وردایست

در این پژوهش برای بررسی نوسانات ازن لایه استراتوسفری ایستگاه ژئوفیزیک(دوره آماری 2005 تا 2010 )، نتایج بیانگر آن است که با افزایش ازن دمای سطح زمین کاهش یافته و با کاهش ازن بر دمای سطح زمین افزوده شده است و بیشترین سطح معنی داری و ضریب همبستگی در سطح اطمینان 99 درصد متعلق به فصل بهار و بعد از آن فصل پاییز می باشد. در بررسی رابطه بین مقدار ازن و ارتفاع تروپوپاز بین مقادیر بالاترین و کمترین ازن و ارتفاع تروپوپاز در طی دوره آماری در فصل زمستان حدود 79 درصد، فصل بهار 73 درصد، فصل تابستان 67 درصد و در فصل پاییز 62 درصد با افزایش ارتفاع لایه تروپوپاز، مقدار ازن کاهش پیدا کرده است. از لحاظ همدیدی پربندهای ارتفاع سطح 200 و 500 هکتوپاسکالی، در روزهای همراه با افزایش ازن سازگاری خوبی با تغییرات ستون کلی ازن جو نشان می دهد. بطوریکه در اکثر موارد عبور پرارتفاع ها و ناوه های ورتکس قطبی به منطقه ، باعث ایجاد سرمایش شدید و افزایش غلظت ازن در پوش سپهر گردیده است. و بر عکس با دور شدن ناوه و ورتکس قطبی، پشته عمیقی از پرفشار عربستان تا منطقه مورد مطالعه گسترش یافته و با فرارفت هوای گرم در پشته ها، سبب افزایش ارتفاع سطح ژئوپتانسیلی و کاهش ازن در منطقه می شود. بنابراین می توان اینگونه نتیجه گرفت در طی کاهش ارتفاع سطح ژئوپتانسیل و تروپوپاز، همگرایی ازن در ترازهای بالا صورت گرفته و نزول آن باعث افزایش ستون ازن کلی جو شهر تهران شده و به همان نسبت دمای سطح زمین نیز کاهش می یابد. و بر عکس با افزایش ارتفاع ژئوپتانسیل ترازهای 200 و 500 هکتوپاسکالی و تروپوپاز، واگرایی ازن در ترازهای بالا صورت گرفته و ستون ازن کلی جو کاهش و دمای سطح زمین نیز افزایش می یابد.

به منظور شناسایی و درک ساز و کار حاکم بر وردش پذیری و کاهش ازن پوش سپهری، خصوصیات دینامیکی جو میانی به ویژه نحوه گردش هوا و انتقال جرم در پوش سپهر بررسی گردید. بر این اساس ابتدا ویژگی های ازن از جمله نحوه تولید و توزیع زمانی-مکانی ازن پوش سپهری مورد توجه قرار گرفت. سپس با توجه به نقش بسیار مهم گردش هوا در توزیع، وردش پذیری و کاهش ازن پوش سپهری، ضمن ارائه یک تقسیم بندی از گردش هوای پوش سپهری، خصوصیات متوسط گردش مداری( شامل تاوه قطبی، Surf Zone، نوسان شبه دو ساله (QBO) و گردش نیمکره ی تابستان) و گردش نصف النهاری(گردش بروئر-دابسون) در لایه پوش سپهر تشریح گردید. در ادامه به منظور تبیین کمی کاهش ازن پوش سپهری روند کاهش ازن از منظر زمانی و مکانی مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت نحوه ارتباط مهم ترین مؤلفه های دینامیکی پوش سپهر از جمله تاوه قطبی، امواج راسبی مقیاس سیاره ای، گرمایش ناگهانی پوش سپهری و QBO با وردش