موج سرما

تغییرات شدید دمایی پدیده ای نامطلوب برای زیست جانوران و گیاهان و اثرات نامطلوبی نیز بر عناصر طبیعی، سازه ها و تاسیسات دارد. وقتی دمای هوا از حد معینی پایین می رود شرایط برای زیست و فعالیت مطلوب جانداران دچار اشکال می شود. چون که هر مرحله از فعالیت زیستی نیازمند دمای معینی است که این محدوده دمایی را آستانه دمایی می گویند. چنین آستانه هایی را نیز می توان برای سازه ها ماشین ها و تاسیسات قائل شد. وقتی دما به زیر صفر نزول می کند اثر دما بر برخی از عناصر جان دار و غیر جاندار تشدید می شود. در موج سرمای 20 تا 25 آذر ماه 1382 تعداد کثیری انسان و حیوان تلف شده و آمد و شد در بسیاری از شهر ها و جاده های کوهستانی دچار مشکل جدی شد. به دلیل نفوذ یک موج سرمای گسترده به داخل کشور در روزهای 21 تا 23 آذر ماه،بین 70 تا 5/75 درصد از پهنه کشور دچار یخبندان شد. به دلیل بزرگی پهنه زیر پوشش دمای پائین در سطح کشور فشار گاز به شدت تقلیل پیدا کرد و گرمایش منازل و مراکز اداری و آموزشی دچار مشکل جدی شد. در این تاریخ به دلیل نفوذ زبانه ای از پرفشار سیبری که در اطراف دریاچه بایکال شکل گرفته بود دمای هوا افت قابل ملاحظه ای پیدا کرده که کاهش دما در اکثر ایستگاه ها بیش از 15 درجه سلسیوس بوده است. در ترازهای 700 و 500 هکتوپاسکال مرکز ارتفاع زیادی از قبل از شروع موج سرما بر روی شرق اروپا قرار داشت که در روزهای بعد در محدوده شمال غرب دریای خزر و شرق اوکراین استقرار پیدا کرده و باعث حرکت کند ناوه و بلوکه شدن آن در شرق ایران و افغانستان شد به طوری که برای مدت 4 تا 5 روز بخش اعظم کشور به خصوص نیمه غربی آن تحت تاثیر یک پشته عمیق قرار گرفته و سبب تداوم ریزش هوای سرد بر روی ایران گردید.

