مجله ژئوفیزیک ایران
سال:1395 | دوره:10 | شماره:3 |تعداد مقالات:11

تحلیل زمان- بسامد داده های لرزه ای به دلیل ناایستا بودن آنها، یک روش مهم در پردازش و تفسیر داده لرزه ای است. دانستن اینکه چگونه محتوای بسامدی یک سیگنال با زمان تغییر می کند، مهم است، چرا که امکان تعیین بسامد قله (بسامد با بیشینه دامنه) محلی داده های لرزه ای را فراهم می سازد.در این مقاله روشی برای انجام تبدیل زمان- بسامد به صورت محلی و بر پایه مسائل وارون استفاده شده است، که نیاز به انتخاب پنجره زمانی را برطرف می کند. از آنجایی که حل مسائل وارون همواره همراه با نایکتایی و ناپایداری است، در این مطالعه از روش منظم سازی شکل ده که یک منظم سازی درجه دو است، برای نمایش سیگنال لرزه ای ناایستا در حوزه زمان- بسامد استفاده می شود. تبدیل مورد نظر در این مطالعه بر پایه تبدیل فوریه می باشد و ضرایب فوریه به کمک روش وارون تعیین می شود که در آن شعاع هموارسازی، عامل کنترل کننده منظم سازی شکل ده می باشد.ایده کلیدی در این روش این است که خطای میان سیگنال ورودی و همه مولفه های فوریه سیگنال ورودی را به طور هم زمان و با کنترل تفکیک پذیری زمانی، کاهش می دهد و این کار سبب نمایش هموارتری در حوزه زمان- بسامد می شود. کارایی روش با اعمال آن روی داده های لرزه ای مصنوعی و واقعی مورد بررسی قرار گرفت و به عنوان کاربرد لرزه ای از این روش برای برآورد ضریب جذب به کمک تعیین جابه جایی مرکز ثقل بسامد در داده های لرزه ای استفاده شده است.

با استفاده از روش های نیمه تجربی می توان ارتفاع موج در سطح دریا را با دقت مناسب محاسبه کرد. در این روش ها اثرات دمای سطح و ناپایداری در لایه سطحی با تقریب ضعیفی بر محاسبه ارتفاع موج موثر است. با توجه به متغیر بودن اثرات دمایی سطح آب و دمای هوای نزدیک سطح دریا در طول روز، اثر ناپایداری بر ارتفاع موج در طول روز و ماه تغییرات زیادی دارد.در این مقاله با به کارگیری روشی نیمه تجربی، اثرات ناپایداری بر روی لایه سطحی محاسبه شده است. روش نیمه تجربی معرفی شده از برازش ارتفاع موج در ماه های مختلف سال نسبت به دو متغیر مستقل سرعت اصطکاکی و تابع پایداری سرعت حاصل شده است. رابطه نیمه تجربی به دست آمده در هر نقطه ای در دریا با نقاط مجاورش متفاوت است و لازم است با مطالعه داده های بویه موج نگار در بازه زمانی طولانی تابع پیش بینی ارتفاع موج در نقطه مورد نظر با دقت قابل قبولی به دست آید. در این مقاله به علت کمبود داده ها فقط از داده های سال 2008 بویه موج نگار امیرآباد دریای خزر استفاده شده است و با توجه به عدم دسترسی به داده ها در بازه زمانی حداقل ده ساله تنها روش نیمه تجربی معرفی و میزان دقت آن مورد مطالعه قرار گرفته است. نشان داده می شود که، با در نظر گرفتن اثر ناپایداری در لایه سطحی بر ارتفاع موج، براساس رابطه پیش‏بینی ارتفاع موج، می توان خطای آن را تا 10 درصد کاهش داد.

