محمد موسوی بایگی

خشکسالی یکی از پدیده های طبیعی در اقلیم های مختلف با ویژگی تکرار شونده است که به علت داشتن ویژگی هایی نظیر شروع، خاتمه، شدت و فراوانی، دارای پیچیدگی هایی در مقایسه با سایر مخاطرات طبیعی است و گستره وسیعی از ابعاد محیط طبیعی و جوامع انسانی را تحت تأثیر خود قرار می دهد؛ ازجمله بخش های اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی. در این پژوهش سعی شده تا مدلی برای پیش بینی ریسک خشکسالی، ارائه و اقدامات لازم به منظور کاهش اثرات ناشی از آن انجام شود. بدین منظور از شاخص های خشکسالی هواشناسی SPEI و eRDI و شاخص خشکسالی هیدرولوژیک (SRI) استفاده شد. به منظور بررسی تأثیر تغییر اقلیم بر این پدیده، دو سناریوی انتشار خوش بینانه و بدبینانه مورد بررسی قرار گرفت. دوره پایه این مطالعه 2015-1983 و دوره پیش بینی ریسک خشکسالی سال های 2100-2020 است. دو روش مدل سازی BQR و loess Nonparametric Regression برای مدل سازی ریسک خشکسالی استفاده شد. نتایج بدست آمده از این مطالعه حاکی از کاهش نسبی در وقوع دفعات خشکسالی در 27 ساله آینده نزدیک در زیر حوضه آبریز افین است. همچنین مقایسه روش های مختلف نشان از مناسب بودن مدل رگرسیون ناپارامتری برای پیش بینی ریسک خشکسالی آینده را داشت.

بررسی نوع ابر و مقدار بارش ابرها از مواردی است که کمتر در کارهای پژوهشی به آن پرداخته می شود؛ لذا در این پژوهش با استفاده از فنّ دی کد کردن داده های سینوپ شش ایستگاه هواشناسی استان خراسان جنوبی، ویژگی های اقلیمی و روند بارش های پوششی و فرا رفتی موردبررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد درصد بارش های پوششی، فرا رفتی و مخلوط در استان خراسان جنوبی در دو فصل پاییز و زمستان مشابه یکدیگر و درصد بارش های پوششی، فرا رفتی و مخلوط فصل تابستان تفاوت زیادی با دیگر فصول دارد. بیشینه بارش های فرا رفتی در بیرجند در ماه های می تا اکتبر، در بشرویه در ماه های می تا جولای، در فردوس در ماه های می و ژوئن، در قاین در ماه های مارس تا نوامبر، در نهبندان در ماه های آوریل تا نوامبر و در طبس در ماه های می تا سپتامبر رخ می دهد و ایستگاه های بیرجند، قاین و نهبندان که ارتفاع بالاتری از سطح دریا نسبت به سه ایستگاه دیگر دارند بیشتر بارش های تابستانه آن ها از نوع فرا رفتی است.

با توجّه به اهمّیت و کاربرد گیاهان دارویی، پژوهش در زمینه نیاز آبی این گیاهان به ویژه در مناطق خشک ضروری به نظر می رسد. در این مطالعه تبخیر تعرّق، مقاومت آیرودینامیک و مقاومت سطحی گیاه دارویی همیشه بهار در منطقه خشک کرمان بررسی شد. برای اندازه گیری تبخیر - تعرّق این گیاه از پنج لایسیمتر حجمی زهکش دار به قطر 70 سانتی متر و ارتفاع 80 سانتی متر استفاده شد. فصل کشت با سال های 1393 و 1394 منطبق بوده است. برای برآورد مقاومت آیرودینامیک از روش پنمن و شش روش مبتنی بر نظریه مونین - آبخوف استفاده شد. مقدار تبخیر - تعرّق اندازه گیری شده گیاه با لایسیمترها برای فصول کشت 1393 و 1394 به ترتیب برابر 5/335 و 26/1043 میلی متر بود. نتایج حاصل از محاسبه مقاومت آیرودینامیک نشان داد که روش های وینی، ورما و تام از روند یکسانی پیروی می کنند. همچنین مقاومت سطحی در ابتدای دوره کشت، بیشترین مقدار را داشته است. مقایسه مقادیر تبخیر تعرّق محاسبه شده از مقاومت آیرودینامیک با تبخیر - تعرّق اندازه گیری شده از لایسیمتر نشان داد که روش وینی، مارت - اک و ورما با R2 برابر 566/0 در سال 1393 و روش وینی و ورما با R2 برابر 806/0 در سال 1394، بیشترین همبستگی را با مقادیر اندازه گیری شده از لایسیمتر داشته است. در نهایت، مقادیر تبخیر تعرّق حاصل از مقاومت آیرودینامیک محاسبه شده از شش روش مبتنی بر نظریه مونین - آبخوف، مقادیر خطای کمتری نسبت به روش پنمن داشتند.

