هرگونه تغییر در عناصر اقلیمی را می توان در تغییر الگوهای فشار جست و جو کرد. در این پژوهش با نگرش گردشی به محیطی، اثر تغییرات الگوهای ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال بر دمای ماه ژانویه ی مطالعه شده است. به این منظور، داده های ماه ژانویه ی ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال و دمای سطح زمین در یک دوره آماری 50 ساله (1961-2010) از مرکز پیش بینی های محیطی گرفته شد. در گام بعد همبستگی مقادیر استاندار شده ی داده های مذکور نشان داد که بیش ترین ارتباط بین دمای سطح زمین و ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال در منطقه ی جنوب غرب کشور با ضریب 0.82 و کم ترین با 0.59 در شمال غرب کشور قرار دارد. سپس به منظور کاهش حجم داده ها و استخراج الگوهای اصلی با ایجاد ماتریسی به ابعاد 24 (تعداد نقاط در گستره ایران) در 50 ( تعداد سال ها)، تحلیل مولفه های اصلی با آرایه S روی ماتریس مقادیر استاندارد شده ی ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال اعمال، و 4 مولفه حاصل گردید و به روش وریمکس (Varimax) چرخانده شد. در هر یک از 4 الگوی یاد شده انطباق بسیار خوبی بین ناهنجاری ارتفاع تراز 500 هکتوپاسکال با ناهنجاری دما ملاحظه گردید. به گونه ای که کاهش ارتفاع ژئوپتانسیل منجر به کاهش دما و پدیدآیی ژانویه ی های سردتر شده است؛ به عبارتی دیگر، شکل گیری پشته ی ضعیف و افزایش ارتفاع ژئوپتانسیل و عدم ریزش هوای سرد عرض های بالا، ژانویه ی های گرم تری را به وجود آورده است. از نتایج جالب توجه می توان به این نکته اشاره کرد که وجود جریانات مداری در تراز 500 هکتوپاسکال در الگوی دوم، نوعی ناهنجاری منفی برای جنوب شرق ایران به حساب می آید که منجر به بروز ژانویه ی های سردتر در این منطقه شده است.

پیش یابی دما، یکی از فراسنج های مهم آب و هواشناسی است که نقش اساسی در واکاوی تغییرات اقلیمی دارد. در این پژوهش، از داده های سطحی میانگین روزانه دمای ایستگاه های منتخب در کرانه های دریای خزر (انزلی، گرگان، رشت، بابلسر و رامسر) و داده های جو بالا (ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500هکتوپاسکال) استفاده شده است. کمینه و بیشینه این ایستگاه ها از بازه زمانی11/10/1357 تا 11/10/1389 خورشیدی به مدت 11689 روز، از سازمان هواشناسی کشور دریافت شده است و داده های ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال برای ساعت های (00:00، 03:00، 06:00، 09:00، 12:00، 15:00، 18:00 و 21:00 زولو) از بازه زمانی01/01/1979 تا 01/01/2011 میلادی به کمک داده های چهار دید بانی در روز، از تارنمای مرکز NCEP/DOE برای سراسر نیمکره شمالی استخراج شد. سپس همبستگی بین داده های میانگین روزانه دما و ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال در سراسر نیمکره شمالی محاسبه شد. نتایج همبستگی نشان داد ایالات متحده آمریکا با 28، شمال چین 30، آفریقا 53 و ژاپن با 69یاخته، دارای بیشترین یاخته هستند. در نیمکره شمالی، 180 نقطه وجود دارد که همبستگی آنها با دمای ایستگاه های منتخب بسیار زیاد است. همچنین، الگوی پیش یابی ایستگاه ها نشان می دهد به ازای هر یک ژئوپتانسیل متر افزایش، میانگین روزانه دمای ایستگاه های انزلی، گرگان، رشت، بابلسر و رامسر به ترتیب 0.1، 1.1، 0.1، 0.1، 0.1 درجه سلسیوس افزایش خواهد داشت.

