لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

امروزه یکی از مهم ترین عوامل آلاینده های محیطی در مناطق خشک و نیمه خشک وجود زیاد ذرات بسیار ریز هواویز در هوا است. نخستین گام برای مهار و کاهش اثرات مخرب هواویزها، مطالعه و شناسایی دقیق ساختار و ویژگی های عنصری ذرات هواویز است. هدف از این پژوهش مشخصه یابی ساختاری و عنصری هواویز های ریزشی شهر یزد از جمله توزیع اندازه ذرات، ریخت شناسی و تحلیل عنصری این دسته از ذرات است. بدین منظور در این مقاله از ابزارهای شناسایی ساختاری و عنصری از جمله SEM، EDX، LIBS و XRD بهره برده شده است. مطالعه عنصری نمونه ها با استفاده از روش بیناب­نگاری فروشکست القایی لیزری (LIBS) صورت گرفت و در مجموع 74 خط نشری اتمی پلاسمای تولید شده مشاهده شد. در نتیجه تجزیه وتحلیل بینابی خطوط نشری منجر به شناسایی عناصری مانند کلسیم، سیلیسیم، آهن، منیزیوم، آلومینیوم، کربن، پتاسیم، سدیم، استرانسیوم، منگنز، تیتانیوم، کبالت، باریم، وانادیوم و سرب شد. نتایج حاصل از الگو های پراش پرتو ایکس (XRD) وجود کانی هایی از گروه های سیلیکات، کربنات و فسفات و با فراوانی غالب کانی های کوارتز و کلسیت را نشان داده است. همچنین در بررسی شکل و اندازه هواویزها با استفاده از تصاویر SEM، این نتیجه حاصل شده است که بیشتر هواویزها، دارای شکل های کشیده، منشوری، کروی، نامنظم و چند وجهی با اندازه بین 1 تا 30 میکرومتر با فراوانی بیشینه اندازه ذرات بین 2 تا 7 میکرومتر هستند.

هدف از این پژوهش ارزیابی روند شاخص هواویز (AI) فصلی در ایران است. در این راستا، داده های سنجنده TOMS دو ماهواره Nimbus 7 و Earth Probe و سنجنده OMI ماهواره Aura اخذ شد و از آزمون ناپارامتریک من-کندال (MK) برای شناسایی روند شاخص هواویز استفاده شد. نتایج نشان داد داده های سنجنده TOMS ماهواره EP برای مطالعه روند مناسب نیست، زیرا از سال 2001 داده های این سنجنده کالیبراسیون نمی شود. بیشینه و کمینه روند شاخص هواویز ایران به ترتیب برای سنجنده OMI و TOMS ماهواره Nimbus 7 محاسبه شد. در فصل بهار به دلیل فعال شدن چشمه های گرد و غبار از مناطقی با روند کاهشی کاسته شد و بر مناطقی با روند افزایشی افزوده شد. بیشینه روند افزایشی معنی دار و همچنین بیشینه مقدار متوسط شدت روند شاخص هواویز (AI) براساس سنجنده OMI در فصل پاییز محاسبه شد. روند افزایشی شاخص هواویز (AI) در ایران به دلیل شرایط محیطی (خشک سالی و تغییرات کاربری اراضی) و آب و هوایی (باد شمال تابستانه، الگوهای دینامیکی و حرارتی غرب آسیا، و کم فشار حرارتی سند) است. مقایسه داده های ماهواره ای با داده های ایستگاه های همدید گرد و غبار در پهنه های مختلف آب و هوایی نشان از تطابق داده های ماهواره ای و زمینی دارد.

