امروزه پیش بینی صحیح وضع هوا یکی از مهمترین مسایل در زندگی بشری می باشد. از دیدگاه اقتصادی، کاربران و سرمایه گذاران خصوصا دریانوردانی که در فعالیت های دریانوردی حضور دارند، همواره انتظار دارند نسبت به درستی پیش بینی هایی که دریافت کرده اند، توجیه شوند. یا به بیان دیگر بتوانند عملکرد سامانه های متفاوت پیش بینی را با هم مقایسه کنند. در این تحقیق به ارزیابی مدل های هواشناسی در پیش بینی بارش شمال کشور و ارزیابی اقتصادی آن پرداخته شده است. خروجی های مدل استفاده شده برای دوره ای زمانی 24، 48 و 72 ساعته بوده و داده های مشاهداتی بارش کمی نیز از اندازه گیری های ایستگاه های باران سنجی و همدیدی در داخل استان گلستان بدست آمد. نتایج نشان داد که پیش بینی مدل در دوره مورد مطالعه حدود 80 درصد موارد برای وقوع یا نبود بارش صحیح بوده است. همچنین در پیش بینی 24 ساعته بیشینه مقدار ارزش اقتصادی برای نسبت هزینه-ضرر 0.73 است، یعنی در صورت استفاده از پیش بینی این کاربر می تواند بیش از 73 درصد در هزینه خود صرفه جویی کند.

اندازه گیری مشخصات هوای بالای سطح زمین دارای کاربردهای تحقیقاتی و عملیاتی بسیار است. از موارد استفاده آن می توان پیش بینی وضع هوا را نام برد. سامانه رادیوسوند توسط بالون تا بالای لایه تروپوسفر یا بالاتر از آن حمل می شود و اطلاعات مختلفی مانند فشار، رطوبت، دما، مکان، سرعت و جهت وزش باد در ارتفاعات مختلف از سطح زمین را در حین صعود به دست آورده و با استفاده از یک فرستنده رادیویی به ایستگاه زمینی مخابره می کند. در این مقاله، طراحی سیستمی و مراحل ساخت و تست یک نمونه رادیوسوند در فرکانس MHz 6/400 به همراه گیرنده زمینی و آنتن مربوطه به تفصیل توضیح داده شده است. هدف از این طرح، ساخت سامانه رادیوسوند بومی به منظور رفع نیاز سازمان هواشناسی می باشد. اگرچه قیمت این سامانه در مقایسه با نمونه خارجی آن بسیار کم است ولی دارای عملکرد و پایداری عالی تحت تغییرات دمایی شدید است. نتایج تست های انجام شده با نمونه های خارجی مشابه همخوانی خوبی دارد.

مقدمه: هر چند روشهای دقیقی برای حل معادلات انتقال تابش جوی وجود دارد ولی برای مدل های گردش کلی جو مناسب نیستند. پارامتره کردن به معنای یافتن حل تقریبی برای این معادلات است که علاوه بر داشتن دقت کافی، زمان اجرای آن در مدل های عددی مناسب باشد.هدف: مروری بر تکنیکهای متنوع رایج محاسبه شار تابشی برای کاربرد در مدلهای گردش کلی جو و مقایسه نتایج حاصل از چندین مدل با روشهای پارامتره کردن مختلف تابشی.روش بررسی: روشهای متفاوت بکار رفته برای محاسبه هر دو شار تابشی طول موجهای بلند و کوتاه برای کاربرد در مدلهای اقلیمی گردآوری شده است. روشهای مختلف انتگرال گیری روی فرکانس، روشهای متنوع پارامتره کردن جذب و پراکندگی گازهای فعال تابشی در نوارهای طول موج کوتاه و بلند و همچنین جذب سطح و هوامیزها مورد بررسی قرار گرفته است. سپس نتایج حاصل از چندین مدل گردش کلی جو با روشهای پارامتره کردن مختلف تابشی مقایسه شده است.نتایج: روش خط به خط(LBL)  یکی از روشهای دقیق محاسباتی انتقال تابش در جذب گازها در جو ناهمگن است که همه خطوط جذب گازها را در نظر می گیرد. تکنیک اضافه کردن -دو برابر کردن، تفکیک قائم و مونت-کارلواز جمله روشهای دقیق در محاسبه شدت تابش در نوار طول موج کوتاه هستند که در مطالعات به عنوان مرجعی برای صحت پارامتره کردن ها بکار رفته اند. در معادلات مربوط به شارهای طول موج بلند 4 نوع انتگرال گیری روی همه زوایای سرسو، شارها در راستای z، روی بازه طیفی du و روی مسیر جذبی وجود دارد. از جمله روشهای تقریبی محاسبه انتگرال روی فرکانس، روش توزیع  k، روش مدل نوار و روش گسیل پذیری معرفی شده اند. برای هر گاز بسته به نوار جذبی، ضریب جذب و در نتیجه تابع انتقال متفاوتی وجود دارد. روش تقریب جو بدون پراکندگی، تقریب پراکندگی منفرد، تقریب دو جریانی و تقریب ادینگتون از جمله روشهای تقریبی محاسبه شار تابشی طول موج کوتاه هستند. در نهایت این روشهای پارامتره کردن انتقال تابش در مدلهای متفاوت بررسی شده است. برای مقایسه میزان تفاوتها، شار تابشی طول موج کوتاه جذب شده توسط سطح و جو و شار پائین سوی طول موج بلند در سطح به عنوان خروجی مدلها با یکدیگر و با مقدار مشاهداتی مقایسه شده اند.نتیجه گیری: روشهای پارامتره کردن انتقال تابش در مدلها متفاوت است ولی در بعضی از گامهای انتقال تابش، شیوه پارامتره کردن در برخی از مدلها ممکن است مشابه باشد. مدلها در محاسبه بودجه تابش متوسط جهانی مخصوصا در سطح، تفاوت زیادی دارند. در مقایسه با مشاهدات، مدلها آفتابگیری در سطح را بیشتر تخمین می زنند و شار پائین سوی طول موجهای بلند کمتر از مشاهدات هستند.

