پاور پوینت SDSM
Download
Report
Transcript پاور پوینت SDSM
جهان قرآن مصور است كه در آن آيه هابه جای •
آنکه بنشینند ايستاده اند ،پس بياید تا باهم
جهان را تالوت كنيم
Statistical Downscaling Model
زهرا تقی زاده:ارائه
مدلسازی در اقلیم شناس ی
مدلهای اقلیمی در پی همانند سازی فرایندهای بسیارزیادی هستند که اقلیم را پدید می آورند
مقصود از مدلسازی آن است که فراینهای اقلیمی را بشناسیم و اثر تغییرات آنها و روابط
متقابلشان را با یکدیگر پیش بینی کنیم .
انواع مدلهای اقلیمی
مدل
مدل های توازن انرژی ()EBM
مدل های تابش همرفتی( )RCM
مدل های دو بعدی دینامیکی -آماری ( ) SDM
مدل های گردش
عمومی جو ( ) GCM
توضیحات
این مدلها دو فرایند اساس ی حاکم بر سیستم اقلیمی ( توازن انرژی تابش ی را در کل
سطح کره زمین ،انتقال انرژی بین مداری در حد فاصل قطب ها تا استوا) را شبیه
سازی می کنند.
این مدلها عالوه بر ویژگی های مدل های EBMجابه جایی عمودی انرژی نیز در نظر
می گیرند .این مدل ها معموال یک و دو بعدی هستند .انتقال انرژی در حالت یک بعدی
به دو صورت انتقال انرژی تابش ی بصورت جذب و پراکنش ی در اتمسفر و بصورت
همرفتی در جهت عمودی در اتمسفر صورت می گیرد.
این مدل ها معموال دو بعدی بوده و ترکیبی از دو مدل EBMو RCMمی باشند.
این مدل ها سیستم اقلیمی را در دو بعد افقی و عمودی شبیه سازی می کنند.
این مدل ها سه بعدی بوده و قادرند سیستم اقلیمی را با لحاظ نمودن اکثر فرایندها در
مقیاس جهانی و یا قاره ای شبیه سازی کنند.این مدل ها برای محاسبه هر یک از
متغییرهای اقلیمی نیازمند محاسبه ،ذخیره و تکرار محاسبات در هر یک از نقاط شبکه
می باشند.
مقدمه ای در باب مدل های گردش عمومی جو
م دددل ه ددای گ ددردش عم ددومی در واق ددج ددس م دداد ت ددا م ب ددر ج ددو ب ددر اس ددا ق ددوان ن نی ددوت و
ترمودینامیک هستند .به عبارت دیگر قوان ن نیوت در سه محور Y ،Xو Zنوشته مدی شدوند ده
نهایتا به عنوان م اد ت تکانه از آنها یاد می شود ای سه م ادله در ندار قدوان ن عمدومی گازهدا و
ترمودینامیکی ،اسا مددل هدای گدردش عمدومی جدو را شدکیس مدی دهندد .هدد مددل هدای گدردش
عمددومی شددنی بیوددم تحددول زمددا ی جددو مددی باشددد .در ارتبدداا بددا ای د مدددل هددا دو دیدددگاه عمددده وجددود
دارد:
)1دی دددگاکه دده ه ددد آن اس ددتواده از اینگون دده م دددل ه ددا ب ددرای ش ددنی بیو ددم ص د ه (از ی ددک م داه
آینده تدا مردا از یکسدال) مدی باشدد .البتده ای داا در مر دا هدادنه ان لدنس و سدازمان هواشناسدیم ااشد
هم ن روش را برای شنی بیوم های مرا از 5سال ن ز استواده می نندد ،منههدا بدرای منداار داره
ه تاث اشذیری بنشرای از دمای پهنه های اقیانوسیم دارند .در واقج دو مر ا یاد شده بدا اسدتواده از
قط داده های شرایط مرزی اقیانوسیم اقدام به شنی بیوم 2تا 5سال اقلیم می نند.
