مجله ژئوفیزیک ایران
سال:1397 | دوره:12 | شماره:4 |تعداد مقالات:11

تعیین مناطق تحت تأثیر مواد باروری (مناطق هدف) از موضوعات مهم در اجرای برنامه های استاندارد بارورسازی ابرها است. مدل پاشندگی HYSPLIT امکان شبیه سازی انتقال، پخش و نهشت عوامل باروری و تصویر کردن منطقه تحت تأثیر آنها را روی نقشه فراهم می کند؛ بنابراین در این پژوهش با تأمین داده های هواشناسی مورد نیاز مدل HYSPLIT به کمک اجرای مدل هواشناسی میان مقیاس WRF، نقش برخی از پارامترهای مؤثر در شبیه سازی منطقه هدف بررسی می شود. برای اطمینان از کیفیت داده های ورودی، داده های باد و دمای خروجی مدل WRF با اندازه گیری های ثبت شده به وسیله سنجنده های هواپیمای مورد استفاده در بارورسازی ابرها اعتبارسنجی و سپس تأثیرپذیری مدل پاشندگی در شبیه سازی محدوده پخش مواد باروری به ترتیب از دیدگاه پارامترسازی فیزیکی مدل WRF، تفکیک مکانی و زمانی داده های ورودی و تفکیک مکانی مدل HYSPLIT بررسی می شود. برای این منظور، مدل WRF با به کارگیری هشت ترکیب متفاوت از پارامترسازی فیزیکی برای سی وچهار پرواز بارورسازی ابرها در سال 2017 به اجرا درآمد و محدوده پخش حاصل از آنها مقایسه شد. سپس مدل HYSPLIT برای چهار پرواز منتخب با داده های ورودی در سه تفکیک زمانی و دو تفکیک مکانی داده های هواشناسی ورودی و سه تفکیک مکانی مدل اجرا شد. نتایج، حاکی از حساسیت مدل HYSPLIT در شبیه سازی محدوده پخش مواد باروری به همه پارامترهای اعمال شده در این پژوهش است؛ البته میزان این حساسیت متفاوت است. نتایج مدل پاشندگی در ارتفاع پرواز هواپیمای باروری به طور قابل توجهی تحت تأثیر انتخاب ترکیب پارامترسازی فیزیکی مدل WRF است؛ تغییر در پیکربندی پارامترسازی فیزیکی، در برخی موارد، تفاوت های معنی داری در محدوده پخش مواد باروری ایجاد می کند، اما در بیشتر موارد، افزایش تفکیک افقی داده های ورودی و افزایش تفکیک مکانی اجرای مدل HYSPLIT، تأثیر شایان توجهی در افزایش یا کاهش معنی دار در محدوده پخش مواد باروری نخواهد داشت و حساسیت مدل به تفکیک زمانی داده های ورودی نیز قابل چشم پوشی است.

هدف از این مطالعه، به دست آوردن تصاویری دقیق تر از سرعت موج برشی و فشارشی و چگالی در پوسته و گوشته بالایی در منطقه مکران به کمک مدل سازی سرعت گروه امواج سطحی ریلی با استفاده از الگوریتم تبرید شبیه سازی شده است. براساس مطالعات گذشته، حساسیت امواج سطحی به چگالی، بسیار کمتر از حساسیت آن به سرعت امواج برشی و فشارشی است؛ ازاین رو، در روش وارون سازی داده های گرانی، از نتایج مدل سازی سرعت گروه امواج سطحی ریلی استفاده می شود تا نقشه های تغییرات چگالی و عمق موهو با دقت بیشتری ترسیم شوند. در این پژوهش، ابتدا الگوریتم ذکرشده روی دو مدل مصنوعی بدون نوفه و همراه با نوفه اعمال شد. برای مدل های مصنوعی، نتایج این روش با دقت زیادی مدل اولیه را تخمین زدند؛ بنابراین این روش بر داده های واقعی اعمال و در وارون سازی داده های گرانی که با استفاده از نتایج مدل سازی سرعت گروه امواج سطحی ریلی انجام شد، تغییرات چگالی و عمق موهو محاسبه شد. دلیل استفاده از دو مجموعه داده در این مطالعه این است که داده های سرعت گروه امواج سطحی ریلی، حساسیت خوبی به تغییرات مرزی سرعت موج برشی و فشارشی دارند، اما نسبت به چگالی حساسیت کمی دارند؛ بنابراین با استفاده از داده گرانی می توان حساسیت نسبت به چگالی را هم افزایش داد. نتایج به کارگیری داده های واقعی، نشان از افزایش تدریجی ضخامت پوسته از جنوب به شمال در زون مکران است. مقدار بیشینه این افزایش، حدود 48 تا 50 کیلومتر زیر آتشفشان تفتان-بزمان برآورد می شود. سرعت زیاد موج برشی و مقادیر زیاد چگالی در پوسته دریای عمان حاکی از اقیانوسی بودن آن است که با حرکت به سمت شمال و قاره ای شدن پوسته، مقدار این سرعت و چگالی کاهش می یابد.

