بارش فرین

تغییر عناصر اقلیمی به اشکال مختلفی قابل ردیابی است. در بسیاری مواقع این تغییرات نهان و از طریق مطالعه روند، آشکار نمی شوند. در بسیاری مواقع تغییر عناصر اقلیمی در شکل توزیع فراوانی و عمدتاً در دنباله توزیع فراوانی (فرین ها) نمایان می شوند. در گذشته ردیابی تغییرات از طریق مطالعه تغییر مرکز توزیع فراوانی (میانگین) صورت می گرفت اما اخیراً توجه دانشمندان به دنباله شکل توزیع فراوانی عناصر اقلیمی معطوف شده است. بنابراین بررسی شکل توزیع فراوانی عناصر اقلیمی، نکات بسیار مهمی در خصوص رفتار بلند مدت این عناصر نشان می دهد. شناخت رفتار عناصر اقلیمی براساس شکل توزیع فراوانی آن ها به لحاظ علمی و عملی از اهمیت شایان توجهی برخوردار است. دراین تحقیق با استفاده از مشاهدات روزانه چهار نمایه فرین بارش زنجان ( شامل بیشینه بارش، پنج بارش بزرگ، صدک پنجم و نودو پنجم) و نیز سهم آن ها در بارش سالانه طی دوره آماری 2006-1961 و با استفاده از توزیع فرین تعمیم یافته ( GEV )، تغییرات بارش های فرین در معرض تحلیل قرار گرفت. هرچند تحلیل روند حاکی از ایستایی فرین ها بود اما معلوم شد که چند نوع ناایستایی در مشاهدات رخ داده است. این ناایستایی ها به صورت چرخه ها، جهش و نیز تغییر توزیع فراوانی قابل رویت است. برای مثال مجموع بارش های حاصل از پنج بارش بزرگ حاوی چرخه های حدوداً 3 ساله هستند. از سال 1980 به بعد یک تغییر سطح کاهشی در مجموع بارش های حاصل از صدک پنجم و سهم آن ها در بارش سالانه رخ داده است. شکل توزیع فراوانی بارش های حاصل از صدک پنجم در نیمه اول و دوم باهم متفاوت بوده و در نیمه اول از توزیع چوله به چپ به توزیع چوله به راست در نیمه دوم تغییر یافته است. این تغییر توام با کاهش میانگین و چولگی این توزیع بوده است. همچنین تغییرات حادث شده بر صدک پنجم بارش با شدت کم تری در بارش های حاصل از صدک نود و پنجم قابل مشاهده است. با تمامی این اوصاف بارش بیشینه و پنج بارش بزرگ از ایستایی بیش تری نسبت به شاخص های دیگر برخوردارند. بنابراین می توان استنباط نمود که فراوانی و مقدار بارش های سنگین و سبک به سمت کاهش میل نموده اند.

بارش های فرین در هر نقطه، به بارش های نابهنجار گفته می شود که در دنباله و دور از نقطه تمرکز توزیع فراوانی بارش آن نقطه قرار گرفته باشد. اخیراً آستانه ها و دنباله های بالایی توزیع فراوانی بارش مورد توجه بسیار بوده اند. در این راستا به فراخور ویژگی های جغرافیایی هر پهنه، آستانه های متعدد و متنوعی برای این ویژگی بارش معرفی و به کار گرفته شده است. یکی از نمایه های پرکاربرد مربوط به بارش روزانه، مبتنی بر توزیع تعمیم یافته مقادیر حدی است. در این پژوهش آستانه ی بارش های فرین غرب ایران به روش های آماری توزیع تعمیم یافته، مقادیر حدی تعیین و بارش های فرین منطقه ی مورد مطالعه شناسایی، و توزیع فضایی آن ها مورد تحلیل قرار گرفت. برای انجام این کار از داده های شبکه ای حاصل از میانیابی روزانه 69 ایستگاه سینوپتیک و اقلیم شناسی برای دوره ی آماری 1961 تا 2010 استفاده گردید. سپس با استفاده از روش توزیع تعمیم یافته مقادیر حدی، بارش های روزانه 22 میلیمتر و بیشتر از آن، به عنوان بارش های فرین انتخاب شدند. جهت شناسایی الگوی پراکنش و روابط فضایی بارش های فرین غرب ایران (استان های همدان، کردستان، کرمانشاه، لرستان و ایلام) از آماره مورن کلی[1]، مورن محلی[2] و نمایه گتیس ارد- جی استار[3] استفاده شد. الگوی فضایی برازنده بارش های فرین غرب ایران یک الگوی خوشه ای است که معنی داری آن در سطح 99 درصد اطمینان تأیید گردید. خوشه های فراوانی و خوشه های متوسط بارش های فرین در بعضی از نواحی مانند استان های همدان و کردستان بر همدیگر منطبق بوده ولی در بعضی نواحی با یکدیگر ارتباطی نداشتند. بیشتر بسامد و متوسط بارش های فرین در استان های همدان و کردستان به وقوع پیوست. بر اساس هر دو شاخص موران محلی و لکه های داغ ارتفاعات منطقه ی مورد مطالعه نقش قابل توجهی در الگوهای بارش های فرین با الگوی خوشه ی بالا داشته است. نتایج این تحقیق نشان داد که فراوانی و متوسط بارش های فرین غرب ایران تحت تأثیر ناهمواری ها و آرایش آن ها و همچنین سامانه های همدیدی است. [1]- Global Moran’s I statistic [2]- Local Moran’s I statistic [3]- Getis- Ord G* statistic#,

