جغرافیا  (نشریۀ انجمن جغرافیایی ایران)

جغرافیا (نشریۀ انجمن جغرافیایی ایران)

مدل‌سازی عددی و پیش‌بینی الگوی پراکندگی گردوغبار در استان اصفهان با به‌کارگیری ماشین‌بردار پشتیبان (SVM) و رگرسیون چندجمله‌ای تعمیم‌یافته (GLM-POLY)

نوع مقاله : مقاله مستخرج از پایان نامه

نویسندگان
1 گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم جغرافیایی وبرنامه ریزی شهری، دانشگاه اصفهان، اصفهان
2 استاد ژئومورفولوژی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم جغرافیایی وبرنامه ریزی شهری، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
10.22034/jiga.2026.2093080.1507
چکیده
طوفان‌های گردوغبار از مهم‌ترین مخاطرات جوی در مناطق خشک و نیمه‌خشک محسوب می‌شوند و استان اصفهان به‌دلیل تغییرات اقلیمی، کاهش بارش و خشکسالی‌های مکرر، به‌شدت در معرض این پدیده قرار دارد. این پژوهش با هدف مدل‌سازی و پهنه‌بندی حساسیت خطر گردوغبار در استان اصفهان طی دوره ۱۹۹۵ تا ۲۰۲۱، با تلفیق ویژگی‌های ژئومورفولوژیکی و به‌کارگیری دو الگوریتم ماشین‌بردار پشتیبان (SVM) و رگرسیون چندجمله‌ای تعمیم‌یافته (GLM-POLY) انجام شد. داده‌های ساعتی گردوغبار از ایستگاه‌های سینوپتیک استخراج و متغیرهای اقلیمی (بارش، دما، رطوبت نسبی، بیشینه سرعت باد) و لایه‌های زمینی (زمین‌شناسی، خاک، کاربری اراضی، NDVI، TWI) با استفاده از GIS آماده‌سازی شدند. بررسی هم‌خطی با شاخص تورم واریانس (VIF < ۵) استقلال متغیرها را تأیید کرد. تحلیل اهمیت متغیرها با روش کاهش دقت میانگین نشان داد که بیشینه سرعت باد (۲۷/۵٪)، بارش (۲۶/۲٪) و رطوبت نسبی (۲۵/۴٪) بیشترین تأثیر را در وقوع گردوغبار دارند. ارزیابی عملکرد مدل‌ها با منحنی ROC و شاخص AUC نشان داد که مدل SVM با مقدار ۰/۷۱۲ عملکرد «خوب» و مدل GLM-POLY با مقدار ۰/۶۲۱ عملکرد «متوسط» داشته است. نقشه نهایی پهنه‌بندی با مدل برتر (SVM) در چهار طبقه نشان می‌دهد که بخش‌های شرقی، جنوب‌شرقی و مرکزی استان بیشترین حساسیت را داشته و با اراضی بایر، خاک‌های شور و مراتع فقیر همخوانی دارد، در حالی که مناطق غربی به‌دلیل بارش و پوشش گیاهی بیشتر، خطر کمتری دارند. برتری SVM به توانایی آن در مدل‌سازی روابط غیرخطی پیچیده بازمی‌گردد. این پژوهش ابزاری علمی و عملی برای برنامه‌ریزی محیط‌زیستی و مدیریت کاربری اراضی در استان اصفهان ارائه می‌دهد و توصیه می‌کند که در آینده از رویکردهای یادگیری عمیق و داده‌های برخط برای پیش‌بینی پویا استفاده شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Modeling and Prediction of Dust Dispersion Patterns in Isfahan Province Using Support Vector Machine (SVM) and Generalized Polynomial Regression (GLM-POLY)

نویسندگان English

Foroohe kafi 1
mojgan Entezari 2
rahman zandi 1
1 Department of Natural Geography, Faculty of Geographical Sciences and Urban Planning, University of Isfahan, Isfahan
2 Professor of Geomorphology, Department of Natural Geography, Faculty of Geographical Sciences and Urban Planning, University of Isfahan, Isfahan, Iran.
چکیده English

Dust storms are among the most critical atmospheric hazards in arid and semi-arid regions, and Isfahan Province is highly vulnerable due to climate change, declining precipitation, and recurrent droughts. This study aimed to model and zone dust hazard susceptibility in Isfahan Province during 1995–2021 by integrating geomorphological features and employing Support Vector Machine (SVM) and Generalized Linear Model with Polynomial terms (GLM-POLY) algorithms. Hourly dust data were extracted from synoptic stations, and climatic variables (precipitation, temperature, relative humidity, maximum wind speed) alongside terrestrial layers (geology, soil, land use, NDVI, TWI) were prepared using GIS techniques. Multicollinearity assessment via Variance Inflation Factor (VIF < 5) confirmed variable independence. Variable importance analysis using Mean Decrease in Accuracy identified maximum wind speed (27.5%), precipitation (26.2%), and relative humidity (25.4%) as the most influential factors. Model performance evaluation using the ROC curve and AUC index revealed that SVM (AUC = 0.712) demonstrated "good" predictive capability, significantly outperforming GLM-POLY (AUC = 0.621) with "moderate" performance. The final hazard zonation map using the superior SVM model, classified into four categories, indicated that the eastern, southeastern, and central parts of the province exhibit the highest susceptibility, consistent with barren lands, saline soils, and poor rangelands, while western areas show lower risk due to higher precipitation and vegetation cover. SVM's superiority is attributed to its capacity to handle complex non-linear interactions. This research provides a practical scientific tool for environmental planning and land-use management in Isfahan Province and recommends that future studies explore deep learning approaches and incorporate real-time data for dynamic forecasting.

کلیدواژه‌ها English

'Dust Storm,' 'Support Vector Machine
' 'Generalized Linear Model with Polynomial terms,' 'Isfahan Province,'

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 07 مهر 1405