نمذجة الغيوم المطيرة لتقدير الأمطار الساقطة
في الإقليم الجبلي من العراق
باستخدام المنطق المضبب والشبكات العصبية المضببة
أطروحة تقدم بها الطالب
أحمد عبدالغفور خطاب الصميدعي
إلى مجلس كلية التربية - جامعة تكريت
وهي جزء من متطلبات نيل شهادة الدكتوراه آداب فلسفة
في جغرافية المناخ
بإشراف
الأستاذ الدكتور
قصي عبد المجيد السامرائي
الأستاذ المساعد الدكتور
عبدالستار محمد خضر
1436هـ - 2015م
Modeling The Rainy Clouds to Estimate Rainfall in the Mountainous Region of Iraq Using Fuzzy Logic & Fuzzy Neural Networks
A Dissertation Submitted By
Ahmed Abdulghaffor Khatab Al-Sumaidaiy
To The Council of the College of Education, for Humanity Sciences University of Tikrit- Iraq In Partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of (Ph.D) of Arts In Physical Geography
Supervised By
Asst.Prof Dr.
Abdulsattar Mohammed Khidhir
Mousal Technical Institute
Prof. Dr.
Kousay Abdulmajeed Al-Samarrie
College of Education
2015 A.C - 1436 A.H
مقدمة
يحتل الماء دوراً فريداً في حياة المجتمعات البشرية وتطورها عبر التاريخ. ولا يمكن لأي من الموارد الطبيعية الأخرى أن يوازيه من حيث الأهمية والتأثير. وهو الذي يحدد نوعية البيئة الطبيعية وأثرها على الحياة البشرية سواء بشكل مباشر أم غير مباشر. ولذلك فإن التخطيط للموارد المائية وإدارتها اصبح من المواضيع المهمة، والتي يتضح تأثيرها في تطوير اقتصاد البلد وتحسين نوعية البيئة وتحقيق الرفاهية الاجتماعية .
تؤثر الغيوم بشكل مباشر في عناصر المناخ، وهي مصدر الأمطار وهذا ما زاد من اهتمام الباحثين لاسيما بعد التطور الحاصل في تحليل وتفسير المرئيات الفضائية الذي وفر إمكانية استعمالها من اجل تغطية النقص الحاصل في كميات الامطار، وخصوصا في المناطق النائية وايجاد افضل العلاقات والصيغ التي تربط بين متغيراتها ومحتواها المائي.
يصنف الإقليم الجبلي من العراق بأنه من المناطق ذات الفائض المائي شتاءاً والعجز المائي صيفاً، لذلك تشكل الأمطار مورداً حياتياً مهماً فيه. ولما كانت الأمطار متباينة في كمياتها بين المحطات، وكذلك بين سنة وأخرى، فأن دراسة توزيعها ومعرفة كمياتها تعد من المواضيع ذات الأهمية الكبرى. كذلك أن الأمطار في المنطقة لا تقاس بشكل دقيق ومستمر فهناك نقص في عدد المحطات المطرية، ولما كانت المنطقة شديدة التضرس فهي بحاجة الى شبكة كبيرة من محطات الرصد غير المتوفرة اصلاً.
تناولت الدراسة نمذجة الغيوم وتصنيفها لتقدير محتواها المائي من خلال تصميم خوارزمية من نوع الدوال العضوية شبه المنحرفة وتسمى بطريقة المنطق المضبب. وقد تم تقييم التصنيف والتحقق من صحته .و تم استعمال طريقة أخرى لتأكيد صحة نتائج الدراسة عن طريق استخدام طريقة الشبكات العصبية المضببة وكذلك لتعديل الخوارزمية المصممة للدراسة، فضلاً عن تطبيق الطريقة الاخيرة على بيانات مدينة كولورادو الأمريكية للتحقق من دقة بيانات الأمطار للمنطقة الجبلية من العراق.
استعملت الدراسة البيانات الرقمية للمرئيات الفضائية للقمر الاصطناعي ميتيوسات Meteosat وضمن المجالات الطيفية المرئي والحراري، والتي بلغت 1000 مرئية بواقع ستة مرئيات لليوم الواحد ، فضلا عن بيانات يومية للأمطار للسنوات 2007 و 2008 لمحطات الاقليم الجبلي من العراق. واستعملت بيانات القمر الاصطناعي الأمريكي جويس GOES و لنفس المجالات الطيفية بواقع 500 مرئية فضائية، فضلا عن بيانات ساعاتية للأمطار للسنوات (2011 و 2012) لمنطقة كولورادو في الولايات المتحدة الأمريكية ، لأجل تقييم عمل النموذج.
الاستنتاجات:
توصلت الدراسة إلى مجموعة استنتاجات أهمها :
الحقيقة الأولى :-
أتضح بأن لتقنيات نظم المعلومات الجغرافية والطرق الإحصائية دورا في الكشف عن تباين خصائص الأمطار في الإقليم ونستنتج من خلال ذلك ما يأتي :
1- هناك تباين في خاصية الأمطار (السنوية، الشهرية، الفصلية) في الاقليم و ذلك واضحا من خلال خرائط التساوي المطري. والسبب يعود في ذلك إلى الموقع المكاني للإقليم الذي يؤثر في تكرار المنخفضات التي تتعرض لها المنطقة والقادمة من البحر المتوسط قياساً ببقية أنحاء العراق، فضلاً عن الكتل الهوائية والتيارات النفاثة ومنشؤها الذي يؤثر عليه تأثيراً مباشراً.
