چکیده:

پژوهش­های انجام شده در جهان به­­طور عمده نشانگر افزایش تدریجی میانگین دما است. امروزه روند دماهای فرین از    مهم­ترین پارامترهای ا­قلیمی است که برای اثبات تغییر اقلیم در یک منطقه مورد ارزیابی قرار می­گیرد. تحلیل روند سری­های زمانی شاخص­های حدی دما سبب شناخت بهترمان در خصوص رفتار گذشته و حال تغییرات اقلیمی می­شود. در این پژوهش به منظور شناسایی نوسانات اقلیمی پارامترهای دمای حداقل و روزهای یخبندان از مشاهدات ایستگاه سینوپتیک خرم­آباد در دوره آماری 2013 – 1984 استفاده شد. هدف از این مطالعه در ابتدا آشکارسازی روند دمای حداقل به صورت ماهانه بود. از طرف دیگر برای تحلیل روند، سری­های زمانی فصلی انتخاب گردید. روش­های به کار رفته در این پژوهش برای تحلیل روند دمای حداقل استفاده از آزمون همگنی نرمال استاندارد مطلق بود. برای ترسیم نمودارهای تحلیل روند از آزمون آماری من – کندال در دو سطح 95 و 99 درصد استفاده شد. برای پیش­بینی روند دما در سال­های آینده از دو روش آزمون هموار ساز هالت – وینترز و ARIMA استفاده شد. نتایج به­دست آمده از روش­های آماری استفاده شده در این پژوهش نشان داد که سری­های دما فاقد ناهمگنی معنی­دار بودند و فراداده ایستگاه همگنی این سری­ها را تایید نمود. بیشترین و کم­ترین معنی­داری روند دمای حداقل به ترتیب در فصل بهار و پاییز رخ داده است. آماره T من – کندال برای دوره زمانی مورد مطالعه افزایش معنی­دار دمای حداقل را بیشتر ماه­ها نشان داد. نتایج حاصل از پیش­بینی دما با دو روش هالت – وینترز و  ARIMA نشان می­دهد که دمای حداقل در سال­های آینده افزایش خواهد یافت ولی روند دما در فصل پاییز دارای معنی­داری کمتری نسبت به دیگر فصول می­باشد. بر همین اساس نتایج مطالعه روند شدت یخبندان در فصل زمستان در طول دوره آماری مورد مطالعه نشان داد که از شدت یخبندان کاسته شده است.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                                           صفحه

