عباس مفیدی

برای تعیین موقعیت و نوع بلاکینگ ها مؤثر بر اقلیم دوره سرد ایران، داده های روزانه ارتفاع ژئوپتانسیل متر سطح 500 هکتوپاسکال در محدوده 10-70 درجه شمالی و 10-80 درجه شرقی با تفکیک 5/2 درجه در دوره آماری 2010-1961 استفاده شد. بلاکینگ ها با شاخص کمی تیبالدی بر روی نقاط رقومی شناسایی گردید. در منطقه موردمطالعه، سه ناحیه وقوع بلاکینگ به ترتیب در اروپای مرکزی، اروپای شرقی و آسیای مرکزی وجود دارند. نوع غالب بلاکینگ ها در این نواحی از نوع رکس با قرارگیری بلاکینگ و سردچال در سطوح میانی جو، روی همدیگر می باشد، چنانچه در اروپای مرکزی و شرقی یک بلاکینگ از نوع رکس شکل گیرد، همزمان در آسیای مرکزی یک تراف عمیق یا سردچال ایجاد می شود و این تسلسل در سیستم های جوی نصف النهاری طبیعی است. بارش های ایران با سیستم بلاکینگ رکس اروپای شرقی و سردچال آسیای مرکزی بیشترین ارتباط را داشته و ریزش ها در غالب نقاط ایران افزایش دارد؛ اما چنانچه در ناحیه آسیای مرکزی، ارتفاع افزایش داشته و بلاکینگ از نوع امگا شکل گیرد، به دلیل افزایش ارتفاع جو، بارش ها در غالب نقاط ایران کاهش دارند؛ اما چنانچه در اروپای مرکزی یک بلاکینگ از نوع امگا شکل گیرد با عمیق شدن تراف در بالکان و دریای سیاه، با ریزش های جوی در شمال غربی ایران همراه است و اگر این نوع بلاکینگ در اروپای شرقی شکل گیرد، عمدتاً تمرکز بارش ها در ناحیه خزری، خزر شرقی تا شمال شرقی ایران، است.

به منظوربررسی دقیق روزهای آلوده ازلحاظ تداوم وپایداری، این مقاله به بررسی آماری آلودگی هوای شهرمشهدپرداخته است. دادههای مربوط به آلودگی به صورت روزانه وازسال1384 تاسال1390ازتاسال1390ازاداره کل حفاظت محیط زیست خراسان رضوی تهیه گردید.پس ازجمع آوری دادهها ومشخص شدن دوره آماری ازبین این دادههاآلایندههایی که بیشترین تاثیررا برآلودگی هوای شهرمشهد داشتند(منوکسید کربن، دی اکسید نیتروژن، دی اکسید گوگرد، ازن و ذرات معلق (PM10) جهت مشخص ساختن کیفیت هوا انتخاب گردید و سپس تجزیه وتحلیل آماری به منظورمشخص شدن تداوم وتعدادروزهای آلوده انجام شد. نتایج به دست آمدنشان دادکه آلودگی هواازسال 1384تا سال 1390درنوسان بوده وروند کاهشی داشته است.همچنین درطی دوره موردنظرذرات معلق( PM10) دارای بیشترین مقدار بوده است .آلوده ترین فصول مشهدپاییزوزمستان می باشند.ازلحاظ توزیع سالانه، سال 1386 با29روز آلودگی دارای بیشترین مقدارمی باشد.ماه اسفند با18روزآلوده ترین ماه وتیرماه به عنوان پاکترین ماه سال مشخص شده است.همچنین ازبررسی تعدادروزهای آلوده باتداوم دوروزوبیشتر ،سال1387و1386به لحاظ تداوم نسبت به سالهای دیگرمشخص تربوده است.

