مدل WRF

در انجام این پژوهش، سعی شده است میزان دقت و صحت برونداد و در نتیجه کارایی مدل در پیش بینی 24 و48 ساعته پدیده بارش با انتخاب طرحواره های مختلف مورد ارزیابی قرار گیرد. از اینرو به منظور راست آزمایی محصول مدل، دو وضعیت بارش و عدم بارش در نظر گرفته شده است و با تعیین چهار آستانه برای بارش جدول توافقی تشکیل و امتیازهای مهارتی محاسبه گردیده است. نتایج واکاوی گویای آنست که در بین پیکربندی های مختلف ، خروجی مدل برای دو پیکربندی KFMYJ و GDMYJ که در هر دو از طرحواره لایه مرزی Mellor-Yamada-Janjic استفاده شده به واقعیت نزدیک تر و از دقت قابل قبول تری برخوردار است. نسبت صحیح (PC) چهار آستانه، بدون بارش (≤ 1/0)، بیشتر از 1/0 و کمتر یا مساوی 1 میلی متر (1 ≥ و >1/0)، کمتر یا مساوی 10 میلی متر و بیشتر از یک (10 ≥ و >1) و بیشتر از 10 میلی متر (<10) جهت پیش بینی های 48 ساعته مقادیر قابل قبولی دارد به گونه ای که در مجموع در حدود ۸۰ درصد موارد، پیش بینی رخداد یا عدم رخداد بارش به درستی انجام شده است. مقدار H که نشان دهنده آهنگ برخورد است برای آستانه کمتر از ۱/0و بیش از ۱۰ میلیمتر نزدیک به یک می باشد بدین معنی که مدل برای این دو آستانه از دقت بالاتری برخوردار است؛ این کمیت برای محدوده بین یک دهم تا یک میلیمتر، مقدار ۳/0 را به خود اختصاص داده است که نشان دهنده ی ضعف نسبی مدل در این محدوده می باشد.

مدل های پیش بینی عددی وضع هوا در سال های اخیر، کاربرد های گسترده ای در زمینه های مختلف به ویژه پیش آگاهی از وقایع فرین و شناخت ساختار دینامیک پدیده های جوی داشته اند. این پژوهش با استفاده از مدل پیش بینی عددی WRF ساختارهای دینامیک و ترمودینامیک رویدادهای بارشی سنگین موجود در الگوهای مختلف همدیدی سواحل جنوبی خزر را بررسی می کند. پایگاه داده رویدادهای بارشی سواحل جنوبی خزر تشکیل و با در نظر گرفتن 25 و50 درصد احتمال وقوع رخداد آن ها، رویدادهای بارشی فوق سنگین و سنگین منطقه، فراهم شد. سپس با استفاده از تحلیل خوشه ای به روش ادغام وارد ، الگوهای اصلی فشار تراز دریا برای هر کدام از گروه های بارشی سنگین و فوق سنگین ترسیم شد. مجموعه داده های مورد نیاز برای اجرای مدل WRF (داده های جو بالا و سطح زمین ) از سایت www.dss.ucar.edu استخراج و برای الگوهای مختلف همدید فشارتراز دریا(16 الگو) در سه مرحله (WPS، WRFV3 و ARWpost ) اجرا و سرانجام برای مدل های مناسب تر از نظر پیش بینی مقدار بارش و الگوی مکانی بارش، نقشه ی متغیرهای مختلف جوی، ترسیم، مقایسه و تحلیل شد. برخی از نتایج نشان داد که به طور میانگین سرعت باد روی دریا در گروه بارشی فوق سنگین و در الگوهای همدید پرفشار کم تر از 12 متر در ثانیه و در الگوهای همدید کم فشار، بیش از 15 متر بر ثانیه است. سرعت باد در گروه بارشی سنگین، در الگوهای پرفشار کم تر از 10 متر برثانیه و در الگوهای کم فشار بیش تر از 10 متر بر ثانیه است. در زمان استقرار سامانه های پرفشار، با توجه به دمای مناسب سطح دریا و کم تر بودن دمای 2 متری هوا نسبت به آن، مقدار گرمای محسوس روی دریاچه خزر افزایش یافته به طوریکه در بارش های سنگین به طور میانگین به 200 وات بر متر مربع و در بارش های فوق سنگین به 350 تا 400 و در فرین ترین بارش های سنگین منطقه به بیش از 950 وات بر متر مربع می رسد. مدل WRF در پیش بینی مقدار و الگوی مکانی بارش ها ی ناشی از الگوهای همدید پر فشار ضعیف تر از الگوهای همدید کم فشار عمل می کند.

