پژوهش های اقلیم شناسی
سال:1396 | دوره:8 | شماره:29-30 |تعداد مقالات:9

اندازه گیری دقیق مقدار بارش نقش بسیار مهمی در درک و پیش بینی سیستم آب و هوایی دارد. در این تحقیق، جهت برآورد میزان بارش و بررسی تغییرات زمانی-مکانی از داده های محصول بارش 3B42 ماهواره TRMM برای دوره آماری 2001 تا2010 میلادی با شبکه های 25/0 درجه (تفکیک مکانی) در استان خراسان رضوی استفاده شد. جهت برازش داده ها، پلاتی از داده های ماهواره با نقشه استان و با 40 شبکه تهیه شد، بطوریکه هر شبکه تلفیقی از ایستگاه های همدید، باران سنجی و داده های ماهواره است. دردوره آماری ده ساله، سال2001، 2004 و 2008 میلادی به ترتیب به عنوان سال های شاخص با بارش متوسط، پر بارش و کم بارش انتخاب شدند. پهنه بندی نقشه ها به روش زمین آمار و در محیط GIS ترسیم شد. مقایسه داده های روزانه نشان داد ایستگاه های باران سنجی تخمین بیشتری نسبت به داده های ماهواره راداری TRMM داشته و این تخمین در روزهای مربوط به ماه های آذر و آبان بیشتر از سایر ماه ها بوده است. ولی از نقطه نظر توزیع زمانی در اکثر مواقع، مقادیر ثبت شده ایستگاه های زمینی نسبت به داده های ماهواره ای، تخمین بالاتری را نشان داد. در بررسی داده های ماهانه، مشخص گردید که اطلاعات حاصل از ماهواره با داده های زمینی در توزیع زمانی و مکانی، هم خوانی زیادی به ویژه در ماه های پر بارش استان، مانند ماه های آذر، اسفند و فروردین داشته است. در بررسی فصلی نیز مشخص شد که هم خوانی معناداری بین داده های حاصل از ماهواره TRMM با داده های زمینی به خصوص در فصول پاییز و زمستان وجود دارد. لازم به توضیح است حتی در فصول کم بارش، که ایستگاه های زمینی هیچ داده ای را ثبت نکرده اند، ماهواره TRMM مقادیر قابل توجهی از بارش را در برخی ارتفاعات هم چون هزارمسجد و بینالود ثبت نموده است.

از دیرباز پیش بینی وضعیت بارش و بررسی ناهنجاری خشکسالی در حوضه های آبریز شمال غرب کشور ایران به دلیل حساسیتی که دریاچه ارومیه نسبت به میزان آبدهی حوضه های مربوطه دارد یکی از مهمترین چالش ها در مدیریت بهینه منابع آبی بوده است و مدیریت سرمایه های عظیم منابع آبی و تولید انرژی کشور در منطقه مذکور به شدت متاثر از این عوامل است. بنابراین با توجه به نوسانات پارامترهای اقلیمی و وقوع رفتارهای غیرمتعادل در الگوی بارش کشور، استفاده از روش های دینامیکی می تواند کمک بسیاری را در تبیین این شرایط ایفاد نماید. در این تحقیق، بدلیل توزیع نامناسب داده های دیده بانی شده، ابتدا با استفاده از داده های بارش شبکه آفرودیت و بکارگیری روش های پس پردازش MOS بر روی خروجی مدل پیش بینی دینامیکی MRI-CGCM3 در یک دوره 28 ساله (2007-1980 میلادی)، بارش شبکه ای مدل پس پردازش شده و با وزن دهی متغیرهای اقلیمی خروجی مدل دینامیکی برای هر سلول شبکه دادهو با تعیین ضرایب مدل آماری همبستگی چند متغیره، عمل پس پردازش کامل گردید و خطاهای سیستماتیک خروجی مدل جهت استفاده در مقیاس های کوچک تا حدود زیادی کاهش یافت. سپس داده های پیش بینی پس پردازش شده مدل دینامیکی، جهت محاسبه شاخص خشکسالی (SPI) در راستای ارائه پیش آگاهی خشکسالی استفاده گردید و توانمندی روش پس پردازش انتخاب شده با استفاده از شاخص های ارزیابی مورد سنجش قرار گرفت. نتایج نشان داد که اعمال پس پردازش آماری بر روی خروجی مستقیم مدل دینامیکی موجب بهبود پیش بینی ماهانه بارش تا میزان 29درصد در روش پس پردازش انتخابی می شود. صحت پیش بینی شاخص خشکسالی SPI می تواند به مقدار 22. 3 3/22 درصد نسبت به حالت بدون پس پردازش افزایش یافته به طوریکه این میزان بعد از اجرای پس پردازش به5/79 درصد رسید.