شهر مشهدازجمله شهرهای آلوده ایران می باشدکه عوامل متعددی درآلودگی آن نقش دارندازجمله عناصراقلیمی که دراین مقاله موردبررسی قرارگرفته است. به این منظور دادههای مربوط به آلودگی هوا (منوکسید کربن، دی اکسید نیتروژن، دی اکسید گوگرد، ازن و ذرات معلق (PM10) به صورت روزانه وازسال 1384 تاسال 1390 ازاداره کل محیط زیست خراسان رضوی تهیه گردیدو برای بررسی تاثیرعناصراقلیمی برآلودگی ازداده های هواشناسی شامل حداقل وحداکثردما، حداقل وحداکثررطوبت، جهت وسرعت بادازایستگاه سینوپتیک مشهداستفاده گردید. دراین پژوهش از شبکه های عصبی با ساختارهای مختلف همانند پرسپترون استفاده شد وسعی گردید تا بهترین و کاراترین شبکه با تعیین مقدار خطای آن انتخاب و مورد استفاده قرارگیرد. در نهایت جهت انتخاب مدل مناسب و بهینه از شاخص های R2 و RMSE استفاده گردید. نتایج برآوردها نشان داد روش رگرسیون هیچ برآورد درستی از روزهای آلوده ندارد اما روش شبکه عصبی در 25 درصد موارد برآورد درست تری از روزهای آلوده دارد.

به منظور شناسایی و درک ساز وکار حاکم بر وردش پذیری و کاهش ازن پوش سپهری، اصول دینامیکی حاکم بر لایه پوش سپهر مورد توجه قرار گرفت . بدین منظور ارتباط بین مهم ترین مؤلفه های دینامیکی پوش سپهر از جمله تاوه قطبی، امواج راسبی مقیاس سیاره ای، گرمایش ناگهانی پوش سپهری و QBO با وردش پذیری و کاهش ازن پوش سپهری تشریح شد. یافته ها نشان م یدهد که تاوه قطبی پوش سپهری نقشی کلیدی در وردش پذیری سال به سال ازن کلی داشته و یک پیش شرط اصلی در کاهش ازن و پیدایش حفر هی ازن پوش سپهری محسوب می گردد. بر این اساس شکل، وسعت، شدت و میزان تداوم تاوه قطبی تعیین کننده ی میزان کاهش ازن و حداکثر پوشش منطقه ای حفره ی ازن می باشد. یافته ها بیانگر آنست که واداشت دینامیکیِ ناشی از فعالیت موج وردسپهری ، چشمه اصلی وردش های پوش سپهری بوده و گسترش بالا سوی امواج راسبی مقیاس سیاره ای ضمن ایجاد گردش بروئر -دابسون و پدیده گرمایش ناگهانی پوش سپهری، توزیع زمانی و مکانی ازن کلی و کاهش یا افزایش ازن پوش سپهری را کنترل می نماید. بدین لحاظ گردش پوش سپهر زمستانی قویاً از گسترش قائم امواج وردسپهری متأثر گردیده و میزان فعالیت امواج سیاره ای در پوش سپهر و نحوه برهم کنش آن ها با مؤلفه های دینامیکی ای چون QBO و تاوه قطبی، ضمن کنترل گردش بروئر-دابسون و نرخ دما، میزان انتقال و ورد شپذیری سال به سال ازن پوش سپهری را تعیین می نماید. پدیده گرمایش ناگهانی، برجسته ترین پدیده دینامیکی است که در پوش سپهر بوقوع می پیوندد. گسیختگی تاوه قطبی در طول یک گرمایش ناگهانی اصلی یا در طول گرمایش پایانی، بالاترین میزان اختلاط هوای ممکن را در پوش سپهر، بین عر ضهای میانی و قطبی ممکن م یسازد که نتیجه مستقیم آن انتقال هوای فقیر از ازن از داخل تاوه قطبی به عر ضهای میانی است QBO عامل اصلی ورد شپذیری در پوش سپهر حار های محسوب م یگردد. یافته ها نشان می دهد که ساختار باد مداری در پوش سپهر، گسترش امواج سیاره ای وردسپهری را از خود متأثر می سازد. زمانی که QBO در پوش سپهر تحتانی حاره ای در فاز غربی خود قرار دارد، امواج سیاره ای بدون مواجهه با یک سطح بحرانی قادر به عبور از استوا و گسترش به داخل نیمکره تابستانی خواهند بود . در چنین وضعیتی تاوه قطبی سردتر و قوی تر بوده و گرمایش ناگهانی پوش سپهری از شدت و فراوانی کم تری برخوردار است و حفره ی ازن بزرگ تر خواهد بود. در مقابل، در فاز شرقی ،QBO امواج سیار های در مواجهه با سطح بحرانی به عر ضهای میانی و قطبی نیمکره زمستانی محدود می شوند. در چنین شرایطی تاوه قطبی گرم تر و ضعیف تر بوده و گرمایش ناگهانی پوش سپهری از شدت و فراوانی بیشتری برخوردار است و حفر هی ازن کوچ کتر خواهد بود. 