در این پژوهش تحلیل فضایی فراوانی رودبادهای مرتبط با بارش های فرین و فراگیر در غرب ایران با بهره گیری از رویکرد محیطی به گردشی انجام شده است. بارش روزانة 69 ایستگاه سینوپتیک و اقلیم شناسی (1961 2010) انتخاب شد و 119 روز بارش های فرین و فراگیر منطقه بر اساس توزیع تعمیم یافتة مقادیر فرین از میان آن ها برای بررسی انتخاب شد. فراوانی رودبادها در چهار تراز 250، 300، 400، و 500 هکتوپاسکال بررسی شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد رودبادها در تراز 250 هکتوپاسکال فراوانی بسیار زیادی را نشان می دهند. نقشه های میانگین سرعت رودبادها از یک سو منطبق بر رخداد بیشینة فراوانی رودبادها و از دیگر سو مقارن با وقوع بیشینة سرعت رودبادها در پهنة مورد مطالعه است و از قرارگیری ربع دوم هستة رودباد (که با افزایش تاوایی مثبت و همچنین واگرایی سطوح فوقانی و همگرایی سطوح پایین جو همراه است) بر روی غرب ایران حکایت دارد. ترسیم بیضی استاندارد در همة سطوح به جز سطح 250 هکتوپاسکال نشان داد که غرب ایران در نیمة اول بیضی قرار گرفته است. نحوة عملکرد دینامیکی هستة رودباد در ورودی راست و خروجی چپ، که همراه با واگرایی بالایی است، هم زمان با همگرایی در غرب ایران، بارش های فرین را در پی دارد.

بارش یکی از مهم ترین عناصر آب وهوایی موثر بر جنبه های مختلف محیط بشمار می آید از جلوه های رفتاری بارش خشونت آن است که به شکل مقادیر فرین ظهور می یابد. مقادیر فرین بارش می تواند به صورت سیل و خشکسالی و با ناهنجاری ها و پیامدهای محیطی - انسانی قابل توجهی رخ دهد. فرین های بارش نظیر تمامی عناصر آب وهوایی از الگویی جغرافیایی تبعیت می کند. شناسایی این الگوها، بویژه در نواحی که معیشت مبتنی بر نزولات آسمانی است، بر مدیریت و برنامه ریزی مبتنی بر دانسته های مذکور موثرند. با توجه به اینکه بارش های فرین بالای ناحیه خزری، یکی از مخاطرات طبیعی بویژه در بخش های شرقی این ناحیه می گردد، شناخت آرایش مکانی این پدیده می تواند برنامه ریزی های محیطی و کاهش آسیب پذیری و نیز افزایش سازگاری با این عارضه را آسان تر سازد. از این رو و به منظور واکاوی روابط فضایی مجموع فراوانی ماهانه بارش های فرین ناحیه خزری براساس آستانه صدک 99 و بیشتر، 385 ایستگاه ( همدید، اقلیم شناسی و بارانسنجی سازمان هواشناسی و باران سنجی وزارت نیرو ) طی بازه زمانی 2016-1966 مورد بررسی قرار گرفت. به منظور واکاوی روابط مکانی از برخی روش های آمار فضایی (آماره موران جهانی- موران محلی و آماره گتیس-ارد- جی) استفاده شد. نتایج حاصل از مطالعه حاضر نشان داد که رفتارحاکم بر مجموع فراوانی ماهانه بارش فرین ناحیه خزری از الگوی خوشه ای پیروی می کند. نواحی توام با خودهمبستگی های مثبت بیشتر در نواحی داخلی (نواحی کوهپایه ای) و به دور از خط ساحلی در اکثر ماه ها می باشد. خوشه های خودهمبستگی مثبت در بخش های شرقی و غربی و قسمت هایی از مرکز بیشتر گسترش دارند. آزمونG* (گتیس-جی استار) فراوانی خوشه هایی با ارزش بالا و پایین را تایید می کند. مقایسه یافته های این پژوهش و پژوهش های پیشین نشان داد که موقعیت جغرافیایی ناحیه خزری و ارتفاعات البرز و نیز سامانه های همدید موثر بر ناحیه خزری تاثیر شایان توجهی بر الگوی فضایی فراوانی رخداد بارش فرین دارند.

