پیش‎بینی پایدار رطوبت خاک در دشت اسلام‎آباد: رویکرد یادگیری ماشین برای انتخاب مدل‎های اقلیمی و ریزمقیاس‎نمایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه جغرافیا، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

2 گروه مهندسی آب، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

3 گروه مهندسی آب، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

تغییرات اقلیمی و کاهش رطوبت خاک از جمله چالش‎های جدی در مدیریت منابع آب، امنیت غذایی و پایداری محیط‎زیست به شمار می‎روند. این پژوهش به بررسی تغییرات میانگین مقادیر ماهانه رطوبت خاک در موقعیت جغرافیایی ایستگاه سینوپتیک اسلام‎آباد در استان کرمانشاه با استفاده از داده‎های MERRA2، تاریخی (1991-2014) و سناریوهای آینده (SSP1-2.6، SSP2-4.5 وSSP5-8.5) تمام مدل‎های CMIP6 موجود (اجرای r1i1p1f1) در سه دوره آینده نزدیک (2026-2050)، میانی (2051-2075) و دور (2076-2100) پرداخته است. الگوریتم یادگیری ماشین جنگل تصادفی (RF) برای ریزمقیاس‎نمایی و شناسایی مؤثرترین مدل‎های رطوبت خاک CMIP6 (با مجموع 98% دقت) با استفاده از ویژگی حذف بازگشتی در ترکیب با روش اعتبارسنجی متقابل k-fold استفاده شد. 5 مدل از 12 مدل موجود، به دقت 98% در پیش بینی رطوبت خاک دست یافتند. مدلMRI-ESM2-0  با دقت 87% به‎عنوان برترین مدل شناسایی شد. 4 مدل برتر دیگر در مجموع دقت نهایی را به 98% رساندند. ارزیابی RF عملکرد دقیق آن را با معیارهایی نظیر ضریب نش (98/0 برای آموزش و 78/0 برای تست) و خطای پایین (01/0MAD = ، MAE و MBE برابر با صفر) تأیید کرد. نتایج نشان‎دهنده کاهش قابل‎توجه مقادیر رطوبت خاک در دوره‎های آینده است. در آینده نزدیک، کاهش 02/0 تا 04/0 میلی‎متری در اوت و ماه‎های فصل زمستان پیش‎بینی می‎شود. در آینده میانی و دور کاهش 03/0تا 05/0 میلی‎متری تحت SSP5-8.5 برای بیشتر ماه‎ها پیش‎بینی می‎شود. روند میانگین سالانه کاهشی با شیب‎ 0002/0- در سال تحت SSP2-4.5 و SSP5-8.5 را برای آینده نزدیک شناسایی کرد. در حالیکه SSP1-2.6 روندی با مقدار 0007/0- میلی‎متر در سال را برای آینده میانی پیش‎بینی می‎کند. نتایج این پژوهش از منظر پایداری محیطی اهمیت ویژه‎ای دارند، زیرا کاهش رطوبت خاک در آینده می‎تواند موجب افزایش تنش آبی، کاهش بهره‎وری کشاورزی و تهدید امنیت غذایی منطقه شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


