شماره مدرك
21082
شماره راهنما
18081
پديد آورنده
سلماني كردآبادي، نرگس
عنوان
توسعه شاخص خشكسالي SPI با بهرهگيري از توزيع آماري بهينه و تحليل مكاني-زماني خشكسالي در حوضه آبريز زايندهرود
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
منابع آب
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
شانزده، 213ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
شاخص بارش استاندارد (SPI) , ميانگينگيري بيزين از مدلها (BMA) , رويكرد چندتوزيعي , عدم قطعيت , تحليل خشكسالي , تحليل مكاني–زماني , حوضه آبريز زايندهرود
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/09
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
علوم و مهندسي آب
دانشكده
مهندسي كشاورزي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/03/11
كد ايرانداك
23222386
چكيده فارسي
خشكسالي يكي از مهمترين مخاطرات اقليمي است كه پايش دقيق آن نقش كليدي در مديريت منابع آب دارد. شاخص بارش استاندارد (SPI) بهعنوان يكي از پركاربردترين شاخصهاي هواشناسي، معمولاً با فرض يك توزيع آماري مشخص، بهويژه توزيع گاما، محاسبه ميشود. با اين حال، تغييرپذيري مكاني و زماني بارش ميتواند موجب شود كه اين فرض در همه شرايط اقليمي معتبر نباشد و در نتيجه عدم قطعيت در برآورد شاخص افزايش يابد. در اين پژوهش، با هدف بررسي تأثير انتخاب توزيع آماري و كاهش عدم قطعيت در محاسبه SPI، از رويكرد ميانگينگيري بيزين از مدلها (BMA) بهعنوان يك چارچوب چندتوزيعي استفاده شد. براي اين منظور، دادههاي بارش ماهانه 27 ايستگاه در حوضه آبريز زايندهرود در مقياسهاي زماني مختلف شامل 1، 3، 6، 9، 12 و 24 ماهه مورد تحليل قرار گرفت. هشت توزيع آماري شامل گاما، نرمال، ويبول، پيرسون نوع III، لگنرمال، گامبل، لجستيك و مقادير حدي تعميميافته (GEV) بر دادهها برازش داده شدند و عملكرد آنها با استفاده از معيارهاي اطلاعاتي (AIC, BIC) و آزمونهاي نيكويي برازش (كلموگروف–اسميرنوف، اندرسون–دارلينگ و كرامر–فونمايزس) ارزيابي گرديد. سپس با استفاده از چارچوب BMA، وزن هر توزيع بر اساس عملكرد آن تعيين شده و شاخص تركيبي SPI-BMA محاسبه شد. نتايج نشان داد كه هيچ توزيع آماري واحدي در تمامي ايستگاهها و مقياسهاي زماني بهترين عملكرد را ندارد و انتخاب توزيع بهينه به مقياس زماني و ويژگيهاي اقليمي منطقه وابسته است. بهطور كلي، برخي توزيعهاي دوپارامتري در مقياسهاي كوتاهمدت و توزيعهاي سهپارامتري در مقياسهاي بلندمدت عملكرد مناسبتري از خود نشان دادند. مقايسه شاخص SPI-BMA با SPI مبتني بر توزيع گاما بيانگر آن بود كه دو روش در بسياري از موارد نتايج مشابهي ارائه ميدهند، با اين حال رويكرد چندتوزيعي در برخي ايستگاهها و مقياسهاي زماني منجر به تفاوتهايي در مقادير شاخص و طبقهبندي رخدادهاي خشكسالي، بهويژه در سطوح شديد، شده است. همچنين در برخي موارد بهبود نسبي در شاخصهاي آماري نظيرRMSE ، R² و ICC مشاهده شد. تحليل مكاني–زماني خشكسالي در حوضه آبريز زايندهرود نشان داد كه شدت، مدت و فراواني خشكسالي در بخشهاي مختلف حوضه متفاوت بوده و الگوي ناهمگني را نشان ميدهد. نتايج آزمون من–كندال و برآورد شيب سن حاكي از وجود روند كاهشي بارش و تشديد شرايط خشكسالي در بخش قابلتوجهي از ايستگاهها است. در مجموع، يافتههاي اين پژوهش نشان ميدهد كه استفاده از رويكرد چندتوزيعي ميتواند ديد جامعتري نسبت به عدم قطعيت موجود در محاسبه شاخص SPI فراهم كرده و در تحليل دقيقتر ويژگيهاي خشكسالي مؤثر باشد.
چكيده انگليسي
Drought is one of the most significant climate-related hazards, and its accurate monitoring plays a crucial role in effective water resources management. The Standardized Precipitation Index (SPI) is widely used for drought assessment and is typically calculated under the assumption of a predefined probability distribution, most commonly the Gamma distribution. However, the inherent spatial and temporal variability of precipitation may violate this assumption, leading to increased uncertainty in SPI estimation. In this study, a multi-distribution framework based on Bayesian Model Averaging (BMA) was employed to investigate the effect of distribution selection and to reduce uncertainty in SPI computation. Monthly precipitation data from 27 meteorological stations across the Zayandeh-Rud Basin were analyzed at multiple time scales, including 1, 3, 6, 9, 12, and 24-month periods. Eight probability distributions—Gamma, Normal, Weibull, Pearson Type III, Lognormal, Gumbel, Logistic, and Generalized Extreme Value (GEV)—were fitted to the data. Their performance was evaluated using information criteria (AIC and BIC) and goodness-of-fit tests (Kolmogorov–Smirnov, anderson–Darling, and Cramér–von Mises). Subsequently, the BMA framework was applied to assign weights to each distribution based on their performance, and a combined drought index (SPI-BMA) was derived. The results indicated that no single probability distribution consistently outperformed others across all stations and time scales, and the optimal distribution varied depending on temporal scale and local climatic conditions. In general, two-parameter distributions performed better at shorter time scales, while three-parameter distributions showed improved performance at longer time scales. A comparison between SPI-BMA and the conventional Gamma-based SPI revealed that both approaches produced largely similar results; however, the multi-distribution framework led to noticeable differences in certain stations and time scales, particularly in the classification of severe drought events. In some cases, slight improvements in statistical performance metrics, including RMSE, coefficient of determination (R²), and classification consistency index (ICC), were observed. Spatiotemporal analysis of drought characteristics in the Zayandeh-Rud Basin demonstrated considerable spatial heterogeneity in drought severity, duration, and frequency. Trend analysis using the Mann–Kendall test and Sen’s slope estimator indicated a decreasing trend in precipitation and intensification of drought conditions in a substantial portion of the study area. Overall, the findings suggest that a multi-distribution approach can provide a more comprehensive representation of uncertainty in SPI estimation and contribute to a more reliable assessment of drought characteristics.
استاد راهنما
سعيد اسلاميان
استاد مشاور
محمد جمالي جزه
استاد داور
جهانگير عابدي كوپائي , شمس اله ايوبي