انواع پژوهش بنیادی اقلیم براساس مقیاس زمانی

انواع پژوهش بنیادی اقلیم براساس مقیاس زمانی

بررسی ها نشان می دهد که تاریخ زمین و اقلیم حاوی دوره های کوتاه و بلندی است که خود این دوره ها به زیر دوره هایی قابل تقسیم هستند. همچنین عناصر اقلیمی در هر دوره مقادیر اقلیمی از توزیع غیر نرمال، غالباً چند مدی و معمولاً چوله برخوردارند. بنابراین شرایط هنجار اقلیمی برای دورۀ خیلی طولانی به طور حقیقی وجود ندارند. علاوه براین حلقه های پسخوراند در سیستم اقلیم، منفی یا پایدار کننده است. از این رو مقدار تغییرات در دامنه ای بسیار کوچک رخ می دهد. برای مثال در عصرهای یخبندان دمای کره زمین تنها 6 درجه سردتر و در دوره های گرم تنها چند درجه گرم تر از دمای کنونی زمین بود. این امر بیان گر این است که تغییرات اقلیمی در مقیاس آنی و میلیون ها ساله رخ می دهد. بعضی معتقدند که مشابه اقلیم گذشته ممکن است در عصرهای دیگر موجود نباشد؛ مثالی از این قبیل روابط متقابل مدار زمین – خورشید و در نتیجه روند سالانه تأثیر در هولوسن تکرار نشده است .  

رفتار و تغییر (پذیری) اقلیم به ویژه وقتی که از منشأ انسانی حاصل شود، بخش های مختلف اجتماعی – اقتصادی و توسعه را متأثر می سازد. لذا شناخت رفتار اقلیم در طی زمان به منظور مدیریت و برنامه ریزی مبتنی بر اقلیم در معرض توجه محافل علمی و حتی عوام است. بدین دلیل مطالعه رفتار اقلیم در طی گذشته و نیز برآورد آینده آن تحت عنوان بررسی زمانی اقلیم ضرورتی اجتناب ناپذیر است. اهداف این گونه پژوهش ها عمدتاً در راستای اهدافی است که در « تحلیل سری های زمانی اقلیمی» مورد نظر است. این اهداف شامل بررسی، توجیه، مدل سازی و پیش بینی تغییرات اقلیمی در بازه های زمانی مختلف انجام می گیرد.

از مقایسۀ سری زمانی عناصر اقلیمی و هنجار مربوط، عموماً  پنج رویداد منفرد یا تؤأم قابل تشخیص می باشد. این رویدادها شامل روند، نوسان و حالت (فاز) ، جهش و پی آیی است که نسبت به یک سطح مرجع (هنجار اقلیمی) ردیابی می شود. وقوع تؤأم این رویدادها در یک سری زمانی موجب پیچیدگی فهم، تحلیل و تفهیم مشخصات سری زمانی می شود. این رویدادهای پنج گانه گاهی حاصل عوامل و فرایندهای طبیعی و گاهی واکنشی در برابر فعالیت های انسانی است. یکی از اهداف تحلیل سری های زمانی اقلیمی ردیابیِ سهم هریک از عوامل طبیعی و انسانی بر پیدایش هر کدام از رویدادهای مذکور است. شایان توضیح است که ردیابی رویدادهای مورد بحث در سری های زمانی اقلیمی، اگرچه نوعی تجزیه ( و نه مطالعۀ ترکیبی) در مطالعۀ اقلیم شناختی است، اما براساس منطق علمی « استقراء» می توان رفتارهای حاصل از « بررسی های تجزیه ای اقلیم» را انعکاسی از « رفتار عمومی اقلیم» دانست. این فرض دقیقاً همان « اصل علمی استقراء» است که در تمامی شاخه های دانش تجربی مورد قبول و مرکز عمل است. در زیر به پنج رویدادی که به شکل منفرد یا تؤأم می توانند در اقلیم و به تبع آن در سری های زمانی عناصر اقلیمی ظهور یابند، خواهیم پرداخت:

1- تحلیل روند : تغییرات آرام، یکنواخت و دراز مدت در میانگین مشاهدات سری زمانی را « روند» گویند. برحسب این تعریف، روند رفتاری است که بدون جابه جایی ناگهانی رخ می دهد و عمدتاً یگانگی در رفتار بلند مدت را به همراه دارد. بنابراین طبیعی است که روند را حالتی کما بیش پایدار از افزایش، کاهش، توأم (سهمی) یا ثبات بدانیم. در ادبیات اقلیمی این نوع رفتار را تغییرات منتظم (سیستماتیک) نیز گویند. همچنین به لفظ تغییر در «میانگین» و یا  « متوسط» نیز توجه کنید. این لفظ بیان گر این موضوع است که در وارسی روند توجهی به افت و خیزها نمی شود، بلکه تغییر میانگین ها در کانون توجه می باشد.