پذیری و کاهش ازن پوش سپهری تشریح شد. یافته ها نشان می دهد که از ابتدای دهه 1980 تا کنون، متوسط جهانی کاهش ازن حدود 3% بوده و برجسته ترین تغییرات ازن در طول فصل بهار در مناطق قطبی دو نیمکره به وقوع پیوسته است. تاوه قطبی پوش سپهری نقشی کلیدی در وردش پذیری سال به سال ازن کلی داشته و یک پیش شرط اصلی در کاهش ازن و پیدایش حفره ی ازن پوش سپهری محسوب می گردد. بر این اساس شکل،وسعت، شدت و میزان تداوم تاوه قطبی تعیین کننده ی میزان کاهش ازن و حداکثر پوشش منطقه ای حفره ی ازن می باشد. واداشت دینامیکی ناشی از فعالیت موج وردسپهری، چشمه اصلی وردش های پوش سپهری بوده و گسترش بالاسوی امواج راسبی مقایس سیاره ای ضمن ایجاد گردش بروئر-دابسون و پدیده گرمایش ناگهانی پوش سپهری، توزیع زمانی و مکانی ازن کلی و کاهش یا افزایش ازن پوش سپهری را کنترل می نماید.بدین لحاظ گردش پوش سپهر زمستانی قویاً از گسترش قائم امواج وردسپهری متأثر گردیده و میزان فعالیت امواج سیاره ای در پوش سپهر و نحوه برهم کنش آن ها با مؤلفه های دینامیکی ای چون BQO و تاوه قطبی، ضمن کنترل گردش بروئر-دابسون و نرخ دما، میزان انتقال و وردش پذیری سال به سال ازن پوش سپهری را تعیین می نماید.

به منظور شناسایی و درک ساز وکار حاکم بر وردش پذیری و کاهش ازن پوش سپهری، اصول دینامیکی حاکم بر لایه پوش سپهر مورد توجه قرار گرفت . بدین منظور ارتباط بین مهم ترین مؤلفه های دینامیکی پوش سپهر از جمله تاوه قطبی، امواج راسبی مقیاس سیاره ای، گرمایش ناگهانی پوش سپهری و QBO با وردش پذیری و کاهش ازن پوش سپهری تشریح شد. یافته ها نشان م یدهد که تاوه قطبی پوش سپهری نقشی کلیدی در وردش پذیری سال به سال ازن کلی داشته و یک پیش شرط اصلی در کاهش ازن و پیدایش حفر هی ازن پوش سپهری محسوب می گردد. بر این اساس شکل، وسعت، شدت و میزان تداوم تاوه قطبی تعیین کننده ی میزان کاهش ازن و حداکثر پوشش منطقه ای حفره ی ازن می باشد. یافته ها بیانگر آنست که واداشت دینامیکیِ ناشی از فعالیت موج وردسپهری ، چشمه اصلی وردش های پوش سپهری بوده و گسترش بالا سوی امواج راسبی مقیاس سیاره ای ضمن ایجاد گردش بروئر -دابسون و پدیده گرمایش ناگهانی پوش سپهری، توزیع زمانی و مکانی ازن کلی و کاهش یا افزایش ازن پوش سپهری را کنترل می نماید. بدین لحاظ گردش پوش سپهر زمستانی قویاً از گسترش قائم امواج وردسپهری متأثر گردیده و میزان فعالیت امواج سیاره ای در پوش سپهر و نحوه برهم کنش آن ها با مؤلفه های دینامیکی ای چون QBO و تاوه قطبی، ضمن کنترل گردش بروئر-دابسون و نرخ دما، میزان انتقال و ورد شپذیری سال به سال ازن پوش سپهری را تعیین می نماید. پدیده گرمایش ناگهانی، برجسته ترین پدیده دینامیکی است که در پوش سپهر بوقوع