بررسی آشوبناکی و بازسازی فضای فاز دینامیک تبخیر با استفاده از نظریه آشوب (مطالعه موردی: ایستگاه سینوپتیک سمنان)

بررسی رفتار پدیده تبخیر از سطح آب یکی از موارد اساسی در طراحی، بهره برداری و مطالعات مربوط به مهندسی آب است. از این رو، به‌کارگیری روش های نوین همچون نظریه آشوب در هیدرولوژی و منابع آب به‌دلیل نوآوری و قابلیت‌های آن به تازگی مورد توجه قرار گرفته است. از آنجا که نوسانات تبخیر از سطوح آزاد آب ماهیتی دینامیک و غیرخطی دارند، بنابراین، هدف از این پژوهش، بررسی امکان وجود رفتار آشوبی در تبخیر از سطح آزاد آب در ایستگاه سینوپتیک سمنان در مقیاس های زمانی روزانه و ماهانه در سال های 97 1374 با استفاده از مفاهیم نظریه آشوب است. میزان تبخیر روزانه، ماهانه و سالانه این ایستگاه سینوپتیک به ترتیب 8/68، 200 و 2600 میلی‌متر محاسبه شد. برای بازسازی فضای حالت، به دو پارامتر زمان تاخیر و بُعد محاط نیاز است که بدین منظور از میانگین اطلاعات متقابل و نزدیکترین همسایگی کاذب برای برآورد این دو پارامتر استفاده شده است. اولین گام جهت مطالعه یک فرآیند با نظریه آشوب، بررسی آشوبناکی آن است که روش بُعد همبستگی از مرسوم‌ترین روش‌هاست. ابتدا، بُعد تعبیه (مُحاط) به روش نزدیکترین همسایگی کاذب برابر با 3 محاسبه شد. جهت محاسبه زمان تاخیر، نمودارهای متقابل تبخیر در ایستگاه سمنان در مقیاس های مختلف زمانی رسم شد. بر اساس این روش، اولین مینیمم محلی در نمودار به‌عنوان زمان تاخیر در نظر گرفته می شود که برای تبخیر در مقیاس‌های روزانه و ماهانه به‌ترتیب 30 و 3 به‏دست آمد. برخلاف روش های پیچیده و محاسباتی مرسوم، این نتایج با مشاهده و در حداقل زمان حاصل می‌شود که به قرار زیر است: داده‌های ماهانه آشوبی‌تر از داده‌های روزانه هستند. پس از محاسبه زمان تاخیر و بازسازی فضای حالت، بُعد محاط و سپس شیب نمودار بُعد همبستگی به‌ترتیب 8/8 و 9/8 به دست آمدند.

chaotic study and reconstruction of the dynamic phase space of evaporation using chaos theory (case study: semnan synoptic station)

investigating the behavior of water surface evaporation is one of the basic issues in design, operation, and studies related to water engineering. therefore, the application of new methods such as chaos theory in hydrology and water resources has recently been considered due to its innovation and capabilities. since the fluctuations of evaporation from free water surfaces are dynamic and non linear in nature, the aim of this study was to investigate the possibility of chaotic behavior in evaporation from the free water surface in the semnan synoptic station on daily and monthly time scales in 1995 2018 using the concepts of chaos theory. the daily, monthly, and annual evaporation rates of this synoptic station were calculated to be 68.8, 200, and 2600 mm, respectively. to reconstruct the state space, two parameters of delay time and embedding dimension are needed. the mean of mutual information and false nearest neighborhood has been used to estimate these two parameters. the first step to study a process with chaos theory is to investigate the chaotic nature of the correlation dimension method as one of the most common methods. first, the embedded dimension was calculated by the nearest neighborhood method equal to 3.  to calculate the delay time, cross evaporation diagrams were drawn at semnan station at different time scales. according to this method, the first local minimum in the diagram is considered the latency, which was obtained for evaporation at daily and monthly scales of 30 and 3, respectively. unlike complicated and conventional computational methods, these results are obtained by observation and in the least amount of time, as follows: monthly data are more chaotic than daily data. the enclosed dimension and the slope of the correlation dimension diagram were obtained at 8.8 and 9.8, respectively, after calculating the latency and reconstruction of the state space.