سواحل جنوبی خزر

در این تحقیق زمانیابی ورود و آغاز فعالیت پرفشار سیبری به سواحل جنوبی دریای خزر با روش سینوپتیکی مطالعه شده است. در این مطالعه، داده‌های دمای حداقل و فشار سه ایستگاه انزلی، بابلسر و گرگان، طی دوره آماری 1971 الی 1980 م. برای ماههای سپتامبر، اکتبر، نوامبر و دسامبر، به‌عنوان ایستگاههای منتخب استفاده شد. معیار تشخیص پرفشار سیبری، حضور زبانه سامانه مذکور با خط هم فشار حداقل 1020 هکتوپاسکال در سواحل جنوبی دریای خزر، به شرط استقرار سلول مرکزی پرفشار سیبری در محدوده 60 الی ْ120 طول شرقی و 40 تا ْ60 عرض شمالی بوده است. بنابراین تغییرات دما و فشار ایستگاهها، همزمان با نفوذ زبانه‌های پرفشار سیبری به روی منطقه، به‌عنوان زمان ورود پرفشار سیبری به سواحل جنوبی خزر منظور شده است. بر این اساس، دهه دوم اکتبر برابر با دهه سوم ماه مهر با بیشترین فراوانی به میزان 50 درصد در طول دوره آماری، به‌عنوان آغاز مرحله فعالیت پرفشار سیبری در منطقه شناخته شد.

اقلیم سواحل جنوبی خزر تحت تاثیر فراوانی ابرناکی در این منطقه است. در این پژوهش انواع ابرهای پایین به وجود آورنده رویدادهای بارشی سنگین و فوق سنگین سواحل جنوبی خزر بررسی و مقایسه شده اند. به این منظور با استفاده از بارش روزانه و پس از مرتب نمودن داده ها بر حسب سیر نزولی و لحاظ احتمال وقوع ۲۵ و ۵۰ درصد، گروه های بارشی فوق سنگین و سنگین و با در نظر گرفتن شناسه همدید ابر ها، گروه های بارشی همرفت و غیر همرفت تفکیک شدند. تصاویر ماهواره متئوست پنج ( METEOSAT5 ) برای مشاهده ابر ها و بررسی مکانی آن ها در زمان رخداد گروه های بارشی در نواحی مختلف جغرافیایی استفاده شد. در یک نگاه جامع می توان بر اساس شرایط تشکیل انواع ابر ها و رژیم روزانه و ماهانه آن ها، منطقه مورد مطالعه را به سه بخش کلی تقسیم کرد. ناحیه اول شامل سواحل غربی و میانی خزر و کوهستان های غربی است. این بارش ها، همراه با ابرهای کومولونیمبوس نوع ۳ و بعد نوع ۹ هستند. در این ناحیه، فراوانی ابرهای جوششی در رویداد های بارشی سنگین، کمتر از فوق سنگین است. در گروه بارشی سنگین، بیشینه فراوانی ابرهای پوششی و جوششی در ماه های مختلف از ساعت ۰۳ تا ۱۵ GMT تغییر می کند. ناحیه دوم، سواحل شرقی منطقه است. ابرهای جوششی عامل اصلی پدید آورنده بارش های سنگین تر این ناحیه هستند و فراوانی آن ها بیش از ابرهای پوششی است. بیشترین فراوانی ابرهای جوششی و پوششی از ساعت ۰۳ تا ۱۵ GMT دیده می شوند. ناحیه سوم شامل کوهستان های میانی منطقه مورد مطالعه است. ابرهای جوششی کومولونیمبوس نوع ۳ که اغلب دارای فراگیری محدود و محلی بارش هستند، عامل اصلی ریزش بارش های سنگین تر این منطقه محسوب می شوند.