می پیوندد. گسیختگی تاوه قطبی در طول یک گرمایش ناگهانی اصلی یا در طول گرمایش پایانی، بالاترین میزان اختلاط هوای ممکن را در پوش سپهر، بین عر ضهای میانی و قطبی ممکن م یسازد که نتیجه مستقیم آن انتقال هوای فقیر از ازن از داخل تاوه قطبی به عر ضهای میانی است QBO عامل اصلی ورد شپذیری در پوش سپهر حار های محسوب م یگردد. یافته ها نشان می دهد که ساختار باد مداری در پوش سپهر، گسترش امواج سیاره ای وردسپهری را از خود متأثر می سازد. زمانی که QBO در پوش سپهر تحتانی حاره ای در فاز غربی خود قرار دارد، امواج سیاره ای بدون مواجهه با یک سطح بحرانی قادر به عبور از استوا و گسترش به داخل نیمکره تابستانی خواهند بود . در چنین وضعیتی تاوه قطبی سردتر و قوی تر بوده و گرمایش ناگهانی پوش سپهری از شدت و فراوانی کم تری برخوردار است و حفره ی ازن بزرگ تر خواهد بود. در مقابل، در فاز شرقی ،QBO امواج سیار های در مواجهه با سطح بحرانی به عر ضهای میانی و قطبی نیمکره زمستانی محدود می شوند. در چنین شرایطی تاوه قطبی گرم تر و ضعیف تر بوده و گرمایش ناگهانی پوش سپهری از شدت و فراوانی بیشتری برخوردار است و حفر هی ازن کوچ کتر خواهد بود. 

وردایست لایه انتقال بین وردسپهر و پوشن سپهر است. در این پژوهش برای شناخت وردایست بر روی جو ایران از داده های دما و ارتفاع ژئوپتانسیل مربوط به پایگاه ECMWF در بازه ی زمانی 1979 تا 2018 با تفکیک افقی 0/25 درجه در ترازهای مختلف جو و بر پایه افت آهنگ دما (LRT) استفاده شد. نتایج پژوهش نشان داد که در ماه های فصل زمستان تغییرات تراز فشار وردایست بر روی ایران از عرض جغرافیایی تبعیت می کند و با افزایش عرض جغرافیایی ارتفاع وردایست کاهش می یابد، اما در ماه های فصل تابستان ویژگی های تراز فشار وردایست متفاوت با ماه های فصل زمستان است. در این ماه ها تغییرات ترازهای فشار وردایست از عرض جغرافیایی تبعیت نمی کنند؛ بر روی ارتفاعات زاگرس و کرمان ارتفاع وردایست در پایین ترین حد خود قرار دارد، در حالی که بالاترین ارتفاع وردایست در این ماه ها در عرض های جغرافیایی بالاتری نسبت به دیگر ماه ها واقع می شود. بررسی دمای تراز پایین و بالای وردایست نیز نشان داد که دمای تراز پایین وردایست در تمام ماه های فصول بررسی شده پایین تر از دمای تراز بالای آن است و دمای دو تراز با تغییرات ارتفاع وردایست در ماه های مختلف دچار تغییر شده است. بررسی تفاضل دمایی دو تراز اطراف وردایست نشان داد که تفاضل دمایی دو تراز اطراف وردایست در فصل تابستان در مقایسه با فصل زمستان قابل توجه تر است. این در حالی بود که در فصل زمستان تفاضل دمایی در اکثر مناطق از عرض جغرافیایی تبعیت می کند و با افزایش عرض جغرافیایی تفاضل دمایی کاهش می یابد.