برای وارون سازی خواص پتروفیزیکی، به مدل فیزیک سنگی جهت پیوند زدن خواص پتروفیزیکی زمین به خواص لرزه شناسی آن نیاز است. در این پژوهش، از مدل BISQ (Biot Squirt flow) برای وارون سازی خواص پتروفیزیکی سنگ مخزن استفاده شده است. مدل BISQ به طور هم زمان هر دو سازوکار بایوت (Biot) و جریان فواره ای را دربرمی گیرد. جریان فواره ای از مهم ترین مدل های انتشار امواج در محیط های متخلخل حاوی سیال است. مدل بایوت، تضعیف موج لرزه ای را به حرکت کلی یا موازی سیال نسبت به جهت انتشار موج ارتباط می دهد، درحالی که مدل جریان فواره ای، آن را به حرکت محلی سیال پیوند می دهد. علاوه بر مدل فیزیک سنگی، واررون سازی خواص پتروفیزیکی نیازمند یک روش ریاضی است که مسئله بهینه سازی حاصل از اختلاف بین داده مشاهده ای و داده محاسبه شده از مدل پیشرو را به حداقل برساند. در این تحقیق، الگوریتم ژنتیک جزیره ای موازی (Parallel Niche Genetic Algorithm, PNGA) به دلیل غیرخطی بودن مدل BISQ و نیز قدرت این روش به عنوان یک الگوریتم تکاملی (Evolutionary Algorithm) در مواجهه با مسائل پیچیده، بزرگ مقیاس و چندسطحی (multi objective) انتخاب شده است. در PNGA هر هسته به عنوان یک محیط مجزا عمل می کند که در آن، گونه ها تکامل می یابند. پایه این روش براساس دو اصل تکامل سریع و سکون بنا شده است. این روش از همگرایی پیش از موعد (premature convergence) جلوگیری می کند و قدرت الگوریتم در فرار از نقاط بهینه محلی را افزایش می دهد. در تحقیق حاضر، روش ذکر شده بر داده های مصنوعی و واقعی اعمال شد. نتایج وارون سازی، همبستگی مناسبی با مقادیر مفروض (در داده مصنوعی) و نگاره ها (در داده واقعی) نشان داد.