از جمله مخاطرات محیطی مهم می توان به پدیده های آب و هوایی مخرّب اشاره کرد که سالانه خسارات مالی و جانی بسیاری به بار می آورند. برای پیش بینی و مقابله با آثار زیانبار این پدیده ها، علاوه بر روش های همدیدی معمول، بررسی ساختار ترمودینامیکی جو در لایه های مختلف و تحلیل شاخص های ناپایداری ضروری است. در پیش بینی های عملی هواشناسی، شاخص های بسیاری برای ارزیابی پایداری اتمسفر و پیش بینی ناپایداری به کار می رود. تلاش های کمی برای بررسی این شاخص ها در ایران انجام شده و برای کالیبره کردن و معرفی آستانه ها، کاری انجام نشده است. در این مطالعه، سعی شده جمع بندی کاملی از حدود و آستانهٔ شاخص های ناپایداری برای پیش بینی انواع پدیده های مخرّب تهیه شود. بدین منظور، دقت مجموعه ای از پارامترها و شاخص ها، به طور ویژه برای مشهد محاسبه و بررسی شده است که عبارت اند از: شاخص شوالتر، شاخص مجموع مجموع ها و فشار سطح تعادل، آب قابل بارش، عدد ریچاردسون، شاخص صعود LI، شاخص K، SWEAT، CAPE و CIN. پدیده های آب و هوایی مخرّبی که در طی سال های 1980 تا 2009 در ایستگاه مشهد رخ داده، استخراج و در سه دسته برق، توفان تندری، تگرگ، دسته بندی و استفاده شده اند. روزهایی که این معیارها را نداشته اند، در دسته ای به نام بدون ناپایداری قرار گرفته اند. برای محاسبه مقادیر شاخص ها، از داده های جو بالای حاصل از ارسال رادیوسوند در ایستگاه مشهد استفاده شده است. این داده ها نسبت به وجود یا عدم پدیده های مخرّب تحلیل، و نتایج این تحلیل ها بصورت نمودارهای باکس پلات و نقاط پراکنده برای نمایش بصری روابط و آستانه ها، در پدیده های مختلف ارائه شده است. درنهایت آستانه هر شاخص برای پیش بینی انواع پدیده ها در مشهد معرفی شده، و ترکیب شاخص صعود (LI) و انرژی پتانسیل در دسترس همرفتی (CAPE) و همچنین شاخص صعود و سطح تعادل، به عنوان بهترین شاخص های ترکیبی معرفی شدند.