بکارگیری داده های حاصل از دیده بانی مستقیم طی دو قرن اخیر به شناسایی دگرگونی های کلی و پیش بینی آب و هوای آینده کمک شایان توجهی نموده است. در سالیان اخیر با توجه به پراکنش نامناسب ایستگاه های هواشناسی در سطح کره ی زمین بکارگیری داده های شبکه بندی شده بین پژوهشگران افزایش یافته است. در این پژوهش از داده های دما (کمینه و بیشینه) و بارش 12 ایستگاه همدید استان اصفهان و 2 ایستگاه از استان های مجاور در دوره ی 2005-1990 به عنوان داده مشاهداتی برای ارزیابی خروجی های ریزمقیاس نمایی شده سه مدل گردش عمومی (GCM) در پروژه CORDEX در محدوده جنوب آسیا با قدرت تفکیک 50 کیلومتر (WAS-0. 44) پرداخته شد. روش های آماری ضریب همبستگی پیرسن، میانگین ریشه مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطای مطلق (MAE) و ضریب تعیین (R2) برای ارزیابی دقت خروجی های این سه GCM بکار گرفته شد. همچنین روند داده ها گذشته و آینده با آزمون من-کندال و تخمین گر شیب سِن بدست آمد. با توجه به اینکه برای تحلیل روند نیاز به طول دوره آماری بلند مدت است سه ایستگاه با طولانی ترین دوره آماری مشترک (2015-1986) به عنوان ایستگاه نمونه اقلیمی انتخاب و خروجی های آینده مدلی که کمتر خطا را در مقایسه با داده های ایستگاهی داشت از پایگاه ESGF برای سناریوهای انتشار RCP4. 5 و RCP8. 5 دریافت و تغییرات دما کمینه و بیشینه مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل MPI-ESM-LR نسبت به دو مدل دیگری خطای کمتری در برآورد بارش دارد ولی مقدار این خطا نیز قابل قبول نمی باشد. همچنین این مدل و مدل IPSL-CM5A-MR بترتیب بهترین برآورد را از دمای بیشینه و کمینه در استان اصفهان داشتند. بررسی روند داده ها نشان داد که دمای کمینه و بیشینه در فصول زمستان و بهار طی چند دهه ی گذشته روندی افزایشی داشته اند. همچنین روند این متغیرها طی چند دهه ی آینده برای هر دو سناریوی انتشار با سطح اطمینانی متفاوت افزایشی پیش بینی شده است. در ایستگاه شرق اصفهان و خوروبیابانک دمای بیشینه طی فصل زمستان با شدّت بیشتری نسبت به داران تغییر می کند و این در حالی است که دمای کمینه در ایستگاه داران افزایش بیشتری را طی این فصل نسبت به دو ایستگاه دیگر نشان می دهد.

محاسبه و ترسیم الگوهای توزیع تاوایی نسبی در سطوح فشاری مختلف مناسب ترین روش برای تبیین تغییرات اقلیم سطح زمین با استفاده از تغییرپذیری گردش جوی است. بر این اساس مقادیر روزانه تاوایی نسبی با استفاده از داده های روزانه باد مداری و نصف النهاری که از مراکز ملی پیش بینی محیطی و پژوهش های جوّی آمریکا دریافت شد، در سه تراز فشاری 850، 500 و 300 هکتوپاسکال در منطقه مدیترانه شرقی و خاورمیانه که محدوده ای تأثیرگذار بر اقلیم ایران است محاسبه شد. جهت بررسی تغییرات درون سالی، تحلیل مؤلفه های اصلی به حالت T و با چرخش واریمکس بر روی میانگین 5 روزه تاوایی نسبی در دوره پایه 2010-1981 اجرا شد و برای آشکارسازی تغییرات احتمالی دو دوره 1990-1961 و 2014-1991 نیز مورد بررسی قرار گرفت. در این بررسی دوره تسلط شرایط زمستانه، تابستانه و فصل های انتقالی در ترازهای مختلف فشاری تعیین شده و نقشه توزیع تاوایی نسبی در هر دوره به روش درون یابی کریجینگ معمولی ترسیم شد. نتایج حاکی از آن است که در تابستان تاوایی منفی تراز میانی روی ایران تا ترازهای بالا ادامه دارد اما تاوایی مثبت حاصل از کم فشار خلیج فارس در سطح زمین، در ترازهای بالاتر با تاوایی منفی مهار می شود. بیشترین تغییرات زمانی و مکانی تاوایی نسبی مربوط به فصل های انتقالی است. بروز تغییرات زمانی در شرایط فصلی و تغییرات مکانی مراکز بیشینه و کمینه تاوایی نسبی بیشتر در تراز های میانی و بالایی مشاهده شد. در این ترازها طول فصل تابستان طولانی تر شد. فصل گرم در تراز بالایی در دهه های اخیر به سمت افزایش تاوایی منفی پیش رفته است. فصل های انتقالی به خصوص فصل پاییز به تدریج کوتاه تر شده و در تراز بالایی حتی به طور کامل محو شد. در تراز پایینی افزایش تاوایی منفی در غرب دریای خزر و افزایش تاوایی مثبت در شرق آن با تضعیف کم فشار دریای سیاه و تضعیف پرفشار سیبری هماهنگ است.