در این پژوهش روند تغییرات وردایست بر روی جو ایران در ماه های دو فصل بهار و پاییز با استفاده از داده های پایگاه ECMWF در بازه-ی زمانی 1979 تا 2018 مورد واکاوی قرار گرفت. نتایج حاصل از بررسی روند تغییرات وردایست در دو فصل بهار و پاییز نشان داد که در بخش های وسیعی از کشور روند برآورد شده فاقد معنی آماری است و فقط در ماه مارس در بخش هایی از غرب و شمال غرب کشور و در ماه سپتامبر بر روی ارتفاعات زاگرس روند مثبت و به لحاظ آماری معنی دار بود. نتایج بررسی روند دمای دو تراز اطراف وردایست نیز نشان داد که در تمام ماه های فصل بهار و دو ماه اول فصل پاییز به جز مناطق بسیار محدودی از کشور، روند برآورد شده فاقد معنی آماری است. روند دمای دو تراز اطراف وردایست در ماه نوامبر با دیگر ماه های مورد واکاوی تفاوت قابل توجهی داشت. در این ماه بخش های وسیعی از کشور در دو تراز اطراف وردایست روند به لحاظ آماری معنی دار بود. بررسی روند تفاضل دمایی دو تراز اطراف وردایست نیز نشان داد که در مناطق توأم با روند معنی دار، روند تفاضل دو تراز بالا و پایین وردایست منفی بوده است. این ویژگی می تواند به معنای کاهش ستبرای لایه ی وردایست در طول چهل سال گذشته باشد. واکاوی روند پراش، چولگی و کشیدگی وردایست نیز نشان داد که در سه ماه فصل بهار در اغلب مناطق روند فاقد معنی آماری است؛ امّا در فصل پاییز (به ویژه ماه سپتامبر) در بخش هایی از کشور روند مشاهده شده به لحاظ آماری معنی دار است. با توجه به نتایج به دست آمده می توان گفت که در طول چهل سال گذشته تأثیر خطی تغییرات آب و هوایی بر تغییرات تراز فشار لایه ی وردایست موجود بر روی جو ایران طی ماه های فصل بهار و پاییز بسیار ناچیز و تغییرات خطی در فصل بهار بسیار محدودتر از فصل پاییز بوده است.

دانش آب وهواشناسی از طریق شناخت وضعیت جوی و تأثیر آن بر حمل ونقل هوایی کاربرد دارد. رود بادهای وردسپهری بسترساز پدیده های تلاطم هوای صاف (CAT) و چینش قائم باد، هستند؛ لذا در این پژوهش اثرات آن ها بر پرواز هواپیماها بررسی شد. منطقه موردمطالعه، کشور ایران و مسیرهای پروازی کرمانشاه، اهواز و زاهدان به تهران است. داده های پژوهش شامل نقشه های برش مقطع عمودی (نمایه) رود باد، میانگین روزانه مؤلفه های مداری (U-Wind) و نصف النهاری باد (V-Wind) برای بازه زمانی زمستان 1398 شمسی از طریق پایگاه های داده محیطی NOAA/NCEP اخذ شد. همچنین اطلاعات مسیر پروازی از سامانه های FlightRadar24 و Flightaware دریافت شدند. ابتدا با استفاده از نقشه های برش مقطعی عمودی، روزهای حاوی رود باد مداری قوی استخراج و میانگین موقعیت قرارگیری هسته رود باد، در مؤلفه های باد مداری و نصف النهاری، سطح نیواری 200 هکتوپاسکال تشخیص داده شد. لیست پروازها تهیه و نقشه های مؤلفه مداری باد تولید گردیدند. در نهایت ارتفاع پروازها با تراز جریانات رود بادها مقایسه و تأثیر یا عدم تأثیر رود باد بر پروازها موردمطالعه قرار گرفت. بر اساس نتایج پژوهش تمامی رود بادها باعث ایجاد تلاطم برای همه پروازها شدند و کاهش سرعت برای پروازهای مسیرهای اهواز، زاهدان و بندرعباس به تهران و افزایش سرعت پروازهای مسیر کرمانشاه - تهران را متناسب با جهت و نوع وزش رود بادها، در پی داشتند. همچنین مشخص گردید که همه رود بادها دارای سرعتی بیشتر از 90 نات بوده اند، لذا ظرفیت ایجاد تنش و تلاطم هایی همچون CAT در آن ها دیده شد.