مهدی فروتن

بارش های سنگین حاصل از الگو های جوی بسته به وسعت فعالیت و بازه ی زمانی رخداد آن می تواند حوادث و پیامد های ناگواری مانند وقوع سیل به همراه داشته باشند. پژوهش حاضر به منظور تحلیل همدید بارش سنگین 5/171 میلی متری منجر به سیل در شهر مینودشت روز 28 اسفند ماه سال 1397 نگارش یافته است. دیدگاه این تحقیق محیطی به گردشی بوده و نخست مقدار بارش ایستگاه زمینی مینودشت مشخص شد و با دریافت داده های سطوح فوقانی اتمسفر از وب سایت مرکز ملی پیش بینی محیطی (NCEP/NCAR) و تحلیل آن ها علت رخداد بارش سنگین آشکار شد. به منظور بررسی شرایط همدید، با استفاده از محیط نرم افزار گردس به ترسیم نقشه های فشار سطح تراز دریا، و در سطوح فوقانی جو، ارتفاع ژئوپتانسیل، بردار باد، تاوایی، امگا، ضخامت، پیچانه و وزش رطوبتی (تراز 500 هکتوپاسکال) پرداخته شد. نتایج حاصل از تحلیل نقشه ها نشان دادند در زمان وقوع بارش سنگین سامانه های پرفشار ی در مغولستان و جنوب چین تشکیل یافته و شیب گرادیان فشار و جبهه شدیدی با سیستم کم فشار حاکم بر روی مینودشت ایجاد کرده است. در سطوح فوقانی جو وجود بلوکینگ کم فشار بریده همچون مانعی بر سر راه باد های غربی قرارگرفته و باعث ریزش جریان باد های غربی به سمت منطقه موردمطالعه شده است. علاوه بر این ضخامت زیاد جو منطقه موردمطالعه و حاکمیت مقدار پیچانه منفی به ناپایداری هوا منجر شده و وجود هسته های مثبت تاوایی و امگای منفی نشان دهنده جوی ناپایدار در روز های مورد بررسی در منطقه موردمطالعه بوده است. هم چنین تغذیه رطوبتی از منابع رطوبتی مانند دریای خزر، آرال، دریای سیاه و مدیترانه شرایط ویژه ای را برای ریزش شدید بارش فراهم آورده است.

یخبندان یکی از حوادث طبیعی است که رخداد زود رس و دیر رس آن می تواند جنبه های مختلف زندگی بشری را تحت تأثیر قرار دهد؛ بنابراین این پژوهش با هدف پیش بینی عوامل جوی رخداد این پدیده با رویکرد محیطی به گردشی انجام گرفته است. برای این کار داده های محیطی مربوط به دمای کمینه روزانه سال های 2001-2017، برای 9 ایستگاه سینوپتیکی واقع در استان های اردبیل، ارومیه و تبریز از سازمان هواشناسی کل کشور اخذ گردید و روز های با دمای زیر صفر درجه سانتی گراد که 40 درصد پهنه موردمطالعه را دربرگرفته بودند انتخاب شدند و با استفاده از روش خوشه ای سلسله مراتبی ward که بر روی نقشه های میانگین فشار تراز دریا مربوط به روزهای یخبندان اعمال شده بود طبقه بندی روز های فرین انجام گرفت. به منظور تعیین نماینده هر طبقه با استفاده از اسکریپت نویسی در محیط متلب، همبستگی لوند بین نقشه های روزهای مختلف هر طبقه ۲ تا ۵ گروهی با ضریب ۵/۰ محاسبه شد؛ و روز هایی که ضریب همبستگی 5/0 و بیشترین شباهت را با اکثر روز های آن طبقه داشت نماینده گروه معرفی شد. پس از تعیین روز نماینده داده های جوی از سایت نووا تهیه گردید و نقشه های فشار تراز سطح دریا، ارتفاع ژئوپتانسیل، بردار باد، دمای تراز 500 هکتوپاسکال و ضخامت جو در نرم افزار گردس ترسیم گردید. نتایج 4 الگو برای روز های یخبندان نشان داد بیش ترین سامانه های مؤثر بر روی شمال غرب ایران سامانه های پرفشار سیبری، کم فشار جنب قطبی و پرفشار اروپای شمالی بوده است و مناطق موردمطالعه در قسمت جلوی فراز واقع گشته و چرخندگی منفی هوا شرایط پایداری را به ارمغان آورده است. در بیش تر این الگو ها باد های غربی که در کانال تاوه قطبی حرکت داشته اند هوای سرد عرض های شمالی را وارد جو مناطق مطالعاتی کرده اند و دمای پایین هوا را موجب شده اند.