تابش خورشیدی یکی از پارامترهای مهم اقلیمی است که بر بسیاری از فرایندهای آب و خاک مانند تبخیر، ذوب برف و رشد گیاهان اثر می گذارد. ازاین رو، برآورد میزان صحیح تابش خورشیدی در توسعه پژوهش های کاربردی ضروری به نظر می رسد. در این مقاله سعی شده است کارایی دو روش شبکه عصبی مصنوعی و مدل های استنتاج فازی در پیش بینی میزان تابش خورشیدی برای 12 ماه آینده در ایستگاه یزد بررسی شود. به این منظور، با استفاده از تحلیل حساسیت پارامترهای اقلیمی مختلف، دمای بیشینه روزانه، دمای میانگین روزانه، بیشینه ساعات آفتابی، میانگین رطوبت نسبی هوا و تبخیر به عنوان عوامل مؤثر در پیش بینی تابش خورشیدی شناسایی و با ایجاد ترکیبات مختلف داده ها، دو مدل ارزیابی شدند. درنهایت، بعد از اطمینان از کارایی دو مدل در مرحله آزمایش و حصول بهترین نتایج که بیشترین ضریب همبستگی و کمترین خطا را در فرایند پیش بینی تابش خورشیدی به دنبال داشت، تنها با وارد کردن پارامترهای اقلیمی مؤثر سال 2005 به عنوان ورودی، مقدار تابش خورشیدی سال 2006 به عنوان خروجی، پیش بینی و نتایج پیش بینی شده با داده های واقعی مقایسه شد. نتایج پیش بینی ها، کارایی زیاد شبکه های عصبی و فازی-عصبی را هم در مرحله آزمایش مدل و هم در فرایند پیش بینی نشان می داد. در مجموع، شبکه های عصبی مصنوعی با ضریب همبستگی 91/0 و میزان RMSE و MAE به ترتیب 11/0 و 08/0، در پیش بینی ها خطای کمتری را در مقایسه با شبکه های فازی-عصبی داشتند. همچنین کمیت BIAS نیز 30/0-محاسبه شد که مقدار منفی، فروتخمینی جزئی را در داده ها نشان می دهد. در این پژوهش، ساعات آفتابی و دمای متوسط مؤثرترین پارامترها در پیش بینی تابش خورشیدی شناخته شدند درحالی که رطوبت نسبی، کمترین نقش را در این فرایند ایفا کرد.

مدارک مستند فراوانی براساس مطالعات دفتری و مشاهدات میدانی وجود دارد که نشان می دهند هنگام وقوع زلزله، محیط خاکی زیر سازه ها و پدیده اندرکنش خاک و سازه، نیروهای لرزه ای وارد به سازه را افزایش داده به طوری که این افزایش، در موارد زیادی به خرابی و فروریزش سازه ها منجر شده است. مشاهدات عینی زلزله های گذشته، تجربیات و مدل سازی ها نشان می دهند که شدت و محتوای فرکانسی امواج زلزله ثبت شده روی سطح زمین، تحت تأثیر رفتار غیرخطی خاک ساختگاه قرار دارد. اطلاع از شدت و چگونگی این تأثیر برای ارزیابی عملکرد لرزه ای سازه ها و شریان های حیاتی ضروری است؛ ازاین رو در این پژوهش برای ارزیابی رفتار غیرخطی خاک، تحلیل های دینامیکی خطی معادل و غیرخطی در حوزه ی زمان روی مدل های یک بعدی از لایه ی خاک زیرسطحی با استفاده از اطلاعات گمانه های حفر شده در شهر ارومیه انجام و نتایج دو تحلیل با یکدیگر مقایسه شده است. در این تحلیل ها، از یازده شتاب نگاشت به عنوان حرکت ورودی برای تحلیل استفاده شد. با مقایسه شتاب های طیفی در سطح زمین در دوره تناوب های مختلف با مقادیر متناظر روی سنگ بستر لرزه ای، ضریب بزرگ نمایی شتاب طیفی در دوره تناوب های مختلف ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که در دوره تناوب های 1/0 تا 1 ثانیه، بیشترین مقدار بزرگ نمایی و بیشترین تفاوت بین دو تحلیل وجود دارد. به علاوه، مقدار ضریب بزرگ نمایی خاک بر اثر رخداد زلزله هایی با دوره بازگشت بزرگ تر، به علت شدیدتر شدن رفتار غیرخطی خاک، کمتر است و این بزرگ نمایی ها در دوره تناوب های بیشتری رخ می دهند.