در پژوهش حاضر، شناسایی، فراوانی و چگونگی رفتار چرخندهای برون حاره در فصول مختلف سال، برای نمونه در سال 1996-1995 م. مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این کار از داده های ارتفاع ژئوپتانسیل با تفکیک زمانی 6 ساعته و تفکیک مکانی 2.5*2.5 درجه قوسی در ترازهای (500، 600، 700، 850، 925، 1000) که از پایگاه داده جوی (NCEP/NCER) برداشتی، استفاده شده است. مطالعات گذشته نشان دهنده آن است که سهم زیادی از بارش ایران ناشی از چرخندهای برون حاره می باشد و از آنجا که ایران کشوری است که توزیع زمانی و مکانی بارش آن ناهماهنگ است پرداختن به این موضوع از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. شناسایی چرخندها، با در نظر گرفتن دو شرط بوده است که عبارتند از: 1- نقاطی که ارتفاع ژئوپتانسیل آنها نسبت به 8 همسایه پیرامونش کمینه باشد، 2- میانگین منطقه ای بزرگی شیو ارتفاع ژئوپتانسیل بر روی 9 نقطه موجود در پنجره حداقل 100 متر بر 1000 کیلومتر باشد. نتایج این بررسی نشان می دهد که در کلیه ترازها چرخندها در فصول زمستان و پاییز با تفاوت بسیار کم بیشترین فراوانی را دارند، با این تفاوت که توزیع فراوانی در فصل زمستان نسبت به دیگر فصول یکنواخت تر و تمایل پهنه های چرخندی به طرف عرض های پایین تر است. از بارزترین ویژگی های فصول سرد حضور پهنه های چرخندی در منطقه مدیترانه است. فصل بهار از نظر فراوانی چرخندی در رتبه سوم قرار دارد. چرخندهای تابستان از نظر فراوانی با اختلاف زیاد کم ترین مقدار را دارند. اصلی ترین رخداد چرخندی فصل تابستان و بهار چرخند گنگ می باشد که در نقشه های تراز 1000 و 925 هکتوپاسکال دیده می شود که بارش های تابستانی و بادهای 120 روزه سیستان در جنوب شرق ایران با شکل گیری این سامانه در ارتباط می باشند.

از چرخندهای مؤثر بر بارش های بعضاً فراگیر ایران زمین، سامانه های ادغامی دریای مدیترانه و دریای سرخ می باشند. ازاین رو دستیابی به روند تغییرات شدت ارتفاع ژئوپتانسیل و شیو ارتفاع ژئوپتانسیل هم زمان با الگوهای توأم مدیترانه- دریای سرخ به عنوان یکی از عوامل نمودهای این چرخندها و نیز بارش برخی نواحی ایران زمین، از اهمیت شایان توجهی برخوردار است. برای انجام این پژوهش از داده های ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 1000 هکتوپاسکال مربوط به مرکز پیش بینی میان مدت جوی اروپایی و نسخه ERA-Entrim به صورت دیده بانی شش ساعته طی بازه زمانی 1979-2018 استفاده شد. برای بررسی وجود جهش و نوسانات در شدت مراکز چرخندی توأمان مدیترانه – دریای سرخ در طی دوره آماری از نمایه الکساندرسون موسوم به نمایه آزمون همگنی استاندارد نرمال (SNHT) استفاده گردید. به منظور وارسی و بررسی معنی داری روند بین داده های ارتفاع ژئوپتانسیل و داده های شیو ارتفاع ژئوپتانسیل، آماره ناپارامتری خی دو به کار گرفته شد. به منظور تحلیل و الگوسازی روند بلندمدت از روش پارامتری رگرسیون خطی بهره گرفته شد. یافته های پژوهش حاضر بیان گر افزایش ارتفـاع ژئوپتانسیل در محل شکل گیری مراکز چرخندی دریای مدیترانه و همچنین کاهش شیو فشار در مقادیر متوسط سالانه می باشد که احتمالاً منجر به کاهش ناپایداری و بارش در مناطق تحت تأثیر خواهد شد. داده های شیو ارتفاع ژئوپتانسیل دریای مدیترانه در سال 1996 یک جهش معنی دار داشت که سری زمانی را به دو مقطع زمانی قبل و بعد از جهش تقسیم کرد، نتایج نمایانگر روند صعودی در این دو مقطع زمانی است، امّا دوره دوم نسبت به دوره قبل با شیب ملایم تری افزایش پیداکرده است

وجود توپوگرافی در بالای ژئویید مانع اصلی برای تعیین ارتفاع ژئویید با استفاده از مدل های ژئوپتانسیل است. مدل های ژئوپتانسیل جهانی امکان مدل سازی میدان پتانسیل زمین را به صورت بسط سری خارجی از هارمونیک های کروی فراهم می سازند. استفاده از این بسط برای تعیین آنومالی پتانسیل بروی ژئویید در داخل توپوگرافی سبب تولید یک بایاس می شود که به آن بایاس توپوگرافی می گویند. این مطالعه به محاسبه ژئویید با استفاده از مدل های ژئوپتانسیل می پردازد. برای این منظور دو روش مستقیم انتقال تحلیلی و غیر مستقیم رَپ به کار گرفته می شود. روش انتقال تحلیلی بر مبنا استفاده از مدل های ژئوپتانسیل در داخل توپوگرافی و اعمال بایاس توپوگرافی و روش رَپ بر مبنا محاسبه آنومالی ارتفاعی و تبدیل آن به ژئویید است. موفقیت این دو روش برای بازیابی ژئویید در490 نقطه ترازیابی با جی پی اس در منطقه کوهستانی کلرادو در امریکا مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان دهنده توافق خوب دو روش در حد سانتیمتر در قیاس با نقاط ترازیابی با جی پی اس است. همین طور نشان از بهبود دقت نسبی و مطلق ژئویید حاصل از مدل ای جی ام 08 به میزان 60% در هر دو روش می باشد. نتایج عددی نشان داد که استفاده از مدل های هارمونیک ارتفاعی بجای ارتفاع نقطه می تواند باعث ایجاد بایاس چند سانتیمتری روی ارتفاع ژئویید شود. علاوه بر این دقت مطلق روش رَپ از روش انتقال تحلیلی در تعیین ژئویید در قیاس با نقاط ترازیابی با جی پی اس بالاتر است.