تعیین توزیع مکانی تبخیر و تعرق مرجع (ETo) در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب، مطالعات بیلان آبی و برآورد نیاز آبی گیاهان از اهمیت زیادی برخوردارست. بنابراین هدف پژوهش حاضر تعیین مناسب-ترین روش درون یابی برای برآورد مکانی ETo و پهنه بندی این متغیر در استان خوزستان است. بدین منظور از داده های هواشناسی 42 ایستگاه در یک دوره آماری 28 ساله استفاده شد و برای تخمین مقادیر ETo در ایستگاه ها، روش فائو پنمن مانتیث بکار برده شد. به منظور برآورد مکانی ETo، هفت روش درون یابی مشتمل بر وزنی عکس فاصله، اسپلاین، گرادیان خطی سه بعدی، کریجینگ عمومی، کوکریجینگ، کریجینگ با روند خارجی و رگرسیون کریجینگ ارزیابی شدند. برای تحلیل واریوگرافی در روش های کریجینگ، پنج مدل نیم تغییرنمای کروی، نمایی، خطی، خطی دارای حد آستانه و گوسی بر داده-های ETo برازش شده و براساس مجموع مربعات، خطای کمتر و ضریب تبیین بالاتر نیم تغییر نمای مناسب انتخاب شد. تعیین مناسب ترین روش درون یابی بر اساس محاسبه شاخص های ریشه میانگین -مربعات خطا، میانگین خطای اریب و میانگین انحراف مطلق روش های مختلف انجام شد. با بررسی شاخص های خطا معلوم شد روش کوکریجینگ با مدل نیم تغییرنمای گوسی دارای کمترین خطا بود و به عنوان بهترین روش برای مکانی کردن داده های ETo ماهانه و سالانه در خوزستان معرفی شد. در مدل نیم تغییرنمای گوسی کوکریجینگ، نسبت بخش ساختاردار به کل تغییرپذیری در بیشتر ماه ها 1 بود که بیانگر ساختار مکانی قوی در تغییرات هم زمان متغیرهای ETo و ارتفاع است. اما دقت شود روش کوکریجینگ در بیشتر ماه ها دارای خاصیت کم برآوردی است.

توفان های گرد و خاک رخدادهای طبیعی هستند که در مناطق خشک و نیمه خشک جهان رخ می هند. در این پژوهش به منظور بررسی توفان های گرد و خاک به وقوع پیوسته در مشهد، طی سی سال آماری (88- 1359) ابتدا تعداد روزهای درگیر با این پدیده (روزهایی با سرعت باد بیشتر از پانزده متر بر ثانیه و دید افقی کمتر از هزار متر) شناسایی و شمارش شده و از مجموع آن ها مقادیر ماهانه برای هر سال و در نهایت، میانگین سی ساله تعداد روزهای توفانی هر ماه به دست آمد. سپس شدیدترین روز توفانی در این دوره ی آماری، به عنوان نمونه انتخاب شده و مقادیر فشار، دما ودمای نقطه ی شبنم متعلق به این روز و نیز روز قبل آن، که توسط رادیوسوند در لایه های مختلف جو ثبت شده، با استفاده از نرم افزار Digital Atmosphere روی تفی گرام پلات شده و نمایه ی قائم دما و دمای نقطه شبنم برای این روزها ترسیم گردید و کلیه ی محاسبات مربوط به شاخص های مهم ناپایداری جو روی این نمودارها انجام شد. در نهایت، برای تأیید تحلیل های صورت گرفته توسط تفی گرام، تحلیل نقشه های سینوپتیکی نیز با استفاده از نقشه های هم ژئوپتانسیل سطح زمین و نیز نقشه های هم دما برای این روزها صورت گرفت. نتایج نشان داد که بیشتر توفان های مشهد در شروع فصل تابستان (خرداد ماه) و در هنگام ورود توده های هوای گرم به منطقه رخ داده و ماه های آذر و دی، کم ترین میزان وقوع توفان گرد و خاک را دارند. مقادیر شاخص های ناپایداری محاسبه شده، همگی نشان دهنده ی ناپایداری متوسط هوا در صبح روز قبل از توفان و نیز بعدازظهر روز رخداد توفان و ناپایداری شدید هوا در ساعات وقوع توفان می-باشد. به عنوان مثال مقدار شاخص SWEAT که مهمترین شاخص در ارتباط با توفان است، در روز وقوع توفان برابر 7/431 بوده که نشان از شدت بسیار بالای توفان مذکور به نسبت پتانسیل منطقه ی مورد مطالعه دارد. بررسی الگوهای سینوپتیکی روز وقوع توفان و روز قبل از آن نیز مؤید تحلیل نمایه ی قائم جو بوده و نشان داد که تقابل هوای گرم جنوبی با هوای سرد شمالی در روی منطقه، موجب تشکیل جبهه ی هوا و وقوع ناپایداری شدید و توفان گرد و خاک شده است.