سرمای شدید و یخبندان ها از مخاطرات مهم جوی به شمار می آیند که معمولاً در ایران سالانه خسارات فراوانی را به محصولات کشاورزی و تاسیسات وارد می کنند. تحلیل سینوپتیکی آماری این یخبندان ها به پیش بینی وقوع آنها و اتخاذ تصمیمات صحیح پیش از وقوع و البته مقابله با آنها کمک می کند. در پژوهش حاضر به بررسی و تحلیل موج سرمای شدید و فراگیر در ژانویه 2008 پرداخته شده است. در این تحقیق به منظور بررسی و تحلیل رویداد سرمای غیرمعمول دی ماه 1386 (ژانویه 2008) اقدام به جمع آوری آمار و اطلاعات دمای حداقل روزانه ماه ژانویه در ایستگاه های سینوپتیک سراسر کشور شد. سپس با مطالعه 21 ایستگاه منتخب، ناهنجاری دمای ژانویه 2008 در مقایسه با میانگین درازمدت دمای حداقل ژانویه کشور مورد بررسی قرار گرفت. با بررسی ناهنجاری ها و شاخص بی بُعد نمره استاندارد، مشاهده شد که دمای حداقل ژانویه 2008 به جز در 6 ایستگاه در نیمه جنوبی کشور (اهواز، بوشهر، بندرعباس، شیراز، کرمان، ایرانشهر)، در سایر ایستگاه ها دارای ناهنجاری بیش از 5- درجه سلسیوس در مقایسه با دوره آماری 30 ساله بوده است. با تحلیل دمای حداقل ژانویه 2008 در قالب 6 دوره 5 روزه، مشخص شد که ایستگاه های مورد بررسی در دوره چهارم (روزهای شانزدهم تا بیستم) سردترین دماها را داشته اند. به منظور تحلیل شرایط همدیدی مؤثر در وقوع یخبندان ژانویه 2008 و تعیین علل آن، داده های مربوط به دما، فشار سطح دریا، ارتفاع ژئوپتانسیل، مؤلفه باد نصف النهاری و مداری (U و V) در ترازهای متفاوت و در چهار ساعت، از سایت NCEP/NCAR برای روزهای ژانویه 2008 استخراج گردید. به وسیله داده های ارتفاع ژئوپتانسیل و فشار سطح دریا، وضعیت شکل گیری سامانه بندالی مورد بررسی قرار گرفت. از داده های دما، مؤلفه باد نصف النهاری و مداری (U و V) نیز برای ترسیم نقشه های ترکیبی فرارفت دما، ضخامت جو، بردارهای شیو دما و باد گرمایی استفاده شد. با مشاهده نقشه های تراز میانی جو مشاهده شد که در سراسر ژانویه 2008 به طور مداوم سامانه بندالی حاکمیت داشته است، به طوری که تشکیل سامانه بندالی زوجی در پنجه چهارم (روزهای شانزدهم تا بیستم) و پنجه دوم (روزهای ششم تا دهم) به خوبی مشاهده می شود. با بررسی باد گرمایی در لایه ضخامت 1000 تا 500 هکتوپاسکال، مشاهده می شود که نیمه شمالی کشور در معرض فرارفت شدید هوای سردی است که از مناطق قطبی و شمال منطقه سرد سیبری می گذرد و با خود هوای سرد و خشک را به داخل کشور منتقل می کند. بنابراین، بروز یخبندان فرارفتی در نواحی شمال شرقی و نیمه شمالی کشور در روزهای پنجه چهارم توجیه می شود. همچنین باد گرمایی در جنوب کشور و بر روی خلیج فارس و دریای عمان و کرانه های آن با سرعتی بیش از 30 متر بر ثانیه از شدت سرمای مناطق جنوبی کشور کاسته است. به نظر می رسد که بالاتر بودن دمای حداقل ایستگاه های اهواز، بوشهر، بندرعباس، شیراز، کرمان و چابهار به همین علت باشد.

«نوسان های شمالگان» الگوی تغییر دهنده و مسلط اقلیمی در زمستان های نیمکرة شمالی است. در این تحقیق با استفاده از داده های مربوط به متغییرهای اقلیمی فصل زمستان و شاخص نوسانات فشار سطح دریا در شمالگان ارتباط پیوند از دور بین الگوی مذکور با سختی زمستان در تبریز بررسی شده است. برای اثبات اثر پیوند از دور بر سختی زمستان از ضریب همبستگی پیرسون استفاده شد. نتایج حاصل از محاسبه ضرایب همبستگی پیرسون نشان از وجود ارتباط پیوند از دور بین نوسانات شمالگان و سختی زمستان در تبریز است. پس از محاسبه «شاخص سختی زمستان» تبریز روند پولی نومیال تغییرات آن ترسیم شد که روندی رو به کاهش را از خود نشان میدهد. روند نزولی شاخص مذکور مبین کاهش شدت و سختی زمستان های تبریز در سال های اخیر و ملایم تر شدن اقلیم زمستانی آن است. روند نزولی متغییرهای اقلیمی روزهای برفی و روزهای یخبندان و روند افزایشی درجه حرارت زمستانی تبریز نیز دیگر دلایل کاهش سختی زمستان در تبریز هستند. با توجه به ضرایب همبستگی معنا داری که بین شاخص نوسانات شمالگان و متغییرهای اقلیمی دما، روزهای برفی، روزهای یخبندان و شاخص سختی زمستان محاسبه شده است، میتوان الگوی نوسانات شمالگان را عامل تعیین کنندة سختی یا ملایمت زمستان های تبریز دانست.

