نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

کاربرد مدل مارکوف پنهان پیشرفته در شبیه سازی بارندگی ساعتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران.
2 استاد، گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران،
3 استاد،گروه مهندسی الکترونیک و کامپیوتر، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه تهران، ایران
4 دانشیار، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تهران، ایران
5 ، گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران
10.22125/iwe.2025.508700.1866
چکیده
شبیه سازی بارش مصنوعی با استفاده از مدل‌های استوکاستیک به دلیل داشتن طیف گسترده‌تری از سناریوهای هواشناسی محتمل نسبت به آنچه در تاریخچه داده های مشاهداتی است،این امکان را فراهم می‌کنند که چالش‌های احتمالی منابع آب به طور جامع‌تری ارزیابی شوند. چارچوب مدل مارکوف پنهان جهت شبیه سازی بارندگی ساعتی قادر است ویژگی‌های مهم بارش روزانه از جمله دور‌ه های خشک و خشکسالی، تغییرات فصلی و زمانی در وقوع و شدت بارش و میل به مقادیر حدی را ثبت کند. مدل نوآوری‌های متعددی را در مقایسه با روش‌های مرسوم دارد که این موارد شامل سه حالت(خشک، مرطوب و خیلی مرطوب) وکلون برای دوره‌های خشک و عدم همگنی زمانی در ماتریس انتقال است. این مدل در چارچوب بیزی تنظیم شده‌ است که باعث کمی سازی عدم قطعیت پارامتری و پیش بینی می‌شودکه بررسی کامل مدل از طریق تحلیل‌های پیش بینی پسین امکان پذیر است. جهت انجام این تحقیق از 8 سال دادهای بارندگی ساعتی (1400-1393) ایستگاه سد امیر کبیر در استان البرز استفاده شده است. نتایج مدل قابل تفسیر می‌باشد و امکان بررسی تغییرات فصلی و سالانه در وقوع و شدت بارندگی ساعتی را فراهم می‌کند. با توجه به در نظر گرفتن جنبه‌های مختلف و پیچیده الگوهای بارندگی در مقیاس زمانی ساعتی، این مدل می‌تواند ابزار مفیدی برای هواشناسان، هیدرولوژیست‌ها و برنامه‌ریزان منابع آب باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Application of Advanced Hidden Markov Model in Hourly Rainfall Simulation

نویسندگان English

Zeynab Afsharipour 1
ALI Salajegheh 2
Behzad Moshiri 3
Javad Bazrafshan 4
Hamid reza Keshtkar 5
1 1. Phd student, Department of Reclamation of Arid and Mountainous Regions, Faculty of Natural Resources, University of Tehran,Iran
2 2. Professor, Department of Reclamation of Arid and Mountainous Regions, Faculty of Natural Resources, University of Tehran,Iran
3 Professor, School of Elec. & Comp. Engineering, College of Engineering, University of Tehran,Iran
4 Lecturer, Department of Water Resources, Faculty of Agriculture, , University of Tehran,Iran
5 5. Assistant professor, Department of Reclamation of Arid and Mountainous Regions, Faculty of Natural Resources, University of Tehran,Iran
چکیده English

Artificial rainfall simulations by using stochastic models provide a wider range of potential meteorological scenarios compared to historical observational data, enabling a more comprehensive assessment of potential water resource challenges. The hidden Markov model framework for simulating hourly rainfall is capable to capture essential characteristics of daily precipitation, including dry periods and droughts, seasonal and temporal variations in occurrence and intensity, as well as tendencies towards extreme values. This model incorporates several innovations compared to conventional methods, including three(Dry, Wet& Wetter) and clone states for dry periods and temporal non-homogeneity in the transition matrix. It is set up in a Bayesian framework that allows for quantification of parametric and predictive uncertainty, allowing for full model evaluation through posterior predictive analyses. For this research, eight years of hourly rainfall data (from 2015 to 2022) from the Amir Kabir station in Alborz province were utilized. The results of the model are interpretable and allow for the examination of seasonal and annual variations in hourly rainfall occurrence and intensity. Considering the various complex aspects of rainfall patterns at an hourly time scale, this model can serve as a valuable tool for meteorologists, hydrologists, and water resource planners.

کلیدواژه‌ها English

Bayesian
hidden Markov model
posterior predictive
predictive uncertainty
rainfall