دوم ن دیدگاه استواده از ای مدل ها برای شنی بیوم اقلیم در مقیا دهه تا
سده می باشد ه نمونه های ان هم ا نون در مرا ا مختلف اقلیمی در ال
اجرا می باشد و هم ا نون اقلیم ره زم ن را تا 2300میالدی با استواده از هم ن
مدل ها شبیه سازی نموده اند.
یکی از محدودیت های اص ه در استواده از یروجه های اقلیمی مدل های
چریه عمومی ای است ه دقت تجایه مکا ی و زما ی آنها با دقت مورد نیاز
مدل های منطقه ای و هیدرولوایکی مطابقت ندارد .دقت مکا ی ای مدل ها در
دود 200یلومرا است ،ه ای دقت یصوصا برای بررسیم مناار
وهستا ی و شارامراهای اقلیمی نظ ا بارش و دما مناسب نمی باشد .با استواده
ردن ،می توان یروجه های ای مدل ها را به
از روش وچک مقیا
وزه مورد مطال ه تبدیس نمود.
متغ اهای سطحه در مقیا
ریز مقیاس نمایی
مدل های گردش عمومی هیچگاه نمی توانند مستقیما برای پیش بینی
های منطقه ای یا نقطه ای استفاده شوند ،آنها نیازمند ریزمقیاس نمایی
هستند تا با اعمال رفتار های محلی در آنها پیش بینی هایشان در مقیاس
های محلی بهبود یابند .بایستی قبل از استفاده از این داده ها آنها را
ریزمقیاس کنید .کوچک مقیاس کردن در حقیقت به فرآیند حرکت از پیش
بینی کننده های بزرگ مقیاس به پیش بینی شونده ها در مقیاس محلی
اطالق می شود.
روش های مختلفی جهت تولید سناریوهای اقلیمی منطقه ای از
سناریوهای اقلیمی مدل های چرخه عمومی جو وجود دارد که از آن جمله
می توان روشهای ریز مقیاس را نام برد.
.
ریز مقیاس نمایی به دو صورت انجام می شود:
دینامیکی و آماری.
ریز مقیاس نمایی دینامیکی
مدل هایی که برای ریز مقیاس نمایی دینامیکی استفاده می شوند بسیار شبیه همان مدل های
گردش عمومی هستند ،منتها گامهای زمانی و مکانی شبکه ریزتر و دقیقتر هستند.
مثال گام مکانی مدل های گردش عمومی حدود 2.5در 2.5درجه جغرافیایی-حدود 250کیلومتر
در عرض های جغرافیایی محدوده کشورمان -می باشد در حالیکه که گام مکانی مدل های
ریزمقیاس نمایی دینامیکی که به آنها مدل های منطقه ای نیز می گویند بین 20تا 50کیلومتر در
نظر گرفته می شود .البته این عدد ثابت نیست و ممکن است شما گام مکانی را 10کیلومتر هم
بگیرید.
از انواع مدل های دینامیکی می توان به NCEP/RSM , RegCMو یا WRFاشاره کرد.
روش ریا مقیا
نمایی آماری :
روش دیگری که شما می توانید مدل های گردش عمومی را ریزمقیاس کنید ریزمقیاس نمایی
آماری است.
در این روش پس از تعیین تابع مطلوب ،متغیرهای اقلیمی بزرگ مقیاس که توسط مدل های
چرخه عمومی در دوره های آتی شبیه سازی شده اند ،به عنوان ورودی در این توابع اعمال شده
و متغیر سطحی مورد نظر نتیجه خواهد شد
در این روش یک ارتباط آماری با استفاده از رگرسیون ساده ،چند متغیره ،شبکه عصبی و . . .
بین رفتار واقعی ایستگاه و برونداد مدل گردش عمومی ایجاد می شود .بعد از راستی آزمایی ،این
معادالت می توانند در ریزمقیاس نمایی پیش بینی های آینده با استفاده از سناریوهای انتشار
مورد استفاده قر ..ار گیرند .اگر چه این روش نسبت به روش های قبلی نتایج بهتری را ارائه می
کند ،ولی نیاز به داده های مشاهداتی زیاد و قضاوت متخصصین به منظور برقراری رابطه
مناسب را دارد.
