نیوار

نیوار

مدل‌سازی ریاضی برای پیش‌بینی یک‌روزه دمای هوا بر اساس پارامترهای جوی: مطالعه موردی استان گیلان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده علوم ریاضی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
2 دانشگاه گیلان، رشت، ایران
3 اداره کل هواشناسی گیلان، رشت، ایران
10.30467/nivar.2026.556700.1356
چکیده
هدف اصلی این پژوهش، توسعه، پیاده‌سازی و ارزیابی مجموعه‌ای از مدل‌های پیش‌بینی بر پایه روابط ریاضی به‌منظور برآورد دمای کمینه و بیشینه روزانه در استان گیلان بود. به این منظور، داده‌های روزانه مربوط به ۱۰ ایستگاه هواشناسی منتخب در سطح استان، طی دوره زمانی ۲۰۱۱ تا ۲۰۲۱ گردآوری شد. پس از انجام کنترل کیفی داده‌ها، تحلیل همبستگی میان پارامترهای جوی مختلف صورت گرفت تا متغیرهای مؤثر بر تغییرات دمایی شناسایی شوند. بر اساس نتایج این تحلیل، برای پیش‌بینی هر یک از دمای کمینه و بیشینه روزانه، در مجموع ۱۱ الگوی ریاضی شامل روابط خطی، چندجمله‌ای، نمایی، توانی و لگاریتمی توسعه داده شد. در ادامه، به‌منظور ارزیابی کارایی این الگوها، عملکرد آن‌ها با نتایج حاصل از مدل‌های شبکه عصبی مصنوعی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که در میان پارامترهای جوی بررسی‌شده، دمای روز قبل بیشترین میزان وابستگی و تأثیر را بر دمای روز آینده دارد. همچنین، مقایسه شاخص‌های ارزیابی بیانگر آن است که الگوهای ریاضی و شبکه‌های عصبی مصنوعی در پیش‌بینی کوتاه‌مدت دما از دقت نسبتاً مشابه و قابل قبولی برخوردار هستند. با توجه به سادگی ساختاری، شفافیت روابط، نیاز کمتر به داده‌های آموزشی و ثبات عملکرد، الگوهای ریاضی می‌توانند به‌عنوان ابزاری کارآمد و قابل اتکا در پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت دما مورد استفاده قرار گیرند. با این حال، تعمیم نتایج این پژوهش به بازه‌های زمانی بلندمدت‌ یا مناطق با شرایط اقلیمی متفاوت، نیازمند انجام مطالعات تکمیلی و بررسی‌های گسترده‌تر است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Mathematical Modeling for One-Day-Ahead Temperature Prediction Based on Meteorological Parameters: A Case Study of Guilan Province, Iran

نویسندگان English

Seyedeh Nasim Madah Shariati 1
Mohammadreza Yaghouti 2
Seyed Mohammad Taghi Sadidi Shal 3
1 Faculty of Mathematical Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
2 University of Guilan, Rasht, Iran
3 Guilan Meteorological Organization, Rasht, Iran
چکیده English

The main objective of this study was to develop, implement, and evaluate a set of forecasting models based on mathematical relations for predicting daily minimum and maximum air temperatures in Guilan Province. For this purpose, daily meteorological data from ten selected weather stations across the province were collected over the period 2011–2021. Following data quality control procedures, correlation analysis was conducted among various atmospheric parameters to identify the most influential variables affecting temperature variations. Based on the results of this analysis, a total of eleven mathematical models, including linear, polynomial, exponential, power, and logarithmic formulations, were developed separately for forecasting daily minimum and maximum temperatures. Subsequently, the predictive performance of the proposed mathematical models was evaluated and compared with that of artificial neural network (ANN) models. The results indicated that among the considered meteorological variables, the temperature of the previous day exhibited the strongest dependency and the greatest influence on the temperature of the following day. Furthermore, comparison of the evaluation metrics demonstrated that the mathematical models and artificial neural networks achieved relatively similar and acceptable accuracy in short-term temperature forecasting. Considering their structural simplicity, transparency of relations, lower data requirements, and stable performance, mathematical models can be regarded as efficient and reliable tools for short-term temperature prediction. Nevertheless, extending the applicability of the findings to long-term forecasting horizons or to regions with different climatic conditions requires further comprehensive investigations and additional analyses.

کلیدواژه‌ها English

Mathematical patterns
Artificial neural network
Meteorological data
One-day-ahead prediction
MATLAB Software

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 اردیبهشت 1405

  • تاریخ دریافت 10 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 12 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 02 اسفند 1404
  • تاریخ انتشار 13 اردیبهشت 1405