الگوی دورپیوند شرق اطلس-غرب روسیه (EA–WR) یکی از پدیده های جوی کم بسامد است که بر اقلیم اروپا و آسیا، به ویژه در فصول سرد سال تاثیر می گذارد. در این مقاله، به بررسی اثر این الگوی موجی-مداری بر آب وهوای جنوب غرب آسیا پرداخته می شود. برای انجام این پژوهش، از داده های باز تحلیل NCEP/NCAR از سال 1950 تا 2012 مربوط به فصل زمستان نیمکره شمالی شامل ماه های دسامبر، ژانویه و فوریه و برای شاخص ماهانه EA–WR از داده های مرکز پیش بینی اقلیم (CPC) استفاده شده است. اثر دورپیوند EA–WR با استفاده از نتایج کاربست نقشه های ترکیبی ارائه می شود. با در نظر گرفتن ماه های بحرانی مثبت و منفی برای این دورپیوند، وضعیت میانگین کمیت های مهم وردسپهر برای هر کدام از ماه-ها با دیدگاه همدیدی بررسی شده است. نتایج حاصل نشان دهنده اثر قابل توجه نوسانات این پدیده بر آب وهوای خاورمیانه، به ویژه ایران است. در مقایسه با فاز منفی، در فاز مثبت حضور یک ناوه ارتفاع ژئوپتانسیلی در وردسپهر میانی در خاورمیانه همراه با تقویت جریان جتی جنب حاره ای جنوب غرب آسیا و ترابرد مناسب رطوبت در وردسپهر زیرین زمینه مناسب-تری را برای تکوین و اثرگذاری سامانه های همدیدی بر روی ایران فراهم می کند.

در طول دهه های گذشته، استفاده از سامانه تعیین موقعیت ماهواره ای (GPS) در بسیاری از فعالیت های ژئودزی، ژئوفیزیک و نقشه برداری توسعه پیدا کرده است. به کمک اندازه گیری های GPS، صرفه جویی در زمان، هزینه و نیروی کار حاصل می شود. از طرفی ارتفاع بیضوی به دست آمده از GPS، یک ارتفاع هندسی بوده و قادر به تامین نیازهای کاربردی مهندسی نمی باشد و به همین دلیل تبدیل به نوع دیگری از ارتفاع به نام ارتفاع ارتومتریک نیاز است. برای انجام تبدیل بین ارتفاعات بیضوی و ارتفاعات ارتومتریک، سطح تصحیح ارتفاع ژئودتیک تعریف می گردد. با توجه به داده های دردسترس و همچنین دقت مورد نیاز، دو روش کلی برای انجام تبدیل بین ارتفاعات بیضوی و ارتومتریک وجود دارد که عبارتند از روش گرانی سنجی و روش هندسی. در روش گرانی سنجی از تلفیق داده های زمینی و مدل های ژئوپتانسیلی جهانی برای تعیین سطح تصحیح استفاده می گردد. در روش هندسی از داده های GPS/Leveling در یک سری نقاط بنچ مارک استفاده، نوسانات ژئوئید در این نقاط محاسبه و سپس با به کارگیری روش های درون یابی، سطح تصحیح ارتفاع ژئودتیک محاسبه می شود. در تحقیق حاضر، از روش هندسی به منظور تعیین سطح تصحیح استفاده شده است. توابع پایه شعاعی یکی از روش های مورد استفاده برای درون یابی داده های پراکنده می باشند. این روش شامل کرنل های مختلفی بوده که در این تحقیق از کرنل های مولتی کوادریک و اسپلاین صفحه نازک استفاده گشته است. همچنین شبکه عصبی مصنوعی به عنوان روشی دیگر برای تبدیل ارتفاعات بیضوی به ارتفاعات ارتومتریک اعمال شده است. شبکه های عصبی نیز شامل انواع مختلفی هستند که با توجه به اینکه شبکه عصبی پرسپترون بیشترین کاربرد را برای درون یابی داراست، از این شبکه برای تعیین سطح تصحیح استفاده شده است. درنهایت به عنوان مطالعه موردی، داده های شهر تهران مورد بررسی قرار گرفته اند. از 147 نقطه مبنا که به صورت پراکنده در محدوده شهر تهران توزیع یافته اند برای محاسبه نوسانات ژئوئید استفاده شده و سطح تصحیح ارتفاع ژئودتیک در شهر تهران به کمک روش های ذکر شده محاسبه گشته است. در نهایت مجذور میانگین مربعات (rms) حاصل از روش ها با یکدیگر مقایسه شده و روش با کمترین مقدار rms به عنوان دقیق ترین روش انتخاب شده است. با توجه به نتایح حاصل، اسپلاین صفحه نازک نتایج دقیق تری را برای داده های شهر تهران ارائه داده است.