 فصل اول

کلیات تحقیق

1 -1 – مقدمه................................................ 2

1 – 2 –  بیان مسئله......................................... 5

1 – 3 –  اهمیت و ضرورت تحقیق................................ 7

1 – 4 – اهداف تحقیق......................................... 7

1 – 5 – سوالات تحقیق......................................... 9

1 – 6 –  فرضیات تحقیق....................................... 9

فصل دوم

مبانی نظری و پیشینه تحقیق

2 – 1 – مبانی نظری تحقیق.................................... 12

2 – 1 – 1- فرا داده......................................... 12

2 – 1 – 2 –  همگنی داده ها.................................. 12

2 – 2 – دما................................................. 14

2 – 2 – 1 – دمای حداقل...................................... 14

2- 2 – 2 – دمای فرین........................................ 14

2 – 3 – یخبندان............................................. 14

2 – 3 – 1 – انواع یخبندان................................... 14

2 – 4 – سری زمانی........................................... 15

2 – 4 – 1 – انواع سری زمانی................................. 15

2 – 5 – فرایندهای تصادفی.................................... 15

2 – 6 – بررسی منابع......................................... 16

2 – 6 – 1 – منابع داخلی..................................... 16

2 – 6 – 2 – منابع خارجی..................................... 31

2 – 7 – نتیجه گیری.......................................... 36

فصل سوم

3 – منطقه مورد مطالعه...................................... 38

3 – 1 – موقعیت جغرافیایی استان لرستان....................... 38

3 – 2 – موقعیت جغرافیایی شهرستان خرم آباد................... 38

3 – 3 – موقعیت نسبی شهرستان خرم آباد........................ 38

3 – 4 – سیمای اقلیمی شهرستان خرم آباد....................... 39

3 – 4 – 1 – عوامل محلی...................................... 39

3 – 4 – 2 – عرض جغرافیایی................................... 40

3 – 4 – 3 – دسترسی به منابع رطوبتی.......................... 40

3 – 5 – وضعیت اقلیمی شهرستان خرم­آباد........................ 40

3 – 5 –1 – دما.............................................. 41

3 – 5– 2 – بارش............................................. 42

3 – 6 – بادهای غالب شهرستان خرم­آباد......................... 42

فصل چهارم

4 – مواد و روش­ها........................................... 44

4 – 1 – ایستگاه هواشناسی منطقه مورد مطالعه.................. 44

4 – 2 – متغیرهای مورد نیاز.................................. 44

4 – 2 – 1 – دمای حداقل...................................... 44

4 – 2 – 2 – روزهای یخبندان.................................. 44

4 – 3 – مواد و روش­ها........................................ 44

4 – 3 – 1 – گردآوری داده­های مورد استفاده.................... 44

4 – 4 – همگنی داده­ها........................................ 45

4 – 4 – 1 – روش آزمون همگنی برای سری زمانی دما.............. 46

4 – 4 – 2 – روش همگنی نرمال استاندارد مطلق.................. 46

4 – 5 – آزمون ران – تست..................................... 47

4 – 6 – آزمون وجود روند..................................... 47

4 – 6 – 1 – آزمون من – کندال................................ 47

4 – 6 – 2 – آزمون آماره ( T ) من – کندال..................... 48

4 – 6 – 3 – آزمون نموداری من – کندال........................ 49

4 – 7 – روش هموار ساز هالت – وینترز......................... 50

4 – 8 – مدل­های باکس – جنکینز................................ 52

4 – 8 – 1 – بررسی ایستایی در واریانس........................ 52

4 – 8 – 2 – بررسی ایستایی در میانگین........................ 53

4 – 8 – 3 – رسم نمودارهای ACF و PACF......................... 54

4 – 8 – 4 – بررسی مناسبت مدل................................ 54

4 – 8 – 5 – پیش بینی........................................ 55

4 – 8 – 6 – فرآیند اتورگرسیو................................ 55

4 – 8 – 7 – فرآیند میانگین متحرک............................ 56

4 – 8 – 8 – فرآیند مرکب اتورگرسیو – میانگین متحرک........... 57

4 – 8 – 9 – تناوب در مدل فصلی............................... 57

فصل پنجم

5 – یافته­های تحقیق......................................... 61

5 – 1 – یافته­های توصیفی تحقیق............................... 61

5 – 2 – نمودارهای مستخرج از آزمون همگنی نرمال استاندارد..... 62

5 – 3 – یافته­های حاصل از آزمون ران – تست.................... 63

5 – 4 – یافته­های حاصل از آزمون من – کندال برای دمای حداقل... 63

5 – 4 – 1 -  نتایج آزمون آماره (T  ) من – کندال.............. 63

5 – 4 – 2 -  نتایج آزمون نموداری من – کندال................. 65

5 – 5 – یافته­های حاصل از آزمون من – کندال برای روزهای یخبندان 69

5 – 5 – 1 – نتایج آزمون آماره ( T ) من – کندال............... 68

5 – 5 – 2 - نتایج آزمون نموداری من – کندال.................. 68

5 – 6 -  نتایج حاصل از برآورد روند خطی دما در نرم افزار MINITAB 70

5 – 7 –  نتایج حاصل از آزمون هموار ساز هالت -  وینترز....... 72

5 – 7 – 1 –  فصل زمستان..................................... 72

5 – 7 – 2 - فصل بهار........................................ 74

5 – 7 – 3 -  فصل تابستان.................................... 76

5 – 7 – 4 – فصل پاییز....................................... 78

5 – 8 - نتایج حاصل از روش بکارگیری مدل ARIMA................ 80

5 – 8 – 1 - فصل زمستان...................................... 83

5 – 8 – 2 - فصل بهار ....................................... 85

5 – 8 – 3 - فصل تابستان..................................... 87

5 – 8 – 4 - فصل پاییز....................................... 91

5 – 9 – نتیجه گیری.......................................... 92

فصل ششم

6 – 1 – خلاصه................................................ 95

6 – 2 – نتایج............................................... 96

6 – 3 – تحلیل فرضیات........................................ 97

6 – 3 – 1 – سوالات تحقیق..................................... 97

6 – 3 – 2 – فرضیات تحقیق.................................... 97

 6 – 4 – پیشنهادات......................................... 100

منابع و ماخذ.............................................. 102

پیوست­ها................................................... 113

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                                                                            صفحه

شکل 1 – 1 فلوچارت تدوین پایان­نامه.......................... 10

شکل 3 – 1 نقشه منطقه مورد مطالعه........................... 59

شکل 4 – 1 فلوچارت روش­های به کار رفته در پایان­نامه.......... 58

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                                                            صفحه

