نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

ارزیابی کارایی پایگاه‌های داده بارش برای حوضه‌های آبریز کوچک (مطالعه موردی: حوضه آبریز کارده)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
فائزه عظیمی 1
فرشته مدرسی 2
حسین بانژاد 3
سید علیرضا عراقی 3
1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد
3 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
10.22034/idj.2025.557274.2641
چکیده
پایگاه‌های داده بارش یکی از منابع ارزشمند برای تامین داده در مناطقی هستند که دارای کمبود اطلاعات مشاهداتی می‌باشند. با این وجود، کارایی اطلاعات دریافتی از این پایگاه‌ها معمولا در مقیاس‌های بزرگ مورد ارزیابی قرار گرفته است. از این رو در مطالعه حاضر، عملکرد سه پایگاه داده بارش شامل GPCC، MSWEP و TerraClimate در تخمین بارندگی ماهانه در حوضه آبریز کارده مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور، داده‌های بارش شش ایستگاه زمینی فعال در منطقه گردآوری و با داده‌های ماهانه این سه پایگاه طی یک دوره زمانی30 ساله از 1990 تا 2019 مقایسه شدند. برای تحلیل دقت این پایگاه داده‌ها از چهار شاخص آماری شامل ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب کارایی نش-ساتکلیف (NSE)، ضریب تعیین (R^2) و ضریب باقی مانده (CRM) استفاده شد. همچنین به منظور تبیین دقیق‌تر نتایج، از نمودارهای عنکبوتی برای بررسی همبستگی ماهانه، نمودارهای جعبه‌ای برای مقایسه توزیع شاخص‌ها و نمودار تیلور برای تحلیل ترکیبی خطا و انحراف معیار استفاده گردید. نتایج حاصل نشان داد که مقدار شاخص‌های ارزیابی پایگاه داده GPCC شامل RMSE، CRM، NSE و R^2 برای متوسط حوضه آبریز کارده به ترتیب 51/7، 07/0-، 71/0 و 74/0 می‌باشد که بالاترین همخوانی را با داده‌های مشاهداتی داشته و عملکرد بهتری نسبت به دو پایگاه دیگر ارائه داده است. پایگاه داده MSWEP عملکرد متوسط و قابل قبول داشت، در حالی که TerraClimate در بازنمایی ویژگی‌های آماری بارش منطقه از دقت کمتری برخوردار بود. براین اساس، استفاده از داده‌های پایگاه GPCC برای مطالعات بارش در مقیاس حوضه‌ای در حوضه آبریزکارده پیشنهاد می‌شود.
کلیدواژه‌ها
بارش
حوضه کارده
GPCC
MSWEP
TerraClimate

عنوان مقاله English

Performance Assessment of Precipitation Databases for Small Watersheds (Case Study: Kardeh Watershed)

نویسندگان English

faeze azimi 1
Fereshteh Modaresi 2
Hossein, Banejad 3
Alireza Araghi 3
1 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad.
3 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

Rainfall databases are valuable sources of information for regions with limited observational records. However, the performance of these datasets has typically been assessed at large spatial scales. Therefore, the present study evaluated the performance of three rainfall databases GPCC, MSWEP and TerraClimate for estimating monthly precipitation in the Kardeh watershed. For this purpose, rainfall data from six active ground stations in the studied area were collected and compared with the monthly data of the three databases over the period 1990–2019. To assess their accuracy, four statistical indices including Root Mean of Square Error (RMSE), Nash–Sutcliffe efficiency (NSE), coefficient of determination (R²), and Coefficient of Residual Mass (CRM) were applied. In addition, spider charts were used to examine monthly correlations, box plots to compare the distribution of indices, and a Taylor diagram to analyze the combined error and standard deviation. The results showed that the GPCC database exhibited the best agreement with the observational data, with RMSE, CRM, NSE, and R² values of 7.51, -0.07, 0.71 and 0.74, respectively, demonstrating superior performance compared with the other two datasets. MSWEP provided moderate and acceptable performance, whereas TerraClimate showed lower accuracy in representing the statistical characteristics of regional rainfall. Accordingly, the use of GPCC data is recommended for precipitation studies at the watershed scale in the Kardeh watershed.