در این مقاله، عمق اپتیکی هواویز اندازه گیری شده با سنجنده های کالیوپ، مادیس، میزر و امی با داده های شیدسنج خورشیدی مستقر در دانشگاه تحصیلات تکمیلی زنجان، از دسامبر سال 2009 تا دسامبر سال 2013 مقایسه و صحت سنجی شده است. رگرسیون خطی، میانگین مربعات خطا و میانگین خطای مطلق بین اندازه گیری های سنجنده های فضابرد و سنجنده زمین پایه محاسبه شده است. همچنین تخمین رو به بالا و تخمین رو به پایین تعیین شد. نتایج نشان می دهند که سنجنده کالیوپ و میزر به ترتیب بیشترین همبستگی (61/0 و 54/0) را با اندازه گیری های زمین پایه بر فراز منطقه زنجان دارد. سنجنده های میزر، کالیوپ و امی به ترتیب نزدیکترین داده های عمق اپتیکی را نسبت به اندازه گیری های شیدسنج خورشیدی (شیب خط برازش شده به ترتیب برابر 68/0، 61/0 و 59/0) دارند که نشان دهنده مدل مناسب استفاده شده در سنجنده ها برای استخراج عمق اپتیکی هواویزها است. همچنین کمترین عرض از مبداء خط برازش شده مربوط به داده های سنجنده مادیس است. میانگین عمق اپتیکی هواویزهای اندازه گیری شده با سنجنده های فضابرد و سنجنده زمین پایه نشان می دهد که سنجنده های مادیس و کالیوپ دارای تخمین رو به پایین (به ترتیب 32/0 و 83/0) و سنجنده های امی و میزر دارای تخمین روبه بالا (به ترتیب 23/1 و 08/1) نسبت به شیدسنج خورشیدی دارند.

در این پژوهش سیستم جفت شده جدیدی از طرحواره هواویز HAM با مدل میان مقیاس پیش بینی عددی وضع هوا WRF معرفی شده است. در مقایسه با طرحواره های هواویز به کاررفته در مدل WRF، طرحواره هواویز HAM از دستاورد جدیدی تحت عنوان روش شبه مدال برای توزیع اندازه ذرات هواویز استفاده می کند. پنج نوع اصلی هواویزهای جهانی شامل سولفات، کربن سیاه، کربن آلی، ذرات گردوغبار و نمک دریا در این مدل در نظر گرفته شده اند. شبیه سازی های اولیه حاصل از مدل جفت شده WRF-HAM برای یک دوره شبیه سازی شش روزه از 6 مه تا 12 مه 2006 آورده شده است و نتایج با شبیه سازی های حاصل از طرحواره هواویز موجود در نسخه دوم مدل WRF، یعنی طرحواره MADE، مقایسه شده اند. غلظت جرمی شبیه سازی شده ذرات PM10 در منطقه تهران با استفاده از مدل جفت شده جدید، بهبود قابل ملاحظه ای نسبت به طرحواره هواویز MADE نشان می دهد. وارد کردن هواویزها در شبیه سازی های مدل، منجر به واداشت تابشی منفی و ایجاد سرمایش به ویژه در مناطق با مقادیر بزرگ شار گسیل ذرات گرد و غبار و واداشت تابشی مثبت و تولید گرمایش در مناطق دارای هواویزهای کربن سیاه در حوزه شبیه سازی می شود. اختلاف شار تابش طول موج کوتاه پایین سوی شبیه سازی شده و مقادیر مشاهداتی در منطقه تهران با وجود هواویزها کوچک تر شده و این بهبود در طرحواره جدید HAM نسبت به طرحواره MADE قابل ملاحظه تر است. شار تابش موج کوتاه پایین سو تا بیش از 40 وات بر مترمربع در شبیه سازی های HAM بهبود می یابد. تغییرات کوچکی نیز در دمای جو و فشار سطحی با در نظر گرفتن هواویزها در مدل ایجاد می شوند. متوسط روزانه عمق نوری شبیه سازی شده با مدل، توافق خوبی با توزیع مکانی مشاهداتی از داده های ماهواره MODIS نشان می دهد. از سوی دیگر مقادیر شبیه سازی شده عمق نوری در طول موج 500 نانومتر با طرحواره HAM با مقادیر مشاهداتی حاصل از داده های جهانی AERONET در ایستگاه سولار ویلیج نیز بهبود قابل ملاحظه ای نسبت به عملکرد MADE نشان می دهد.

