ردیابی منابع رطوبتی و تحلیل شاخص‌های ناپایداری منجر به بارش‌های سنگین شمال غرب ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آب و هواشناسی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

2 استاد آب و هواشناسی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

10.48308/esrj.2025.235940.1225

چکیده

چکیده مبسوط فارسی

مقدمه

مطالعه مخاطرات اقلیمی نظیر بارش سنگین به دلیل تأثیر مستقیم در ایجاد سیل بسیار حائز اهمیت است. به دلیل تغییرات اقلیمی که جهان دچار آن شده مخاطرات اقلیمی افزایش‌یافته است. منطقه شمال غرب ایران به علت توپوگرافی کوهستانی و قرارگیری در مسیر اصلی عبور سیکلون‌های مدیترانه مستعد رخداد بارش‌های سنگین است. این پژوهش با هدف شناسایی منابع رطوبتی بارش سنگین شمال غرب کشور ایران و همچنین تحلیل شاخص‌های ناپایداری مرتبط با آن انجام گرفته است. طبیعی است که انسان نمی‌تواند از بروز مخاطرات جوی جلوگیری کند ولی با پیش‌آگاهی از این رخدادها و انجام پیش‌بینی‌های اقلیمی می ‌تواند از نتایج مخرب این مخاطرات بکاهد. همچنین با توجه به نقش بسیار پررنگ انسان در افزایش مهم ‌ترین واداشت اقلیمی یعنی گازهای گلخانه‌ای به‌ویژه گاز دی‌ اکسید کربن با مدیریت سوخت‌ های فسیلی و افزایش نیروگاه‌ های انرژی‌های نو می‌توان از تغییرات اقلیمی مسبب رخداد های حدی کاست. در مدیریت بارش سنگین برای مهار آب‌ های جاری برای استفاده در کشاورزی و صنعت می ‌توان از پیش‌بینی ‌های آب و هوایی بهره برد.



مواد و روش‌ها

منطقه مورد مطالعه در این تحقیق، شمال غرب ایران شامل استان ‌های آذربایجان غربی، آذربایجان شرقی، اردبیل، شمال کردستان و غرب زنجان می ‌باشد. در این پژوهش داده‌ های بارش روزانه و ساعتی 23 ایستگاه سینوپتیک واقع در شمال غرب ایران در دوره 1990-2019 از سازمان هواشناسی ایران (www.irimo.ir) اخذ گردید. داده‌ های جو بالای ایستگاه تبریز (تنها ایستگاه جو بالا در شمال غرب ایران) از سایت دانشگاه وایومینگ (http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html) به دست آمد. همچنین داده‌های سطح فوقانی جو از پایگاه NCEP/NCAR تارنمای www.cdc.noaa.gov اخذ شد. با استفاده از مدل HYSPLIT در سطوح مختلف جو با روش عقب‌گرد به مدت 3 روز از ایستگاه‌ های منتخب با گام زمانی 6 ساعته انجام گرفت. با نرم‌افزار RAOB، نمودار اسکیوتی ترسیم و شاخص‌ های ناپایداری مهم از قبیل TTI،CAPE،KI،LI، SI و SWEAT برای بارش سنگین تجزیه ‌و تحلیل شدند. با استفاده از تحلیل عاملی به روش تحلیل مؤلفه‌ های اصلی (PCA)، عامل‌های اصلی از بین شاخص‌ های ناپایداری شناسایی شد. سپس تحلیل خوشه‌ای سلسله مراتبی به روش وارد با فاصله اقلیدوسی انجام گرفت و با تعیین دو خوشه، وضعیت ناپایداری جو در روزهای نماینده و روز قبل ارزیابی گردید. نمودار گلباد روزهای نماینده رخدادهای حدی برای ایستگاه‌ های منتخب به ‌منظور تعیین جهت باد های غالب ترسیم شد تا با مسیر رطوبتی برونداد نرم‌افزار HYSPLIT مقایسه شود. همچنین از نمودار ترکیبی سرعت باد و بارش به ترتیب بر اساس متر بر ثانیه و میلی ‌متر برای ارزیابی ساعت‌ های بیشینه بارش سنگین و حداکثر سرعت باد منطقه مورد مطالعه در روزهای بارش حدی استفاده شد.



نتایج و بحث

محاسبات نشان داد که با ‌توجه‌ به شاخص ‌های ناپایداری و نمودار ترمودینامیکی اسکیوتی، نقش عامل همرفت در بارش ‌های سنگین شمال غرب ایران کم و عامل دینامیکی دلیل اصلی بارش‌ های سنگین بوده است. نتایج مطالعه بر اساس نمودار گلباد، حاکی از آن است که باد های غالب مسبب رخدادهای بارش سنگین از سمت جنوب غربی وزیده‌اند و به‌طور متوسط 5/3 متر بر ثانیه سرعت داشته‌اند. خروجی نمودار HYSPLIT نیز تأیید کنندۀ جهت جنوب غربی مسیر ورودی رطوبت بارش‌های حدی به منطقه مورد مطالعه است. همچنین نتایج نمودار ترکیبی سرعت باد و بارش به‌صورت ساعتی نشان داد که حداکثر سرعت باد و بیشینه بارش در روزهای بارش سنگین، ساعت 12 گرینویچ معادل 15:30 به‌وقت محلی بوده است که نشان از تقویت سیستم دینامیکی مؤثر در منطقه در این ساعت هست. به عبارتی چرخند مستقر در این ساعت با همگرایی ایجاد شده، بیشینه رطوبت را به منطقه کشانده و با صعود شدید موجبات رخداد بارش‌های سنگین شمال غرب ایران را مهیا کرده است. بر اساس محاسبات انجام‌ گرفته، متوسط متغیری ‌های جوی آب قابل بارش، رطوبت نسبی و سرعت بردار باد در رخداد های حدی بارش در شمال غرب ایران به ترتیب 16 کیلوگرم بر مربع، 68 درصد و 20 متر بر ثانیه بوده است.





