دالة الاستجابة النبْضية - أساليب الترشيح والتحليل المناخي ومعطيات المشروع العربي

​بسم الله الرحمن الرحيم


​
​دائما ترد إلى أسماعنا مفردة أساليب الفلترة أو الترشيح باللغة العربية ، فما هو المقصود من
الترشيح بشكل مبسّط ؟

ببساطة الترشيح / الفلترة هو : أسلوب التعامل مع المدخلات لتصبح مخرجات ذات هدف مختلف

وهو يتم تنفيذه بواسطة خوارزميات رياضية مختلفة
​
::::
​
ويُعرّف تشارلز كلور الترشيح في جانب آخر بمقولة مبسطة أكثر على أنه

جهازٌ ما - عتاد أو برنامج - يعطينا خرجا - ناتجا - أكثر فائدة من دخله


إن أسلوب الترشيح أو الفلترة هو أسلوب مهم جدا في خضم التعامل مع السلاسل الزمنية المأخوذة عن الظواهر المختلفة أيا كانت

وهو مستخدم بشكل شائع في معالجة الإشارات الرقمية

ونحن في المناخ نهتم به كثيرا لأنه عنصر استقرار في السلسلة تحليلا وتنبؤا
​وهو عامل من عوامل بناء النماذج الرياضية المحاكية للظواهر

::

دالة الاستجابة النبضية

Impulse Response Function

جاءت عن أسلوب الطي والالتفات الرياضي

convolution method

والهدف منه باختصار : ضم إشارتين "مدخلة ومخرجة" والحصول على الاستجابة النبضية

والمعنى لمفهوم نبضية : هو دفعة - نبضة واحدة (مُزاحة وموزونة) من بيانات الظاهرة على سبيل المثال إزاء الزمن المحدد أيضا

تماما كالحجر الذي في يدك وتريد رميه بعيدا ، فإنك تحدد عدة خطوات حتى يصل للهدف الذي تريد

أو بشكل أوضح الموجات الراديوية التي يرافقها التشويش فيتم إدخالها في المرشح فيقوم بإزالة التشويش منها

أو حتى الجانب الجرافيكي فيما يتعلق بالصور حينما يعتريها التشويش فيتم ترشيحها لإزالة التشويش الماثل في الصورة لتخرج بشكل أوضح
​
::::

​
الطي أو الالتواء أو الالتفات رياضيا بشكل عام يشبه بشكل تقريبي عملية الجمع والطرح والضرب .. عددان ينتج عنهما عدد ناتج ثالث

مُدخل ومخرج واستجابة نبضية

​::::::

دعونا نتعامل مع تذبذب الرياح المدارية الظاهرة الفيزيائية ونتعامل معها وفق دالة الاستجابة النبضية
كدالة تقيس الأنظمة الديناميكية

إن الظاهرة الفيزيائية في كوكب الأرض - تذبذب الرياح المدارية والعالمية - نظام ديناميكي لاخطي
ولكنه يترك خلفه أنظمة خطية يسهل علينا محاكاتها بدالة الاستجابة النبضية
وتحليلها المحدد

fir
​
الهدف من هذا التعامل هو تقريب تحليل دالة الاستجابة النبضية للأذهان فقط

​:::::

نظام تذبذب الرياح المدارية وتحليل دالة الاستجابة النبضية

​

هذا المخطط المفاهيمي المختصر يحكي شيئا من الخطوات التي ينفذها المشروع العربي في محاكاة
تذبذب الرياح المدارية وهو جزء من الصياغة القادمة للنموذج العربي في إصداراته الجديدة

:::::

أتينا إلى تحليل الاستجابة النبضية المحدد

Finite Impulse Response-FIR

​
وهو المستخدم في المشروع العربي كتجارب منذ فترة ، وبمشيئة الله يتم الانتهاء من بنائه قريبا