تابش خورشیدی، یکی از مهمترین پارامترهای تاثیرگذار در توازن حرارتی جو زمین بوده و مبنای بسیاری از مطالعات اقلیمی است. با توجه به نبود امکان استفاده از پیرانومتر در همه، روش های تجربی بسیاری برای برآورد آن توسط محققان در سراسر جهان پیشنهاد شده است. در این تحقیق از هفت الگوی پیشنهادی که برای اقلیم نیمه خشک مشهد واسنجی شده است، برای انتخاب بهترین الگوی برآورد تابش خورشیدی در مقیاس های زمانی مختلف استفاده شده است. این الگوها عبارت اند از الگوی آنگستروم - پرسکات پیشنهادی توسط فائو، الگوی آنگستروم - پرسکات واسنجی شده توسط خلیلی و رضایی صدر شماره 1 و 2، الگوی آنگستروم - پرسکات واسنجی شده توسط علیزاده و خلیلی، الگوی رگرسیون خطی علیزاده و خلیلی، الگوی صباغ و الگوی گلور - مک کلوت. بررسی نتایج در دو مقیاس روزانه و ماهانه (متوسط روزانه در ماه) نشان داد که در مقیاس روزانه الگوی آنگستروم - پرسکات واسنجی شده توسط خلیلی و رضایی صدر که دارای R2=0.647، RMSE=4.50، MBE=-0.37 و t=0.80 است و طیف جذبی بخار آب موجود در اتمسفر نیز در آن منظور شده است، بهترین الگوی برآورد تابش خورشیدی در اقلیم نیمه خشک مشهد می باشد. همچنین در این مقیاس، معادله آنگستروم - پرسکات شماره 2 (واسنجی شده توسط خلیلی و رضایی صدر) و معادله رگرسیونی علیزاده و خلیلی در اولویت های بعدی قرار دارند. برای مقیاس ماهانه نیز، می توان الگوی گلور - مک کلوت را R2=0.849، RMSE=2.70، MBE=0.08 و t=0.29 و به عنوان بهترین الگوی برآورد تابش خورشیدی در این منطقه معرفی نمود.

"در این تحقیق روشی برای پیش بینی سال های آبی کم بارش و پربارش در منطقه خراسان بزرگ شامل سه استان خراسان رضوی، خراسان شمالی و خراسان جنوبی ارایه شده است. این روش شامل سه گام می باشد. در گام اول، ارتباط بین تغییرات الگوهای سینوپتیکی شامل فشار سطح دریا، اختلاف فشار سطح دریا، دمای سطح دریا، اختلاف دمای سطح دریا و سطح 1000 میلی باری، دمای سطح 850 هکتوپاسکال، ارتفاع معادل سطح 500 هکتوپاسکال و رطوبت نسبی سطح 300 هکتوپاسکال با بارش متوسط منطقه ای مورد بررسی قرار گرفته است. در گام دوم محدوده های فازی و توابع عضویت برای الگوهای سینوپتیکی فوق و بارش متوسط منطقه ای در مناطق منتخب توسعه داده شده است. در انتخاب این مناطق که مجموعه ای از نقاط در خلیج فارس و دریای عمان، دریای سیاه، دریای خزر، دریای مدیترانه، دریای شمال، دریای آدریاتیک، دریای سرخ، خلیج عدن، اقیانوس اطلس، اقیانوس هند و سیبری را شامل می شوند، تاثیرپذیری بارندگی منطقه شمال شرق ایران از الگوهای سینوپتیکی در مناطق فوق مورد توجه قرار گرفته است. در گام نهایی قوانین فازی برای پیش بینی بارش بر اساس تغییرات الگوهای سینوپتیکی فوق توسعه داده شده است. از تحلیل حساسیت برای به دست آوردن بهترین ساختار قوانین فازی و توابع عضویت استفاده شد. این قوانین برای پیش بینی مجموع بارش دسامبر تا می (آذر تا اردیبهشت) در فاصله بین سال های 1993-2002 مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد مدل پیشنهادی در 70 درصد از سال ها می تواند بارش را با دقت قابل قبولی پیش بینی کند."