نتیجه‌گیری

نتایج نشان داد که اصلی ‌ترین منشأ رطوبت بارش سنگین شمال غرب ایران در این دوره 1990-2019 دریای سرخ است و مسیر اصلی ورود رطوبت برای تأمین بارش حدی به منطقه مورد مطالعه، جنوب غربی است. همچنین نتایج نشان داد که بارش ‌های سنگین در منطقه پژوهش در دوره زمانی 30 ساله با ناپایداری همرفتی کمتری همراه بوده (5 درصد) و نقش ناپایداری دینامیکی بسیار بیشتر است (95 درصد).

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Tracking Moisture Sources and Analysis of Instability Indicators leading to Heavy Rains in Northwest Iran

نویسندگان [English]

  • Ali Shahi 1
  • Bromand Salahi 2
1 Ph.D Student of Climatology, Department of Physical Geography, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabil, Iran
2 Professor of Climatology, Department of Physical Geography, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
چکیده [English]

Extended Abstract

Introduction

Studying climatic hazards such as heavy rainfalls is very important because of its direct effect on causing floods. Due to the climate changes that the world has experienced, climate risks have increased. The northwest region of Iran is prone to heavy rains due to its mountainous topography and location in the main path of Mediterranean cyclones. This research has been carried out to identify the moisture sources of heavy rainfalls in the northwest of Iran, as well as analyze the instability indicators related to it. Naturally, humans cannot prevent the occurrence of atmospheric hazards, but by forewarning these occurrences and making climate forecasts, they can reduce the destructive results of these hazards. Also, due to the very prominent role of humans in increasing the most important climate forcing, i.e. greenhouse gases, especially carbon dioxide gas, by managing fossil fuels and increasing new energy power plants, it is possible to reduce climate changes that cause extreme events. Climatic forecasting can be used to control heavy rainfall for use in agriculture and industry.





Materials and Methods

In this research, the daily and hourly rainfall data of 23 synoptic stations located in the northwest of Iran from 1990 to 2019 were obtained from the Iranian Meteorological Organization (www.irimo.ir). The upper atmosphere data of Tabriz station (the only upper atmosphere station in northwestern Iran) was obtained from the University of Wyoming website (http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html). Also, upper atmosphere data were obtained from the NCEP/NCAR database at www.cdc.noaa.gov. Using the HYSPLIT model, it was carried out at different levels of the atmosphere with the backward method for 3 days from the selected stations with a time step of 6 hours. With RAOB software, a Skew-T diagram was drawn and important instability indices such as TTI, CAPE, KI, LI, SI, and SWEAT were analyzed for heavy rainfalls. Using factor analysis by principal component analysis (PCA), the main factors were identified among the instability indicators. Then hierarchical cluster analysis was performed using Ward's method with Euclidean distance and by determining two clusters, the state of atmospheric instability was evaluated on representative days and the previous day. A windrose diagram of representative days of extreme events for selected stations was drawn to determine the direction of prevailing winds to be compared with the humidity track output of HYSPLIT software. Also, the combined graph of wind speed (meters per second) and precipitation (millimeters), was used to evaluate the maximum hours of heavy precipitation and the maximum wind speed of the study area in the days of maximum precipitation.





Results and Discussion

The calculations showed that according to the instability indices and the thermodynamic diagram of Skew-T, the role of the convection factor in the heavy rains of northwest Iran was low and the dynamic factor was the main reason for the heavy rains. The results of the study, based on the windrose diagram, indicate that the prevailing winds causing heavy rain events blew from the southwest and had an average speed of 3.5 meters per second. The output of the HYSPLIT diagram also confirms the southwest direction of the moisture entry path of extreme precipitation to the studied area. Also, the results of the combined graph of wind speed and rainfalls in an hourly manner showed that the maximum wind speed and maximum rainfalls on the days of heavy rain was 12:30 GMT (15:30 local time), which indicates the strengthening of the effective dynamic system in the region at this time. In other words, the cyclone located at this hour has been created by convergence, it has brought the maximum humidity to the region, and with its strong ascent, it has caused heavy rains in the northwest of Iran. Based on the calculations, the average atmospheric variables of precipitable water, relative humidity, and wind vector speed in extreme precipitation events in northwest Iran were 16 kg/square, 68 percent, and 20 m/s, respectively.



Conclusion

The results showed that the main source of moisture for the heavy rainfalls in northwest Iran in the period of 1990-2019 is the Red Sea and the main route of moisture entry to provide maximum precipitation in the studied area is southwest. Also, the results showed that heavy rains in the research area in the 30 years were associated with less convective instability (5%) and the role of dynamic instability was much greater (95%).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cluster Analysis
  • Factor Analysis
  • Heavy Rainfalls
  • HYSPLIT
  • Northwest Iran
  • RAOB