به منظور شناسایی و درک ساز و کار حاکم بر وردش پذیری و کاهش ازن پوش سپهری، خصوصیات دینامیکی جو میانی به ویژه نحوه گردش هوا و انتقال جرم در پوش سپهر بررسی گردید. بر این اساس ابتدا ویژگی های ازن از جمله نحوه تولید و توزیع زمانی-مکانی ازن پوش سپهری مورد توجه قرار گرفت. سپس با توجه به نقش بسیار مهم گردش هوا در توزیع، وردش پذیری و کاهش ازن پوش سپهری، ضمن ارائه یک تقسیم بندی از گردش هوای پوش سپهری، خصوصیات متوسط گردش مداری( شامل تاوه قطبی، Surf Zone، نوسان شبه دو ساله (QBO) و گردش نیمکره ی تابستان) و گردش نصف النهاری(گردش بروئر-دابسون) در لایه پوش سپهر تشریح گردید. در ادامه به منظور تبیین کمی کاهش ازن پوش سپهری روند کاهش ازن از منظر زمانی و مکانی مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت نحوه ارتباط مهم ترین مؤلفه های دینامیکی پوش سپهر از جمله تاوه قطبی، امواج راسبی مقیاس سیاره ای، گرمایش ناگهانی پوش سپهری و QBO با وردش پذیری و کاهش ازن پوش سپهری تشریح شد. یافته ها نشان می دهد که از ابتدای دهه 1980 تا کنون، متوسط جهانی کاهش ازن حدود 3% بوده و برجسته ترین تغییرات ازن در طول فصل بهار در مناطق قطبی دو نیمکره به وقوع پیوسته است. تاوه قطبی پوش سپهری نقشی کلیدی در وردش پذیری سال به سال ازن کلی داشته و یک پیش شرط اصلی در کاهش ازن و پیدایش حفره ی ازن پوش سپهری محسوب می گردد. بر این اساس شکل،وسعت، شدت و میزان تداوم تاوه قطبی تعیین کننده ی میزان کاهش ازن و حداکثر پوشش منطقه ای حفره ی ازن می باشد. واداشت دینامیکی ناشی از فعالیت موج وردسپهری، چشمه اصلی وردش های پوش سپهری بوده و گسترش بالاسوی امواج راسبی مقایس سیاره ای ضمن ایجاد گردش بروئر-دابسون و پدیده گرمایش ناگهانی پوش سپهری، توزیع زمانی و مکانی ازن کلی و کاهش یا افزایش ازن پوش سپهری را کنترل می نماید.بدین لحاظ گردش پوش سپهر زمستانی قویاً از گسترش قائم امواج وردسپهری متأثر گردیده و میزان فعالیت امواج سیاره ای در پوش سپهر و نحوه برهم کنش آن ها با مؤلفه های دینامیکی ای چون BQO و تاوه قطبی، ضمن کنترل گردش بروئر-دابسون و نرخ دما، میزان انتقال و وردش پذیری سال به سال ازن پوش سپهری را تعیین می نماید.