درون یابی یکی از ابزارهای ضروری برای پژوهش­ های هواشناسی است. کاربرد روش های درون یابی در پیش بینی عددی پررنگ تر است به گونه ای که از ارکان اصلی حل معادلات با روش­ های لاگرانژی و نیمه لاگرانژی است. یکی از مشکلات عمده در اختصاص یک چندجمله ای به تابع مورد نظر برای درون یابی، نایکنوایی است. معمولاً در یک چندجمله ای، هنگام درون یابی در بازه بین دو نقطه، بیشینه و کمینه نسبی ایجاد می شود، مگر آنکه تابع یکنوا باشد. تولید بیشینه و کمینه نسبی در این بازه، سبب می شود که مقدار درون یابی شده در خارج از بازه داده ها قرار گیرد که این عامل، باعث بروز خطای فاحش در محاسبات عددی می شود. به همین دلیل، پژوهشگران تلاش های زیادی را برای حذف بیشینه و کمینه های نسبی در بازه های مورد درون یابی کرده­ اند که عمده آنها برای چندجمله ای هرمیت درجه سوم انجام شده است. یکنوا کردن تابع درون یابی، با استفاده از تغییر مشتق در نقاط اصلی صورت می گیرد. با تغییر مشتق، مقدار خطای درون یابی نیز تغییر می­ کند؛ بنابراین ایده اصلی برای کم کردن خطا این است که برای نیل به یکنوایی، مشتق کمترین تغییر ممکن را داشته باشد. در این پژوهش، از چندجمله ای درجه سوم هرمیت برای درون یابی یکنوا استفاده می­ شود و با اعمال کمترین تغییرات روی مشتق، میزان خطای یکنواسازی به حداقل ممکن کاهش می­ یابد. سپس نتایج با سایر روش های درون یابی یکنوا مقایسه می­ شود. بهبود عملکرد با حفظ خمیدگی در بازه مورد درون یابی، از نتایج این پژوهش است

جو زمین یک سامانه آشوب ناک است و پدیده هایی که در آن رخ می دهند، پیچیدگی بالایی دارند. روزانه حجم انبوهی از داده های آب و هوایی در صدها ایستگاه هم دیدی کشور ثبت می شوند. در این مقاله، امکان به کارگیری این داده ها برای پیش بینی کوتاه مدت وضع هوا مورد بررسی قرار گرفته است. چهارچوبی جهت پیش بینی بر مبنای این داده ها، پیشنهاد شده است که مبتنی بر به کارگیری مجموعه ای از نگاشت های وضعیت کنونی به وضعیت سه ساعت آینده است. در بخشی از مقاله امکان پیش بینی وضعیت سه ساعت آینده ایستگاه هم دیدی همدان بر پایه وضعیت جاری این ایستگاه و 9 ایستگاه پیرامونش مورد بررسی قرار گرفته است. برای نگاشت از وضعیت کنونی به وضعیت آینده، نخست پارامترهای ورودی مهم تر در توصیف وضعیت کنونی انتخاب و سپس از یک رگرسیون کننده برای نگاشت به وضعیت آینده استفاده شده است. نتایج تجربی اختلاف زیادی بین پیش بینی های انجام شده بر مبنای داده های ایستگاه های هم دیدی نسبت به پیش بینی های عملیاتی نشان می دهد. اگر چه ضعف مدل می تواند یکی از دلایل این اختلاف باشد، اما به نظر می رسد مشکل اصلی ناشی از کمبود داده های ضروری، به خصوص در لایه های بالایی جو و تفکیک مکانی پایین داده ها باشد.