نوع و شدت فرسایش خاک در یک منطقه، تابع شرایط اقلیمی، پستی و بلندی زمین، خاک و کاربری اراضی است که در این میان اهمیت کاربری اراضی به دلیل نقش مؤثر انسان بر آن نسبت به دیگر عوامل زیادتر است. هدف از این پژوهش ارزیابی و تحلیل میزان فرسایش خاک در حوضه آبخیز بالیخلوچای با استفاده از مدل تجربی RUSLE در استان اردبیل است. به منظور اجرای این تحقیق ابتدا تصویر ماهواره ای منطقه مورد مطالعه مربوط به سال 1400 و ماه خرداد از مرکز تحقیقات زمین شناسی آمریکا دریافت و پس از تصحیحات اتمسفری و رادیومتریک با استفاده از روش طبقه بندی نظارت شده به شیوه ماشین بردار پشتیبان اقدام به تهیه نقشه کاربری اراضی شد. سپس به منظور برآورد میزان فرسایش از مدل RUSLE استفاده شد. جهت تجزیه و تحلیل و تولید نقشه ها در اجرای این تحقیق نیز از نرم افزارهای SPSS 21، Excel، ArcGIS 5.4، Archydro و ENVI 5.3 استفاده شد. لایه پارامترهای مدل RUSLE شامل لایه فرسایندگی باران، لایه خاک، لایه توپوگرافی، لایه پوشش گیاهی و عامل حفاظتی خاک هم چنین آمارهای مختلف مربوط به ایستگاه های باران سنجی، هیدرومتری، نقشه های توپوگرافی 1:50000، زمین شناسی 1:100000 هم چنینDEM (20 متر منطقه) و نیز بهره گیری از سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS و سنجش از دور استفاده شده است. نتایج این مطالعه نشان داد که مقدار متوسط فرسایش سالانه خاک برای کل حوضه در دامنه بین 65/6- تا 75/14 تن در هکتار در سال متغیر است. هم چنین بررسی روابط رگرسیونی بین فاکتورهای مدل RUSLE و مقدار فرسایش سالانه خاک نشان داد که فاکتور توپوگرافی (LS) با بالاترین مقدار ضریب تعیین R^2=0/95 بیش ترین اهمیت را در برآورد فرسایش سالانه خاک به وسیله مدل RUSLE دارد.

در جهت اجرای این تحقیق از داده های پارامتر بارش و سرعت و جهت باد روزانه و سه ساعته برای دوره زمانی 13 ساله (2009-2021) برای 11 ایستگاه سینوپتیکی اردبیل استفاده گشت. بر حسب صدک 95% روز های فرین برای هر ایستگاه به دست آمد. برای تحلیل آماری و همدیدی شرط انتخاب روز نماینده برای هر ایستگاه وقوع همزمانی بارش و باد حدی ملاک قرار گرفت و به علت رعایت اختصار به تحلیل یک واقعه در ایستگاه مشکین شهر پرداخته شد. با استفاده از داده NETCDF ماهواره TRMM تراکم بارش در نرم افزار GIS نمایش داده شد و با نرم افزار گلباد جهت باد نشان داده شد هم چنین با استفاده از داده های NCEP نقشه های سینوپتیکی ترسیم گردید نتایج آماری برای ایستگاه مشکین شهر نشان داد بیشینه فراوانی باد با 56% در فصل زمستان و اسفند ماه رخ داده که اغلب از سمت جنوب وارد شهر شده است اما بیش تر بارش در فصل بهار با (41%) و ماه اردیبهشت پر بارش ترین ماه بوده است. نتایج تحلیل همدیدی نشان داد سیستم حاکم بر روی منطقه مورد مطالعه کم فشار روی دریاچه آرال بوده و شرایط چرخندی صعود هوا را در پی داشته است. در شرق دریای مدیترانه و شمال دریای سیاه سامانه های پر فشاری تشکیل یافته و با حرکت برونگرد خود باعث هدایت جریانات غربی به سمت منطقه شده است. هم چنین منطقه مورد مطالعه در جلوی محور فرود غرب ایران قرار گرفته و چرخندگی مثبت هوا منجر به تقویت واگرایی در وورد سپهر شده است. سرعت حرکت افقی هوا به سرعت رود باد رسیده و با در بر داشتن رطوبت دریای مدیترانه مقدار 2/1 گرم در کیلو گرم رطوبت را بر آتمسفر منطقه تزریق نموده است. پیامد آن تشکیل هسته هایی از آب قابل بارش به میزان 8 کیلو گرم در یک متر مربع و هسته ای از همگرایی رطوبت در شمال غرب ایران بوده و وزش شرق سوی باد های غربی باعث شار آن به سمت منطقه مطالعاتی شده است.