در این پژوهش، پتانسیل باد در محدوده چند ایستگاه همدیدی استان کرمانشاه برآورد شد که در نزدیکی آنها ایستگاه های بادسنجی سانا تأسیس شده بود. با مقایسه ویژگی های باد مشاهده شده در ایستگاه های بادسنجی سانا و ویژگی های برآورد شده در محل این ایستگاه ها، دقت برآوردها ارزیابی شده است. برای برآورد ویژگی های باد، اطلس باد در هر ایستگاه با به کارگیری نرم افزار WAsP آماده و نقشه های میانگین سرعت باد و چگالی توان باد در ارتفاع های 10، 40 و 80 متری از سطح زمین با استفاده از نرم افزارهای WAsP و ArcGIS در محدوده مشخصی از هر ایستگاه تهیه شد. سپس ویژگی های باد مشاهده شده در ایستگاه های بادسنجی سانا با ویژگی های برآورد شده در محل این ایستگاه ها (پارامترهایی مثل میانگین سرعت باد، میانگین چگالی توان باد، محتمل ترین سرعت باد و سرعت باد بیشینه تولید انرژی) مقایسه و دقت برآوردها ارزیابی شد. به استثنای ایستگاه ماهیدشت، نتایج قابل قبولی در سه ایستگاه دیگر، به ویژه با توجه به ناهمواری پیچیده منطقه به دست آمده است. تفاوت زیاد ویژگی های باد در ایستگاه ماهیدشت نیز به دلیل فاصله زیاد این ایستگاه از ایستگاه اسلام آباد غرب در منطقه ای با ناهمواری پیچیده است. همچنین نتایج در ارتفاع 80 متری از سطح زمین در ایستگاه سونقور چندان رضایت بخش نبود. به عبارت دیگر، ناهمواری پیچیده منطقه باعث کاهش دقت برآورد نیم رخ باد با قانون لگاریتمی ورتمن شده است. نتایج آزمون T برای نمونه های زوج شده نشان داد در سطح اطمینان 95/0، تفاوت معنی داری به لحاظ آماری بین مقادیر مشاهده شده و برآورد شده وجود ندارد؛ بنابراین از مدل خطی ارائه شده در نرم افزار WAsP می توان برای پیش بینی ویژگی های باد در فواصل به نسبت نزدیک به ایستگاه اندازه گیری در مناطق کوهستانی بهره برد.

با بررسی زلزله های پیشین رخ داده در جهان و ایران، مشخص شد یکی از عوامل مهم در برآورد آسیب مناطق در برابر زلزله، ویژگی های خاک سطحی حین زمین لرزه است. این موضوع به اثر ساختگاه معروف است. شهر زنجان در شمال غرب کشور در منطقه ای با خطر زلزله خیزی زیاد و اثر ساختگاه متنوع قرار دارد؛ از این رو، در مطالعات مربوط به پهنه بندی خطر زلزله، بررسی اثر ساختگاه در این منطقه اهمیت ویژه ای دارد. در این تحقیق، از روش ناکامورا برای بررسی رفتار خاک استفاده شده است. داده ها در چهل و یک نقطه از شهر و روی مقاطع از پیش طراحی شده برداشت شدند. نتایج نشان دهنده آن است که بیشترین فرکانس مشاهده شده مربوط به مناطق شمالی شهر است که روی رسوبات کم ضخامت واقع است. در بخش جنوبی، در نزدیکی رودخانه زنجان رود، فرکانس تشدید به کمترین مقدار خود یعنی کمتر از یک هرتز می رسد. در شمال غرب و نیمه جنوبی شهر، در بعضی از مناطق دو بیشینه فرکانس مشاهده می شود که بیانگر وجود لایه کم سرعت زیرسطحی است. با استفاده از درون یابی فرکانس های به دست آمده با روش کریجینگ، نقشه های پهنه بندی اثر ساختگاه، ترسیم و با نقشه های به دست آمده از اطلاعات گمانه های ژئوتکنیکی برای سرعت موج برشی در شهر مقایسه شد. نتایج مقایسه، نشان دهنده تطبیق قابل قبول روش ناکامورا با اطلاعات گمانه هاست. در شمال شهر، فرکانس تشدید در محدوده چهار هرتز است؛ بنابراین باید از ساخت ساختمان های یک تا سه طبقه جلوگیری کرد یا تمهیدات لازم را در سازه های آنها لحاظ کرد تا تشدید صورت نگیرد. به طور مشابه، باید در محدوده گسترده ای از مرکز و غرب شهر که فرکانس طبیعی کمتر از یک هرتز است، از ساخت ساختمان های ده تا دوازده طبقه و در شمال شرق شهر که فرکانس تشدید خاک بین 7/0 تا 5/1 هرتز است، از ساخت ساختمان های شش تا پانزده طبقه اجتناب شود.