برخی از مدل هایی که برای این روش استفاده می شوند عبارتند از:
CLIMGEN, LARS-WG, SDSM, ASD, Magicc-Scengen ,WGEN
مقدمه ای در م رفه مدل ریامقیا
نمایی آماری SDSM
ای ننن م نندل ارتباط ننات آم نناری ب ننین رفت ننار ه ننای ب ننزرگ مقی نناس(پ ننیش بین ننی نن ننده هن نا) و
محلننی(پننیش بینننی شننونده هننا) را بننر اسنناس روش رگرسننیون خطننی چندگانننه برق نرار مننی
ند.
این ارتباطات با اسنتفاده از داده هنای مشناهداتی ایسنتگاه و برونندادهای (خروجنی)
منندل هننای گ ننردش عمننومی در دوره مشننابه دی نندبانی ایجنناد مننی ش ننوند .فننرض بننر ای ننن
است ه این روابط در آینده نیز صادق باشند ،به عبارت دیگر فرض اساسن ی در رینز
مقیاس نمایی آماری مسنتقل از زمنان بنودن اینن ارتباطنات اسنت قبنل از انجنام فرآینند
ریزمقین نناس نمن ننایی توسن ننط این ننن من نندل داده هن ننای مشن نناهداتی و داده هن ننای من نندل هن ننای
گننردش عمننومی بننا توجننه بننه مقننادیر میننانگین و انح نراد معیننار آنهننا در دوره مننورد نظننر
نرمالیزه می شوند.
.اینكار به ای دلیس انجام می شود كه مدل های گردش عمومی نمی توانند به یوبی اقلدیم مح ده
را ماننددد دیدددبا ی شددبیه سددازی نمایندددی لددذا مقااسدده ای د دو بدداهم قبددس از نرمددال زه كددردن مددی توانددد
موجب همبست ی های غ ام قول گردد.
متغ اهددای شددنی بیوددم كننددده ااالعددات مرتددوا بدده الددت بددارم مقیددا جددو را ددراهم مددی كننددی در
الیكه متغ اهای شنی بیوم شوند الت جو را در مقیا نقطه ای /مح ه مشخص می كنند.
رآیند ریامقیا نمایی آماری در ای مدل ای مرا س زیر انجام می شود:
-1بررسیم اولیه توانمندی ریامقیا نمایی توسط متغ اهای شنی بیوم كننده /بارم مقیا ،
-2واسددن ه مدددل ریامقیددا نمددایی .متغ اهددای بددارم مقیددا م رفدده شددده در مر لدده ،1بددرای ید ن
روابط همبست ی یطی چند متغ اه استواده می شوند.
مقیا زمدا ی مددل هدای آمداری ارادده شدده در اید مر لده مدی توانندد ماهانده ،صد ه و یدا سدا نه
باشند .واریا س و یطای استاندارد مدل مشخص می شوند،
-3تولید چندی سری از وض یت جاری اقلیم با اسدتواده از شدنی بیودم كنندده هدای مشداهدا ی .بال اصدله ع دد از
اینكده مددل آمدداری ارادده شدد ،مددی تدوان اندرا ارزیددابی كدرد .مولوده تصددادفه SDSMمدی تواندد بدده شدما در تولیددد
سری های مختلوی از داده های شبیه سازی شده (تدا 100سدری) كده دارای مشخصدات آمداری یكسدا ی هسدتند،
كمك نمایدی اما مقادیر روزانه هر سری با همدیگر متواوت می باشد،
-4تولیددد سددری هددای مختلوددی از داده هددای هواشناسددیم بددا اسددتواده از متغ اهددای شددنی بیوددم كننددده . GCMاید
سری داده ها با استواده از روابط آماری رگرسیون یطی چند متغ اه اصس از مر له دوم بدست می آیند،
-5مر له نهایی آنال ز داده هدای شدنی بیودم شدده (سدناریوهای غی دا اقلدیم) و مشداهدا ی مدی باشدد .در اید مر لده
مشخصات آماری سناریوی غی ا اقلیم را مدی تدوان بدا ر تدار مشداهدا ی ااسدت اه مقااسده و مدورد تجایده و تحلیدس
قرار داد.
