شماره ركورد
31970
پديد آورنده
محسن جوادي
عنوان
پيشبيني بارش با استفاده از يادگيري عميق در حوضه هاي آبريز با آمار محدود
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران- مهندسي و مديريت منابع آب
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/7/14
استاد راهنما
حسين عليزاده
استاد مشاور
/
دانشكده
دانشكده مهندسي عمران
چكيده
حوضه آبريز هيرمند حوضهاي پراهميت براي سه كشور افغانستان، ايران و پاكستان است كه در اين حوضه، رودخانه هيرمند از رشته كوههاي هزارهجات سرچشمه ميگيرد. هدف از اين تحقيق، ارزيابي و اصلاح داده بارش پيشبيني فصلي ECMWF در حوضه هيرمند بود. اين محصول داراي سري زماني پيشبيني بارش براي 1 الي 6 ماه آينده ميباشد. براي ارزيابي و اصلاح داده پيشبيني، وجود مشاهدات زميني بارش ضروري است. با اين حال در بخش افغانستاني حوضه، تنها داده مشاهداتي در دسترس، بارش ماهانه سالهاي 1960 الي 1980 ميلادي ميباشد. براي رفع چالش محدوديت دادههاي زميني، با اصلاح دادههاي بازتحليل (بر مبناي مشاهدات1960-1980)، سري زماني اصلاح شده بلند مدت (1960-2022) تهيه شد و به عنوان مبنا براي اصلاح داده پيشبيني مورد استفاده قرار گرفت. در اين پژوهش از محصولات داده بارش CRU، ERA5 و GLDAS استفاده شد. براي اصلاح اين دادهها نيز مدلي كارآمد مبتني بر يادگيري عميق و با ساختار شبكه Bi-LSTM توسعه يافت. نتايج گوياي عملكرد مناسب مدل بود. به طوري كه از مقايسه دادهها با مشاهدات زميني، ميانه NSE داده اصلاح نشده CRU، ERA5 و GLDAS به ترتيب برابر با 2/0، 25/0- و 4/0- به دست آمد كه ميانهها پس از اصلاح به مقادير 6/0، 6/0 و 5/0 ارتقا يافت. همچنين براي بررسي روند بارش در دوره زماني 63 ساله، آزمون من-كندال اجرا شد. بررسي روند بارش نشان داد كه در اكثر محصولات، داده بارش فاقد روند ميباشد. از طرفي با مقايسه تمامي جنبههاي تحليل روند، معيارهاي ارزيابي و نقشههاي مكاني بارش مشخص شد كه داده اصلاح شده ERA5 بهترين نتايج و مطابقت را با مشاهدات دارد. همچنين نتايج نشان دهنده انطباق خوب داده ERA5 اصلاح شده در مقياس ماهانه، فصلي و سالانه با مشاهدات بخش ايراني حوضه در سالهاي 1981 الي 2022 بود. بنابراين (در نبود داده زميني بارش)، داده اصلاح شده ERA5 به عنوان مبنا براي ارزيابي و اصلاح داده پيشبيني مورد استفاده قرار گرفت. نتايج حاصل از اصلاح داده پيشبيني نيز نشان از توانايي مناسب مدل اصلاح در بهبود شاخصهاي ارزيابي داشت. به عنوان مثال ميانه NSE سري زمانيهاي پيشبيني بارش اصلاح نشده معمولاً برابر با 1- بود كه پس از اصلاح، ميانه NSE سري زمانيها تقريباً به 6/0 افزايش يافت. در انتها ميتوان گفت دادههاي بارش اصلاح شدهي پيشبيني و باز تحليل كه در اين تحقيق فراهم شد، ميتواند منبع مناسبي براي مطالعات مختلف مديريت منابع آب در حوضه آبريز هيرمند باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/11/14
عنوان به انگليسي
Rainfall prediction using deep-learning in partially gauge watersheds
تاريخ بهره برداري
10/5/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محسن جوادي
چكيده به لاتين
The Helmand/Hirmand River Basin is a significant watershed for three countries: Afghanistan, Iran, and Pakistan. In this basin, the Hirmand River originates from the Hazarajat mountain ranges. The objective of this study was to evaluate and improve the seasonal precipitation forecast data from ECMWF for the Hirmand River Basin. This product provides precipitation forecasts in time series for the next 1 to 6 months. Ground-based precipitation observations are essential for evaluating and improving forecast data. However, in the Afghan section of the basin, the only available observational data comprises monthly precipitation records from 1960 to 1980. To address the challenge of limited ground-based data, reanalysis data were adjusted using observations from 1960-1980 to create an extended corrected time series (1960-2022), which was then used as a reference for improving forecast data. This study employed precipitation data products from CRU, ERA5, and GLDAS. A deep learning-based model with a Bi-LSTM network structure was developed to enhance these datasets. The results indicated the model's effective performance. When compared to ground observations, the median NSE of the uncorrected CRU, ERA5, and GLDAS datasets were 0.2, -0.25, and -0.4, respectively, which improved to 0.6, 0.6, and 0.5 after correction. Additionally, the Mann-Kendall test was conducted to analyze precipitation trends over the 63-year period. The trend analysis revealed that most products exhibited no significant precipitation trends. However, by comparing all aspects of trend analysis, evaluation metrics, and spatial precipitation maps, it was found that the corrected ERA5 data provided the best results and alignment with observations. Moreover, the corrected ERA5 data demonstrated good alignment with monthly, seasonal, and annual observations in the Iranian section of the basin for the years 1981-2022. Therefore, in the absence of ground precipitation data, the corrected ERA5 data was used as the basis for evaluating and improving forecast data. The results of improving the forecast data also showed the model's capacity to enhance evaluation metrics effectively. For instance, the median NSE of the uncorrected precipitation forecast time series was typically -1, which improved to approximately 0.6 after correction. In conclusion, the corrected precipitation forecast and reanalysis data generated in this study can serve as a valuable resource for various water resource management studies in the Hirmand River Basin.
كليدواژه هاي فارسي
حوضه آبريز هيرمند , اصلاح داده بارش , يادگيري عميق , تحليل روند , محصولات بازتحليل , محصول پيشبيني ECMWF
كليدواژه هاي لاتين
Hirmand River Basin , precipitation data bias correction , Deep Learning , Trend analysis , reanalysis products , ECMWF forecast product
Author
Mohsen Javadi
SuperVisor
Dr. Hosein Alizade