بررسی شبکه عصبی فوریه مبتنی بر ترانسفورمرها به‌منظور پیش‌بینی شاخص FDSD (مطالعه موردی: استان ایلام)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران

2 استادیار، گروه مهندسی احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

‎10.22052/deej.2026.258310.1137

چکیده

طوفان‌های گرد و غبار به‌عنوان یکی از انواع اصلی پدیده‌هایِ حدی اقلیمی شدید به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک محسوب می‌شوند و تاثیرات قابل توجهی بر سلامت، محیط‌زیست و مدیریت منابع طبیعی دارند. پیش‌بینی دقیق این پدیده همچنان با دشواری‌های جدی مواجه است. این مطالعه قابلیت مدل‌هایِ یادگیریِ عمیق مدرن برای پیش‌بینیِ طوفان‌هایِ گرد و غبار را با مقایسه عملکرد دو مدل انفرادی، Autoformer، FNO و یک چارچوب ترکیبی بر اساس ترکیب هر دو مدل برای مقیاس‌های زمانی مختلف بررسی کرد. به‌منظور بررسی تاثیر ساختار زمانی ورودی‌ها، چهار ترکیب زمانی شامل پیش‌بینی کوتاه‌مدت تا بلندمدت تشکیل شد که از یک فصل تا یک سال تاخیر را نشان می‌داد. با توجه به نتایج بدست آمده، مدل Autoformer ضعیف‌ترین عملکرد را به ثبت رساند. مدل FNO اگرچه نسبت به Autoformer عملکرد بهتری در تشخیص الگوهای مکانی- طیفی از خود نشان داد اما تفاوت قابل توجهی با مدل AutoFomer نشان نداد و عملکرد نسبتا ضعیفی را به ثبت رساند. در مقابل، مدل هیبریدیِ FNO-AutoFormer به‌وضوح بالاترین دقت پیش‌بینی را در تمامی شاخص‌های ارزیابی ارائه داد. مقادیر بالای شاخص NS، کاهش قابل‌توجه خطاهای RMSE و MAE و همچنین همبستگی بالا، عملکرد بهتر مدل‌های ترکیبی به نسبت مدل‌های انفرادی در پیش‌بینی پدیده‌های حدی اقلیمی نشان داد. همچنین یافته‌های پژوهش حاضر ثابت کرد که به‌منظور پیش‌بینی طوفان‌های گردوغبار برای نقاطی که عامل خارجی باعث گردوغبار می‌شود، ترکیب‌های زمانی کوتاه‌مدت به‌ویژه ترکیب پیش‌بینی با یک فصل تاخیر، بهترین عملکرد دارند و دقت پیش‌بینی با افزایش تاخیر زمانی کاهش می‌یابد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An Investigation of Transformer-Based Fourier Neural Network for FDSD Index Prediction (Case Study: Ilam Province)

نویسندگان [English]

  • Ramtin Tavoosi Rad 1
  • Mohammad Ansari Ghojghar 2
  • Hassan Khosravi 1
1 Department of Reclamation of Arid and Mountainous regions Engineering, Faculty of Natural Resources, University of Tehran
2 Assistant professor, Department of reclamation of arid and mountainous regions Engineering, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده [English]

Dust storms are considered a major type of extreme weather phenomenon, particularly in arid and semi-arid regions, and have significant impacts on health, the environment, and natural resource management. Accurate forecasting of this phenomenon remains a significant challenge. This study investigated the capability of modern deep learning models for predicting dust storms by comparing the performance of two individual models, Autoformer and FNO, and a hybrid framework based on combining both models for different time scales. To investigate the impact of the temporal structure of the inputs, four temporal combinations were formed, encompassing short-term to long-term forecasts, representing one season to one year ahead. According to the results obtained, the Autoformer model recorded the weakest performance. The FNO model, although showing better performance in detecting spatio-temporal patterns compared to Autoformer, did not show a significant difference and recorded a relatively weak performance. In contrast, the FNO-Autoformer hybrid model clearly provided the highest prediction accuracy across all evaluation metrics. High values of the NS index, a significant reduction in RMSE and MAE errors, as well as high correlation, indicated the better performance of the combined models compared to the individual models in predicting extreme weather phenomena. Furthermore, the findings of the present study proved that, in order to predict dust storms for points where an external factor causes the dust, short-term temporal combinations, especially the prediction combination with a one-season lag, perform best, and the prediction accuracy decreases with increasing time lag.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dust
  • Data-driven models
  • Hybrid models
  • FNO