2- لقد اثبتت الدراسة أن هناك علاقة طردية قوية بين كمية الأمطار وعامل التضرس وقد أُثبت ذلك من خلال العلاقة الارتباطية والتي بلغت حوالي 75% بين المتغيرين .
3- أثبتت تقنيات نظم المعلومات الجغرافية GIS ودورها في رسم خرائط التساوي المطري في المحطات إقليم الدراسة إذ تم الحصول على خرائط تساوي المطري (السنوي - الشهري - الفصلي ) وللسنوات (2007 – 2009 )
الحقيقة الثانية :
( لتقنيات الاستشعار عن بعد دوراً في التعرف عن أنماط الغيوم وتصنيفها رقمياً )
ونستنتج من هذه الحقيقة ما يأتي :-
1- لخصائص المرئيات الفضائية دوراً في التعرف على مكونات الغيوم من خلال الحزم الطيفية التي تكون ذات فعالية عالية في إظهار الفروقات الطيفية للغيوم عند دمجها وتكوين المرئية الملونة المركبة الكاذبة .
2- لطرق المعالجة الرقمية دوراً في وتصنيف وتفسير المرئيات الخاصة بالطقس والمناخ وفي تمييز أصناف الغيوم بدقة. مقارنة بالطرق التقليدية والتي تم إدراجها ضمن جدول للمقارنة بين كلا التصنيفين .
3- المرئيات الفضائية المتسمة بدقة المعالم الجغرافية وذات اطياف متعددة تسهل كثيراً في عملية التصحيح والتطابق الهندسي وطرق التحسين واستنباط المعلومات من خلاياها الصورية بالدقة المطلوبة .
4- أثبتت المرئيات الملونة والتصنيف الرقمي كفاءة في إظهار أنواع الغيوم وتصنيفها في إقليم الدراسة ولاسيما في التصنيف الموجه .
الحقيقة الثالثة :
(لطريقة المنطق المضبب دوراً في بناء الدوال العضوية المضببة وتصنيف الغيوم لتقدير كميات التساقط المطري) ونستنتج من هذه الحقيقة :
1- لقد اثبتت طريقة المنطق المضبب نجاحها في بناء قواعد لنماذج الغيوم من خلال الدوال العضوية المضببة واعتمادا على خصائصها الطيفية ضمن الحزم الموجية في متحسسات الأقمار الاصطناعية الخاص بالطقس والمناخ وباستخدام برنامج ERDAS.
2- تم الحصول على نموذج مضبب يمكن من خلاله تصنيف الغيوم اعتمادا على الدوال العضوية المضببة فالدالة الواطئة تمثل أمطار معدومة والدالة المتوسطة تمثل أمطار متوسطة في حين الدالة العالية تمثل أمطار غزيرة .
3 - يمكن من خلال النماذج الصورية للغيوم التعرف على المحتوى المائي فيها وحسب المستويات الرمادية، فالألوان الداكنة والسوداء دلالة على عدم وجود الأمطار والألوان الرمادية دلالة على أمطار متوسطة في حين الألوان الفاتحة والبيضاء دلالة على أمطار غزيرة .
4 - تم استخدام طريقة المربع القياسي R-Square للتعرف على دقة التصنيف وفق طريقة المنطق المضبب لاحتمالات التساقط المطري وكانت النتيجة 0.28 أي بما يعادل 30% تقريبا. وهي نتيجة غير مقبولة إحصائياً. وهذا هو سبب تطبيق طريقة أخرى وهي الشبكات العصبية المضببة في سبيل التحقق من المشكلة ان كانت في الطريقة ام في البيانات المستخدمة أو أسباب أخرى .
الحقيقة الرابعة :
(لتقنيات الشبكات العصبية المضببة دوراً في التعرف على دقة التصنيف للنماذج الصورية ومدى ملائمتها مع الواقع) ونستنتج من هذه الحقيقة ما يأتي :-
1 – طبقت طريقة الشبكات العصبية المضببة وكانت نتيجة دقة التصنيف 0.28 أي بما يعادل 30% تقريباً. وهي نتيجة غير مقبولة احصائياً ايضا . ولغرض التحقق من الطريقة الثانية فقد تم تطبيق الطريقة على ولاية كولورادو وكانت نتيجة دقة التصنيف لاحتمالات التساقط المطري 0.87 أي بما يعادل 80% . نستنتج من هذا ان سبب ضعف العلاقة يعود الى عدم كفاءة بيانات الأمطار في العراق.
2- لقد اثبت النموذج المصمم من قبل الباحث نجاحه في التنبؤ بالتساقط . كما أتاح برنامج MATLAB ومن خلال خوارزمية ANFIS تعديل النموذج المصمم وصولاً إلى نموذج يطابق الواقع .
3- لا يمكن إجراء دراسة وعلاقة بين قيم الأمطار اليومية مع قيم الانعكاسية ضمن الخلايا الصورية الساعاتية لأن ذلك يؤثر سلباً على نتائج النموذج أي بمعنى يجب ربط الأمطار الساعاتية بالقيم الانعكاسية خلال ساعة التصوير.
4- تم الحصول على دالة ثابتة يمكن الاعتماد عليها للتنبؤ بالأمطار الساقطة والتحقق من دقتها في حال تطبيقها عند توفر مرئيات فضائية ساعاتية للمنطقة المراد دراستها والتنبؤ باحتمالية التساقط المطري فيها وهي :
F(x)=p1*x+p2 P1 = 3.5204( 2.882 OR 4.157)mm
0 تعليقات
شكرا لتعليقك .. سيتم الرد عليكم في اقرب وقت ممكن .
كوكب المنى