خشکسالی آب های زیرزمینی زمانی اتفاق می افتد که آبخوان ها به عنوان یک منبع مهم تامین آب، تحت تاثیر خشکسالی طولانی مدت قرار می گیرند. شاخص خشکسالی آب های زیرزمینی GRI)) برای بیان تغییرات بلند مدت عمق داده های پیزومتری و مشاهداتی آبخوان استفاده می شود. در این پژوهش نتایج محاسبات وقوع خشکسالی با توجه به پراکنش مکانی آن در حیطه 609 دشت کشور، در محیط GIS با نتایج محاسبات شاخص کیفیت آب شرب منابع آبخوان، به روش FAHP در دو بازه متوالی ده ساله و بازه بلند مدت 1373 تا 1394 مورد مقایسه واقع گردید. همبستگی مشابه تغییرات در دو دسته معادل زمانی، شاخص GRI و شاخص کیفیت آب شرب، بیانگر وجود یک رابطه نزدیک و مستقیم بین کاهش سطح آب در آبخوان ها و افزایش شماره کلاس، به معنی کاهش کیفیت آب بود. نتایج محاسبات شاخص GRI نشان داد که وقوع تنها 3/3% خشکسالی نزدیک به نرمال در ده سال اول، در ده سال دوم به رقم 8/70% افزایش داشته است و به شکلی مشابه رقم کلاس ترسالی نزدیک به نرمال از 1/87% به 7/27% کاسته شده است. این تغییرات از منظر نوع در کلاس-های ترسالی ملایم، ترسالی شدید، و ترسالی بسیار شدید هم دیده شد. یافته ها نشان داد که مناطق مرکزی و بخش-هایی از استان خراسان های رضوی و شمالی و همچنین محدوده وسیعی از استان فارس و عموما نواحی جنوب ایران، کلاس خشکسالی های شدید را تجربه کرده اند. طبق بررسی نقشه های خشکسالی و نمودار افزایش حجم برداشت از منابع بهره برداری آب های زیرزمینی از سال 1373 تا 1394 مشخص می شود که عامل اصلی تغییرات برداشت بی رویه از چاه های بهره برداری با کاربری کشاورزی است و این موضوع حساسیت آبخوان های ایران را به مقدار تغییرات سطح آب در سطح وسیعی نمایش می دهد.