حل دقیق معادلات حاکم بر جریان گرانی می تواند در تحلیل دینامیک پدیده های جوی و اقیانوسی مرتبط مفید باشد. در این کار معادلات حاکم بر جریان گرانی با تقریب بوسینسک در قالب شارش گرانی Lock exchange با استفاده از روش فشرده ترکیبی مرتبه ششم حل عددی می شوند. به منظور مقایسه دقت روش فشرده ترکیبی مرتبه ششم با روش های مرتبه دوم مرکزی و فشرده مرتبه چهارم، از حل عددی مسئله گردش اقیانوسی استومل استفاده شده است. با استفاده از مساله موردی جریان گرانی Lock exchange به شکل های جریان گرانی تخت و استوانه ای، توانایی تفکیک روش فشرده ترکیبی مرتبه ششم در معادلات غیرخطی که به واقعیت نزدیک ترند سنجیده می شود. برای شبیه سازی عددی شرایط مرزی روابط متناسب با روش فشرده ترکیبی مرتبه ششم با در نظر گرفتن شرایط مرزی بدون لغزش اعمال می شود. مقایسه کیفی نتایج حل عددی با کار دیگران حاکی از عملکرد بهتر روش فشرده ترکیبی مرتبه ششم است. به علاوه مقایسه کیفی و کمی نتایج حل عددی با استفاده از روش فشرده ترکیبی مرتبه ششم در مقایسه با روش های فشرده مرتبه چهارم و مرتبه دوم مرکزی نیز بیانگر عملکرد مناسب تر روش فشرده ترکیبی مرتبه ششم می باشد.

پیش بینی میانگین ماهانه دمای سطح آب پهنه شمال غربی اقیانوس هند (10 تا 30 درجه شمالی و 45 تا 76 درجه شرقی) انگیزه بنیادین این مطالعه می باشد. داده های دمای سطح آب این ناحیه برای 81 گره با ابعاد دو درجه طولی در دو درجه عرضی از بانک های اطلاعاتی سازمان مدیریت اقیانوسی و جوی ایلات متحده آمریکا برای دوره زمانی 2007-1997 استخراج شد. با استفاده از روش تحلیل مولفه های اصلی، چهار مولفه اصلی اول که در حدود 98 درصد از کل واریانس دمای سطح آب را شرح می دهند، استخراج شد. مولفه های اصلی اول، دوم، سوم و چهارم به ترتیب 79، 9، 5.9 و 4 درصد از کل واریانس دمای سطح آب در پهنه مورد مطالعه را شرح دادند. این چهار مولفه اصلی به عنوان چهار ناحیه در منطقه، مورد مطالعه قرار گرفتند. ناحیه های اول، دوم و سوم به ترتیب در محدوده جغرافیایی 16 تا 24 درجه شمالی و 58 تا 72 درجه شرقی، 10 تا 14 درجه شمالی و 48 تا 76 درجه شرقی، و 14 تا 16 درجه شمالی و 50 تا 74 درجه شرقی قرار گرفت. همچنین ناحیه چهارم شامل خلیج فارس شد. معدل مکانی دمای سطح آب هر ناحیه به عنوان نمایه منطقه ای انتخاب شد. مدل های خودوایاز-میانگین متحرک تلفیق شده فصلی (Seasonal Auto Regressive Integrated Moving Average, SARIMA) به عنوان مدل های تصادفی برای پیش بینی سری های زمانی نمایه منطقه ای الگوهای دمای سطح آب استفاده شد. مجموعه داده دمای سطح آب در مقیاس ماهانه برای سال های 2000-1951 و 2007-2001 به ترتیب برای ساختن و ارزیابی مدل های SARIMA در هر ناحیه به کار برده شد. بر پایه معیار اطلاعات آکائیک تصحیح شده و معنی دار بودن ضرایب، بهترین مدل خودوایاز-میانگین متحرک تلفیق شده فصلی برای هر ناحیه انتخاب شد. به عنوان نمونه، مقدار ضریب همبستگی بین مقادیر مشاهده و پیش بینی شده دمای سطح آب ناحیه شمال غرب منطقه مورد با مدل SARIMA (1,1,0)×(1,1,0)12 در دوره آزمون (84 ماه) برابر 0.94 بود. همچنین مقدار جذر میانگین توان دوم خطای مربوطه برابر 0.46 درجه سلسیوس بود. برای سری های زمانی دمای سطح آب در تمامی ناحیه ها، ضریب همبستگی بین دمای سطح آب مشاهده و پیش بینی شده برای داده های آزمون بیشتر از 0.9 بود.

