شناسایی مناطق همگن بارشی ایران با استفاده از روش تحلیل مولفه‌های اصلی

شناسایی مناطق همگن از نظر هم‌وردایی زمانی بارش برای مدیریت بهینه منابع آب و مدیریت ریسک خشکسالی بسیار ضروری است. از این رو، به منظور شناسایی مناطق همگن بارشی ایران از نظر هم‌وردایی زمانی از داده‌های بارش ماهانه 155 ایستگاه همدیدی پراکنده در سطح کشور در دوره آماری 1990 تا 2014 استفاده شد. با انجام آرایه s تحلیل مولفه‌های اصلی بر روی ماتریس بارش ماهانه ایستگاه های مورد استفاده تعداد 5 مولفه اول برای مطالعه بیشتر انتخاب و سپس به روش وریمکس چرخانده شدند تا ساختار فضایی موجود در داده‌ها بهتر هویدا شود. سپس با استفاد از قانون بیشینه بارگویه مولفه‌های انتخابی بر روی ایستگاه های مورد مطالعه، پنج منطقه همگن بارشی خزری، منطقه بارشی شمال‌غربی، منطقه بارشی غربی، منطقه بارشی مرکزیشرقی و منطقه بارشی مرکزیشمال‌شرقی برای ایران شناسایی شد. منطقه بارشی خزری با بیشینه پاییزه و توزیع تقریباً مناسب بارش در طی سال کرانه‌های دریای خزر و دامنه‌های شمالی البرز را دربرمی‌گیرد. منطقه بارشی شمال‌غربی نیز با بیشینه بارش در بهار استان های اردبیل، آذربایجان شرقی غربی و زنجان را شامل می‌شود. منطقه بارشی غربی نیز با بیشینه بارش در ژانویه منطقه کوهستانی البرز و زاگرس و جلگه خوزستان در جنوب‌غرب کشور را دربرمی‌گیرد. بخش بسیار بزرگی از ایران در مرکز، جنوب و شرق کشور نیز در منطقه بارشی مرکزیشرقی قرار می‌گیرد که بیشینه بارش خود را در ژانویه دریافت می‌کند. پنجمین منطقه بارشی کشور نیز دشت کویر و شمال‌شرق کشور را شامل می‌شود که بیشینه بارش خود را در ماه مارس دریافت می‌کند. مناطق بارشی شناسایی شده در این پژوهش به خوبی از روند مکانی ناهمواری های ایران پیروی می‌کنند و با واقعیت‌های جغرافیایی مناطق مختلف کشور هماهنگ هستند. نتایج به دست آمده می‌تواند مدیران منطقه‌ای منابع آب کشور را در مدیریت هرچه بهینه‌تر منابع آب در کشور یاری کند.

Identification of homogeneous precipitation subregions for Iran using principal component analysis

Delineation of homogeneous precipitation subregions featured with different time variabilities is very important for large countries such as Iran, which are characterized by complex topography and different climates. Very rare efforts have been devoted to identify modes of monthly precipitation variability in Iran and delineating subregions having different temporal variabilities of precipitation. On the other hand, most studies of precipitation regionalization in Iran have used very limited and unevenly scattered stations across the country; thus making it necessary to identify the most realistic precipitation subregions for Iran using almost all available stations. As such, 155 synoptic stations with relatively regular distribution over Iran, mostly having full data records for the 25 years common period of 1990–2014, were used for identifying an updated precipitation regionalization of the country. The cubic root transformed monthly precipitation of the considered stations were used as input for an Smode principal component analysis (PCA) applied to the interstations correlation matrix (300×155) that is composed of 155 stations and 300 cubic root transformed monthly precipitation. The computed Kaiser–Meyer–Olkin measure of sampling adequacy for the considered matrix with a value of 0.98 indicates that the considered matrix is marvelous for a PCA application. The first five leading significant PCs accounting for approximately 80% of total variance of the dataset were considered for further analysis based on the Scree plot and the sampling errors of the PCs (North et al., 1982). To better characterize the underlying spatial structure of the considered data matrix, the retained PCs were then rotated using varimax orthogonal criteria. The five leading varimax rotated loadings were mapped to present spatial modes of monthly precipitation variability across the country and precipitation subregions borders were delineated using the maximum loading value approach (Comrie and Glenn, 1998; Miller and Goodrich, 2007; Chen et al., 2009).The maps of varimax rotated loadings well represent areas characterized by different modes of precipitation variability and regimes. The five precipitation subregions identified using maximum loading values of the varimax rotated components are the Caspian Sea region, the northwestern, the western, the centraleastern, and the centralnortheastern of the country. The Caspian Sea region featured with maximum precipitation in autumn and relatively regular distribution of precipitation throughout the year includes the coastal areas of the Caspian Sea and the northern faces of the Alborz Mountain in northern Iran. The northwestern subregion is distinguished from the rest of the country for its identical precipitation regime characterized by maximum precipitation in spring and relatively uniform precipitation all over the year. The three remained precipitation subregions of Iran are characterized with a much shorter rainy season, which maximizes in the winter time. The western subregion encompasses mountainous areas of western Iran as well as the lowlands of the southwestern country. The centraleastern subregion differs from the western subregion due to its shorter rainy season and much lower precipitation values in all of the months, but similarly, its maximum precipitation occurs in January. Finally, the centralnortheastern precipitation subregion receives its maximum precipitation in March as opposed to the two aforementioned subregions which peak in January. The independence of the identified precipitation subregions was examined by applying the Kolmogorov–Smirnov nonparametric test to the regional anomalies of annual precipitation series; the result proved that all the subregions are statistically different at 99% confidence level. The identified precipitation subregions can serve as a tool for a better water resources management in the country.