هوشنگ قائمی

بررسی رفتار بارش در بعد مکانی – زمانی و تعیین آستانه های تحمل مناطق مختلف جغرافیایی با توجه به پوشش گیاهی، زندگی جانوری و فعالیت های انسانی، از ضروریات هر گونه تصمیم گیری در محیط است. بدین منظور، داده های بارش 27 ایستگاه همدیدی در دوره 60 ساله از سازمان هواشناسی دریافت و پس از بررسی کیفی داده ها توزیع زمانی و مکانی میانگین، ضریب تغییرات، چولگی و توزیع احتمال تجربی 20% بیشینه و کمینه ماهانه و فصلی پاییز و زمستان، برای یک دوره 60 ساله (2010-1951)، دو دوره 30 ساله (11951-1980)،(1981-2010) و دو دوره 10 ساله (2010-2001)، (1951-1960)محاسبه با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی( GIS ) پهنه بندی شد. بررسی ها نشان می دهد، بجز سواحل دریای کاسپین، تغییرات کمی بین الگوهای پاییز و زمستان وجود دارد. میانگین بارش از مناطق میانی سواحل جنوبی کاسپین به سوی غرب و شرق کاهش یافته است. در دیگر نواحی کشور، تغییرات مکانی و زمانی بارش در فصل پاییز بسیار زیاد و از شمال بسوی جنوب با کاهش میانگین و افزایش ضریب تغییرات و چولگی همراه است. در زمستان ضمن حفظ الگوی پاییز، میانگین بارش افزایش و ضریب تغییرات کاهش می یابد. میانگین بارش 30 ساله دوم و 10 ساله آخر زمستان، نسبت به دوره های 30 و 10 ساله اول و نیز دوره 60 ساله در اغلب ایستگاه ها کاهش داشته است که با نتایج آزمون من کندال تطابق دارد. بررسی20 درصد حد کمینه و بیشینه بارش فصلی نشان می دهد که از شدت و گستره عملکرد سامانه های بارشی فراگیر فصل زمستان در دوره 30 ساله دوم کاسته شده است. همچنین فراونی و شدت خشکسالی فصل پائیز در 30 سال دوم و 10 سال آخر بیشتر شده است. بیشترین کاهش در بخش غربی و شرقی ساحل کاسپین و در شمال غرب رخ داده است که با توجه به زمینه های فعالیت و تمرکز جمعیت، توجه ویژه مدیران را می طلبد.

پژوهش حاضر با هدف آگاهی از تغییرات بلندمدت داده های بارشی و همچنین شناسایی دوره های مرطوب و خشک 35 ایستگاه همدیدی در ایران انجام شده است. جهت شناخت تغییرات بارشی ایستگاه های مورد مطالعه، نقشه های میانگین، شاخص ضریب تغییرات و چولگی ترسیم گردید. سپس با استفاده از آزمون آماری من – کندال معناداری روند بر روی هر کدام از ایستگاه ها در سطح اطمینان 95 درصد مورد آزمون قرار گرفت. در نهایت با استفاده از بارش های حدی 20 درصد بالا و پایین در طول دوره مطالعاتی 50 ساله، دوره های مرطوب و خشک شناسایی شدند. نتایج نشان می دهد که الگوی کلی رژیم بارشی کشور به صورتی است که مقادیر بارشی از نیمه شمالی به سوی نیمه جنوبی و از غرب به شرق کشور کاهش می یابد. کمترین مقادیر ضریب تغییرات و چولگی مربوط به نواحی شمالی به ویژه سواحل دریای کاسپین می باشد و بیشترین مقادیر مربوط به نواحی جنوبی به خصوص مناطقی از جنوب و جنوب شرق می شود. به طورکلی نتایج آزمون من-کندال نشان می دهد که داده های بارشی در مقیاس فصلی به استثنای چندین ایستگاه همدیدی روند معناداری را نشان نمی دهند. بیشترین دوره های مرطوب در فصل بهار و کمترین در فصل تابستان و بیشترین دوره های خشک در فصل پاییز و کمترین در فصل بهار رخ داده اند. تعداد خشکسالی ها در دوره های سرد قابل توجه می باشد. همچنین فراوانی وقوع دوره های خشک بیشتر از دوره های مرطوب می باشد.