جدول 4 – 1 مشخصات ایستگاه مورد مطالعه...................... 44

جدول 4 – 2 مقادیر بحرانی T K آماره SNHT ..................... 47

جدول 4 – 3 رفتارتوابع خودهمبستگی و خود همبستگی جزئی برای مدل های ایستا........................................................... 55

جدول 5 – 1 فراداده ایستگاه مورد مطالعه..................... 61

جدول 5 – 2 نتایج آزمون ران تست............................. 63

جدول 5 – 3 نتایج آزمون آماره ( T ) من – کندال............... 64

جدول 5 – 4 مقادیر پیش بینی شده فصل زمستان برای 10 سال آتی... 74

جدول 5 – 5 مقادیر پیش بینی شده فصل بهار برای 10 سال آتی..... 76 

جدول 5 – 6 مقادیر پیش بینی شده فصل تابستان برای 10 سال آتی.. 78 

جدول 5 – 7 مقادیر پیش بینی شده فصل پاییز برای 10 سال آتی.... 80 

جدول 5 – 8 برآورد پارامتردمای حداقل ARIMA برای فصل زمستان... 84

جدول 5 – 9 مقادیر پیش بینی شده دمای حداقل فصل زمستان....... 85

جدول 5 – 10 برآورد پارامتردمای حداقل ARIMA برای فصل بهار.... 86

جدول 5 – 11 مقادیر پیش بینی شده دمای حداقل فصل بهار......... 87

جدول 5 – 12 برآورد پارامتردمای حداقل ARIMA برای فصل تابستان. 88

جدول 5 – 13 مقادیر پیش بینی شده دمای حداقل فصل تابستان...... 89

جدول 5 – 14 برآورد پارامتردمای حداقل ARIMA برای فصل پاییز... 90

جدول5 – 15 مقادیر پیش بینی شده دمای حداقل فصل پاییز......... 91

فهرست نمودارها

عنوان                                                                                                                                                            صفحه

نمودار 3 – 1 وضعیت دمای فصلی و سالانه 30 ساله خرم آباد        41

نمودار 5 – 1  تغییرات آماره T ژانویه از روش همگنی نرمال استاندارد   62

نمودار 5 – 2  تغییرات آماره T دسامبر از روش همگنی نرمال استاندارد   62

نمودار 5 – 3 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل ژانویه منطقه مورد مطالعه........................................................... 65

نمودار 5 – 4 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل فوریه منطقه مورد مطالعه........................................................... 65

نمودار 5 – 5 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل مارس منطقه مورد مطالعه........................................................... 66

نمودار 5 – 6 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل آوریل منطقه مورد مطالعه........................................................... 66

نمودار 5 – 7 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل می منطقه مورد مطالعه 66

نمودار 5 – 8 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل ژوئن منطقه مورد مطالعه........................................................... 66

نمودار 5 – 9 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل ژوئیه منطقه مورد مطالعه........................................................... 67

نمودار 5 – 10 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل آگوست منطقه مورد مطالعه........................................................... 67

نمودار 5 – 11 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل سپتامبر منطقه مورد مطالعه........................................................... 67

نمودار 5 – 12 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل اکتبر منطقه مورد مطالعه........................................................... 67

نمودار 5 – 13 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل نوامبر منطقه مورد مطالعه........................................................... 68

نمودار 5 – 14 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل دسامبر منطقه مورد مطالعه........................................................... 68

نمودار 5 – 15 تغییرات مولفه­های U و U' دمای حداقل زمستان منطقه مورد مطالعه........................................................... 69

نمودار 5 – 16 مولفه روند غیرخطی دمای حداقل فصل زمستان و بهار 69

نمودار 5 – 17 مولفه روند خطی دمای حداقل فصل تابستان و پاییز. 69

نمودار 5 – 18 مولفه روند غیرخطی ­یخبندان فصل زمستان.......... 70

نمودار 5 -  19 الف: نمودار احتمال نرمال باقیمانده های مدل هالت – وینترز........................................................... 72

نمودار 5 –  19ب: نمودار مشاهدات خام میانگین دما در فصل زمستان 72

نمودار 5 – 20 ج: نمودار فرض ثابت بودن واریانس باقیمانده ها.. 72

نمودار 5 – 20 د: هیستوگرام باقیمانده های مدل................ 72

نمودار 5 – 21پیش بینی مدل هالت – وینترز از دمای حداقل برای 10 سال آتی........................................................... 73