مرشِّح الاستجابة النبضية المحدد أو فلتر الاستجابة النبضية المحدد

هو تحليل بشكل مختصر يقوم على إعطاء الظاهرة ما يلي

أولا : وزن
ثانيا : إزاحة
ثالثا : ترتيب للإزاحة

ثم يقوم بإعطائنا مخرجا - تم اختيار نوعين منه
​
أولا : الإشارة العالية

high pass

ثانيا : الإشارة المنخفضة

​low pass

وهو تحليل سببي ومحدد الزمن والوزن والإزاحة

​ونحن نهتم بالإشارة العالية لسبب بسيط وهو اكتشاف أكبر قيم نشاط وحركة تذبذب الرياح المدارية

لقد قادنا هذا التحليل إلى جملة من الفوائد 

أبرز هذه الفوائد

أولا : محاكاة أفضل لحركة تذبذب الرياح المدارية فوق جزيرة العرب والمنطقة المدارية أيضا
وتمثيل دورات النشاط والخمول ودورات الخصب والجفاف بشكل واضح جدا ودقيق
​
ثانيا : التحكم في الترتيب المخصص للإزاحة ووزن البيانات
وقد تم اختيار الدرجات 90 و 60 و 30 وهي دورات نشاط التذبذب المداري السائدة ولا نقول الدائمة

والتركيز على دورة النشاط 90 يوما لأسباب عدة سأذكرها لاحقا
​ 
ثالثا : إزالة التشويش وإضافة الاستقرار على جوانب التحليل والتنبؤ أيضا
فنحن أمام أسلوب ينجح كثيرا في السلاسل الزمنية الطويلة
وهذا هو أساس عملنا
​
رابعا : الكشف عن ديناميكية تذبذب الرياح المدارية بشكل أوضح وبالتالي كسب المزيد من الثقة في التوقعات القادمة بمشيئة الله وفق هذا الأسلوب

خامسا : اكتشاف أن حركة تذبذب الرياح المدارية الكبيرة تؤثر على النشاط التالي له تأثيرا عكسيا
فدورة النشاط الكبيرة والتي تظهر على سبيل المثال في دورة 90 سيتلوها دورة نشاط ضعيفة له .. وهكذا
​
هذا باختصار
​

أمثلة على التحليل

fir

تذبذب الرياح المدارية فوق جزيرة العرب خلال الفترة من 01 يونيو 2016 حتى 20 يناير 2017

تطرف الرطوبة النوعية السطحية خلال فترات الصيف والخريف وحتى 20 يناير من الشتاء

سأختار الدورات 90 و 60 و 30

​:::::::

دورة نشاط تذبذب الرياح المدارية 30 يوما

​دورة نشاط تذبذب الرياح المدارية 60 يوما

​دورة نشاط تذبذب الرياح المدارية 90 يوما

نلحظ من المؤشرات المستنبطة من التحليل أن دورة تذبذب الرياح المدارية في قيمتها 90 يوما
هي التي تحدد بمشيئة الله قوة الدورة التي تليها

فشدة الدورة التي عبرت في الصيف أثرت على دورة النشاط الخريفية التي جاءت أقل منها بشكل واضح

إن الدورة 90 تعطينا توقعا مسبقا بحركة النظام الفيزيائي لتذبذب الرياح المدارية اللاخطي توقعا خطيا بمؤدى صحيح إلى حد كبير
​
 ::::

فوائد تحليل الاستجابة النبضية المحدد كثيرة .. وليس هذا الطرح سوى إلقاء الضوء على فكرة عامة منه ليس إلا وقد حاولت البعد عن التعقيد قدر الإمكان لأضع صورة مبسطة حول الترشيح / الفلترة
​ بعيدا عن شرح كيفية أن يكون الترشيح سببيا وثابتا مع الزمن
وغيرها من القضايا المتشعبة .. وهي قضايا داخل تحليل الاستجابة النبضية المحدد

​والله الموفق

:::::

​
خالد العتيبي