به منظور بررسی برخی از جنبه های سینوپتیکی مربوط به سامانه های کم فشار سودانی از جمله الگوی گردش تراز فوقانی و تحتانی وردسپهر و منبع رطوبت و نحوه فرارفت آن،الگوی سینوپتیکی حاکم در زمان وقوع توفان دسامبر 2001 بر روی ایران مورد توجه قرارگرفت . بدین منظور نقشه های فشار سطح زمین و ترازهای 500،200 و 50 هکتوپاسکال قبل و بعد از شروع توفان مورد بررسی قرار گرفت . جهت شناخت منبع اصلی رطوبت سامانه سودانی نقشه های جهت و سرعت باد و نم ویژه در تراز 850 هکتوپاسکال بررسی گردید . به منظور درک وضعیت جت جنب حاره و نحوه تقویت آن نقشه های مؤلفه باد مداری و پتانسیل سرعت X برای تراز 200 هکتوپاسکال تهیه و مورد مطالعه قرارگرفت. همچنین شکل ابر درتصاویر ماهواره ای مربوط به توفان دسامبر 2001 بررسی شد. نتایج مطالعه در رابطه با تشکیل وگسترش کم فشار سودانی اگر چه همچون سایر مطالعات بر مقادیر پایین شاخص چرخه و استقرار پشته ای در تراز میانی وردسپهر بر روی مدیترانه غربی و ناوه عمیقی برمنتهی الیه شرق مدیترانه دلالت دارد اما نقش اصلی را به کشیده شدن تاوه قطبی در تراز 50 هکتوپاسکال به عنوان منبع اصلی تاوایی برای پیدایش الگوی گردش ناهنجار و تقویت سلول هدلی و جت جنب حاره بر روی مدیترانه و شمال آفریقا می دهد. یافته ها بر استقرار مناسب خروجی هسته جت جنب حاره بر روی خاورمیانه به همراه استقرار و تقویت پشته ای در تراز میانی و زبانه پرفشاری در تراز پایین بر روی دریای عرب جهت تکوین و گسترش کم فشارهای سودانی تأکید دارد . نتایج حاصل از بررسی توفان دسامبر 2001 نشان می دهد که استقرار وتقویت پشته /پرفشار برروی دریای عرب از یک سو با ایجاد یک سری پسخورهای مثبت، موجب تشدید سلول هدلی و تقویت غیرمستقیم جت جنب حاره بر روی منطقه دریای سرخ شده و از سویی دیگر امکان انتقال مستقیم رطوبت از دریای عرب به درون سامانه های کم فشار را در زمان گسترش کم فشارهای منطقه دریای سرخ به ایران فراهم می سازد. همچنین یافته ها نشان می دهد که منبع اصلی رطوبت سامانه های سودانی مناطق حاره ای شرق آفریقا و قطاع جنوب غربی دریای عرب می باشد که درحین عبور از روی دریای سرخ و خلیج فارس تقویت می گردد.

به منظور درک ساز و کار حاکم بر فعالیت خورشیدی و نحوه ارتباط آن با اقلیم زمین، خصوصیات فیزیکی و فعالیت های خورشید، ساختار و ویژگی های لکه های خورشیدی، سیکل فعالیت لکه های خورشیدی و ارتباط بین وردش پذیری فعالیت خورشیدی به ویژه تأثیر سیکل لکه های خورشیدی بر اقلیم زمین مورد توجه قرار گرفت. جهت درک و فهم ارتباط بین وردش فعالیت خورشیدی و اقلیم زمین، منطقه ایران-خاورمیانه، شمال آفریقا و مدیترانه به عنوان یک منطقه جنب حاره ای نمونه انتخاب گردید. بررسی در دو مرحله انجام شد . در مرحله اول تعدادی از ایستگاه های ایران و مناطق جنب حاره ای هم جوار بررسی شد و داده های بارش و دمای تعداد 16 ایستگاه هواشناسی در منطقه خاورمیانه و ایران به ترتیب با طول دوره آماری مشترک 61 سا له ( 19930-1990 ) و 50 ساله ( 19951-2000 ) انتخاب گردید. در این مرحله داده های میانگین دمای فصل تابستان (ژوئیه، اوت و سپتامبر ) و مجموع بارش و میانگین دمای فصل زمستان(ژانویه، فوریه و مارس) استفاده گردید. در مرحله دوم به منظور بررسی رابطه بین مؤلفه های اصلی گردش جو در مناطق جنب حاره ای و سیکل فعالیت خورشیدی، منطقه ایران -خاورمیانه، شمال آفریقا و مدیترانه به چهار قطاع تقسیم گردید و با بررسی نقشه های تراز 500 و 50 هکتوپاسکال برای