برخه از متغ اهای شنی بیوم كنننده /بارم مقیا مدل های گردش عمومی
مورد استواده در مدل SDSMعبارتند از:
دمای 2مرای ،شار سطح متوسط دریا ،ارتواع ژئوپتا سی ه 500میلیباری ،ارتواع ائوپتا سی ه سطح 850
میلیباری،راوتت سبم مجاور سطح زم ن،راوتت سبم سطح 500میلیباری،راوتت سبم سطح 850
میلیباری ،راوتت ویژه مجاور سطح زم ن ،راوتت ویژه سطح 500میلیباری ،راوتت ویژه سطح 850
میلیباری ،سرعت باد زمینگرد ،تاوایی ،مولوه مداری باد،مولوه نصف النهاری باد ،واگرایی و سمت باد .از ب ن
متغ اهای وق قط متغ ا سمت باد نرمال زه نمی شود .
SDSM مراحل کارنرم افزار
www.sdsm.org.uk )1
)2نصب نرم افزار
منوهای SDSM
قبل از شروع ،کاربر باید محدوده تاریخ ،نوع و یکپارچگی تمام داده های ورودی را
بررس ی نماید .برای ایجاد محیط کار با کلیک بر روی نماد تنظیمات صفحه نمایش
دسترس ی می یابید.
3تنظیمات
صفحه نمایش تنظیمات SDSM
.تنظیمات جهانی زیر موجود است:
اول سال :به طور پیش فرض( )366بر روز 29ماه فوریه هر چهار سال قرار دارد و باید داده های مشاهده ای استفاده شود .جایگزین های برای
شماره های مختلف از روز در داده های GCMوجود دارد .به عنوان مثالCGCM2 ،و CSIRO
365روز کامل و نه سال کبیسه دارند ,
در حالی که HadCM2و HadCM3سالهای مدل متشکل از 360روز دارند .عدم تنظیم صحیح این پارامتر می تواند به خطاهای سیستم منجر
شود
شروع استاندارد داده /شایان استاندارد داده:
بنه طنور پنیش فنرض شنروع و پاینان تناریخ داده هنای ورودی تعینین شنده اسنت .اینن تناریخ در سراسنر بهنره بنرداری از SDSMظناهر منی شنود ،امنا ممکنن
است از هر صفحه نمایش به روز شود.
آستانه رویداد:
برای برخی از متغیرها مشخص کردن یک آستانه رویداد الزم اسنت .بنه عننوان مثنال ،هنگنامی کنه مندل هنای بنارش روزاننه انندازه گینری و کالیاراسنیون منی
شوند ،پارامتر ممکن است به 0/3میلی متر روز به روز به عنوان ی بارانی خشک مشخص میکنند
شناسه داده ها:
این سری کد به تمام داده های ورودی اختصاص داده شده است .هر گاه SDSMبا این کد مواجه گردد ارزش ان نادیده گرفته خواهد شد.
شماره تصادفه داده ها
اطمین ن ن ن ننان م ن ن ن ننی دهن ن ن ن نند ک ن ن ن ننه تن ن ن ن ننوالی تص ن ن ن نناد ی تولین ن ن ن نند شن ن ن ن ننده توسن ن ن ن ننط آب و ه ن ن ن ننوا مولن ن ن ن نند (بخن ن ن ن ننش ) 7ایجن ن ن ن نناد س ن ن ن ننناریو (بخن ن ن ن ننش )11متفن ن ن ن نناوت اسن ن ن ن ننت
هر بار که مدل اجرا شده است.
2تنظیمات شنشر ته
تنظیمات شنشر ته از صدوحه نمداای تنظیمدات بدا لیدک دردن بدر روی لمده advancedدر بدا ی صدوحه نمداای
شنشر ته قابس دسراسیم اسدت .صدوحه نمداای تنظیمدات شنشدر ته اجدازه مدی دهدد تدا دارتر تنظیمدات مددل ریدا مقیدا
نمایی را بنشرا غی ا و ذی اه نماید.