سیلاب به عنوان یکی از بلایای طبیعی با داشتن بیش ترین فراوانی نسبی وقوع همواره زندگی بشر را تهدید نموده است. هدف از انجام این تحقیق کشف روابط الگو های گردش جوی با سیلاب های حوضه آبخیز بالیخلو چای اردبیل به منظور جلو گیری از مخاطرات آن با رویکرد محیطی به گردشی است. برای این کار داده های دبی برای سه ایستگاه پل الماس، نیر، گیلانده از سال (1353-1392) از اداره آب منطقه ای استان اردبیل اخذ شد و با استفاده از روش خوشه بندی سلسله مراتبی ward دو مورد از سیلاب رخداده در تاریخ 16 اسفند 1388 و 17 آذر 1389 به عنوان فرین انتخاب و تحلیل گردید. داده های مربوط به سطوح فوقانی جو از سایت مرکز ملی پیش بینی محیطی (NCEP-NCAR) تهیه شد و نقشه های ترکیبی فشار تراز سطح دریا با ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال، بردار باد با آب قابل بارش، امگا با تاوایی و هاف مولر رطوبت ویژه در محیط نرم افزار گردس ترسیم گشت. نتایج تحلیل سینوپتیکی نشان داد حاکمیت سامانه کم فشار حرارتی مدیترانه ای و پر فشار حرارتی چین عامل مهمی در اغتشاش جوی بوده و در کنار آن قرار گیری منطقه موردمطالعه در جلوی محور فرود ناوه ی شرق مدیترانه حرکات چرخندی هوا را در پی داشته و وضعیت سرعت قائم هوا و تاوایی روی منطقه موردمطالعه بیانگر جوی ناپایدار بوده است. مقدار نم ویژه نیز از روز قبل از وقوع سیل در لایه های پایینی اتمسفر افزایش یافته و شار رطوبت دریای مدیترانه از طریق باد های غربی جنب حاره ای بر جو منطقه موردمطالعه در ایجاد بارش های سیل آسا نقش مهمی داشته است.

برای بررسی همدیدی، داده های میانگین دما از اداره آب وهواشناسی استان اردبیل اخذ شد و روز های با دمای زیر 10- درجه سانتی گراد طی دوره آماری (1400-1355) به عنوان فرین انتخاب شدند سپس روند سری زمانی فراوانی روز های یخبندان با روش کم ترین مربعات خطا در الگوی رگرسیون خطی مشخص شد و نتایج آن روند کاهشی را از سال 1370 به بعد نشان داد. سر انجام برای تحلیل همدید عوامل جوی، روز 25 دی ماه 1386 به عنوان نماینده از طریق روش خوشه ای سلسله مراتبی ward انتخاب گردید. در ادامه داده های سطوح فوقانی جو از وب سایت (NCEP/NCAR) دریافت شد و نقشه های سینوپتیکی در گردس ترسیم شد. نتایج حاصل از تحلیل این نقشه ها نشان دادند سیستم پر فشار حرارتی سیبری نقش مؤثری در انتقال هوای سرد عرض های شمالی به سمت منطقه موردمطالعه داشته است. در کنار این پدیده قرارگیری منطقه مطالعاتی در جلوی پشته اروپا شرایط چرخندگی منفی هوا را در پی داشته است که نتیجه آن تقویت جریانات نزولی و کاهش دمای هوا بوده است. به منظور برآورد دوره های بازگشت امواج سرما از مدل آماری Hyfran-plus استفاده شد و نتیجه آن نشان داد آزمون ایستایی (wald-wolfowitz) و توزیع آماری Normal دقت بیش تری در تعیین دوره های بازگشت امواج سرما داشته است. و نتایج حاصل از آزمون Chi-Squared نیز نشان داد که می توان در سطح معنی دار 5 درصد به استخراج نتایج حاصل از آن اطمینان کرد. در وهله آخر به منظور پیش بینی تغییرات پارامتر دما با استفاده از مدل گردش عمومی CanESM2 تحت سه سناریوی RCP2.6 و RCP4.5 و RCP8.5 چشم انداز آتی دوره (2050-2020) بررسی گردید. نتایج آن نشان داد مدل توانایی لازم را در همانند سازی میانگین دما داشته است بر اساس نتایج بدست آمده از داده های مدل CanESM2 روند تغییرات سری زمانی متوسط دمای سالانه افزایش نسبی دما را طی دوره های آتی نسبت به دوره پایه در هر سناریو نشان داد.