هریک از قطاع ها متوسط ارتفاع ژئوپتانسیل برای یک دوره 53 ساله ( 1948-2000 ) به ترتیب برای فصول زمستان و تابستان محاسبه شد . همچنین موقعیت و سرعت متوسط هسته جت جنب حاره در تراز 200 هکتوپاسکال در منطقه شمال آفریقا، خاورمیانه و مدیترانه برای دوره و فصول یاد شده استخراج و ارتباط آن با سیکل فعالیت خورشیدی بررسی شد . جهت تعیین ارتباط بین وردش پذیری فعالیت خورشیدی و متغیرهای اقلیمی و مؤلفه های منطقه ای گردش جو، تعداد لکه های خورشیدی، شار پرتو رادیویی خورشیدی و یک شاخص فعالیت ژئومغناطیسی موسوم به شاخص AA مورد استفاده قرار گرفت. یافته های تحقیق ارتباط معنادار قابل توجهی را بین تعداد لکه های خورشیدی و شار پرتو رادیویی خورشیدی با مجموع بارش زمستانه و میانگین دمای فصول حدی ایستگاه های منتخب ایران و مناطق هم جوار نشان نمی دهد. با وجود این همبستگی های ضعیف به دست آمده نشانگر آن است که در سال هایی که فعالیت خورشیدی به حداکثر خود می رسد، دمای میانگین فصل زمستان در منطقه خاورمیانه و ایران به طور نسبی کاهش می یابد . در مطالعه تغییرات متوسط ارتفاع ژئوپتانسیلِ ترازهای 500 و 50 هکتوپاسکال در ارتباط با شاخص های مربوط به سیکل فعالیت خورشیدی برای فصول حدی این نتیجه حاصل شد که به طورکلی تغییر فعالیت خورشید با ارتفاع ژئوپتانسیل در مناطق ایران - خاورمیانه، شمال آفریقا و مدیترانه (قطاع های تعریف شده) همبستگی مثبت دارد . بالاترین میزان همبستگی در تراز 50 هکتوپاسکال(پوش سپهر تحتانی) مشاهده گردیده است . به طوری که در بررسی تغییرات ارتفاع متوسط تراز 50 هکتوپاسکال در تابستان تمامی شاخص های فعالیت خورشیدی با قطاع های چهارگانه همبستگی مثبت معناداری را نشان داده اند. در بررسی سرعت و موقعیت هسته جت جنب حاره و ارتباط آن با تعداد لکه ها و سایر شاخص های فعالیت خورشیدی برای دو فصل زمستان و تابستان همبستگی منفی ضعیفی مشاهده گردید.

گرد و غبار یکی از مخاطرات جوی است که در نواحی خشک و نیمه خشک دارای پیامدهای اقلیمی و زیست محیطی نامطلوبی می باشد. هدف تحقیق حاضر مدلسازی دینامیکی ویژگی های مکانی- زمانی گرد و غبار در جنوب و جنوب شرق ایران با مدل REG-CM4 با استفاده از داده های ماهانه گرد و غباری و داده های مدل RegCM4 می باشد. بدین منظور، توزیع مکانی گرد و غبار به روش IDW به همراه نمودارهای گرد و غبار ترسیم شدند. مدل RegCM4 با در نظرگیری سیستم تصویر لامبرت با قدرت تفکیک افقی 40 کیلومتر با مدل جفت شده شیمی اجرا شد. توزیع مکانی گرد و غبار ماهانه و سالانه بالاترین مقادیر فراوانی گرد و غبار را برای شهرهای زابل، بندرعباس، زاهدان و جاسک نسبت به ایستگاه های سیرجان، کهنوج و لار نشان می دهد. علاوه بر این، بیشترین وقوع فراوانی گرد و غبار در استان های سیستان و بلوچستان (%48)، هرمزگان (%27) و فارس با 16 درصد و کمترین فراوانی آن برای استان کرمان (%9) نشان داده شده است. به طور کلی، فصول تابستان (در ایستگاه سیستان) و زمستان (ایستگاه کرمان) به ترتیب بیشینه و کمینه رخداد گرد و غبار را دارند. بررسی زمانی نیز بیشترین میزان گرد و غبار را برای ماه های گرم سال و کمترین را برای ماه های سرد سال به همراه دارد. ماه جولای در ایستگاه زابل و ماه های نوامبر و دسامبر در ایستگاه سیرجان به ترتیب بیشترین و کمترین فراوانی گرد و غبار را دارند. همچنین، مدل اقلیمی RegCM4 برای متغیرهای مختلف نیز بیشینه گرد و غبار را بر روی جنوب شرق، جنوب و سواحل جنوب به خوبی نشان داده است.