بررسی تغییر پذیری الگوی فضائی- زمانی بارش که می تواند منجر به تغییر اقلیم شود، به دلیل تاثیر گذاری شدید آن در عرصه های مختلف مورد توجه می باشد. به همین منظور پس از دریافت داده های بارش روزانه ۲۷ ایستگاه همدیدی در دوره ۶۰ ساله( 2010 - 1951 ) کیفیت آن بررسی و مجموع بارش ماهانه و آماره های لازم برای ادامه فرایند تحقیق از قبیل میانگین، ضریب تغییرات، چولگی، برآورد احتمال 20% حد بالای بیشینه و کمینه میانگین بارش از طریق تجربی برای یک دوره ۶۰ ساله و دو دوره ۳۰ ساله( 1980 - 1951 و 2010-1981) و دو دوره 10 ساله (1960-1951 و 2010-2001) برای هریک از فصول بهار و تابستان محاسبه گردید. بررسی ها تغییرات نسبتا کمی را در الگوهای بارش بهار و تابستان، در سواحل کاسپین، شمال غرب- غرب، طی 30 ساله و 10 ساله دوم نسبت به دوره 60 ساله و 30 ساله و 10 ساله اول نشان می دهد. به طور کلی از شمال و شمال غرب به سوی جنوب و جنوبشرق از میانگین بارش کاسته و بر مقدار ضریب تغییرات و چولگی افزوده می شود. به غیر از حوزه کاسپین، در بقیه ایستگاه ها میانگین بارش بهاره بیشتر از میانگین بارش دوره تابستان است. تفاوت آشکاری در ویژگی های بلند مدت بارش و تغییرات آن وجود دارد. نکته قابل توجه افزایش ضریب تغییرات دوره 30 ساله و 10 ساله دوم نسبت به دوره های متناظر در همه ایستگاه ها است که بیانگر کاهش میانگین ماهانه و فصلی بارش بهار و تابستان است که نتایج روندیابی و تفاضل دهه اول از دهه دوم نیز آن را تائید می کند. بیشترین کاهش در نیمه شمالی و غربی رخ داده است . در 30 سال دوم توالی سال های خشک فراگیر و ایستگاه های درگیر با خشکسالی بیشتر شده است. بنابر این تغییر اقلیم را برای سواحل کاسپین و نیمه غربی تائید می کند.

پژوهش حاضر با هدف شناخت الگوهای دینامیکی و ترمودینامیکی بارش های سنگین فراگیر زمستانه ایران در بازه زمانی 1960-2010 انجام گرفته است. ازاین رو، نخست شدیدترین دوره مرطوب در بازه زمانی پنجاه ساله مشخص (سال 1974) و سپس فراگیرترین روز با بارش سنگین انتخاب شد (روز 5/12/1974). در ادامه، کمیت های دینامیکی و ترمودینامیکی موردنظر در محیط برنامه نویسی فورترن 77 تعریف شد و برای تحلیل تغییرات زمانی کمیت ها نقشه های گرافیکی آن ها ترسیم و تحلیل شد. نتایج نشان می دهد در زمان رخداد بارش سنگین فراگیر، منطقه همگرایی قوی در سطح کشور شکل گرفته که منطبق بر منطقه واگرایی تراز میانی جو صعود دینامیکی هوا را موجب شده است. در این شرایط، مقادیر تاوایی نسبی و تاوایی مطلق منطبق بر بخش شرقی ناوه افزایش می یابد. مقادیر تاوایی پتانسیلی راسبی - ارتل ترازهای فشاری 500 و 50 هکتوپاسکالی و سطح هم آنتروپی 330 کلوین نیز به سبب عواملی چون افزایش گرادیان دمای پتانسیل، افزایش تاوایی مطلق، و همچنین زیادشدن پایداری ایستایی در سطوح فوقانی جو افزایش می یابد. این شرایط نشان می دهد که در رخداد بارش های سنگین این نواحی، علاوه بر تغییرات دینامیک سطوح میانی و زیرین وردسپهر، تغییرات دینامیک پوشن سپهری نیز نقش مهمی ایفا می کند.