2- نوسان و حالت (فاز): جنبۀ متمایز کنندۀ « نوسان » در الگوی تکراری آن است. در این حالت دستگاه اقلیم پس از مدت زمانی پیکربندی «شبیه» به الگوی قبلی را با کمی تفاوت به خود می گیرد. به عنوان مثال تناوب تدریجی و آرامِ دوره های مختلف (مثلاً دوره های گرم و مرطوب با دوره های سرد و خشک) با واژه « نوسان» تبیین می شود. در واقع نوسان رفتاری است که حداقل یک «چرخه» در سری زمانی ایجاد کند. چرخه را می توان یک دور کامل از یک رویداد تلقی کرد که در آن حرکتی جهت دار از یک نقطه آغاز و در نقطه ای مشابه پایان می پذیرد. نوسان هم در میانگین سالانه و هم در روند محتمل است. به عبارت دیگر، رفتار تناوبی هم در متوسط مقادیر و هم در رفتار بلند مدت قابل وقوع است.

3- ناهنجاری (افت و خیز)ها : برخی از رفتارها در سری های زمانی عناصر اقلیمی ناگهانی، شدید و ناپایدار بوده و به شکلی غیر مترقبه دیده می شوند. این گونه رفتارها با واژه « افت و خیز»، «ناهنجاری»، «ناپیوستگی»، « مشاهدات فرین» و « رویداد تصادفی» قابل تعبیرند. در واقع این نوع حرکت ها، الگوهای عوامل نسبتاً یکتا و تکرار ناشدنی را منعکس می کنند.

4-  جهش : گاهی تعدادی از مشاهدات در یک بازه از سری زمانی،  به طورمتوالی و در سطحی متفاوت از مشاهدات متوالی پیشین و (یا) پسین قرار می گیرند. این وضعیت به «جهش»  موسوم و با طول دورۀ مختلف محتمل است. در واقع تغییرات شدید و ناگهانی در میانگین مشاهدات که بعضاً نوسانی و گاهی غیر تناوبی است و موجب تغییر سطح میانگین در بخشی از سری زمانی می شود، با عنوان «جهش» شناخته شده اند.

5- پی آیی: پی آیی یکی از حالت هایی است که رخداد آن برای هریک از عناصر اقلیمی محتمل است. این رخداد موجب می شود که مشاهدات به لحاظ آماری ویژگی های یک متغیر تصادفی را نداشته باشند. این حالت به ویژه در مشاهدات روزانه قابل مشاهده است و به صورت تمایل مشاهدات به استمرار حالت خود طی یک دوره دیده می شود.

دو رویکرد اساسی برای تحلیل سری های زمانی اقلیمی و دگرگونی آن ها، شامل تحلیل در « قلمرو زمان» و تحلیل در « قلمرو بسامد (فرکانس) » وجود دارد. هر چند این دو رویکرد با یکدیگر بسیار متفاوتند، اما به لحاظ ریاضی به یکدیگر ارتباطی تنگاتنگ دارند. رویکردهای تحلیل مربوط به قلمرو زمان مشخصات مشاهدات را برحسب زمان و آن گونه که مشاهده و گزارش شده اند، بیان می کند. بدین ترتیب تحلیل در قلمرو زمان در فضایی عمل می کند که ارزش هایِ عددیِ مشاهدات مورد بررسی قرار می گیرد. در حالی که استنباط بر مبنای فرکانس ( رفتار سینوسی در بسامدهای مختلف)، تصادفی نبودن نوسانات با طول موج های نامتناهی و در یک بازۀ پیوسته (و بعضاً گسسته) آزمون می شود.

منبع:خبرنامه انجمن اقلیم شناسی

نویسنده : دکتر حسین عساکره