یکی از چالش های اصلی در به کارگیری مدل های ژئوپتانسیلی جهانی، محاسبه توابع لژاندر وابسته نوع اول بر اساس فرمول های بازگشتی معمول است. از آنجایی که اکثر نرم افزارهای محاسباتی به طور پیش فرض از فرمت «دقت مضاعف» در محاسبات استفاده می کنند، یک سوال مهم این است که آیا این سطح دقت برای محاسبه توابع لژاندر وابسته نوع اول و ارزیابی مدل های ژئوپتانسیلی کافی است؟ نتایج نشان می دهد که محاسبه توابع لژاندر در درجه 2190، معادل بالاترین درجه مدل های ژئوپتانسیلی جهانی موجود، حتی با به کارگیری دقت مضاعف، برای عرض های کروی در بازه [ʹ33˚78 وʹ20˚56] از دقت کافی برخوردار نیست، که بیشترین کاهش دقت در عرض کروی 60 درجه رخ می دهد. همچنین نتایج نشان می دهد که در عرض کروی 60 درجه، محاسبه توابع لژاندر در درجات بالاتر از 2029، دچار افت دقت شده و این افت دقت با افزایش درجه تشدید می شود. بر اساس نتایج، محاسبه پتانسیل ثقل و شتاب ثقل تا درجه 2190، به ترتیب در محدوده عرض های کروی ازʹ32˚57 تاʹ13˚60 و ازʹ41˚57 تا ʹ13˚60 دچار افت شدید دقت می شود. از نتایج ما درمی یابیم که حداکثر درجه بسط برای محاسبه دقیق پتانسیل ثقل و شتاب ثقل برای تمام عرض های کروی، به ترتیب درجه 2065 و 2071 است. در این تحقیق، ما نشان می دهیم که برای محاسبه توابع لژاندر بر اساس روابط بازگشتی و تولید تابعک های میدان ثقل بر اساس مدل های ژئوپتانسیلی درجات بالای کنونی، نیازمند حفظ «دقت مضاعف طویل» در تمام فرایند محاسباتی هستیم.

جهت بررسی ساختار جو در زمان رخداد آتش سوزی در جنگل های استان گلستان، مازندارن و گیلان، از اطلاعات مربوط به حریق-های ثبت شده، در طی دوره آماری 1384-90 استفاده گردید. همچنین داده های هواشناسی در ایستگاه های همدیدی در دامنه های شمالی و جنوبی رشته کوه البرز از سازمان هواشناسی کشور، داده های جو بالا (رادیوسوند) ایستگاه مهرآباد تهران در دامنه جنوبی رشته کوه و داده های شبکه بندی شده شامل: ارتفاع ژئوپتانسیل، فشار سطح دریا، رطوبت نسبی، دمای هوا، مولفه های مداری و نصف النهاری باد و شاخص ناپایداری (امگا) از دو تارنمای متعلق به مرکز ملی پیش بینی محیطی و علوم جوی آمریکا (NCEP/NCAR) و مرکز اروپایی پیش بینی میان مدت جوی (ECMWF) از سه روز قبل از وقوع آتش سوزی اخذ و پس از تحلیل های آماری نسبت به ترسیم نقشه ها سینوپتیک اقدام گردید و برای احتمال رخداد آتشسوزی از روش فرانسیلا استفاده شد. بررسی ها نشان داد افزایش دما تا 34 درجه سانتی گراد و کاهش رطوبت نسبی در سطح زمین و استقرار یک پشته در جو بالا با محور شمال-جنوب یا شمال شرق-جنوب غرب شرایط همدیدی مطلوب را جهت عبور جریان های غربی از ارتفاعات و وقوع پدیده گرمباد فراهم می سازد. بررسی نقشه فشار سطح زمین و استقرار همفشار 1002 در جنوب و 1005 هکتوپاسکال در شمال البرز حاکی از تاثیر شرایط همدید جو بالا بر توزیع فشار سطح زمین است. بوجود آمدن هسته همگرایی قوی در دامنه جنوبی البرز در سطح زمین و واگرایی فوقانی در بالای کوهستان و افزایش رطوبت نسبی سبب شده تا ابرهای حاصل از این پدیده در دو سمت رشته کوه تشکیل گردد. بررسی ها نشان داد در دامنه شمالی به دلیل همگرایی فوقانی و واگرایی سطحی و نزول بی دررو هوا به افزایش بیش از 4.5 درجه دما و کاهش رطوبت نسبی به کمتر از 20 درصد در روز منجر شده است.