کلیدواژه‌ها English

Precipitation
Kardeh Basin
GPCC
MSWEP
Terra Climate
اربابی سبزواری، آ. 1400. پایش فصلی خشکسالی در کشور با استفاده از داده‌های شبکه‌ای CRU. فصلنامه جغرافیای طبیعی، 13(52): 63-45.
احمدی، م.، کاویانی، ج.، کارآراسته، پ. و فرجی، ز. 1398. ارزیابی آماری داده‌های بارش CMAP، GPCP، GPCC و NCEP-NCAR با داده‌های مشاهداتی در استان‌های البرز، قزوین، زنجان، کردستان و همدان. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 13(6): 1896-1879.
امامی، س.، دربندی، ص.، قربانی، م. و صمدیان فرد، س. 1404. ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر تراز آب زیرزمینی با استفاده از مدل بهینه‌سازی ازدحام اسپرم(مطالعه موردی: آبخوان دشت شبستر). نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 19(1): 15-28.
بافکار، ع.، برومند نسب، س.، بهزاد، م. و فرهادی بانسوله، ب. 1390. پیش‌بینی پتانسیل تولید ذرات دانه‌ای رقم704C در منطقه ماهیدشت کرمانشاه با استفاده از مدل شبیه‌سازی رشد محصول WOFOST. مجله علوم گیاهان زراعی ایران، 42(4): 808-799.
حسینی‌موغاری، م.، عراقی نژاد، ش. و ابراهیمی، ک. 1395. ارزیابی پایگاه‌های جهانی داده‌های بارش و کاربرد آن‌ها در پایش خشکسالی(مطالعه موردی کرخه). نشریه هواشناسی کشاورزی، 4(2): 14-26.
حسینی‌موغاری، م.، عراقی نژاد، ش. و ابراهیمی، ک. 1397. معرفی پایگاه‌های بارش شبکه بندی شده جهانی. آب و توسعه پایدار، 5(2):153-162.
دستورانی، م.، حاجی‌بیگلو، م. و شجاعی، ح. 1401. شناسایی نوع تغییرات کاربری اراضی موجود در بستر سیلاب رودخانه و تاثیرگذار برروی کیفیت آب مخزن سد، مطالعه موردی: سزشاخه‌های بالا دست سد مخزنی کارده. مجله جغرافیا و توسعه. 20(66): 255-282.
زرین، آ. و داداشی رودباری، ع. 1400. بررسی دوره بازگشت و احتمال رخداد بارش در ایران براساس پایگاه داده بارش همادی-وزنی چند منبع (MSWEP). جغرافیا و مخاطرات محیطی. (40): 227-209.
صادقیان آقکندی، م.، رضایی، ح.، خلیلی، ک. و احمدی، ف. 1402. کاربرد داده‌های شبکه‌ای CRU و GPCC در تحلیل خشکسالی‌های بلند مدت حوضه آبخیز دریاچه ارومیه. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، 30(3): 125-107.
عبدالهی، خ.، بیاتی، س. و نصراصفهانی، م.ع. 1397. بررسی توزیع مکانی رواناب و تغذیه آب زیرزمینی در طبقه‌های اراضی و شیب حوزه آبخیز ونک. نشریه علمی-پژوهشی مهندسی و مدیریت آبخیز، 11(4): 878-866.
مسعودیان، ا.، کیانی، ک. و رعیت پیشه، ف. 1393. معرفی و مقایسه پایگاه داده اسفزاری با پایگاه داده GPCC ، GPCP و CMAP. تحقیقات جغرافیایی، 29(1(پیاپی 112)): 73-87.
مقدسی، ف.، مقدسی، م. و  قلعه نی، م. 1402. ارزیابی زمانی و مکانی پایگاه های جهانی بارش (حوضه‌های آبریز درجه دو ایران). نشریه مدیریت آب و آبیاری، 13(4): 908-889.
میری، م.، رضیئی، ط. و رحیمی، م. 1394. ارزیابی و مقایسه آماری داده‌های بارش TRMM و GPCC با داده‌های مشاهده‌ای در ایران. فیزیک زمین و فضا، 42(3): 657-672.
Abatzoglou, J. T., Dobrowski, S. Z., Parks, S. A. and Hegewisch, K. C. 2018. TerraClimate, a high-resolution global dataset of monthly climate and climatic water balance from 1958–2015. Scientific data. 5(1): 1-12.‏
Ahmed, K., Shahida, S., Ali, R. O., Harun, S. B. and Wang, X. J. 2017. Evaluation of the performance of gridded precipitation products over Balochistan Province, Pakistan. Desalination and Water Treatment. 79: 73-86.‏
Araghi, A., Martinez, C.J. and Adamowski, J.F. 2023. Evaluation of TerraClimate gridded data across diverse climates in Iran. Earth Sci Inform. 16: 1347–1358.
Alijanian, M., Rakhshandehroo, G.R., Mishra, A.K. and Dehghani, M. 2017. Evaluation of satellite rainfall climatology using CMORPH, PERSIANN-CDR, PERSIANN, TRMM, MSWEP over Iran. Int. J. Climatol. 37: 4896-4914.
Beck, H. E., Van Dijk, A. I., Levizzani, V., Schellekens, J., Miralles, D. G., Martens, B. and De Roo, A. 2017. MSWEP: 3 hourly 0.25 global gridded precipitation (1979-2015) by merging gauge, satellite, and reanalysis data. Hydrology and Earth System Sciences. 21(1): 589-615.
Fu, Y., Xia, J., Yang, W., Xu, B., We, X., Chen, Y. and Zhang, H. 2016. Assessment of multiple precipitation products over major river basins of China, Theoretical and Applied Climatology. 123(3): 11-22.
Katiraie-Boroujerdy, P.S., Nasrollahi, N., Hsu, K.L. and Sorooshian, S. 2016. Quantifying the reliability of four global datasets for drought monitoring over semiarid region. Theor. Appl. Climatol. 123: 387-398.
Navidi Nassaj, B., Zohrabi, N., Nikbakht Shahbazi, A. and Fathian, H. 2022. Evaluating the performance of eight global gridded precipitation datasets across Iran. Dyn. Atmos. Oceans. 98: 101297.
Najafi, M.S., Alizadeh, O. and Sauter, T. 2025. Evaluation of gridded precipitation datasets over Iran. Journal of Hydrology: Regional Studies. 58: 102234.
Nozarpour, N., Mahjoobi, E. and Golian, S. 2023. Statistical assessment of IMERG-FRV6, MSWEP, TRMM-3B43V7, and PERSIANN-CDR satellite precipitation in monthly, seasonal, and annual time-scale over Iran. 10.21203/rs.3.rs-3067176/v1.
Nouri, M. 2025. Unveiling precipitation trend characteristics in changing poorly-gauged regions: Leveraging alternative raster sources. Water Resources Management. 39(3): 1129-1147.‏
Sarli, R., Nasiri, V., Hawryło, P. and Socha, J. 2025. Evaluating the accuracy of the global precipitation products: a time-series analysis in Poland. Climate Dynamics. 63(3): 1-19.
نشریه آبیاری و زهکشی ایران
دوره 20، شماره 2 - شماره پیاپی 117
خرداد و تیر 1405
صفحه 208-217