نمودار 5 – 22 الف: نمودار احتمال نرمال باقیمانده های مدل.... 74

نمودار 5 – 22 ب: شاخص مشاهدات خام میانگین دما در فصل بهار... 74

نمودار 5 – 22 ج: هیستوگرام باقیمانده های مدل................ 74

نمودار 5 – 23 د: نمودار فرض ثابت بودن واریانس باقیمانده ها.. 74

نمودار 5 – 24پیش بینی مدل هالت – وینترز از دمای حداقل برای 10 سال آتی........................................................... 75

نمودار 5 – 25 الف: نمودار احتمال نرمال باقیمانده های مدل.... 76

نمودار 5 – 25 ب: شاخص مشاهدات خام میانگین دما در فصل بهار... 76

نمودار 5 – 26 ج: هیستوگرام باقیمانده های مدل................ 76

نمودار 5 – 26 د: نمودار فرض ثابت بودن واریانس باقیمانده ها.. 76

نمودار 5 – 27 پیش بینی مدل هالت – وینترز از دمای حداقل برای 10 سال آتی........................................................... 77

نمودار 5 – 28 الف: نمودار احتمال نرمال باقیمانده های مدل.... 70

نمودار 5 – 28 ب: شاخص مشاهدات خام میانگین دما در فصل بهار... 70

نمودار 5 – 29 ج: هیستوگرام باقیمانده های مدل................ 78

نمودار 5 – 29 د: نمودار فرض ثابت بودن واریانس باقیمانده ها.. 78

نمودار 5 – 30 پیش بینی مدل هالت – وینترز از دمای حداقل برای 10 سال آتی........................................................... 79

نمودار 5 – 31الف:نمودار نرمال باقیمانده های مدل  ARIMAفصل زمستان 81

نمودار 5 – 31ب: باقیمانده­های واریانس در طول زمان............ 81

نمودار 5 – 32الف: نمودار نرمال باقیمانده های مدل  ARIMAفصل بهار 81

نمودار 5 – 32ب: باقیمانده­های واریانس در طول زمان............ 81

نمودار 5 – 33الف: نمودار نرمال باقیمانده های مدل  ARIMAفصل تابستان   81

نمودار 5 – 33 ب: باقیمانده­های واریانس در طول زمان........... 82

نمودار 5 – 34الف: نمودار نرمال باقیمانده های مدل  ARIMAفصل­پاییز 82

نمودار 5 – 34 ب: باقیمانده­های واریانس در طول زمان........... 82

نمودار 5 – 35 نتایج عدد لاندای به دست آمده از آزمون باکس- کاکس 83

نمودار5 – 36 الف:نمودار خود همبستگی فصل زمستان(ACF)......... 83

نمودار5 – 36 ب:نمودار خودهمبستگی جزئی فصل زمستان(PACF)....... 83

نمودار 5 – 37 الف: نمودار خودهمبستگی باقیمانده ها فصل زمستان(ACF)    84

نمودار 5 – 37ب: نمودار خودهمبستگی جزئی باقیمانده ها فصل زمستان(PACF) 84

نمودار5 – 38 الف:نمودار خود همبستگی فصل بهار(ACF)........... 86

نمودار5 – 38 ب:نمودار خودهمبستگی جزئی فصل بهار(PACF)......... 86

نمودار 5 – 39 الف: خودهمبستگی باقیمانده ها فصل بهار(ACF).... 86

نمودار 5 – 39ب: نمودار خودهمبستگی جزئی باقیمانده ها فصل بهار(PACF)   86

نمودار5 – 40 الف:نمودار خود همبستگی فصل تابستان(ACF)........ 87

نمودار5 – 40 ب:نمودار خودهمبستگی جزئی فصل تابستان(PACF)...... 87

نمودار 5 – 41 الف: خودهمبستگی باقیمانده ها فصل تابستان(ACF). 88

نمودار 5 – 41ب: نمودار خودهمبستگی جزئی باقیمانده ها فصل تابستان(PACF) 88

نمودار5 – 42 الف:نمودار خود همبستگی فصل پاییز(ACF) ......... 89

نمودار5 – 42 ب:نمودار خودهمبستگی جزئی فصل پاییز(PACF)....... 89

نمودار 5 – 43 الف: خودهمبستگی باقیمانده ها فصل پاییز(ACF)... 90

نمودار 5 – 43ب: نمودار خودهمبستگی جزئی باقیمانده ها فصل پاییز(PACF)  90