استان یزد ازجمله استان های کم بارش ایران است که تقریباً نیمی از آن را بیابان و دشت کم آب وعلف پوشانده و همواره در معرض طوفان گرد و غبار است. در این مطالعه سعی شده است با استفاده از مدل های عددی، رویکردی مناسب برای تحلیل دینامیکی طوفان های گرد و غبار استان یزد به کار گرفته شود. ابتدا طوفان های گرد و غبار در دوره آماری1388-1379 بررسی شده و طوفان های گرد و غبار شدید (با دید زیر 1000 متر) انتخاب شدند که شامل 20 مورد می باشند. از بین تاریخ های استخراج شده یکی از شدیدترین طوفان های گرد و غبار که در تاریخ8 خرداد 1382 اتفاق افتاده و دید را در ایستگاه های یزد و میبد و طبس نزدیک به صفر رسانده بود، به تفصیل بررسی گردید. برای این منظور ابتدا با استفاده از خروجی های مدل WRF به تحلیل همدیدی و دینامیکی طوفان پرداخته شده است. سپس برای بررسی چشمه طوفان، خروجی های مدل WRFبه مدل HYSPLIT داده شد و مسیرهای برگشت رسیده به ایستگاه ها، به دست آمد. نتایج نشان می دهند که عبور سامانه های چرخندی از سطوح بالای جو و ریزش هوای سرد ناشی از آن ها همراه با گرمایش سطحی در سطح زمین، زمینه ایجاد ناپایداری در منطقه را ایجاد کرده است. این شرایط همراه باوجود لایه آمیخته عمیق در مناطق مرکزی و خشک ایران در ساعت های قبل از شروع طوفان و همچنین منطقه بیشینه همگرایی باد و سرعت سطحی قوی در ساعت وقوع طوفان، این طوفان را به وجود آورده است. بررسی مسیرهای برگشت نیز نشان دهنده وجود چشمه احتمالی طوفان در مناطق خشک و نمک زار حاصل از خشک شدن باتلاق گاوخونی و کویرهای اطراف آن است.

پدیده گرد و غبار شاید در نگاه اول برای عموم مردم پدیده ای عادی جلوه کند، اما از زمانی که این پدیده در نوع حادّ خود، کاهش شدید دید افقی و به خطرافتادن سلامت افراد را سبب شد، اهمّیت شناسایی آن دو چندان شده است. تا کنون مطالعات متعدّدی از نظر آماری و همدیدی در ارتباط با گرد و غبار انجام شده است؛ اما مدل اعتمادپذیری از پیش بینی و مدل سازی وقوع این پدیده ارائه نشده است. در این تحقیق با استفاده از مدل ورف، طوفان 28 فوریه 2009، شبیه سازی و تحلیل سینوپتیکی آن با استفاده از نقشه های هوا انجام شده است. داده هایی که این پژوهش به آن نیاز دارد عبارت از داده های هواشناسی از جمله دما، رطوبت، سرعت باد، فشار، وضعیت هوای حاضر برای ایستگاه های شیراز، درودزن، زرقان، آباده، فسا، داراب، لار و لامرد در بازه زمانی 1995 تا 2014 است. در نخستین گام، طوفان گرد و غبار مذکور با استفاده از داده های FNL با مدل ورف شبیه سازی شد. سپس نقشه های فشار سطح دریا، ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال، چرخندگی تراز 500 هکتوپاسکال، رودباد و وزش باد تراز 300 هکتوپاسکال از ساعت 00 UTC دو روز قبل از وقوع طوفان تا ساعت 12 UTC روز خاتمه آن در محیط نرم افزار GrADS، ترسیم و تجزیه و تحلیل شد. نتایج مطالعات نشان می دهد استقرار چند روزه پشته در نواحی دریای خزر در شمال ایران و همچنین وجود ناوه ای در شمال دریای سیاه باعث می شود که سامانه های غربی در برخورد با این پر ارتفاع، مسیر جنوبیتری را انتخاب کنند و با حرکت خود از نظر ترمودینامیکی تقویت شوند و ناپایداری در نواحی مرکزی و جنوبی ایران و همچنین طوفان گرد و غبار را ایجاد کنند.

