on weather radar volume scan data". Advanced Water Resources .26(5):681–93.

Behrangi, A., Kuo-lin H., B. Imam, S. Sorooshian, George J. Huffman, R. J. Kuligowski, (2009). PERSIANN-MSA: A Precipitation Estimation Method from Satellite-Based Multispectral Analysis. Journal of Hydrometeorology, 10, 1414–1429.

Bell V.A, Moore R.J.(2000). "Short period forecasting of catchment-scale precipitation. Part II: A water-balance storm model for short-term rainfall and flood forecasting". Hydrology & Earth System Sciences. 4(4):635–51.

Boi, P., Marrocu, M., Giachetti, A., (2004). "Rainfall estimation from infrared data using an improved version of the Auto-estimator technique". International Journal of Remote Sensing. 25, 4657–4673.

Boughton, W. and Chiew, F., (2007). Estimating runoff in ungauged catchments from rainfall, PET and the AWBM model. Environmental Modelling and Software, Vol: 22, 476-487.

Cosgrove, B.A., Clark, E., Reed, S., Koren, V., Zhang, Z., Cui, Z. and Smith, M., (2012). Overview and Initial Evaluation of the Distributed Hydrologic Model Threshold Frequency (DHM-TF) Flash Flood Forecasting System. NOAA Technical Report NWS 54.

Eumetsat, (2010), http://www.eumetsat.int/

Evans, J. and Westra, S., (2012). Investigating the mechanisms of diurnalrainfall variability using a regional climate model. Journal of Climate,Vol: 25, 7232–7247.

French M.N, Andrieu H, Krajewski W.F. (1994). "A model for real-time quantitative rainfall forecasting using remote sensing 2. Case studies". Water Resource Research. 30(4):1085–97.

French MN, Krajewski WF. (1994). "A model for real-time quantitative rainfall forecasting using remote sensing 1. Formulation". Water Resource Research. 30(4):1075–83.

Georgakakos KP, Bras RL. (1984). "A hydrologically useful station precipitation model 1. Formulation". Water Resource Research. 20(11):1585–96.

Grecu, M. Krajewski, W.F., (2000). "Rainfall forecasting using variational assimilation of radar data in numerical cloud models". Advances in water resources, 24 (2), 213-224.

Haile, A.T., Rientjes, T., Gieske, A., Jetten, V. and Gebremichael, M., (2011). "Satellite remote sensing and conceptual cloud modeling for convective rainfall simulation". Advances in Water Resources, 34, 26–37.

Kidder, S. Q., Vonder Haar, T. H., (1995). Satellite Meteorology: An Introduction(International Geophysics), Academic Press, San Diego, 466 pp.

Lee, M., Schubert, S. D., suarez, M. J., Bell, T. L., Kim, K. M., (2007). Diurnal cycle of precipitation in the NASA Seasonal to International Prediction Project atmospheric general circulation model. J. Geophys. Res., vol: 112, D16111, doi: 10.1029/2006JD008346.

Manatsa, M., Nyakudya, I.W., Mukwada, G. and Matsikwa, H., (2011). Maize yield forecasting for Zimbabwe farming sectors using satellite rainfall estimates. Nat Hazards, Published online.

Miranda, J.D., Armas, C., Padilla, F.M., and Pugnaire, F.I., (2011). Climatic change and rainfall patterns: Effects on semi-arid plant communities of the Iberian Southeast. Journal of Arid Environments, Vol: 75, 1302-1309.

Rodwell, M.J., Richardson, D.S., Hewson, T.D., and Haiden, T., (2010). A new equitable score suitable for verifying precipitation in numerical weather prediction. Q. J. R. Meteorol. Soc, Vol: 136, 1344–1363.

Saw, B.L., (2005). Infrared and Passive Microwave Satellite Rainfall Estimate Over Tropics. MS Thesis, University of Missouri – Columbia.

Sawunyama, T. and Hughes, D.A., (2008). Application of satellite-derived rainfall estimates to extend water resource simulation modelling in South Africa. Water SA,. Vol: 34, 1-9.

Smith, J.A., Baeck, M.L., Meierdiercks, K.L., Miller, A.J., and Witold, F., (2007). Radar rainfall estimation for flash flood forecasting in small urban watersheds. Advances in Water Resources, Vol: 30, 2087-2097.

Sollehim, A.L.D. L., (2008). "Two satellite-based rainfall algorithms, calibration methods and post-processing corrections applied to Mediterranean flood cases", PhD Thesis, University of Balearic, Spain.

Sorooshian, S., K. Hsu, X. Gao, H.V. Gupta, B. Imam, and D. Braithwaite, (2000). "Evaluation of PERSIANN system satellite-based estimates of tropical rainfall". Bulletin of American Meteorology Society, 81, 2035-2046.

Stull R.B. (2000). "Meteorology for scientists and engineers". 2nd ed. Brooks/Cole.

Todd M.C., Barrett E.C., Beaumont M.J., Green J.L. (1995). "Satellite identification of rain days over the Upper Nile River basin using an optimum IR rain/no-rain threshold temperature model". Journal of Applied Meteorology. 34(12):2600–11.

Vernimmen, R.R.E., Hooijer A., Mamenun, A.E. and van Dijk, A.I.J.M., (2012). Evaluation and bias correction of satellite rainfall data for drought monitoring in Indonesia.Hydrol. Earth Syst. Sci, Vol: 16, 133-146.