ماهیت آشوب ناک جو، موجب بروز عدم قطعیت پیش بینی عددی وضع هوا می شود که ناشی از نقص در شرایط اولیه مدل، خطاهای مدل مانند خطای تقریب برخی معادلات فیزیکی و کم بودن ذاتی پیش بینی پذیری پدیده های فیزیکی است. یکی از روش های غلبه بر این عدم قطعیت، تولید یک سامانه همادی با ایجاد پریشیدگی در عوامل تولید آن است. ازآنجاکه بارش یکی از دشوارترین پراسنج های قابل پیش بینی به شمار می رود، این تحقیق بر آن است تا با توسعه یک سامانه همادی چند فیزیکی برای مدل میان مقیاس WRF، عملکرد آن را در شبیه سازی بارش در مناطق مرکزی ایران بررسی کند. این سامانه با 84 عضو، متشکل از دو طرح واره لایه مرزی، پنج طرح واره کومولوسی و حالت بدون کومولوس و هفت طرح واره میکروفیزیکی، با سه دامنه تودرتو با تفکیک 4، 12 و 36 کیلومتری روی مناطق مرکزی ایران شامل 132 ایستگاه برای دوازده روز بارشی منتخب از زمستان 2016-2015 اجرا شد. با استفاده از داده های مشاهداتی همدیدی سازمان هواشناسی، بارش 24 ساعته خروجی سامانه همادی با محاسبه سنجه های درستی سنجی استاندارد منتخب ارزیابی شد. نتایج نشان داد از بین طرح واره های انتخابی، طرح واره لایه مرزی MYJ، طرح واره های کومولوسی KF و GF و طرح واره های میکروفیزیکی WSM6، Goddard و New Thompson بهترین عملکرد را داشتند. علاوه بر این بررسی، سنجه های درستی سنجی برای سه دسته بارشی کمتر از 1 میلی متر، بین 1 تا 10 میلی متر و بین 10 تا 50 میلی متر، نشان دهنده کیفیت مناسب پیش بینی بارش سامانه همادی است و عملکرد آن با افزایش تعداد اعضاء بهبود می یابد.

در این مطالعه کارایی مدل تحقیقاتی و پیش بینی وضع هوا (WRF) برای پیش بینی های بارندگی تجمعی 24 ساعته در کشور ایران تعیین شده است. پیش بینی های روزانه برای دوره اول نوامبر 2008 تا 30 ژوئن 2009 برای بردهای 24، 48 و 72 ساعته راست آزمایی شده اند. فرایند راست آزمایی به طور جداگانه برای سه گستره بارش و نیز 9 منطقه مختلف کشور با استفاده از جدول توافقی 2×2 و کمیت های راست آزمایی وابسته به این جدول انجام شده است. با این که بارش مشکل ترین پارامتر برای پیش بینی است نتایج راست آزمایی مهارت قابل قبولی را از پیش بینی های مدل WRF نشان می دهد. با توجه به مقادیر بزرگ تر از یک کمیت اریبی نتایج نشان می دهد که به طور کلی مدل فراپیش بینی دارد. در شمال کشور که پربارش ترین مناطق هستند مقدار کمیت TS بیش از 0.50 است که بالاترین دقت مدل را برای پیش بینی بارش در بین مناطق مختلف نشان می دهد و در مناطق کم بارش شرق و جنوب شرق کشور کمیت TS با مقادیر کمتر از 0.40 کمترین دقت مدل را در بین مناطق مختلف کشور نشان می دهد. همچنین ارزش اقتصادی پیش بینی های این مدل برای نسبت های هزینه به ضرر کمتر از 0.40 به بیش از 0.60 نیز رسیده است که استفاده عملیاتی پیش بینی های این مدل را توصیه پذیر می سازد.