شدت بارش در طول مدت بارش تغییر می کند. تغییرات مقدار بارش در طول یک واقعه در نحوه شکل گیری سیلاب و شدت و تداوم آن تأثیر گذار می باشد. شناخت و تعیین تغییرات زمانی بارش در طول مدت رگبار براساس الگوی توزیع زمانی مشخص میشود. در روند تبدیل حداکثر بارش محتمل به حداکثر سیل محتمل که با استفاده از مدل های بارش – رواناب انجام می گیرد، تعیین الگوی تیپ توزیع زمانی بارش در ایستگاه ها و منطقه تحت مطالعه ضروری است. بدین منظور می توان از داده های با مقیاس زمانی کوتاه مدت ایستگاه های باران نگار استفاده کرد. بهره گیری از شبیه سازی مدلهای میان مقیاس عددی وضع هوا مانند مدل تحقیقات آب و هوا و پیش بینی WRF)) توانسته است تا حدود زیادی این نیاز را جبران کند. مدل WRF یکی از مدل های پاسخگو در زمینه پیش بینی بارش، دما و عناصر جوی است که در این مطالعه از آن بهره گرفته شده است. در این مقاله ابتدا مدل برای سه توفان شدید و فراگیر 14 و 15 آذر 1382 ، 3 تا 5 دی 1385 و 6 و 7 فروردین 1386 بر روی حوضه آبریز سد پارسیان و نواحی اطراف آن شبیه سازی شد و سپس خروجی آن با مقادیر بارش ثبت شده توسط دیتالاگرها مورد مقایسه قرار گرفت.

شناخت نحوه رخداد رودباد به عنوان یکی از اجزای اصلی گردش عمومی جوّ، تأثیر بسزایی در پیش بینی و چگونگی وقوع سایر رویدادهای اقلیمی دارد. در پژوهش حاضر، از داده های مربوط به مؤلّفه مداری و نصف النّهاری باد در ترازهای 200، 300، 400 و 500 هکتوپاسکال، در محدوده عرض جغرافیایی20 تا  80 درجه شمالی و طول جغرافیایی 10 درجه غربی تا120 درجه شرقی بهره گرفته شده است. بازه زمانی مورد استفاده، شامل فروردین 1330 تا اسفند 1389 بوده است. در این مطالعه ماتریسی به ابعاد 1325×21914 (سطرها تعداد روز و ستون ها تعداد یاخته ها است) از متوسط روزانه سرعت باد، برای هر تراز تدوین گردید. این داده ها با به کارگیری نرم افزار GrADS استخراج شده است. سپس با استفاده از نرم افزار Arc Map بیضی استاندارد برای هر تراز ترسیم گردید.  نتایج تحلیل توصیفی در مقیاس سالانه، بیانگر رخداد مرکز متوسّط سالانه رودباد جنب حارّه بر فراز شمال آفریقا، دریای سرخ و شمال عربستان در تراز 200 هکتوپاسکال است. مرکز مزبور در ترازهای پایین تر به سمت شرق جابجا شده است. همچنین بررسی متوسّط فراوانی سالانه حاکی از رخداد بیشینه وقوع هسته در مناطق مذکور است. این امر یکی از عوامل مهم در انتقال پدیده گرد وغبار به جنوب غرب و غرب کشور است.  ترسیم بیضی استاندارد در تمام سطوح نشان داد که کشور در نیمه دوم بیضی استاندارد قرار گرفته است و در ترازهای پایین تر بیضی استاندارد به سمت غرب و تا حدودی شمال جابجا شده است. بررسی فراوانی بیشینه هسته در طول دوره، مراکز بیشینه فراوانی وقوع هسته را در خوزستان، بوشهر، فارس، کرمان، هرمزگان و سیستان و بلوچستان نشان داد. نحوه عملکرد دینامیکی هسته رودباد در ورودی راست و خروجی چپ هسته، که همراه با واگرایی بالایی است، همزمان با همگرایی در منطقه ای که فاقد رطوبت کافی است، توفان غباری را در پی دارد.

در این پژوهش، گرمایش ناگهانی پوشن سپهر، با استفاده از داده های باز تحلیل NCEP/NCAR، در دوره آماری 2020-1948 موردبررسی قرار گرفت. نتایج تحلیل نشان داد که فراوانی رخداد گرمایش ناگهانی پوشن سپهر، در ماه فوریه با 17 درصد، بیش از سایر ماه ها می باشد. پس از محاسبه شدت گرمایش های آشکار شده، مشخص شد که در گرمایش 2018-2017، میانگین مؤلفه مداری باد به 48- متر بر ثانیه رسید و مقادیر منفی این کمیت 20 روز ادامه داشته است؛ این گرمایش به عنوان شدیدترین گرمایش ناگهانی پوشن سپهر در دوره آماری موردمطالعه شناسایی شده است. میزان همبستگی بین تغییرات مؤلفه مداری باد با زمان شروع گرمایش پایانی در تمام سال های تحت بررسی 6/0- می باشد و بدین معناست که هرچه انحراف معیار داده های مؤلفه مداری باد بیشتر باشد، پایان فصل سرد و گرمایش پایانی زودتر فرامی رسد. میزان همبستگی فاصله دو گرمایش زمستانه و گرمایش پایانی با شدت گرمایش اصلی 8/0- می باشد و نشان دهنده ارتباط قوی و معکوس بین این دو پارامتر می باشد و نشان می دهد هر چه گرمایش پوشن سپهر زمستانه (اصلی) شدیدتر باشد، گرمایش پایانی زودتر رخ می دهد و فاصله دو گرمایش اصلی و پایانی کمتر می شود.