یکی از مهم ترین چالش های زیست محیطی سال های اخیر در منطقه خاورمیانه و ایران، پدیده گردوغبار است که عمدتاً در فصل تابستان رخ می دهد. در این مطالعه، ابتدا کد سینوپتیکی 06 روزهای همراه با گردوغبار در بازه 5 ساله 2002 تا 2006 در 5 شهر غربی و جنوب غربی که بیشترین خسارت ناشی ازپدیده گردوغبار را متحمل می شوند مورد بررسی قرار گرفت که 80 روز مشترک همراه با گردوغبار به دست آمد. سپس با روش تحلیل عاملی PCA، 2 خوشه غالب به دست آمد که هر دوخوشه مبتنی بر الگوی همدیدی تابستانی گردوغبار بودند و در زمان وقوع اغلب توفانها در فصل تابستان بر منطقه حاکم است. پس از آن 4 توفان شدید و فراگیر فصل تابستان در سالهای 2005، 2008، 2009 و 2012بررسی شد که در آنها بخش وسیعی از کشور ما تحت تأثیر قرار گرفته است. 2 مورد از این 4 توفان در خوشه اول و 2 مورد توفان گردوغبار دیگر در خوشه دوم قرار می گیرند. بررسی های همدیدی نشان می دهد که وجود گرادیان فشاری شدید بر روی کشور عراق در خوشه اول و کشور سوریه در خوشه دوم، سبب وزش باد شدید در بیابانهای واقع در این کشورها و گسیل گردوغبار می شود از طرف دیگر در سطوح بالا به دلیل وجود یک ناوه عمیق در منطقه در هر 2 خوشه، گردوغبار را تا ارتفاعات بالاتر جوی منتقل می شود و توسط بادهای غرب و شمال غربی به داخل ایران وارد می شوند. مقادیر مثبت تاوایی نسبی در این دو کشور، نشان دهنده وجود حرکات صعودی در این منطقه است. تصاویر ماهواره نیز چشمه گسیل گردوغبار را در شرق کشور سوریه برای خوشه دوم و بیابانهای کشور عراق برای خوشه اول نشان می دهند. خروجی مدل WRF-Chem برای غلظت ذرات گردوغبار نیز شروع گسیل از شرق سوریه در خوشه دوم یعنی توفانهای تابستان 2005 و 2009 و به تدریج انتقال آن به سمت غرب و جنوب غربی و نفوذ آن به مناطق مرکزی ایران را به خوبی نشان می دهد. همچنین در موردهای 2008 و 2012 مرتبط با خوشه اول، مدل نشان می دهد گردوغبار برخاسته از کشور عراق، به غرب و جنوب غربی ایران وارد می شوند. می توان نتیجه گرفت که مدلWRF-Chem در هر 4 توفان، به خوبی چشمه گسیل، روند افزایش گردوغبار را نشان می دهد اما روز حداکثر گردوغبار را با تفاوت یک روزه نشان می دهد.

مسئله تغییر اقلیم همیشه به عنوان یکی از مسائل مهم در مطالعات علمی شناخته می شود و به همین دلیل محققان بسیاری در زمینه علل و ماهیت آن تحقیق کرده اند. اغلب عوامل تاثیر گذار اقلیمی مربوط به رخدادهای حدی هواشناسی است، که در این میان پارامتر درجه حرارت از جمله مهمترین پارامترها جهت تبیین و شناخت تغییر اقلیم می باشد. در این مطالعه به بررسی و ارزیابی دماهای حدی به عنوان شاخصی برای آشکارسازی تغییر اقلیم در استان خراسان رضوی پرداخته شد. بدین منظور 15 شاخص حدی دما جهت بررسی تغییرات حدی محاسبه شد. داده های مورد نیاز جهت محاسبه این شاخص ها شامل داده های روزانه حداکثر و حداقل دما بودند که از 9 ایستگاه سینوپتیک فعال در سطح استان طی بازه زمانی سالهای 2015-1990 برداشت شدند. پس از بررسی صحت و همگنی داده ها، شاخص های مذکور محاسبه شدند و به منظور بررسی معناداری روند از آزمون ناپارامتریک من-کندال در این مطالعه استفاده شد. نتایج این مطالعه نشان داد که میانگین سالانه دمای حداکثر و حداقل روزانه در سطح استان در حال افزایش می باشد که شیب افزایش در دمای حداکثر نسبت به دمای حداقل بزرگتر می باشد. نتایج بررسی روندها نیز مشخص نمود که به طور کلی شاخص های حدی گرم دارای روند افزایشی و شاخص های سرد دارای روند کاهشی در منطقه می باشند. این در حالی است که در بین شاخص های سرد تنها دو شاخص شب های سرد(TN10P) و روزهای سرد(TX10P) دارای روند نزولی معنادار و در بین شاخص های گرم، 5 شاخص روزهای تابستانی(SU25)، شب های حاره ای(TR20)، گرمترین شب ها(TNx)، شب های گرم(TN90P) و روزهای گرم(TX90P) دارای روند صعودی معنادار در اکثریت ایستگاه های مورد مطالعه بودند. به طورکلی نتایج این مطالعه حاکی از افزایش دما در سطح استان بود که افزایش بروز پدیده های حدی به خصوص پدیده های حدی گرم در طی 20 سال گذشته گویای وقوع تغییر اقلیم در سطح منطقه می باشد.