در این پژوهش خصوصیات فیزیکی شیمیایی و کانی شناختی ذرات گرد و غبار و هواویزهای شهرهای ارومیه و آبادان طی دوره ی زمانی6 ماهه در سه دامنه ی اندازه ی ذرات TSP، PM10 و PM2/5 به کمک پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به پرتو ایکس پاشنده ی انرژی (EDX) بررسی شد. نتایج پراش پرتو ایکس نشان داد که بیشتر ذرات شامل کلسیت، کوارتز، کانی های رسی و کمی ژیپس در نمونه ها می باشند؛ گرچه کانی ها با توجه به فصل، نوع نمونه گیر، مکان نمونه برداری و مقدار نمونه در تفاوت بوده و با کاهش اندازه ی ذرات، میزان کوارتز کم شده و مقدار کانی های رسی و ذرات سرب افزوده می گردد. مطالعات میکروسکوپ الکترونی روبشی اشکال مختلف ذرات اعم از کروی، صفحه ای، مکعبی، استوانه ای و منشوری با اندازه ی کمتر از 1 میکرون تا50 میکرون، بیشتر به صورت نامنظم، زاویه دار و تا حدودی نیمه گرد تا گرد را نمایش می دهد. نتایج پرتو ایکس پاشنده ی انرژی نیز عناصر Al، Mg، Na، Cl، P، S، Ca، K، Fe، Ti، C، O و Si را در نمونه ی TSP آبادان و ارومیه در شرایط عادی تشخیص داد. با شروع گرد و غبار علاوه بر عناصر مذکور، عناصر As، Pb، Zn، Mn، Sc، W، Nd، Ce، La، Ba و Ni در هر سه دامنه ی اندازه ی ذرات نیز دیده می شوند. نتیجه گرفته می شود که میزان بالای عناصر Ca، Si، Al، Na و K نشانه ی حضور کانی های کلسیت، کوارتز، هالیت، کانی های فیلوسیلیکات و رسی است. در مجموع شهرهای آبادان و نواحی حاشیه ی خلیج فارس و دریای مَکران در مقایسه با شهر ارومیه از نظر غلظت، کانی ها و عناصر، میزان و تنوع بالاتری داشته و نشانه ی چند منبعی بودن گرد و غبار، هوای آلوده تر منطقه و ذرات معلق بیشتر می باشد.

یکی از عوامل اصلی عدم قطعیت در تخمین تابش موج کوتاه در سطح، عمق اپتیکی هواویز موجود در جو می باشد. در این مقاله برای محاسبه تابش موج کوتاه از مدل پارامتری یانگ که هر یک از اجزای جو را بصورت جداگانه مدل می نماید، استفاده شد. در اکثر تحقیقات قبلی برای محاسبه تابش موج کوتاه در سطح، از داده های عمق اپتیکی هواویز سنجنده مادیس استفاده شده است، درحالی که در این تحقیق عمق اپتیکی برآورد شده از الگوریتم ساده شده بازیابی هواویز SARA(Simplified Aerosol Retrieval Algorithm)، مورد استفاده قرار گرفت. روش پیشنهادی برآورد تابش موج کوتاه براساس داده عمق اپتیکی هواویز SARA و همچنین روش رایج تابش موج کوتاه به دست آمده براساس محصولات عمق اپتیکی مادیس، با داده های زمینی اندازه گیری شده در ایستگاه چیتگر شهر تهران و برای پریود زمانی تابستان 2013 اعتبار سنجی شدند. نتایج اعتبارسنجی برای تابش موج کوتاه برآورده شده براساس عمق اپتیکی هواویز SARA، ضریب رگرسیون R2) 88/0)، خطای جزر میانگین مربعات و بایاس بترتیب 09/25 و 05/2 وات بر مترمربع، برای تابش موج کوتاه براساس داده سطح 2 عمق اپتیکی هواویز مادیس، ضریب رگرسیون 61/0، خطای جزر میانگین مربعات و بایاس بترتیب 75/41 و 93/15 وات بر مترمربع و برای تابش موج-کوتاه براساس داده سطح 3 عمق اپتیکی هواویز مادیس، ضریب رگرسیون 82/0، خطای جزر میانگین مربعات و بایاس بترتیب 73/60 و 77/53 وات بر مترمربع به دست آمدند. نتایج بیانگر دقت بالای تابش موج-کوتاه برآورد شده بر اساس عمق اپتیکی هواویز SARA نسبت به محصولات عمق اپتیکی هواویز مادیس می باشد. بطوریکه خطای جزر میانگین مربعات بترتیب 6/1 و 2 برابر نسبت به محصولات سطح 2 و 3 مادیس می باشد و خطای بایاس در روش پیشنهادی تقریبا به صفر رسیده است. با فرض توزیع مکانی مناسب ایستگاههای آئرونت (AERONET)، روش پیشنهاد شده ی ترکیب مدل تابشی یانگ و الگوریتم برآورد عمق اپتیکی هواویز SARA، می تواند تابش موج کوتاه را از مقیاس منطقه ای به جهانی، نیز برآورد نماید.