کم فشار دریای سرخ یکی از عوامل سازنده اقلیم در شمال آفریقا می باشد، که در ابتدا حالت حرارتی داشته و در فصل زمستان حالت ترمودینامیکی پیدا می کند، و با عمیق شدن ناوه ی آن در دوره سرد سال به سمت شرق دریای سرخ حرکت کرده و بر روی ایران نیز گسترش می یابد، از آنجایی که بررسی زمانی-مکانی کم فشار دریای سرخ در شناخت زمان فعالیت و بارش های این سامانه نقش بسزایی دارد. بنابراین آشنایی با ویژگی های این کم فشار، همواره مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. با توجه به این شرایط که بارندگی اصلی ترین منبع تأ مین آب می باشد، تغییرات زمانی و مکانی بارش در منطقه بسیارچشمگیر بوده و این موضوع باعث اثرات سوء در فعالیت های اقتصادی و معیشتی به ویژه کشاورزی شده است. در این پژوهش سعی بر آن شده، که با روش های مختلف این تغییرات را شناسایی و تحلیل بر روی آن صورت بگیرد. برای انجام این پژوهش از داده ها ی ا رتفاع تراز 1000 هکتوپاسکال بازکاوی شده NCEP/NCAR با تفکیک شبکه ای 5/2 در 5/2 استفاده شده است. بررسی ها نشان داد کم فشار دریای سرخ در فصل سرد به سبب تأمین رطوبت کافی در منظقه شمال آفریقا نقش عمده ای در بارش های جنوب غربی ایران دارد. همچنین بیشترین زمان گسترش آن در ماه های آبان و آذر شناسایی و کم ترین فعالیت آن مربوط به ماه های گرم سال می باشد، در ماه های آبان و آذر نیز اوج فعالیت این سامانه شناسایی شده است. همچنین، شدت و گسترش کم فشارمورد مطالعه قرار گرفت و با توجه به یافته ها، طی سال های اخیر کاهش یافته است.

داده های CFSR با تفکیک مکانی یک دهم درجه و تفکیک زمانی ساعات (01و07 گرینویچ) از سال 2006 تا 2008 برای ماه ژانویه استخراج گردید و میانگین ماهانه ساعتی سپیدایی ،شار تابش خالص در شرایط هوای صاف و ابری  واکاوی شد و این نتایج بدست آمد:  میزان سپیدایی غرب شهربه دلیل ساخت شهری بیش تر از شرق شهر است. مقدار آن در روزهای که سطح شهر مرطوب بوده تا 2 درصد کاهش پیدا میکند. میانگین شار خروجی موج بلند زمینی در شب در شمال شهر به دلیل گرمای تولید شده انسانی بیش تر از ناحیه جنوبی است که اختلاف آن 4 وات بر متر مربع می باشد. اختلاف شار ورودی موج کوتاه انرژی خورشیدی در شرایط هوای صاف با ابری در ساعت هفت در این زمان  بسیار زیاد بوده که در شرایط ابرناکی فقط  15 درصد از مقدار انرژی ورودی درسطح شهردریافت شده است . شار گرمای زمینی مانند دیگر مولفه های بودجه تابش توزیع یکنواختی ندارد ومقدار آن در جنوب بیش تر از شمال است،که در شمال و جنوب 21 وات بر متر مربع اختلاف دارد . انتقال انرژی به صورت گرمای نهان در سطح شهر گاهی اوقات جهت شار آن در شمال و جنوب شهر بر خلاف هم دیده میشود .در ساعات اولیه شب بدلیل گرمای انسانی تولید شده بیش تر در شمال شهر جهت آن از زمین به درون جو ومنفی است ولی در جنوب شهر از جو به سطح زمین دیده است.