تبخیر و تعرق یکی از مهم ترین مؤلفه ها در بیلان و مدیریت آب است. در این پژوهش به ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر میزان تبخیر و تعرق پتانسیل در بخش جنوبی حوضه آبریز رودخانه ارس با استفاده از داده های ریزمقیاس شده مدل GFDL-ESM2M در ریزگردان دینامیکی CORDEX تحت سناریوی RCP8.5 طی دوره 2050-2021 و مقایسه آن با مقادیر دوره پایه (1985-2005) پرداخته شد. از داده های با قدرت تفکیک افقی 22*22 کیلومتر مدل GFDL-ESM2M در این پژوهش استفاده گردید. یافته های پژوهش نشان داد مقدار حداقل و حداکثر دما و به تبع آن ETp دوره آینده در مقایسه با دوره پایه در تمامی شش ایستگاه مورد مطالعه حوضه ارس (اردبیل، اهر، جلفا، خوی، ماکو و پارس آباد) افزایش خواهد یافت. مقدار این افزایش حداقل دما بین 4/1 تا 8/3 درجه سانتی گراد و برای حداکثر دما 7/1 تا 2/2 درجه سانتی گراد تخمین زده شده است. دامنه افزایش ETpسالانه بین 133 میلی متر در خوی تا 189 میلی متر در اهر متغیر است. در مقیاس ماهانه ETp تمامی ایستگاه ها از ژانویه تا ژوئیه با افزایشی بین 9/3 تا 1/64 میلی متر و از اوت تا دسامبر با کاهشی حدود 7/0 تا 2/38 میلی متر برآورد شد. برآورد افزایش ETp دوره آینده در حوضه به ویژه در ماه های فصل بهار که از نظر نیاز آبی حائز اهمیت فراوانی است، ضرورت توجه ویژه به احتمال این افزایش برآوردی در برنامه ریزی های بخش آب و انرژی را ایجاب می کند.

در این مطالعه، تغییرات زمانی-مکانی تبخیر و تعرق (ET) در بخش جنوبی حوضه آبریز رودخانه ارس مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، از داده های شبکه بندی شده ET مدل FLDAS Noah با تفکیک افقی 1/0*1/0 درجه برای یک دوره 38 ساله (2019-1982) استفاده شد. پس از اعتبارسنجی داده ها، ابتدا مقادیر متوسط سالانه ET برای منطقه تعیین گردید. سپس توزیع ماهانه و فصلی پارامتر به شکل فضایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در ادامه وردایی ها و ناهنجاری های سال به سال ET ارزیابی شد. همچنین پراکندگی فضایی فراوانی وقوع ET با لحاظ نمودن آستانه های مطلق 50، ،80، 100 و 120 میلی متر برای حوضه ارس بررسی شد. نتایج بیانگر آن است که ET سالانه در شرق حوضه بالاتر از غرب حوضه می باشد. در مقیاس فصلی، به ترتیب فصل بهار و تابستان بیش ترین مقادیر ET را به خود اختصاص داده اند. در مقیاس ماهانه، ماه های می ژوئن، آوریل و مارس دارای بیش ترین مقادیر ET بوده اند. در مقابل، ماه های فصل پاییز و زمستان پایین ترین مقادیر متوسط ET را به خود اختصاص داده اند. همچنین کل حوضه در طول دوره مطالعه، سه دوره مشخص از تغییرات ET را تجربه نموده است که در بخش های شرقی و غربی حوضه، علیرغم رفتار مشابه در دوره های دوم و سوم، تفاوت برجسته ای در دوره اول ملاحظه گردید. یافته ها همچنین حاکی از وجود ناهنجاری مثبت بعد از سال 2002 در کل حوضه است که بالاترین مقادیر آن در سال 2018 در غرب حوضه بوقوع پیوسته است. بررسی فراوانی وقوع آستانه های مطلق ET بر روی حوضه، نشان دهنده دفعات بالای وقوع ET در تمامی آستانه ها در شرق حوضه می باشد. بررسی قریب 4 دهه مقادیر ET در حوضه رود ارس، بیانگر افزایش مقادیر ET در طی دو دهه اخیر بر روی کل حوضه بوده که می توان آن را ناشی از وقوع پدیده گرمایش جهانی دانست.