هدف از این پژوهش تدوین یک سامانه جهت پهنه بندی ایران برحسب نیاز سرمایش در دهه های آینده می باشد. برای محاسبه درجه روز نیاز به داده های میانگین دمای هوا می باشد. نخست داده های مدل دینامیکی، EH5OM از موسسه ماکس پلانک آلمان استخراج کردید. سپس داده های دمای خروجی این مدل در نسخه چهارم مدل RegCM4 ریزمقیاس نمایی شد. میانگین دمای روزانه شبیه سازی شده در بازه زمانی36 ساله (2050-2015) با ابعاد 27/0*27/. درجه طول و عرض جغرافیایی که حدوداً نقاطی با ابعاد 30*30 کیلومتر مساحت ایران را پوشش می دهند در ماتریسی به ابعاد 2138* 13140 استخراج گردیدکه سطرها بیانگرزمان و ستون ها بیانگرمکان می باشند. جهت محاسبه درجه روز نیاز به انتخاب آستانه دمایی برای هر بخش از کشور می باشد لذا نخست نقشه Dem ایران با ابعاد 30*30 کیلومتر بر حسب شیب ارتفاعی، رطوبت و دما که مهمترین عوامل در تغییرات درجه روز می باشند از طریق تصاویر ماهوراه ای ASTER تهیه و در این Dem ایران به چهار پهنه کلان اقلیمی کوهستانی و کوهپایه ای، دشت، سواحل جنوبی و سواحل شمالی تقسیم بندی شد. بعد از مشخص شدن آستانه دمایی هر پهنه، در نرم افزار Gis این آستانه ها به یاخته های مرتبط با هر پهنه تعمیم داده شد. درنهایت میانگین ماهانه، فصلی و سالانه درجه روز سرمایش محاسبه و نقشه های آن ترسیم گردید. نتایج گویای آن است که از لحاظ نیاز سرمایش ماهانه پهنه سواحل و جلگه های جنوبی با نیاز سرمایش 450-300 درجه روز بیشترین نیاز سرمایش کشور را در ماه های گرم سال در دهه های آینده دارا می باشند که بیشینه آن را جلگه خوزستان به میزان 450 درجه روز در ماه های ژولای واوت داراست. درمیزان نیاز سرمایش سالانه نیز قله های کوهستانی زاگرس با میزان نیاز صفر درجه روز کمترین و بیشترین آن را جلگه خوزستان، سواحل چابهار و بخش های شرقی سواحل خلیج فارس به میزان 2200 درجه روز دارند.

حمل و نقل جاده ای به شرایط جوی بستگی دارد. شرایطنامساعد جوی می تواند با ایجاد آسیب به خاک ریزهای جاده، کاهش دید و. . . ترافیک را مختل کرده، عبور و مرور در جاده را متوقف یا با کندی مواجه نماید و خطرات جانی و مالی فراوانی را برای مسافرین و کاربران شبکه حمل و نقل جاده ای ایجاد نماید. متغیرهایی که در ایستگاههای هواشناسی جاده ایی اندازه گیریو ارزیابی می شوند عبارتند از پدیده های مخرب جوی، عناصرمؤثر در کاهش دید، انواع بارش (مقادیر بارش و ارتفاع برف و چگالی و آب هم ارز آن، بارش های رگباری، بوران و کولاک برف)، بهمن، توفان های شن، گرد و خاک، یخبندان ها و یخ زدگی و لغزندگی های مؤثر بر سطح جاده ها، فشار جوی در سطح جاده، شدت بادهای سطحی و درجه حرارت های آستانه کمینه و بیشنیه، رطوبت نسبی هوا، درجه حرارت اعماق مختلف خاک، مقادیر نهایی تابش آفتاب و تشعشعات زمینیخواهد بود. لذا در این مقاله سعی می گردد تا با شناخت کامل از اقلیم مناطق مختلف و بررسی آستانه های وقوع پدیده های مختلف جوی-اقلیمی، بتوان نیازسنجی مناسبی از سنجنده های هواشناسی جاده ای مطابق با اقلیم خاص هر منطقه ارائه نمود. در این راستا، در این پژوهش، مقایسه ی سنجنده های مختلف مربوط به هر یک از شرکت های سازنده با توجه به شرایط محیطی مناسب برای سنجنده ی انجام گردید و با بررسی همه جانبه شامل ارزیابی ویژگی ها و آستانه های اقلیمی و خصوصیات سنجنده ها و خدمات آن ها، بهترین شرکت ها با توجه به اقلیم های خاص کشور معرفی شد. مسلما بکارگیری نتایج این پژوهش که با هدف معرفی سنجنده های مناسب با شرایط اقلیمی در جاده های کشور ارایه شده است، منجر به بهبود مدیریت هواشناسی جاده ای و گام موثری در ارتقای این مدیریت خواهد شد.