ساختار همرفت مرطوب ژرف می تواند تحت تأثیر چینش باد، انرژی پتانسیل در دسترس همرفتی، رطوبت نسبی و توزیع قائم هر یک از این متغیرها در کنار سایر عوامل مؤثر دیگر قرار گیرد که در این بین چینش باد نقش مهم تری در ایجاد همرفت ایفا می کند. این امر به سبب فرآیندهای بزرگ و همدید مقیاس، همراه با تعدیل انرژی پتانسیل در دسترس همرفت و بازدارنده همرفت، شرایطی مناسب برای ایجاد همرفت به وجود می آورند. نقش میانگین بزرگ مقیاس، سبب کاهش بازدارنده همرفت می شود، ولی سرعت قائم حتی چند سانتی متر بر ثانیه می تواند تأثیر آشکاری بر گمانه زنی محیط داشته باشد. همچنین وجود ناپایداری پتانسیلی معمولاً عاملی مهم در آغازگری همرفت مرطوب ژرف به شمار می رود. دیده می شود هنگامی که دما به نقطه بحرانی می رسد و بازدارنده همرفت حذف می گردد، همرفت ژرف مرطوب آغاز می شود. در حالتی که بسته هوایی که از فراز لایه پایدار کم ارتفاع زیرین بالا می رود، ممکن است دارای انرژی بازدارنده همرفتی نسبی کم و انرژی پتانسیل همرفتی آزاد نسبی زیاد باشد. این امر سبب پشتیبانی همرفت مرطوب ژرف ارتفاع یافته می شود. توده هوای گرم، آغازگری جریانات بالاسو را تداوم می بخشد و تکوین بعدی همرفت به فراسنج هایی مانند چینش باد قائم و کلاهک وارونگی محیط در کنار سایر فراسنج ها، بستگی دارد. سامانه های بزرگ مقیاس همرفتی می توانند با واداشت های کمتری سبب بالاروی گسترده توده هوا بر روی سطح جبهه تا تراز همرفت آزاد شوند

سیل ناگهانی، یکی از خطرناکترین رویدادهای طبیعی است و اغلب باعث تلفات جانی و آسیب به زیر ساخت ها و محیط زیست می شود. در این پژوهش، رخداد شدیدترین طغیان های متداوم ماهانه (اکتبر- مارس) در بازه 2021-1989 بررسی شد. داده های بارش 115 ایستگاه سینوپتیک انتخاب شد. سپس مجموع بارش های 1تا 9 روزه بر اساس شدت، مرتب گردید. با استفاده از نرم افزار آماری مینی تب و شاخص آندرسن دارلینگ، بارش های شدید بر اساس صدک نود و پنجم، استخراج شد. سپس بر اساس معیار های بیشترین و کمترین تعداد روزهای بارشی، بیشترین و کمترین بارش تجمعی ریزش کرده، مرطوب ترین و خشک ترین ماه ها مشخص گردید. با در نظر گرفتن سه معیار شدت، تداوم و فراگیری بارش، قوی ترین توفان های رخداده در مرطوب ترین ماه ها انتخاب شد. داده های مورد استفاده، جهت بررسی همدیدی، شامل داده های فشار سطح متوسط دریا، ارتفاع و مولفه قائم باد تراز 500 هکتوپاسکال، میدان باد و نم ویژه ترازهای فشاری 925، 850 و 700 هکتوپاسکال و مقادیر شار افقی نم ویژه سطح فشاری 925، 850 و 700 هکتوپاسکال می باشند. احتمال رخداد رودخانه های جوی توسط شار رطوبت مستخرج از مولفه های رطوبت ویژه، باد مداری و نصف النهاری شناسایی شدند. نتایج نشان داد؛ توفان های 27تا 31 اکتبر 2015، 5تا 7 نوامبر 1994، 12تا 16 دسامبر 1991، 11 تا 15 ژانویه 2004، 3 تا 9 فوریه 1993 و 13تا 15 مارس 1996 شدیدترین توفان ها در مرطوب ترین ماه ها بوده اند. انتقال رطوبت در توفان های اکتبر، نوامبر، فوریه و مارس از جنوب غرب دریای سرخ توسط رودخانه های جوی، به نوار غربی، جنوبغرب، جنوب و جنوبشرق ایران انجام شده است.