واریا س داده ها
نرمال بودن داده ها
مشخص شود
انحرا م یار
تنظیمات ایس
-4نرال یویت و تبدیس داده ها
نرال یویت
برای چک کردن یک فایل ورودی برای داده های از دست رفته و یا دارای ارزشهای متفاوت ،بر روی گزینه آنالیز در باالی منوی اصلی کلیک کنید ،
پس از ان با کشیدن منو به پایین کنترل کیفیت را انتخاب کنید .صفحه زیر ظاهر خواهد شد
با کلیک بر روی دکمه Select Fileفایل انتخاب می شود .پنجره باز کردن فایل ظناهر خواهند شند .از طرین browseشنما فهرسنت شناخه هنا
و فایننل هننای کننه مننورد بررسن ی قنرار گرفتننه اننند را بیاورینند مننثال منناکزیمم درجننه حنرارت روزانننه .بننر روی داده هننای مننرود نینناز کلیننک کنینند تننا داده هننا بنناز
شوند .برای فعال کردن روش کنترل کیفیت بر روی دکمه Check Fileدر باالی صفحه نمایش کلیلک کنید .تایید زیر ظاهر خواهد شد:
)2انتقال یا تبدیس داده ها
برای تبدیل داده ها ،بر روی دکمه Transformدر باالی صفحه از منوی اصلی کلیک کنید .
هدد از صفحه نمایش متغیرها این است که به کاربر در انتخاب متغیرهای پیش
بینی ریز مقیاس نمایی مناسب برای کالیاراسیون مدل کمک می کند.
SDSMسه وظیفه حمایتی را انجام می دهد:
تجزیه و تحلیل همبستگی فصلی ،تجزیه و تحلیل همبستگی جزئی ،و نمودارهای پراکندگی.
به منظور بررس ی روابط و پیش بینی ،بر روی دکمه Analyseدر باالی صفحه کلیک کرده ،و سپس
متغیرهای صفحه نمایش Screen Variablesپایین کشیدن منو رو انتخاب کنید .صفحه زیر ظاهر خواهد
شد
تجزیه و تحلیل داده های مشاهده شده و ریزمقیاس نمایی
آزم ننون ه ننای آم نناری از داده ه ننای ج ننوی مش نناهده ش ننده و ریزمقی نناس از طری ن راه ه ننای
کمی توسط مدل sdmsبه کار گرفته می شوند اما هر دوی انها بر روی اننالیز داده
ها Analyse Dataدر روی صفحه نمایش انجام خواهند گرفت.
ایننن امننار شننامل میننانگین متغیننر ،حننداکثر ،حننداقل ،واریننانس ،حنندهای بنناال ،حنندهای
پ ننایین ت ننر از اس ننتانه ،ص نندکها ،رطوب ننت نس ننبی روزان ننه و ط ننول ،محاس ننبه تق ننویم زم ننانی،
فصلی یا به صورت ساالنه.
بن نرای ارزی نناری داده ریزمقی نناس و ی ننا داده ه ننای مش نناهده ش ننده ،ب ننر روی گزین ننه آن ننالیز
Analyseدر بناالی صنفحه کلیلنک کنرده ،و سنپس از داخنل مننو Analyse
،آنالیز داده ها Analyse Dataرا از لیست انتخاب کنید
صفحه زیر ظاهر می شود .مراحل کار در این صفحه:
]1انتخاب گزینه Data Sourceمی باشد
انتخاب داده های ورودی از طری منوی fileدر سمت چپ نرم افزار و بعد کلیک بر روی گزینه select input fileمی باشد
.در مرحله بعد می توان از طری منوی modeled scenarioو با نتخاب model detailsمی توان سناریوهای مدل را مانند پیش بینی ،تاریخ
شروع و پایان ،کد فصول و غیره را مشاهده نمود که با انتخاب گزینه View Detailsمی توان جزئیات هر کدام را مشاهده نمود.