روش قطبش القائی، روش ژئوفیزیکی اصلی در اکتشاف کانسارهای پورفیری است. روش قطبش القائی طیفی به عنوان شاخه ای از روش قطبش القائی، به دلیل ارائه اطلاعات بیش تر در ارتباط با بی هنجاری زیرسطحی، در دهه های اخیر به-خصوص در اکتشاف کانسار های پورفیری، هیدروژئوفیزیک، اکتشافات باستان شناسی، بیوژئوفیزیک و مسائل زیست محیطی مورد توجه قرار گرفته است.در این روش، برداشت های صحرایی بر روی یک گستره بسامدی (معمولا 1 میلی هرتز تا 10 کیلوهرتز) انجام می شود که به دلیل اعمال جریان تحریک بسامدی به داخل زمین، اثرات القایی بر روی طیف های پاسخ اهمی و قطبش زمین مشاهده می شوند (اثر جفت شدگی الکترومغناطیس). به دلیل بزرگی اثرات القایی و ایجاد خطا بر روی پاسخ الکتریک زمین، محاسبه پاسخ رهبندی (امپدانس) متقابل زمین و جدایش پاسخ الکتریک و الکترومغناطیس زمین ضروری است. مطالعات صورت گرفته به سه طریق: جدایش پاسخ قطبش القایی از داده های صحرایی، بررسی هم زمان هر دو اثر جفت شدگی الکترومغناطیس و قطبش القایی در امپدانس متقابل زمین به عنوان پاسخ کلی زمین و وارون سازی امپدانس متقابل و درنهایت کاهش اثرات القایی بر داده ها با به کار بردن چینش مناسب کابل های جریان الکتریکی در حین برداشت صحرایی انجام شده.اثر هندسه آرایه الکترودی و رسانایی الکتریکی DC زمین بر نتایج برداشت صحرایی قطبش القایی طیفی به خوبی شناخته شده است. به هر حال به دلیل این که معادله رهبندی متقابل ارائه شده توسط سوند که پایه مطالعات یادشده می باشد، برای زمین با رسانایی حقیقی بدون قطبش القایی حل شده است، اثر دیگر پارامترهای موثر بر قطبش القایی زمین کم تر بررسی شده است. در این پژوهش، دیگر پارامترهای نیم فضا مانند بارپذیری، ثابت زمانی و ثابت بسامدی (با در نظر گرفتن مدل کول-کول به عنوان مدل قطبش القایی زمین) در نظر گرفته شده و تاثیر تغییرات آنها بر رهبندی متقابل زمین با ارائه مثال های نظری و یک مثال واقعی با استفاده از نمودار نایکوئیست بررسی می شود.نتایج نشان می دهد که اثر جفت شدگی الکترومغناطیس در بسامدهای کم تر از 10 هرتز هم مشاهده می شود. وقتی اختلاف دو ثابت زمانی پراکنش جفت شدگی الکترومغناطیس و ثابت زمانی قطبش القایی کوچک شود، وقتی مقدار ثابت بسامدی c کوچک است و وقتی بارپذیری نیم فضا کوچک باشد، تفکیک این دو پراکنش پیچیده می گردد. از نظر کاربردی این نتایج نشان می دهد که تخمین پاسخ قطبش القایی زمین وقتی کانه های پرفیری با ابعاد ریز وجود دارد، وقتی توزیع دانه-بندی کانه در اندیس معدنی وسیع باشد و یا در حالتی که عیار کانه در اندیس معدنی کم است، تفکیک این دو اثر پیچیده تر و با خطای بیشتر همراه است. همچنین تخمین خصوصیات قطبش القایی زمین در برداشت های زیست محیطی به دلیل کوچک بودن بارپذیری زمین با خطا همراه است.