هدف از این تحقیق بررسی عوامل دما و باد در سامانه کم فشار جنوبی و بارش ناشی از آن سامانه در مناطق جنوبی ایران می باشد. سامانه کم فشار جنوبی با عبور از مناطق جنوبی ایران سبب ریزش بارش های متوسط و سنگین در این مناطق می شود. در این مقاله دو سامانه کم فشار جنوبی که سبب ریزش باران شدید در تاریخ 11 مارس2015 و 17 ژانویه 2000 در مناطق جنوبی ایران شده، انتخاب و پس از تحلیل همدیدی، با استفاده از مدل عددی WRF شبیه سازی گردید. از آنجاییکه میدان باد و دما درتغییرات سامانه های کم فشار جنوبی نقش موثری دارند، با استفاده از چهار آزمایش شبیه سازی اثر تغییرات دما و باد در تقویت و تضعیف سامانه کم فشار جنوبی بررسی شد. نتایج شبیه سازی ها نشان داد که افزایش (کاهش) دمای ورودی مدل نسبت به دمای اولیه سبب تضعیف (تقویت) کم فشار جنوبی در منطقه مورد مطالعه شده است. این نتیجه نشان داد که در هر دو مورد، ساختار قائم کم فشارهای جنوبی و خصوصیات فیزیکی آن مشابه چرخندهای عرض های میانی است. افزایش (کاهش) سرعت باد ورودی مدل نیز سبب افزایش (کاهش) حرکت چرخندی شد و کم فشار جنوبی در منطقه مورد مطالعه تقویت (تضعیف) گردید. بررسی نتایج خروجی بارش مدل نشان داد در مورد اول، 12-10 مارس 2015 که سیستم با کم فشارهای بریده همراه بود، کاهش دما سبب تقویت سامانه مورد نظر شد و با کاهش پذیرش بخار آب موجود در جو میزان بارش در مدت کوتاه به مقدار زیادی افزایش یافت. در مورد دوم، 18-16 ژانویه 2000 با وجود تقویت سامانه چرخندی در اثر کاهش دما، اما به دلیل جریان های جنوبی شرق ناوه فشاری در سطح زمین و فرارفت هوای گرم در ایستگاههای مورد نظر، دمای منطقه مطالعاتی افزایش یافته و در نتیجه فعالیت سیستم سرد کاهش و میزان بارش در این شبیه سازی تغییر زیادی نداشت. در هر دو مورد با افزایش سرعت باد، سامانه تقویت و مقدار بارش بیشتر شده است. در مورد دوم به دلیل وجود شرایط برای فرارفت نم ویژه، با افزایش سرعت باد، مقدار فرارفت نم ویژه افزایش یافته و میزان افزایش بارش بسیار بیشتر شد.

وقوع مخاطرات جوی، همچون یخبندان و سرمای دیررس بهاره، سالانه، خسارات زیادی در بخش کشاورزی ایجاد می کند. برنامه ریزی به موقع می تواند خسارت ناشی از بلایای طبیعی را کاهش دهد. امروزه، با استفاده از مدل های پیش بینی عددی وضع هوا، می توان از خسارت های ناشی از آن ها جلوگیری کرد. در این تحقیق، برای ارزیابی پیش بینی دما توسط مدلWRF  در زمان وقوع سرماهای دیررس بهاره، از یازده ایستگاه هواشناسی واقع در حوضه آبریز زاینده رود، با درجه تفکیک افقی یک کیلومتر، شبیه سازی شد. سپس، با دو رویکرد نقطه ای و منطقه ای دماهای شبیه سازی شده با مقادیر دیدبانی متناظر در پیش بینی های 24 و 48ساعته دمای سطحی (دومتری) ارزیابی شد. براساس نتایج جذر میانگین مربعات خطا، ضریب تعیین اصلاح شده و شاخص میانگین اریبی که برای دمای شبیه سازی 24ساعته بهتر از 48ساعته است به ترتیب 8/2، 88/0، و 48/0 بود. ارتباط قابل قبولی از لحاظ آماری (ضریب همبستگی) بین متغیر مستقل، که همان داده های مدل WRF است، و متغیر وابسته، که همان داده های دیدبانی شده (واقعی) است، وجود دارد.

افزایش میزان رشد جمعیت و در نتیجه توسعه نواحی شهری می توانند به شدت بر روی وقایع آب و هوایی تاثیر گذاشته و در نتیجه باعث تشدید پدیده هایی مانند تنش گرمایی شوند. با توجه به تاثیرات مورد انتظار این پدیده بر سلامت انسان، ارائه راهکارهای عملیاتی تعدیل کننده جهت کنترل شرایط آینده بسیار حائز اهمیت می باشد. بنابراین مطالعه حاضر با هدف شبیه سازی تاثیر راهکارهای برنامه ریزی شهری بر فرایند های پویا در محیط شهری و در مقیاس محلی در شهر تهران با استفاده از مدل عددی میان مقیاس WRF انجام شد. شبیه سازی ها با استفاده از 4 دامنه تو در تو با یک رویکرد تعاملی دو طرفه اجرا شدند. در این مطالعه از یک مدل کنپی شهری تک لایه ای ساده و یک رویکرد چند لایه ای پیشرفته تر به نام تعیین پارامتر ساختمانی (BEP) استفاده شد. نتایج شبیه سازی ها پس از مقایسه دو طرح شهری، با یک حساسیت سنجی برای راهبردهای مختلف، نشان داد که سناریوی تغییر سپیدایی سطوح، بیشترین تاثیر را روی سطح زمین در مقایسه با دو سناریوی افزایش مناطق سبز شهری و کاهش تراکم ساختمانی دارد. به دلیل موقعیت توپوگرافیکی خاص تهران و درجه حرارت کلی بالا در این منطقه، تهران در مقابل تنش گرمایی به میزان نسبتا بالایی آسیب پذیر است. اعمال اقدامات کنترلی می تواند شدت جزیره حرارتی را تا 3 درجه سانتی گراد (در مقایسه با شدت جزیره حرارتی ° C 5/5 برای حالت پایه) هنگام استفاده از رنگ های روشن با بازتابندگی بالا برای سقف و 1 درجه سانتی گراد با جایگزینی سطوح غیر قابل نفوذ با پوشش گیاهی طبیعی در مناطق شهری تهران، کاهش دهد.