ابرناکی و بارش از مهم ترین ویژگی های اقلیمی سواحل جنوبی خزر محسوب می شود. گستردگی دریای خزر در راستای عرض جغرافیایی در شمال ایران، وجود رشته کوه بلند البرز در جنوب، در زمان عبور سامانه های چرخندی مهاجر و استقرار الگوهای همدید واچرخندی شمالی، شرایط مناسبی را برای رخداد رویداد های بارشی سنگین تر سواحل جنوبی خزر فراهم می کنند. هدف از این تحقیق بررسی ساز و کار جوی- دریایی خزر در ایجاد گروه های بارشی سنگین و فوق سنگین همرفت و غیر همرفت سواحل جنوبی آن با استفاده از اثر مستقل و متقابل دمای سطح دریا و دمای هوای 2متری است. بر اساس بارش روزانه هفت ایستگاه همدید شمال ایران در سال های1360 تا 1383، 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، آماده شد. در هردو گروه بارشی، با استفاده از شناسه همدید ابرهای پایین، بارش های همرفت و غیرهمرفت تفکیک شدند و متغیر های بیشینه، میانگین و سطح فراگیری منطقه ای رویدادهای بارشی سنگین تر سواحل جنوبی خزر، پس از ترسیم نقشه های روزانه هم بارش منطقه در هر کدام از چهار گروه بارشی سنگین و فوق سنگین همرفت و غیر همرفت، محاسبه شد. ازسوی دیگر، داده های روزانه دمای سطح دریا و داده های6 ساعته دمای هوای 2 متری دریای خزر در همین دوره زمانی برای 719 نقطه روی دریای خزر با فواصل 0.25 درجه از سایت های www.ncdc.noaa.gov و www.dss.ucar.edu استخراج شد. میانگین تفاوت بین دمای هوای 2 متری و دمای سطح دریا در روز های مورد بررسی روی دریای خزر، به عنوان شاخص دریافت فعالانه رطوبت به دست آمد و روابط بین این شاخص، دمای سطح دریا و بارش های سنگین تر منطقه بررسی شد. نتایج نشان می دهد که درساز و کار جوی - دریایی، وجود سه شرط اصلی برای ایجاد بارش های سنگین و فوق سنگین منطقه الزامی است. این شرایط عبارتند از افزایش تدریجی دمای سطح دریا همراه با آرایش مناسب از شمال تا جنوب، افزایش میانگین دمای سطح دریا و افزایش اختلاف میانگین دمای هوای 2متری و دمای سطح دریای خزر(شاخص دریافت رطوبت). این شاخص که مهم ترین عامل محسوب می شود، در گروه بارشی فوق سنگین کم تر از سنگین و در بارش های غیر همرفت کم تر از هم رفت است.

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.

این تحقیق به بررسی فراوانی تابع همگرایی شار رطوبت در رویدادهای بارشی همرفت و غیر همرفت سواحل جنوبی خزر در زمان رخداد بارش های سنگین و فوق سنگین می پردازد و ضمن مقایسه آن ها، سهم مشارکت منابع مختلف رطوبتی را در ایجاد این رویدادها در نواحی مختلف این منطقه نشان می دهد. به این منظور با استفاده از بارش روزانه و احتمال وقوع 25 و 50 درصد بارش، گروه های بارشی فوق سنگین و سنگین و با در نظر گرفتن شناسه همدید ابرها، گروه های بارشی همرفت و غیر همرفت تفکیک شدند. با استفاده از نقشه های تابع همگرایی شار رطوبت و وزش رطوبتی از دو روز قبل، منابع تامین کننده رطوبت در رویداد های بارشی، از طریق پهنه های آبی پیرامون سواحل جنوبی خزر در ترازهای 1000 تا 500 هکتوپاسکال شناسایی شدند. بررسی نقشه های تابع شار رطوبت نشان می دهد که گروه بارشی فوق سنگین با منشا همرفت دارای مقادیر بیش تری نسبت به سایرگروهها هستند. همچنین در همه گروه ها در ساعت GMT06:00 بیش ترین مقدار همگرایی شار رطوبت رخ می دهد. تفاوت مقادیر همگرایی شار رطوبت بین بارش های سنگین و فوق سنگین در گروه بارشی با منشا همرفت بسیار بیش تر از گروه بارشی با منشا غیر همرفت است. همچنین در ایجاد رویدادهای بارشی فوق سنگین نسبت به سنگین دریا ها و منابع رطوبتی بیش تری دخالت دارند. در حالیکه دریای خزر اولین تامین کننده منابع رطوبتی بارش های سنگین و به ویژه فوق سنگین سواحل جنوبی است، دریای سیاه و مدیترانه به ترتیب در بارش های فوق سنگین مشارکت بیش تری نسبت به بارش های سنگین منطقه دارند.