امروزه گوشی های هوشمند با انواع حسگرها ازجمله شتاب سنج، مغناطیس سنج و سامانه موقعیت یابی جغرافیایی (GPS) مجهز شده اند؛ ازاین رو، گوشی های هوشمندی که قبل از رویداد زلزله در موقعیت ساکن قرار دارند، می توانند به عنوان یک شبکه بزرگ از لرزه نگارهایی با کیفیت ضعیف تا متوسط برای ارزیابی خطر زلزله، تهیه نقشه لرزش و مدیریت بحران رخداد زلزله استفاده شوند. در این مقاله، هدف آن است تا با ساخت یک نرم افزار کاربردی (اپلیکیشن) اندروید، داده های شتاب-سنج گوشی هوشمند ثبت و توانایی گوشی های هوشمند در ثبت مناسب داده زلزله، بازسازی محتوای بسامدی در گستره بسامدی مورد نیاز در مهندسی زلزله، بیشینه دامنه های شتاب، سرعت و جابه جایی (که در برآورد آسیب ساختمان به کار می آیند) و طیف های فوریه و پاسخ ارزیابی شود. همچنین میزان تأثیرپذیری این شاخصه ها از لغزش گوشی نامتصل به زمین نیز بررسی شده است. برای شبیه سازی تحریک های هارمونیک و حرکت زلزله از میز لرزان استفاده شده و داده های برداشت شده برای دو گوشی هوشمند آزمون با داده های ثبت شده با شتاب نگار مرجع مقایسه شده است. مقایسه شاخصه های لرزه ای نشان می دهد استفاده از شتاب سنج های گوشی های همراه در توسعه یک شبکه گسترده شتاب نگاری شهری برای مطالعات مهندسی زلزله توجیه پذیر است.

در تاریخ 21/08/1396 زمین لرزه بزرگی با بزرگای محلی 3/7Mn در نزدیکی ازگله-سرپل ذهاب در استان کرمانشاه روی داد. این زمین لرزه را 113 ایستگاه شتاب نگاری شبکه شتاب نگاری زلزله ایران (ISMN) ثبت کردند. در این تحقیق با استفاده از داده های شتاب نگاری، پارامترهای چشمه زمین لرزه از جمله گشتاور لرزه ای (M0)، بزرگای گشتاوری زلزله (M) و فرکانس گوشه (fc) محاسبه شده است. این پارامترها با استفاده از روش اندروز (1986) و روش وارون سازی طیف جابه جایی بر اساس مدل چشمه برون در حوزه فرکانس تعیین شده اند. همچنین ضریب کیفیت مستقل از فرکانس (Q)، شعاع چشمه فرضی دایره ای (r) و میزان افت تنش (∆ σ ) در این زمین لرزه نیز تعیین شده است. برای محاسبه پارامترهای چشمه از دو پنجره زمانی موج S و کل نگاشت استفاده شده است. مقادیر به دست آمده برای بزرگای گشتاوری 3/7 و 4/7 است که همخوانی بسیار خوبی با مقادیر گزارش شده از طرف مراکز معتبر بین المللی نشان می دهد. علاوه بر پارامترهای چشمه، پارامترهای جنبش نیرومند زمین نیز بررسی و مقادیر بیشینه شتاب، سرعت، جابه جایی و طیف پاسخ این زمین لرزه محاسبه و ارائه شده است. مقایسه مقادیر مشاهده شده شتاب و سرعت با روابط تخمین پارامترهای جنبش شدید زمین بور و همکاران (2014)، حاکی از مناسب بودن این روابط برای منطقه مورد نظر با درنظرگرفتن بزرگای این رویداد است.