اسمعیلی، شکوفه؛ مجرد، فیروز (1403). بررسی پایداری سطح آب زیرزمینی در دشت اسلام‎آباد غرب (استان کرمانشاه) و ارزیابی وضعیت آینده با مدل‎های گردش عمومی جو. هیدروژئومورفولوژی، 11 (41)، 134-115. doi: 10.22034/hyd.2024. 62351.1747
افشاری، مجید؛ ولی، عباسعلی (1402). کارآیی سنجش از دور و خوارزمیک‎های یادگیری ماشین در پهنه‎بندی مناطق مستعد گردوغبار استان اصفهان. مدیریت بیابان، 11(3)، 88-73. doi: 10.22034/jdmal.2023.2011344.1438
پورصالحی، فاطمه؛ خاشعی سیوکی، عباس؛ هاشمی، سید رضا (1400). بررسی عملکرد الگوریتم جنگل تصادفی در پیش‎بینی نوسانات سطح ایستابی در مقایسه‏ با دو مدل‏ درخت تصمیم و شبکۀ عصبی مصنوعی ‎(مطالعۀ موردی: آبخوان آزاد دشت بیرجند). اکوهیدرولوژی، 8 (4)، 974-961. doi: 10.22059/ije.2022.327263.1526
سدیدی، جواد؛ مالکی، رضا (1401). مقایسه الگوریتم‎های ماشین بردار پشتیبان، جنگل تصادفی و رگرسیون لجستیک در پهنه‎بندی خطر زمین‎لغزش در جاده مهاباد سردشت. کاربرد سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در علوم محیطی، 2 (4)، 100-81. doi: 10.22034/rsgi.2022.15839
صالحی طبس، مختار؛ یعقوب‎زاده، مصطفی؛ هاشمی، سید رضا (1398). اثر تغییر اقلیم بر رطوبت خاک مزرعه ذرت با استفاده از داده‎های گزارش پنجم و مدل SWAP. آبیاری و زهکشی ایران، 13 (6)، 1843-1832. dor: 20.1001.1.20087942. 1398.13.6.25.1
طهماسبی، محمدرضا؛ شعبانلو، سعید؛ رجبی، احمد؛ یوسفوند، فریبرز (1400). پهنه‎بندی احتمال وقوع سیل با استفاده از بررسی مقایسه‎ای دو مدل شناخته شده جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان در شمال ایران. مدیریت آب و آبیاری، 11(2)، 223-235. doi: 10.22059/jwim.2021.317527.856
کیانی، رضا؛ بیات، حسین (1403). ارزیابی قابلیت دو روش رگرسیون و جنگل تصادفی برای تخمین منحنی نگه‎داری آب خاک با ایجاد توابع انتقالی شبه‎پیوسته. دانش خاک و گیاه، 34 (4)، 15- 36. doi: 10.22034/ws.2024.60933.2556
گنجه‎ای، سیمین؛ ناظمی، امیرحسین (1403). مقایسه عملکرد روش‎های یادگیری ماشین در مدل‎سازی تبخیر‎-تعرق مرجع روزانه وتوزیع مکانی آن (مطالعه موردی: استان زنجان). علوم و مهندسی آبیاری، doi: 10.22055/jise.2024.45305.2103
موسوی، حسین؛ کمانگر، محمد؛ کربلایی، علیرضا (1398). واکاوی مکانی رطوبت خاک پس از بارش‎های بیش‎ازحد نرمال سال آبی 97-98 با مدل‎سازی خطی متغیرهای محیطی و تصاویر ماهواره‎ای. مهندسی و مدیریت آبخیز، 13 (1)، 173-160. doi: 10.22092/ijwmse.2020.128371.1737.
نظریانی، نسترن؛ فلاح، اصغر (1402). مدل‎سازی خطر وقوع زمین‎لغزش با استفاده از داده‎کاوی در جنگل‎های هیرکانی. مدیریت حوزه آبخیز، ۱۴ (۲۷)، ۱۳۴-۱۲۳. ‎ doi: 10.61186/jwmr.14.27.123
نعمتی پیکانی، مصطفی؛ اجتهادی، حمید؛ عصری، یونس؛ اسماعیل‎زاده، امید (1400). مطالعۀ فلوریستیک گیاهان آوندی منطقۀ حفاظت‎‎شدۀ قلاجه در استان کرمانشاه. تاکسونومی و بیوسیستماتیک، 13 (48)، 92-59. doi: 10.22108/tbj.2021. 130866.1181
نورکی، عاطفه؛ گلابی، منا؛ الباجی، محمد؛ ناصری، عبدعلی؛ همایونی، سعید (1402). مدلسازی زمانی - مکانی رطوبت خاک با استفاده از داده‎های سنجش‎ازدور نوری - حرارتی و مدل‎های یادگیری ماشین. تحقیقات آبوخاک ایران، 54 (4)، 637-653. doi: 10.22059/ijswr.2023.356707.669469
یعقوب‌زاده، مصطفی؛ امیرآبادی زاده، مهدی؛ رمضانی، یوسف؛ پوررضا بیلندی، محسن (1396). بررسی عدم قطعیت مدل‎های گردش عمومی جو در برآورد رطوبت خاک تحت‎تأثیر تغییر اقلیم. تحقیقات آبوخاک ایران، 48 (5)، 1109-1119. doi: 10.22059/ ijswr.2017.224039.667603