در پژوهش پیش رو ارتباط بین اختلاف درجة حرارت سطح دریا و هوا بر بارش های سنگین و فراگیر سواحل جنوبی خزر طی فصل پاییز بررسی شده است. داده های روزانة بارش ایستگاه های سینوپتیکِ آستارا، بندر انزلی، رشت، رامسر، بابلسر، قائم شهر، و گرگان طی سال های 1986 تا 2013 گردآوری شد. روزهایی که مقدار بارش آن ها حداقل در پنج ایستگاه بیشتر از صدک 95 آن سال بود به عنوان روزهای بارش سنگین و فراگیر تعریف شد. مشخص شد که افزایش  در بخش های جنوبی خزر بارش های سنگین و فراگیر را فقط در بخش شرقی منطقة مورد مطالعه به صورت معناداری افزایش می دهد. با بهره گیری از روش ادغام وارد و محاسبة همبستگی بین داده ها، سه خوشه تشخیص داده شد: خوشة اول بیشینة شیو  در راستای شمال غرب به جنوب شرق؛ خوشة دوم در راستای شمال به جنوب؛ و خوشة سوم در راستای غرب به شرق را بیان می کنند. ایستگاه های واقع در شرق منطقة مورد مطالعه در خوشة دوم بارش بیشتری داشتند؛ برعکس، ایستگاه هایی که در غرب قرار داشتند طی خوشة سوم بیشترین بارش را دریافت می کردند. بر اساس واکاوی همدیدی خوشه ها، استقرار هستة پُرفشار در شمال غرب دریای خزر سببِ ریزش هوای سرد از عرض های شمالی تر و ایجاد بارش های سنگین و فراگیر در منطقه می شود.

اهداف: پژوهش پیش رو سعی دارد با ارائه شاخصی جدید، بارش های سنگین و فراگیر سواحل جنوبی خزر طی فصل پاییز را واکاوی کرده و آن را پیش بینی کند. روش: در این راستا، داده های روزانه بارش مربوط به 8 ایستگاه سینوپتیک سواحل جنوبی خزر طی سال های 1986تا2010 گردآوری شدند. بارش سنگین در هر ایستگاه به عنوان رخدادی که مقدار بارش روزانه آن بیش از میانگین بلند مدت آن ایستگاه بوده باشد، تعریف شد و در گام بعدی اگر 6 ایستگاه به صورت همزمان بارش سنگین داشته باشند به عنوان بارش سنگین و فراگیر مورد مطالعه قرار گرفتند. طی دوره مورد مطالعه 104 رخداد بارش سنگین و فراگیر شناسایی شد. برای بررسی شرایط همدید نیز با مراجعه به مرکز ملی پیش بینی محیطی/علوم جو(NCEP/NCAR) داده های مؤلفه های مختلف جو اخذ شد. به منظور شناسایی و واکاوی الگوهای همدیدی این بارش ها با رویکرد محیطی به گردشی از طریق تحلیل خوشه ای به روش ادغام وارد انجام شد. یافته ها: نتایج نشان داد که در همه الگوها، حضور یک پرفشار در نیمه شمالی خزر سبب ایجاد جریانات شمالی می شود که با حرکت به سمت جنوب، ضمن جذب رطوبت از منبع رطوبتی واقع در منطقه، ناپایدار شده و نهایتا منجر به بارش های سنگین و فراگیر در سواحل جنوبی خزر می شود. وقوع بارش های سنگین در منطقه همراه با گرادیان فشار در راستای شمال به جنوب بوده، این درحالی است که مقدار گردایان فشار مثبت باشد. بر همین اساس شاخصی جدید تحت عنوان گرادیان فشار دریای خزر (GCP) ارائه شد. نتیجه گیری: وجود ارتباط قوی و معنادار این شاخص با شاخص های دور پیوندیAo, NAO, NCPI 700 , CACO و SHI و همچنین بارش های سنگین و فراگیر در تمامی ایستگاه های مورد مطالعه حاکی از توانایی این شاخص جهت مطالعه بارش های سنگین و فراگیر در سواحل جنوبی خزر طی فصل پاییز است. طی ارزیابی های صورت گرفته و تحلیل روز به روز بارش های سنگین شرایط ذکر شده تأیید شد.