پیش‌بینی دماهای حداکثر با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی مطالعه موردی: شهرستان اردبیل

نویسندگان

چکیده

 با توجه به تغییرات اقلیمی، گرمایش جهانی و خشکسالی­های اخیر، پیش­بینی دماهای حداکثر به عنوان یکی از مهمترین پارامترهای اقلیمی فرصت مناسبی را برای برنامه­ریزی و ارائه تمهیدات لازم در اختیار برنامه­ریزان قرار می­دهد. بررسی و تحلیل دماهای حداکثر به عنوان یکی از پارامترهای اقلیمی در مدیریت منابع آبی و طبیعی، کشاورزی، گسترش آفات و بیماری­ها، ذوب برف و سیلاب، تبخیر و تعرق، خشکسالی و غیره اهمیت زیادی دارد. امروزه با گسترش مدل­های هوشمند و تجربی در علوم مختلف، از جمله اقلیم‌شناسی و لزوم پیش­بینی­های دقیقتر، جایگزینی آنها به جای مدل‌های قدیمی اهمیت پیدا می­کند. یکی از این روش­ها، شبکه­های عصبی مصنوعی از مؤلفه­های هوش مصنوعی است که یکی از مهمترین کاربردهای آن ­در زمینه علوم جوی، پیش‌بینی و محاسبه پارامترهای اقلیم­شناسی است. در این تحقیق با استفاده از متغیرهای میانگین رطوبت نسبی، میانگین سرعت باد، مجموع ساعات آفتابی، میانگین حداقل و حداکثر دمای ماهانه به عنوان ورودی شبکه پرسپترون چندلایه (MLP)، میانگین حداکثر دمای ماهانه ایستگاه سینوپتیک اردبیل پیش­بینی شد. پارامترهای مذکور سال­های آماری 1985 تا 2005 را در بر می­گیرند. از 21 سال دوره آماری موجود، حدود 85 درصد آن یعنی 18 سال (216 ماه) برای آموزش شبکه و 3 سال (36 ماه) باقیمانده در مرحله آزمون شبکه به کار برده شده است. بدین منظور از امکانات و توابع موجود در نرم‌افزار MATLAB بهره­گرفته شد و برای هر ماه یک شبکه با خطای کمتر از 5 درصد طراحی گردید. پس از بررسی شاخص­های عملکرد شبکه، از جمله ضریب تعیین، مجذور میانگین مربعات خطا، میانگین مربعات خطا، میانگین مطلق خطا، میانگین درصد خطا و ضریب همبستگی مشاهده شد که پیش­بینی دمای حداکثر با دقت قابل قبولی انجام شده است؛ به گونه­ای که میزان ضریب همبستگی آن 99/0 و بیشترین اختلاف آن با داده­های واقعی برابر 83/0 درجه سانتیگراد بوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Prediction of Maximum Temperatures through Artificial Neural Network Case study: Ardabli Township

چکیده [English]

  The prediction of maximum temperatures as one of the most important climatic parameters due to climate change, global warming and the recent drought will provide definitely more opportunity for planning and the provision of necessary arrangements for the planners. Maximum temperatures are much important in management of natural and water resources, agriculture, development of pests and diseases, flood and snow melting, evaporation and transpiration, drought, etc. Today, with developing of intelligent and expanded models in experimental science, including climatology, the necessity for alternative compared to old models will important. One of these methods is artificial neural network derived from artificial intelligence components which has important applications in the field of atmospheric sciences through prediction and calculation of climatic parameters. In this study, using the variables including average relative humidity, average wind speed, total sunshine, average minimum temperature and monthly average maximum temperature as input Multi Layer Perceptron (MLP) Network, have been predicted monthly average maximum temperature in Ardabil synoptic station. examined Parameters include data period 1985 to 2005.Out of 21 years statistical period about 85 percent of the available data, meaning 18 years (216 months) were used for training the network and 3 years (36 months) remaining in the test stage were applied. For this purpose, facilities and functions available in MATLAB software were made and for every month a network was designed with under 5 percent error. After studying network performance indicators, including the correlation coefficient, root mean square error, mean squares error, mean absolute error, mean percentage it was observed that the maximum temperature predicted with acceptable accuracy has been made in such away that the rate of correlation coefficient was 0.99 and the maximum difference with the real data was 0.83 º C.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Prediction
  • Maximum Temperature
  • Artificial Neural Networks
  • Ardabil Township