دما به عنوان شاخصی از شدت گرما، یکی از عناصر اساسی شناخت هوا است. یکی از اشکال تغییرات دما، نوسانات نابهنگام آن به ویژه افت دما تا نقطه انجماداست که به آن یخبندان می گویند. دی ماه سال 1386 سرما و یخبندان شدیدی همه ایران را در بر گرفت. به تبع آن ایران مرکزی نیز چندین روز متوالی شاهد سرمای شدید و یخبندان بود. در این تحقیق به منظور تحلیل همدیدی (سینوپتیکی) این دوره، نقشه های سطح زمین، سطوح 850، 500 و 300 هکتوپاسکال برای ساعات 0000 UTC و 1200 UTC و داده های جو بالای ایستگاههای اصفهان، کرمان و یزد از سایت NECP/NCAR استخراج و مورد بررسی قرار گرفت. سپس نقشه های سطوح مختلف جو و امگا به وسیله نرم افزار Grads ترسیم شد. آرایش همدیدی این موج سرما نشان می دهد، که این سرما زا نوع فرارفتی بوده و طی روزهای برف و یخبندان، پرفشاری روی روسیه در شمال خزر مستقر بود در سطح 850 هکتوپاسکال نیز پرارتفاع 160 ژئوپتانسیل دکامتر بر روی روسیه بسته شده و به طور مرتب با حرکت واچرخندی خود هوای سرد عرض های بالا را به طرف ایران هدایت می کرد. این توده هوای جبهه ای به مدت 10 روز بر شمال ایران حاکم بوده و در تمام دوره سرما با ایجاد بلوکینگ موجب ریزش هوای سرد عرض های بالا به طرف ایران شده است. همچنین ناوه عمیق کم فشاری نیز از طرف شرق مدیترانه بر روی ایران فعالیت می کرده است. فعالیت همزمان این دو توده هوایی باعث ریزش برف و باران و سرمای شدید در ایران و منطقه مورد مطالعه شده است.

در اقلیم شناسی همدید با تکیه بر اصل پذیرفته شده ی تبیین و تحلیل تغییرات شرایط محیطی سطح زمین از روی تغییرات الگوهای فشار (رویکرد محیطی به گردشی)، می توان بیشتر پدیده های اقلیمی سطح زمین را تبیین، تحلیل و پیش بینی نمود. از مهمترین پدیده-های اقلیمی می توان به موج های سرمایی شدید اشاره نمود. سرمای شدید و نادر دی و بهمن سال 1383 شمسی که بخش های وسیعی از کشور ایران را فرا گرفت، از آن جمله است. به منظور تبیین و تحلیل همدید این موج فراگیر سرما در ایران، دمای کمینه ی ایستگاههای محدوده ی استان چهارمحال و بختیاری، انتخاب شد و سپس از داده های فشار تراز دریا و ارتفاع ژئوپتانسیل تراز میانی جو جهت تبیین این رویداد استفاده گردید. نتایج این پژوهش نشان می دهد که الگوی حاکم بر این موج سرمای شدید، الگوی پرفشار سیبری بوده است. در این مدت، پرفشار سیبری با هجوم به طرف عرض های پایین، هفت موج سرمایی شدید و نادر را به منطقه ی مورد مطالعه تحمیل نموده است. همزمان با نفوذ و گسترش زبانه ی پرفشار سیبری به منطقه، در ارتفاع ژئوپتانسیل تراز میانی جو، فرازهایی تا ارتفاع 5800 متر تشکیل شد که ریزش هوای بسیار سرد به منطقه را در امتداد شرقی این فرازها، توجیه می کند. از طرفی مرکز پرفشار سیبری همزمان با گسترش نفوذ خود بر عرض های جنوبی، تا حدود 50 درجه طول شرقی (یعنی دقیقاً در امتداد شمال جغرافیایی ایران) جابجایی داشته است. در اوج این وضعیت که مقارن با 29-25 ژانویه 2005 بوده، ششمین ریزدوره موج سرمایی (با متوسط دمایی 7/16- درجه سانتیگراد) در منطقه ی مورد مطالعه شکل گرفته است.