چهارم :وارد کردن بازه زمانی برای تجزیه و تحلیل داده ها از طری منوی Analysis Periodو بعد از ان انتخاب شروع و پایان دوره زمانی با انتخاب
گزینه ها.
پنجم :اندازه Ensembleبه طور پیش فرض همیشه بر روی گزینه Use Ensemble Meanقرار دارد.
ششم :برای ذخیره کردن نهایی داده ها از طری منوی select output fileو بعد گزینه Save Summary File Asرا انتخاب می کنیم و
سپس برای ان یک اسم انتخاب می کنیم و در نهایت آن را ذخیره می نماییم .و برای تعداد Ensembleدر بسیاری موارد اعداد 100 – 1را به کار می
گیرند
هفتم :در پایان برای تجزیه و تحلیل انچه که نیاز است از طری انتخاب گزینه Statisticsدر منوی باالی اقدام می کنیم که صفحه بعدینشان داده می
شود
انتخاب
داده و
مدل
این صفحه نمایش به دو بخش تقسیم شده است .بخش اول شامل Generic Testsیا معیارهای کلی که شامل لیستی
از متغیرها مانند میانگین ،حداکثر و حداقل ،مجموع ،واریانس ،میانه ،حدهای باال و پاینن ،درصد ،محدوده بین چارک ها،
همبستگی ،چولگی و حداکثر مجموع تعداد روزها و غیره می باشد.
بخش دوم شامل فقط بارش هست .مثال شامل درصد رطوبت ،متوسط طول دوره خشک و مرطوب ،حداکثر طول دوره
خشک ،حداکثر طول دوره مرطوب ،انحراد استاندارد طول دوره خشک ،انحراد استاندارد طول دوره مرطوب ،حداکثر
استانه و یک درصد از مجموع کل بارندگی
صوحه نماای انتخاب آمار
هنگامی که تمام اطالعات باال تکمیل شدند بر روی گزینه backکلیک کرده تا به صفحه قبل باز
گردد و سپس گزینه Analyseکلیک می کنیم که نتایج به صورت زیر ظاهر می گردند.
نمایش مثالی از آنالیز داده ها )(Modelledکه متوسط و انحراد معیار را برای یک گروه 20عضوی نشان می دهد.
بعد از آن که نتایج آماری به دست امد می توان این نتایج رو با هم مقایسه کرد و برای هر کدام نموداری ترسیم نمود.
ب نرای دسترس ن ی بننه ایننن کننار بننر روی گزینننه Analyseدر بنناالی صننفحه کلیننک کننرده و سننپس ب نرای مقایسننه امننار بننا هننم
گزیننه Compare Resultsرا انتخناب منی کننیم .در مرحلنه بعند از طرین گزیننه input file 1گزیننه Select
First Fileرا انتخاب کرده و فایل مورد نظر را فراخوانی می کنیم کنه بعند از ان صنفحه نمنایش امناری آن ظناهر منی گنردد کنه انهنا
را اتخناب منی کننیم .بنه همنین صنورت از طرین گزیننه input file 2و Select Second Fileداده هنای منورد نظنر را
فراخننوانی مننی کنننیم .در نهایننت بننر روی گزینننه lineکلیننک کننرده و نننوع نمننودار را انتخنناب مننی کنننیم .کننه بنرای مقایسننه کننردن مننی تننوان از
انواع نمودار ها استفاده نمود
در مرحلنه بعند از طرین گزیننه input file 1گزیننه Select First Fileرا انتخناب کنرده و فاینل منورد نظنر را فراخنوانی منی
کننیم کنه بعند از ان صنفحه نمنایش امناری آن ظناهر منی گنردد کنه انهنا را انتخناب منی کننیم .بنه همنین صنورت از طرین گزیننه input
file 2و Select Second Fileداده هنای منورد نظنر را فراخنوانی منی کننیم .در نهاینت بنر روی گزیننه lineکلینک کنرده و
نوع نمودار را انتخاب می کنیم.
برای مقایسه کردن می توان از انواع نمودار ها استفاده نمود.
با شکر