تحليل طيف تواني (اسپكترومي) براي بررسي مقياس‌پذيري بارش ماهانه 33 ايستگاه باران‌سنجي ايران

Power spectrum analysis to investigate monthly precipitation Scalability of 33 rain gauge stations in Iran

بارش و مقياس‌هاي زماني مختلف آن از پارامترهاي مهم در پژوهش‌هاي منابع آب به شمار مي‌روند. دارا بودن مقياس‌هاي زماني مختلف با ماهيت فركتالي قابل بيان است. يكي از ابزارهاي استاندارد در بررسي فركتالي فرآيندهاي هيدرولوژيكي استفاده از تحليل طيف تواني يا اسپكترومي است. در اين روش، طيف تواني با انتقال مشاهدات از فضاي زمان به فضاي بسامد محاسبه شده و در صورتي كه تمام يا بخشي از طيف، از توابع تواني پيروي كنند، داده‌ها در بازه مورد نظر داراي خصوصيات فركتالي خواهند بود. در اين پژوهش طيف تواني حاكم بر بارش‌هاي ماهانه 33 ايستگاه باران‌سنجي در ايران بررسي و رژيم‌هاي مقياس‌گذاري به همراه مقادير توان طيفي براي هر ايستگاه مشخص گرديد. نتايج نشان داد كه 81 درصد ايستگاه‌ها در دوره تناوب كمتر از يك سال داراي خاصيت مقياس‌پذيري و ماهيت فركتالي قوي هستند. همچنين علاوه بر رژيم مقياس‌گذاري اول، 17 ايستگاه داراي رژيم مقياس‌گذاري دوم و 3 ايستگاه داراي رژيم مقياس‌گذاري سوم هستند. هيچ‌يك از ايستگاه‌ها در رژيم مقياس‌گذاري دوم خود داراي ماهيت فركتالي نبوده و فقط يك ايستگاه در رژيم مقياس‌گذاري سوم خود ماهيت فركتالي نشان داد.

Precipitation with multiple time scales is considered as one of the most important parameters in water resources studies. Precipitation with different time scales can be expressed with fractal nature. One of the standard tools in the fractal investigation of hydrological processes is the power spectrum method. In this method, the power spectrum is calculated with transmitted observation from time space to frequency space. When all or a part of the spectral follow the power functions, the data in this power range will have fractal properties. In this study, the power spectrum of monthly precipitation of the 33 rain gauge stations in Iran was analyzed and scaling regimes with spectral exponent value are shown for each station. The results indicate that 81 percent of the stations have fractal nature and scaling properties in a period less than one year. In addition to the first scaling regime, 17 stations have second scaling regime and 3 stations have the third scaling regime. None of the stations in its second scaling regime have fractal nature and only one station in the third scaling regime has fractal nature.