برای انجام این پژوهش داده های بارش ماهانه سه پایگاه مرکز اقلیم شناسی بارش جهانی (GPCC)، اسفزاری و ایستگاه-های همدیدی بر روی ایران طی بازه زمانی 1962 تا 2010 استفاده شد. برای سنجش دقت مقادیر برآوردی بارش پایگاه داده GPCC ابتدا به کمک تابع نزدیک ترین همسایه تفکیک مکانی همسان سازی شد. رویکرد تراکم بیشتر به تراکم کمتر برای گزینش یاخته های مکانی و مقایسه پایگاه ها به کار گرفته شد. از هفت نمایه واکاوی ارزیابی دقت مقادیر بارش در ابعاد زمان و مکان استفاده شد. یافته های حاصل از این پژوهش بیانگر هماهنگی و همبستگی زمانی بسیار بالای بارش برآورد شده این پایگاه با دو پایگاه داده ملی اسفزاری و ایستگاهی است. کاربست شاخص های ارزیابی دقت بر روی سری زمانی مقادیر بارش پایگاه داده GPCC نشان داد که علاوه بر هماهنگی زمانی در افت وخیزهای بارش، مقادیر بارش برآوردشده این پایگاه بسیار نزدیک به مقادیر بارش مشاهده و ثبت شده است. اگرچه در برخی مناطق مقادیر بارش برآورد شده همراه با اریبی است ولی نسبت خطای مقادیر برآوردشده به مقدار کل بارش مشاهده شده بسیار کوچک است. از لحاظ پراکنش مکانی دقت این پایگاه در برآورد بارش بر روی نیمه غربی رشته کوه های زاگرس و شمال شرق کشور بیشینه است. بر روی این گونه مناطق شاخص توافق و ضریب تعین نزدیک به عدد یک است. بیشترین مقدار شاخص ریشه دوم میانگین مربعات خطای نسبی در مناطق بسیار خشک مرکزی و بیابان لوت مشاهده می شود. در مناطق پربارش میزان شاخص یادشده به نسبت بسیار کوچک تر است. از لحاظ زمانی بیشترین هماهنگی در سری زمانی مقادیر بارش برآوردشده این پایگاه با دو پایگاه ملی اسفزاری و ایستگاهی در ماه های پربارش دیده می شود. برپایه یافته های حاصل از شاخص کارآیی ناش–ساتکلیف می توان گفت که کاربست و کارآیی مقادیر بارش برآورد شده این پایگاه بسیار بهتر از به کارگیری مقادیر میانگین بارش بر روی اغلب گستره ایران زمین است. یافته های این پژوهش تاییدی بر یافته های سایر پژوهشگران در ارتباط با دقت بالای مقادیر بارش برآورد شده پایگاه GPCC است.

بررسی تولیدات رادار هواشناسی گیلان (PPI و SRI) در بازه زمانی پاییز و زمستان 1393 نشان دهنده وجود نوعی خطا در این داده ها است که به صورت گسترده ای موجب بروز بازتابندگی کاذب در آنها شده است، تا آنجا که میانگین روزانه بازتابندگی کاذب در محل ایستگاه هواشناسی لاهیجان به47 dBZ می رسد. در پژوهش حاضر نقش کلاتر زمین در بروز بازتابندگی کاذب در این سامانه راداری مورد بررسی قرار گرفت. روش مورد استفاده برای این کار مطالعه همپوشانی نقشه انسداد پرتو رادار و نقشه میانگین بازتابندگی کاذب به ازای تغییر در زاویه ارتفاع آنتن رادار است. نتایج نشان داد که کلاتر زمین عامل اصلی بروز بازتابندگی کاذب در 75.34% از پیکسل های تصویر است. همچنین مقدار واقعی زاویه ارتفاع آنتن رادار با مقایسه میانگین فاصله پیکسل های حاوی انسداد پرتو و پیکسل های حاوی بازتابندگی کاذب از محل نصب رادار برابر با -0.20o تعیین شد. در نظر گرفتن بازه های مکانی دونات شکل با شعاع 5 کیلومتر حول آنتن رادار و نحوه استفاده از آن برای تعیین مقدار واقعی زاویه ارتفاع آنتن از جمله نوآوری های صورت گرفته در این پژوهش است. در ادامه، با توجه به ضرورت وجود معیاری برای قضاوت راجع به میزان اثر بخشی اقدامات صورت گرفته برای تضعیف خطای کلاتر زمین در محصولات