واکاوی فرین های آب و هوایی به دلیل پیامدهای اقتصادی، اجتماعی و خسارات مالی حاصل از آن ها، در معرض توجه بسیاری از اقلیم شناسان و نیز دانشمندان علوم محیطی و حتی علوم انسانی- اجتماعی بوده است. یکی از مراحل واکاوی فرین های آب و هوایی، الگوسازی آماری این نوع رویدادهاست. یکی از ساده ترین الگوهای برازنده بر مشخصات فرین های آب و هوایی، الگوهای رگرسیونی است. در مطالعه حاضر تمامی مدل های رگرسیونی در دسترس بر فراوانی و متوسط شدت بارش فرین بالا و فراگیر داده های شبکه ای حاصل از میانیابی 385 ایستگاه ناحیه خزری طی 51 سال (2016-1966) در معرض توجه قرار گرفت. برای دستیابی به اهداف این پژوهش آستانه های صدک 95-90، 99-95 برای بارش شدید و آستانه صدک 99 و بیشتر برای بارش فرین در نظر گرفته شد. انواع الگوهای رگرسیونی الگوهای خطی و غیرخطی شامل 35 مدل اصلی بر هریک از سری داده ها برازش داده شد. ملاک ارزیابی الگوهای برازش یافته بر شدت و فراوانی بارش های فراگیر شدید و فرین ناحیه خزری نمایه های ضریب تعیین( ) میانگین مربعات خطا ( ) و خطای استاندارد مدل (SE) بوده است. نتایج نشان داد که الگوهای رگرسیونی توانایی توجیه روند تغییرات بارش های فرین را نداشته اند؛ بنابراین دو گروه روش های ارزیابی دیگر، شامل تحلیل مشاهدات بر مبنای دانش احتمال و فرایند تصادفی و نیز مطالعه مشاهدات از طریق روش های مبتنی بر هوش مصنوعی را می توان برای مطالعه این قبیل مشاهدات توصیه نمود.

مهم ترین عامل در رخداد سیلاب های مخرب، وقوع بارش های سنگین است. نظر به اهمیت این مخاطره اقلیمی و اثرات زیانبار آن در محیط طبیعی و اجتماعی، هدف این پژوهش، بررسی تغییرات زمانی – مکانی بارش های فرین و مشخص ساختن سهم این بارش ها از بارش سالانه در پهنه غرب ایران می باشد. بدین منظور از داده های بارش روزانه 823 ایستگاه سینوپتیک، اقلیم شناسی و باران سنجی در بازه زمانی 01/01/1965 تا 30/12/2016 (18993 روز) استفاده شده است. این داده ها به روش کریجینگ بر روی گستره غرب ایران در شبکه ای منظم به ابعاد 6×6 کیلومتر میانیابی گردید و نهایتا، ماتریسی با ابعاد 6410×18993، حاصل شد. برای هر پیکسل و به ازای هر روز از سال، آستانه صدک 95 جهت شناسایی روزهای بارشی فرین به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که با افزایش عرض جغرافیایی در پهنه مورد مطالعه، از مجموع بارش های فرین و همین طور، از نسبت سهم آن ها از بارش سالانه کاسته می شود. بارش های فرین حداقل 10 و حداکثر 31 درصد از بارش های سالانه را در گستره غرب ایران تشکیل می دهند که مقادیر حداقل آن بر منطقه آذربایجان و مقادیر حداکثر بر جنوب استان های ایلام و لرستان منطبق می باشد. به کارگیری رگرسیون خطی به روش کمترین مربعات خطا، برای بررسی روند مجموع بارش های فرین، نشان از وجود روند منفی در حدود 75 درصد از منطقه و روند مثبت در حدود 25 درصد از پهنه غرب ایران است. از این میان، در نزدیک به 44 درصد از پهنه، روند ها در سطح اطمینان 95 درصد معنادار بودند. روند سهم بارش های فرین از مجموع بارش سالانه، مشخص ساخت، در حدود 60 درصد از منطقه، نسبت این بارش ها در حال افزایش و در نزدیک به 40 درصد رو به کاهش می باشد که با توجه به سطح معناداری 95 درصد، 30 درصد از روند سهم بارش های فرین در بارش سالانه، معنادار شناخته شدند.

