شبیه‌سازی دو متغیره و تحلیل توام تبخیرتعرق گیاه مرجع با استفاده از توابع مفصل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه علوم و مهندسی آب ، دانشگاه بیرجند

2 دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند، بیرجند

3 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند.

چکیده

هدف از مطالعه حاضر، تحلیل همبستگی و شبیه‌‌سازی مقادیر تبخیرتعرق گیاه مرجع ایستگاه‌های هواشناسی موجود در کویر لوت (بم، بیرجند و طبس) در دوره آماری 1984 تا 2019 با استفاده از مفصل‌‌های رایج و سرعت باد متناظر در مقیاس ماهانه می‌باشد. با بررسی همبستگی جفت متغیر سرعت باد و تبخیرتعرق گیاه مرجع در ایستگاه‌های بم، بیرجند و طبس، به ترتیب همبستگی 7/0، 76/0 و 80/0 حاصل شد. با بررسی ساختار مفصل‌های دو بعدی و چگالی شرطی آن‌ها بر اساس معیارهای مختلف، مفصل گالامبوس به عنوان مفصل مناسب‌‌تر برای تمامی ایستگاه‌های مورد بررسی انتخاب گردید. با انتخاب توزیع حاشیه‌ای و مفصل برتر، تحلیل فراوانی، دوره بازگشت توام و شبیه‌سازی مبتنی بر مفصل ارائه گردید. با ارائه نمودارهای هم احتمال، احتمالات توأم سرعت باد و تبخیرتعرق در هر ایستگاه به صورت هم‌زمان به صورت نمودارهای تیپ ارائه شد که می‌‌تواند اطلاعات بسیار مفیدی را در ارتباط با رفتار احتمالاتی داده‌های مورد بررسی ارائه دهد. در نهایت شبیه‌‌سازی تبخیرتعرق گیاه مرجع با استفاده از مدل مبتنی بر مفصل و مقادیر سرعت باد صورت گرفت. نتایج شبیه‌‌سازی مقادیر یاد شده نشان از مناسب بودن میزان همبستگی جفت متغیرها بود. دقت، کارایی و میزان خطای ناشی از شبیه‌‌سازی مقادیر تبخیرتعرق گیاه مرجع با استفاده از آزمون‌‌های آماری مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. شبیه‌‌سازی موفقیت آمیز پارامتر یاد شده در واقع دلیلی بر انتخاب دقیق ساختار مفصل می‌‌باشد. که نتیجه آن میزان خطای حداکثر 10/0 میلی‌‌متر در روز و کارایی 98 درصد برای تمامی ایستگاه‌ها بود. با اجرای این الگوریتم در شبیه‌‌سازی مقادیر تبخیرتعرق گیاه مرجع و ارائه رابطه تخمین آن در منطقه مور مطالعه می‌‌توان به راحتی مقدار تبخیر گیاه مرجع را با داده‌‌های هواشناسی موجود و فارغ از پیچیدگی‌‌های محاسباتی فراوان، شبیه‌‌سازی کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Bivariate simulation and joint analysis of reference evapotranspiration using copula functions

نویسندگان [English]

  • abbas khashei 1
  • Ali Shahidi 2
  • Mohammad Nazeri-Tahroudi 3
  • Yousef Ramezani 2
1 Professor, Department of Water Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
2 Associate professor, University of Birjand, Birjand, Iran
3 Department of Water Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده [English]

The aim of the present study was to analyze the correlation and simulation of the values of reference evapotranspiration of meteorological stations in the Lut Desert (Bam, Birjand, and Tabas) in the period 1984-2019 using common copulas and corresponding wind speed on a monthly scale. By examining the correlation between the pair-variables of wind speed and reference evapotranspiration in Bam, Birjand, and Tabas stations, the correlation was evaluated about 0.7, 0.76, and 0.80, respectively. By examining the structure of two-dimensional copulas and their conditional density based on different criteria, the Galambos copula was selected as the best copula for all stations. By selecting the best marginal distribution and the best copula, the frequency analysis, joint return period and copula-based simulation were presented. By presenting the joint probability curves, the probabilities of both wind speed and reference evapotranspiration at each station were presented simultaneously in the form of typical curves, which can provide very useful information about the probabilistic behavior of the studied data. Finally, the reference evapotranspiration values were simulated using a copula-based model and wind speed values. The simulation results of the mentioned values showed that the correlation of the pair-variables was appropriate. The accuracy, efficiency and error rate of simulating the values of reference evapotranspiration values were evaluated using various statistical tests. Successful simulation of this parameter is in fact a reason for accurate selection of the copula structure, which indicated a maximum error rate (RMSE) of 0.1 mm per day and 98% efficiency for all stations. By application of this algorithm in simulating the values of reference evapotranspiration and presenting its estimated relationship in the region, the amount of reference evapotranspiration can be easily simulated with available meteorological data and without much computational complexity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Conditional density
  • Copula function
  • Galambos
  • Marginal distribution