هدف از این پژوهش بررسی میزان گسیل غبار برآوردشده با مدل منطقه ای پیش بینی عددی و تحقیقاتی WRF-Chem در منطقه خاور میانه با استفاده از سری داده های بهبود یافته پارامترهای سطح است. این داده ها، که در برگیرنده پوشش گیاهی، بافت خاک و توپوگرافی اند، به کمک داده های ماهواره ای حس گر مادیس و داده های USGS تهیه شده اند، و با تلفیق آنها، مناطق مستعد گسیل غبار منطقه مشخص شده است. از آنجا که داده های سطح موجود در مدل WRF-Chem شامل داده های میانگین پنج ساله و با تفکیک افقی کم است و همچنین به دلیل اهمیت شرایط سطحی مناطق چشمه غبار در تعیین میزان گسیل غبار و نحوه توزیع آن در منطقه، مقایسه ای بین نتایج داده های موجود در مدل WRF-Chem با داده های جدید صورت گرفت که نشان دهنده ناتوانی داده های موجود در مدل برای نمایان کردن جزئیات خصوصیات بافت خاک و پوشش گیاهی منطقه بود. هرچند که داده های جدید، میزان خطا را در شناسایی چشمه های غبار و به دنبال آن تعیین میزان گسیل و نحوه توزیع غبار کاهش می دهد. علاوه بر آن، گسیل غبار با داده های سطح موجود در مدل و داده های ورودی جدید برای توفان غبار دوره 13 تا 18 تیرماه 1388 شبیه سازی و چشمه های غبار موثر و میزان گسیل از هریک از آنها و نحوه توزیع غبار در منطقه بررسی شد. نتایج شبیه سازی ها، چهار چشمه عمده غبار را در منطقه خاورمیانه نشان می دهد که شامل سودان، عربستان سعودی و بخشی از عراق، ایران و افغانستان، و پاکستان هستند که هر یک از این چشمه ها در طی رویداد غبار، نقش های متفاوتی دارند. همچنین این توفان غبار بر فراز چشمه سودان شکل می گیرد و با جریان های جنوب غربی به سمت شمال شرق تا ایران و ترکمنستان کشیده شده است. در پایان دوره، چشمه ضعیف تری در جنوب شرق ایران در بار غبار موجود در منطقه مشارکت کرده است. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی گسیل غبار، نشان می دهد که الگوی گسیل غبار حاصل از داده های جدید، گستردگی بیشتری در اطراف چشمه های اصلی غبار تعیین شده در منطقه خاورمیانه دارند.

استفاده از مدل های پیش بینی عددی وضع هوا برای پیش بینی پدیده های هواشناسی در مقیاس همرفتی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. بدین منظور استفاده از مدل های مختلف پیش بینی عددی وضع هوا و مقایسه نتایج شبیه سازی این مدل ها در درک بهتر مشکلات مرتبط با این مقیاس ها و شناخت خطاهای سامانمند مدل ها کمک بسیاری خواهد کرد. در این تحقیق شبیه سازی های مختلف با استفاده از دو مدل میان مقیاس WRF و HARMONIE و با شرایط اولیه و مرزی یکسان (ECMWF ERA-Interim) به مدت 15 روز در ماه دسامبر 2013 انجام شده است. تمامی شبیه سازی ها با تفکیک افقی در مقیاس همرفتی 5/2 کیلومتر و آغازگری شده در ساعت های 00UTC و 12UTC می باشند. اجرای مدل به مدت 72 ساعت در منطقه ای با کوهساری پیچیده در نیمه غربی ایران انجام شده است. نتایج نشان داد که دو مدل از عملکرد مشابهی در شبیه سازی متغیرهای مختلف برخوردار هستند. برای شبیه سازی بارش تجمعی، نتایج نشانگر عملکرد بهتر مدل WRF نسبت به مدل HARMONIE در دوره زمانی شبیه سازی است. برای بارش تجمعی 24 ساعته، مدل WRF دارای همبستگی اندکی بیشتر و خطای میانگین مربعات کمتر در همه زمان های پیش بینی بین مقادیر مشاهداتی و شبیه سازی شده است، اما برای اریبی بارش، HARMONIE دارای عملکرد بهتری است. به واسطه به کارگیری داده های بازتحلیل به عنوان شرایط مرزی جانبی، افزایش زمان پیش بینی اثر قابل توجهی بر امتیازهای ارزیابی بارش نداشت. برای متغیرهای هواشناسی سطح زمین، اختلاف قابل توجهی در ارتباط با اریبی رطوبت نسبی تراز 2 متر برای مدل WRF و HARMONIE وجود داشت (فراتخمین رطوبت برای HARMONIE و فروتخمین برای مدل WRF). برای متغیرهای ترازهای بالا، بیشترین شباهت ها در اریبی و انحراف معیار خطا مرتبط با نیم رخ های قائم دما و بیشترین تفاوت ها در اریبی رطوبت نسبی در تراز 850 هکتوپاسکال مشاهده شد.