مطالعه ی حاضر سعی دارد با رویکردی جدید رویدادهای بارشی فرین در غرب ایران را با توجه به دو شاخصه شناسایی کند: اول تعیین آستانه ای مناسب؛ آن گونه که هم شناسایی رخدادهای فرین، از نظر فراوانی وقوع امکان پذیر باشد و هم از نظر بزرگی و اندازه، بیشترین نزدیکی را با رفتار اقلیم شناختی بارش در منطقه داشته باشد. دوم مشخص کردن مقیاس مکانی مناسب برای مطالعه این رویدادها در غرب ایران. هدف از مقیاس مکانی، تعریف شرایط فراگیر برای رخدادهای فرین می باشد. برای رسیدن به این هدف از پایگاه داده های شبکه بندی بارش روزانه در ماتریسی با ابعاد 6410×18993 از سال 1965 تا 2016، بهره گرفته شده است. برای شناسایی این بارش ها علاوه بر آستانه اصلی که میانگین بارش های بیش از صدک 75 برای هر پیکسل و به ازای هر روز از سال می باشد، آستانه دومی که انحراف معیار این بارش ها است با مقادیر یک، دو و سه برابری، به میانگین افزوده شده است. بر این اساس سه گروه از بارش های فرین در منطقه شناسایی شد و براساس گستره ی مکانی که تحت پوشش قرار گرفته بود، تفکیک و الگوهای فشار تراز دریا توام با این بارش ها برای هر گستره استخراج شد. سپس با استفاده از تکنیک تحلیل خوشه ای، طبقه بندی گردید. نتایج حاصل از به کار گیری فرآیند فوق، نشان داد که میانگین بارش های بیش از صدک 75 به علاوه دو برابر انحراف استاندارد، آستانه ای بهینه برای مطالعه فرین های بارشی در غرب ایران محسوب می شود و همچنین حداقل گستره برای شناسایی بارش فرین فراگیر در این منطقه، پهنه 20 درصد و بالاتر می باشد.

در سال های اخیر توجه به تغییر اقلیم و اثرات ناشی از آن اهمیت زیادی پیداکرده است که می توان آن را نتیجه پیامدهای اقتصادی، اجتماعی و خسارت های مالی و جانی مربوط به رویدادهای فرین اقلیمی دانست. هدف از این مطالعه بررسی چشم انداز تغییرات دما و بارش های فرین در استان کردستان است. بدین منظور از داده های روزانه بارش، دمای حداقل و دمای حداکثر 6 ایستگاه همدید در طول دوره آماری (2016-1990) بهره گرفته شد. و تغییرات آن ها در دوره (2060-2041) با استفاده از مدل جهانی HadGEM2 تحت دو سناریوی RCP2.6 و RCP8.5 و ریزمقیاس گردانی آماری LARS-WG6 مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی روند نمایه های فرین اقلیمی نیز 27 شاخص مربوط به بارش و دما با استفاده نرم افزار RClimdex مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که در دوره (2016-1990) شاخص های فرین گرم دارای روندی مثبت و افزایشی هستند. این روند برای شاخص تعداد روزهای تابستانی و بیشینه ماهانه دمای حداکثر روزانه، معنادار است. این در حالی است که شاخص های فرین سرد دارای روند کاهشی و منفی بوده است. این روند فقط برای شاخص تعداد روزهای سرد معنادار بود. بارش های فرین نیز در اغلب ایستگاه ها دارای روند منفی و کاهشی است و این روند در اکثر ایستگاه ها معنادار است. نتایج حاصل از چشم انداز تغییرات اقلیمی نیز نشان داد در دوره آینده میزان دما افزایش و میزان بارش کاهش خواهد یافت.