پایش تغییرات و نوسانات بارش مناطق جغرافیایی می تواند دید بهتری از رفتار این پدیده در سال های آینده داشته باشد. هدف این پژوهش، بررسی وضعیت بارش دشت اردبیل (ایستگاه های اردبیل، بیله درق و کلور) و پیش نگری آن در سال های آینده بر اساس برونداد مدل های CMIP6 توسط مدل مقیاس کاهی CMhyd می باشد. سپس با استفاده از سنجه های آماری R2، MAE، MSE، RMSE و دیاگرام تیلور، به مقایسه داده های مشاهداتی دوره پایه با داده های تاریخی 5 مدل GCM از CMIP6 پرداخته شد و برای هر ایستگاه مورد مطالعه، مدل برتر انتخاب گردید. خروجی مدل های برتر با روش linier scaling تصحیح اریبی گردیدند و بر اساس سناریو های SSP126، SSP245 و SSP585، بارش سال های 2023-2050 برای هر ایستگاه، پیش نگری و روند آن با آماره من - کندال ترسیم شد. نتایج نشان داد در نواحی شرقی و غربی دشت اردبیل (منتهی به ارتفاعات کوه های تالش و سبلان)، تغییرات بارش افزایشی بوده است (80/2 میلی متر). در ایستگاه اردبیل، مدل MIROC6 با ضریب همبستگی 94/0 درصد و در ایستگاه های بیله درق و کلور، مدل MPI-ESM1-2-HR با ضریب همبستگی به ترتیب 88/0 و 92/0 درصد، بیش ترین دقت را در شبیه سازی بارش داشته اند. همچنین نتایج سناریو ها نشان دادند که تغییرات بارش در ایستگاه اردبیل در دوره آینده نسبت به دوره پایه تحت سناریو های SSP126، SSP245 و SSP585، به ترتیب 24/0، 36/6- و 2- درصد خواهد بود.

آلودگی های هوا ناشی از فعالیت های بشری در شهر ها منجر به ایجاد جزایر حرارتی شده و باعث افزایش دما و کاهش کیفیت هوا می شود. هدف این پژوهش بررسی ارتباط بین این آلودگی های مناطق شهری با جزایر حرارتی در شهرستان اردبیل می باشد. در این راستا ابتدا در سامانه گوگل ارث انجین با فراخوانی داده های ماهواره سنتینل 2 و 1، نقشه کاربری اراضی شهرستان اردبیل ترسیم و با ضریب کاپا میزان درستی و دقت کلی آن بررسی شد. در گام بعد، جهت بررسی آئروسل های شهرستان اردبیل از داده های ماهواره سنتینل 5 استفاده و روند روزانه آن با روش رگرسیونی به دست آمد. میزان چولگی آئروسل ها برای سال های 2018-2023 محاسبه و نقشه تراکم آلودگی های شهرستان اردبیل ترسیم شد. سپس با فراخوانی داده های ماهواره مودیس اقدام به ترسیم نقشه آنومالی دما و جزیره حرارتی شهرستان اردبیل طی سال های 2018-2023 شد و روند LST شب در بازه زمانی مذکور و نمودار نیم رخ جزیره حرارتی LST شب به دست آمد. با استخراج داده های نقشه های تراکم آئروسل های شهری با جزایر حرارتی در نرم افزار ArcGis، همبستگی دما و جزیره حرارتی شهرستان اردبیل بررسی شد. نتایج نشان داد بین این دو پدیده رابطه مستقیمی بر قرار است بدین گونه که میزان آئروسل های روزانه در شهرستان اردبیل از اواسط 2021 میلادی شیب صعودی به خود گرفته و چولگی منفی آن نشان از افزایش آلودگی ها با تراکم و رخداد زیاد در نواحی داخل شهری داشته است. نقشه تراکم آلودگی ها نیز نشان داد در نواحی داخل شهری و جاده های بین شهری شهرستان اردبیل، میزان آئروسل به طور چشمگیری افزایش یافته است. در نتیجه، آنومالی دما در مناطق شهری و مسکونی افزایش قابل توجهی داشته و منجر به تشکیل جزیره حرارتی با دمای متوسط 22/8 درجه سانتی گراد شده که در تیرماه به بیشینه خود رسیده است.