سامانه های بندالی پدیده های مقیاس همدید منطقة برون حاره اند که موجب انقطاع و تضعیف بادهای غربی می شوند و در رخداد فرین های آب وهوایی نقش مهمی دارند. برای بررسی فراوانی، توزیع زمانی و مکانی سامانه ها از داده های ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال با تفکیک مکانی˚ 5/2 × ˚ 5/2 و تفکیک زمانی شش ساعته برای دورة 1951 تا 2012 در نیمکرة شمالی و نمایة فیلترشده (TM) استفاده شد. یافته ها نشان داد که رخدادها در اطلس دو برابر آرام و سه برابر امریکا و غرب اروپا است و کمترین رخدادها در شرق آسیا و شرق اروپا است. همچنین، از نظر زمانی، در اقیانوس اطلس سال 1954 بیشترین و 1968 کمترین و در اقیانوس آرام سال 2011 بیشترین و 1957 کمترین فراوانی رخداد را دارند. در ایران یازده سال بدون رخداد و سال 1975 بیشترین درصد فراوانی مشاهده شد. توزیع فصلی نشان داد بیشترین فراوانی رخداد به ترتیب در فصل تابستان، پاییز، زمستان، و بهار است. رخدادهای بندالی در فصل زمستان بیشتر روی مناطق اقیانوسی و سواحل و در فصل گرم روی مناطق قاره ای نیز مشاهده شد. همچنین، مشخص شد که رخداد سامانه های بندالی در 90 موقعیت از 144 طول جغرافیایی با کاهش بارش سالانه در ایران ارتباط معنادار دارد.

به منظور بررسی روند تغییرات گردش پوشن سپهری در نمیکره شمالی از داده های ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 10 هکتوپاسکالِ مرکز پیش بینی محیطی/علوم جو (NCEP/NCAR)، بین بازه زمانی 1948 تا 2020 استفاده شد. برای بررسی تغییرات به وجود آمده در این تراز، آزمون روند بر روی داده های ارتفاع ژئوپتانسیل اجرا شد. نتایج نشان داد که در طی 70 سال تغییرات بزرگی در مناطق قطبی، عرض های میانه و جنب حاره به وقوع پیوسته است. این تغییرات در فصل زمستان حاکی از آن بود که در ماه دسامبر، هسته منفی از کاهش ارتفاع ژئوپتانسیل در تراز 10 هکتوپاسکال بر روی کلاهک قطبی مشاهده می شود که کمینه مقدار آن به 8-ژئوپتانسیل متر رسیده است. از طرفی در شمال اقیانوس آرام هسته بیشینه از روند ارتفاع ژئوپتانسیل با بیش از 4. 5 ژئوپتانسیل متر به وجود آمده است. این وضعیت در فصل زمستان در دو دماه ژانویه و فوریه نیز مشهود بوده و روند کاهشی در پوشن سپهر در قسمت های شمالی اروپا و منطقه اورآسیا بیشتر مشاهده می شود. در فصل بهار نیز روند کاهشی ارتفاع ژئوپتانسیل در محدوده فعالیت تاوه قطبی و با تمایل به مناطق شمال شرقی روسیه مشاهده می شود که در اواخر بهار این روند کاهشی از بین رفته است. نتایج حاصل از تغییرات دوره های مطالعاتی نشان داد بیشترین تغییرات افزایشی در پوشن سپهر قطبی در 37 سال نخست در ماه های نوامبر و دسامبر تشکیل شده است. بیشترین تغییرات کاهشی نیز در پوشن سپهر قطبی در 37 سال دوم در ماه های نوامبر، دسامبر و مارس تشکیل شده است. ماه های نوامبر و مارس تقریبا تغییراتشان در هر دو سال برابر هستند که در 37 سال نخست تغییرات افزایشی در پوشن سپهر قطبی تشکیل شده است که بیشترین ارتفاع ژئوپتانسیل در ماه نوامبر با 140 ژئوپتانسیل متر دیده شده است. در 37 سال دوم نیز تغییرات کاهشی در پوشن سپهر قطبی دیده می شود.