واکاوی آماری و تحلیل فضایی بارش های فرین بعنوان یکی از مؤلفه های ابزار مدیریت برای پیشگیری یا کنترل خطرات ناشی از این پدیده مورد توجه قرار می گیرد. هدف این پژوهش، بررسی آماری و تحلیل فضایی بارش های فرین در دشت کاشان است. بارش های فرین ایستگاه همدید کاشان به صورت نقطه ای در مقطع زمانی 1971-2022 میلادی و سال آبی 1351-1350 تا 1401- 1400 در مجموع 18618 روز تحلیل آماری شد. سپس شش مورد بارش فرین فراگیر انتخاب و با داده های بارش 13 ایستگاه همدید و 11 ایستگاه باران سنجی با روش های زمین آمار و تحلیل فضایی مورد واکاوی قرار گرفت. با استفاده از مدل های واریوگرام و روش کریجینگ، نقشه های پهنه بندی بارش فرین دشت کاشان تهیه گردید. نتایج نشان داد فراوانی وقوع بارش های سنگین و ابرسنگین در فصل زمستان و بارش های بسیار سنگین در فصل بهار بیش از سایر فصول است. همبستگی بسیار بالای بارش سالانه با مجموع و فراوانی بارش های فرین نشان می دهد حجم بارش سالانه بیش از آنکه از توزیع بارش در طول سال تأثیر پذیرد از تمرکز بارش در مقاطع کوتاه چند روزه متأثر می شود. از این رو مشخص شد بارش های فرین در بارش کل و رواناب سطحی و در نتیجه بیلان آب منطقه نقش مهمی را ایفا می کند. نقشه های پهنه بندی نشان داد بارش 20 فروردین 1399، که تمرکز آن بر نوار غربی و ارتفاعات حوضه است سبب فرسایش ارتفاعات و ایجاد سیلاب در پایکوه ها و نواحی کم ارتفاع دشت می گردد. همچنین بارش هایی مانند بارش 17 اسفند 1397 که بیشترین تمرکز آن در نواحی مرکزی است، برای ایجاد آبگرفتگی توان بالایی دارند .

بارش یکی از مهم ترین و متغیرترین عناصر آب و هوایی است که تغییرپذیری مکانی زمانی زیادی به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک دارد. آگاهی و دانش کافی از تغییرات بارش برای برنامه ریزی کشاورزی و مدیریت منابع آب در هر منطقه بسیار مهم است. به همین منظور در این پژوهش با استفاده از داده های روزانه پایگاه بارش اسفزاری در بازه زمانی 1349 تا 1394 به بررسی ویژگی های بارش و همچنین روند بارش در استان یزد پرداخته شد. میانگین ضریب تغییرات مجموع بارش سالانه استان ، 2/42 برآورد شد که از 9/32 تا 4/68 در یاخته های مختلف متغیر بود. بیشترین ضریب تغییرات بارش در مقیاس سالانه نیز در مناطق مرکزی و غربی استان مشاهده شد که نشان-دهنده پراکندگی و خطر بیشتر بارش در این مناطق می باشد. مقادیر مثبت کشیدگی و چولگی بارش سالانه نیز بیانگر فزونی سال های با بارش کمتر از میانگین بود. روند تغییرات بارش با استفاده از آزمون های آماری ناپارامتری من کندال و برآوردگر شیب سن مورد بررسی قرار گرفت. توزیع مکانی زمانی روند مجموع بارش سالانه و مجموع بارش فرین سالانه مشابه یکدیگر بود و در هر دو مورد روند کلی حاکم بر استان، روند کاهشی بود. بیشترین سهم بارش فرین به مجموع بارش سالانه نیز در مناطق مرکزی استان (دشت یزد-اردکان) مشاهده شد. بنابراین در سال های پرباران، این مناطق مستعد سیلاب های شدید هستند.