پیش بینی فرآیندهای آب و هوایی ابزار مناسبی در اختیار مدیران حوزههای مختلف قرار می دهد تا با در نظر گرفتن این پیش بینی ها، سیاست های آینده را در جهت بهینه نمودن صرف هزینه ها و امکانات بهره وری حداکثر طرح ریزی کنند. هدف از این تحقیق بررسی ارتباط الگوهای سینوپتیکی بزرگ مقیاس اقلیمی با بارش محدوده خراسان بزرگ می باشد. در این مطالعه با استفاده از سیستم استنباط فازی- عصبی تطبیقی پیش بینی بارش در بازه زمانی دسامبر تا می(آذر تا اردیبهشت) در منطقه خراسان بزرگ شامل سه استان خراسان رضوی، خراسان شمالی و خراسان جنوبی ارائه شده است. در این مطالعه، ابتدا ارتباط بین تغییرات الگوهای سینوپتیکی شامل فشار سطح دریا، اختلاف فشارسطح دریا، دمای سطح دریا، اختلاف دمای سطح دریا و سطح 1000 میلی باری، دمای سطح 850 هکتوپاسکال، ارتفاع معادل سطح 500 هکتوپاسکال و رطوبت نسبی سطح 300 هکتوپاسکال با بارش متوسط منطقه ای مورد بررسی قرار گرفته است. در انتخاب این مناطق که مجموعه ای از نقاط در خلیج فارس و دریای عمان، دریای سیاه، دریای خزر، دریای مدیترانه، دریای شمال، دریای آدریاتیک، دریای سرخ، خلیج عدن، اقیانوس اطلس، اقیانوس هند و سیبری را شامل می شوند، تاثیر پذیری بارندگی منطقه شمال شرق ایران از الگوهای سینوپتیکی در مناطق فوق مورد توجه قرار گرفته است. سپس، مدل سیستم استنباط فازی عصبی تطبیقی در دوره 1993-1970 آموزش داده شده است و در پایان، پیش بینی بارش در دوره 2002-1993 انجام شده است. نتایج نشان می دهد سیستم استنباط فازی- عصبی تطبیقی در 70 درصد سال ها می تواند بارش را با دقت قابل قبولی پیش بینی کند.

یکی از مسائل حادی که جوامع شهری در دهه های اخیر از آن رنج می برند، باران اسیدی است که نتیجه ورود بیش از حد برخی از گازهای آلاینده به درون هوای این مناطق است. مشهد به عنوان بزرگترین شهر مذهبی ایران نیز از این مشکل دور نمانده است. نمونه های بارندگی پاییز 1382 و بهار 1383 شهر مشهد در این مقاله مورد تجزیه شیمیایی قرار گرفت. نتایج مؤید وجود تعداد زیاد چشمه های آلاینده بود که باعث غلظت بالاتر از حد معمول یونهای2 -4SO، 2-NO، - 3 NOو-3NH در باران گردید. با توجه به غلظت این یونها و میزان بارندگی متوسط سالانه در مشهد میزان نهشت اسیدی محاسبه و با مقدار آن در منطقه ولز در انگلستان مقایسه گردید. نتایج نشان داد که نهشت آلاینده ها در مشهد بسیار بالا بوده و لذا توجه بیشتر به امور زیست محیطی این شهر مورد تاکید قرار می گیرد.