شدت بارش در طول مدت بارش تغییر می کند. تغییرات مقدار بارش در طول یک واقعه در نحوه شکل گیری سیلاب و شدت و تداوم آن تأثیر گذار می باشد. شناخت و تعیین تغییرات زمانی بارش در طول مدت رگبار براساس الگوی توزیع زمانی مشخص میشود. در روند تبدیل حداکثر بارش محتمل به حداکثر سیل محتمل که با استفاده از مدل های بارش – رواناب انجام می گیرد، تعیین الگوی تیپ توزیع زمانی بارش در ایستگاه ها و منطقه تحت مطالعه ضروری است. بدین منظور می توان از داده های با مقیاس زمانی کوتاه مدت ایستگاه های باران نگار استفاده کرد. بهره گیری از شبیه سازی مدلهای میان مقیاس عددی وضع هوا مانند مدل تحقیقات آب و هوا و پیش بینی WRF)) توانسته است تا حدود زیادی این نیاز را جبران کند. مدل WRF یکی از مدل های پاسخگو در زمینه پیش بینی بارش، دما و عناصر جوی است که در این مطالعه از آن بهره گرفته شده است. در این مقاله ابتدا مدل برای سه توفان شدید و فراگیر 14 و 15 آذر 1382 ، 3 تا 5 دی 1385 و 6 و 7 فروردین 1386 بر روی حوضه آبریز سد پارسیان و نواحی اطراف آن شبیه سازی شد و سپس خروجی آن با مقادیر بارش ثبت شده توسط دیتالاگرها مورد مقایسه قرار گرفت.

در پژوهش حاضر حساسیت سنجی عناصر هواشناسی(نظیر میانگین دما، رطوبت نسبی و سرعت باد) به پارامترسازی های فیزیکی مختلف در مدل پیش بینی عددی وضع هوا (WRF) جهت شبیه سازی اقلیم شهر و تعدیل جزیره گرمایی شهری منطقه مورد مطالعه، مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت مطالعه مسائل زیست محیطی شهری از مدل تاج پوش شهری(UCM) به صورت جفت شده با مدل WRF استفاده شد. آزمایش های متعددی به منظور دستیابی به پیکربندی بهینه برای انجام شبیه سازی در بازه زمانی 18-21 آگوست 2016 با شرایط جوی پایدار در فصل تابستان اجرا شد. انتخاب مناسب ترین پیکربندی با کمترین خطا، به عنوان بستری مناسب برای شبیه سازی های اقلیم شهری جهت مطالعه راهکارهای تعدیل جزیره گرمایی شهری (UHI) مطرح می شود. افزایش بازتاب سطوح جهت کاهش UHI در دامنه اعمال گردید. جهت ارزیابی عملکرد پیش بینی مدل و مقادیر مشاهداتی متناظر با آن از دو شاخص ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین خطای اریب (MBE) استفاده شد. نتایج نشان داد در استان تهران، بطورکلی تمامی پیکربندی ها دمای هوا و سرعت باد را کمتر از مقدار واقعی و رطوبت نسبی را بیشتر از مقدار واقعی برآورد می نمایند. همچنین در استان البرز تمامی پیکربندی ها دمای هوا و سرعت باد را بیشتر از مقدار واقعی و رطوبت نسبی را کمتر از مقدار واقعی برآورد می نمایند. با افزایش انعکاس سطوح شهری، میانگین دمای استان های تهران و البرز به ترتیب به میزان 6/0 و 2/0 درجه سانتی گراد کاهش می یابد. سرعت باد مخصوصاً در نواحی شهری، مقداری افزایش می یابد. همچنین شاهد افزایش میانگین رطوبت نسبی (خصوصاً در نواحی شهری) در مناطق مورد مطالعه خواهیم بود.