در این پژوهش به کمک داده های دمای کمینه ی درون یابی شده ی روزانه ی پایگاه داده ی اَسفَزاری طی بازه ی زمانی 1/1/1962 تا 31/12/2004(15706روز) امواج سرمای ایران زمین مورد ارزیابی قرار گرفت. پایگاه داده ای در ابعاد 7187 15706 ایجاد شد که بر روی ستونها یاخته ها و بر روی ردیف ها روزها قرار داشتند. برای شناسایی امواج سرما از 6 نمایه ی مختلف بر پایه ی صدک 10، 5 و 1اُم استفاده شد. نمایه ها دوام، شدت و بسامد امواج سرما را می سنجند. سپس در سطح اطمینان 95 درصد معناداری روند نمایه ها بر روی هر یاخته به کمک روش ناپارامتری من-کندال، مورد آزمون قرار گرفت. نرخ و شیب روند نیز با استفاده از روش رگرسیون خطی محاسبه شد. یافته های پژوهش نشان داد که نه تنها از بسامد رخداد امواج سرمای ایران کاسته شده، بلکه دوام و شدت آنها نیز طی دوره ی مورد پژوهش روند نزولی از خود نشان می دهند. تنها بر روی گستره ی کوچکی از ایران زمین، بر روی بلندیها، روند امواج سرما مثبت است. بر روی مناطق کم ارتفاع و دشت های داخلی ایران روند منفی است. شدت و نرخ روند کاهشی نمایه ها در همه ی نقاط یکسان نیست. بیشترین نرخ روند کاهشی نمایه های امواج سرما در شمال تهران و منطقه ی بین یاسوج و شیراز مشاهده شد. افزایش آستانه های صدکی دمای کمینه بیانگر کاهش شدت امواج سرما و افزایش دمای کمینه(شبانه) بر روی ایران زمین است. همچنین یافته ها نشان داد که نرخ کاهشی امواج سرمای بادوام و طولانی شدیدتر از نرخ کاهشی امواج سرمای زودگذر و کوتاه مدت است.

موج های سرما و یخبندان از جمله پدیده های جوی هستند که هر سال خسارت های جبران ناپذیری بر بخش های گوناگون وارد می سازند. رخداد یخبندان های ناگهانی و دیرهنگام در فصل بهار مشکلات فراوانی در بخش کشاورزی و حمل و نقل جاده ای به همراه دارد. فروردین ماه سال های 1382 و 1384 موج سرما و یخبندانی به مدت دو روز متوالی منطقه ی شمال غرب ایران فرا گرفت. در این تحقیق، به منظور تحلیل همدید این دوره ها، نقشه های فشار تراز دریا، نقشه های ترکیبی ارتفاع ژئوپتانسیل و تاوایی و وزش دمایی در ترازهای 1000 تا 500 هکتوپاسکال با استفاده از داده های سایت NECP/NCAR و با استفاده از نرم افزار GRADS ترسیم و واکاوی شد. آرایش همدیدی این موج سرما نشان می دهد که چنین سرمایی از نوع فرارفتی است و در هر دو موج سرمای مورد واکاوی عامل اصلی وقوع سرما در منطقه قرارگیری منطقه ی شمال غرب در الگوی پرفشار مهاجر نیمه ی شرقی اروپا است. این پرفشارِ هسته ی سرد با استقرار در شرق و شمال دریای سیاه و گسترش آن از شمال غرب ایران، موج های سرمای مخاطره آمیز را بر استان آذربایجان غربی تحمیل می کند. بررسی نقشه های ارتفاع ژئوپتانسیل در سطوح 1000 و 850 هکتوپاسکال نیز نشان می دهد بسته شدن پرارتفاعی در شمال شرق دریای سیاه و شمال غرب کشور هوای سرد عرض های بالا را به سمت استان آذربایجان غربی هدایت می کند. همچنین، در سطوح 700 و 500 هکتوپاسکال قرارگیری پشت ناوه ی عمیقِ شمال دریاچه ی آرال با راستای شمال غرب به جنوب شرق بر روی پرفشار سرد سطوح زیرین سبب هدایت هوای سرد به استان از عرض های بالاست. واکاوی نقشه های وزش دمایی نیز منطبق بر ارتفاع ژئوپتانسیل است، به نحوی که همه ی ترازهای مورد بررسی از شمالی و شمال غرب بودن وزش های سرد از سمت نیمه ی شرقی اروپا و شمال غرب روسیه حکایت دارد که سبب افت دما و وقوع یخبندان در منطقه ی شمال غرب ایران می شود

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.