رادار هواشناسی گیلان، روشی بر مبنای همبستگی میان ارتفاع بارش 24 ساعته راداری و مقادیر متناظر ایستگاهی آن توسعه یافته است که می توان به کمک آن بیشینه خطای قابل چشم پوشی کلاتر زمین را، با استفاده از رابطه Z=200R1.6 به دست آورد. مقادیر عددی حاصل از این روش بر حسب dBZ در ایستگاه های رشت (فرودگاه)، رشت (کشاورزی)، بندر انزلی، تالش، لاهیجان، جیرنده، ماسوله، دیلمان و منجیل به ترتیب برابر با 3.748-، 1.638-، 6.074-، 14.952، 3.611-، 1.482-، 12.466، 4.872 و 6.852 محاسبه شد. همچنین مقدار9.536 dBZ برای کل ایستگاه ها به صورت توأمان به دست آمد که با توجه به پراکندگی ایستگاه های مورد مطالعه می تواند به کل تصویر رادار تعمیم یابد. نتایج نشان می دهد که با وجود قابل توجه بودنِ میانگین خطای کلاتر در روز های خشک (بدون بارندگی)، همبستگی نزدیکی بین ارتفاع بارش 24 ساعته راداری و مقادیر متناظر ایستگاهی آن وجود دارد، به گونه ای که ضریب این همبستگی در 7 ایستگاه رشت (فرودگاه)، رشت (کشاورزی)، بندر انزلی، لاهیجان، جیرنده، دیلمان و منجیل در سطح 1% معنی دار است و در دو ایستگاه تالش و ماسوله نیز مقادیر بالایی برای ضریب همبستگی به دست آمده است. بنابر این می توان نتیجه گرفت که وجود کلاتر در تولیدات رادار هواشناسی گیلان در تاریخ های مورد بررسی منعی بر قابلیت کاربرد و پژوهش بر این داده ها ایجاد نمی کند، هر چند استفاده از آنها نیازمند به دقتی مضاعف است.

شناسایی مناطق همگن از نظر هم وردایی زمانی بارش برای مدیریت بهینه منابع آب و مدیریت ریسک خشکسالی بسیار ضروری است. از این رو، به منظور شناسایی مناطق همگن بارشی ایران از نظر هم وردایی زمانی از داده های بارش ماهانه 155 ایستگاه همدیدی پراکنده در سطح کشور در دوره آماری 1990 تا 2014 استفاده شد. با انجام آرایه S تحلیل مولفه های اصلی بر روی ماتریس بارش ماهانه ایستگاه های مورد استفاده تعداد 5 مولفه اول برای مطالعه بیشتر انتخاب و سپس به روش وریمکس چرخانده شدند تا ساختار فضایی موجود در داده ها بهتر هویدا شود. سپس با استفاد از قانون بیشینه بارگویه مولفه های انتخابی بر روی ایستگاه های مورد مطالعه، پنج منطقه همگن بارشی خزری، منطقه بارشی شمال غربی، منطقه بارشی غربی، منطقه بارشی مرکزی-شرقی و منطقه بارشی مرکزی-شمال شرقی برای ایران شناسایی شد. منطقه بارشی خزری با بیشینه پاییزه و توزیع تقریبا مناسب بارش در طی سال کرانه های دریای خزر و دامنه های شمالی البرز را دربرمی گیرد. منطقه بارشی شمال غربی نیز با بیشینه بارش در بهار استان های اردبیل، آذربایجان شرقی- غربی و زنجان را شامل می شود. منطقه بارشی غربی نیز با بیشینه بارش در ژانویه منطقه کوهستانی البرز و زاگرس و جلگه خوزستان در جنوب غرب کشور را دربرمی گیرد. بخش بسیار بزرگی از ایران در مرکز، جنوب و شرق کشور نیز در منطقه بارشی مرکزی-شرقی قرار می گیرد که بیشینه بارش خود را در ژانویه دریافت می کند. پنجمین منطقه بارشی کشور نیز دشت کویر و شمال شرق کشور را شامل می شود که بیشینه بارش خود را در ماه مارس دریافت می کند. مناطق بارشی شناسایی شده در این پژوهش به خوبی از روند مکانی ناهمواری های ایران پیروی می کنند و با واقعیت های جغرافیایی مناطق مختلف کشور هماهنگ هستند. نتایج به دست آمده می تواند مدیران منطقه ای منابع آب کشور را در مدیریت هرچه بهینه تر منابع آب در کشور یاری کند.