دمای سطح دریا

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.

تغییرپذیـری درجه حرارت سطح دریا (SST) نقش بسیار مهمی را در پیدایش و تکامل فرایندهای اقیانوس­شناسی و اقلیمی نظیر بارندگی­های سنگین و سیلاب­های ناشی از آن، نوسانات سطح دریا در مقیاس کلان و شکل­گیری سیکلون­های حاره­ای دارند. در این پژوهش تأثیر دمای سطح آب دریای عمان (SST) در فصول چهارگانه سال بر بارندگی فصول پاییز و زمستان سواحل شمالی آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. داده­های دمای سطح آب بر اساس میانگین­گیری از 4 نقطه در سطح دریای عمان از طریق داده­های آرشیو مرکز تحقیقاتی NCEP وابسته بهNOAA توسط نرم­افزار Gradsاستخراج گردید و داده­های اقلیمی سه ایستگاه ساحلی چابهار، جاسک و بندرعباس نیز مورد استفاده قرار گرفت. دوره­های گرم، سرد و نرمال (شرایط معمولی دمای سطح آب دریا) تعریف و میانه بارندگی در هر دوره به ترتیب Rw،Rc و Rbمحاسبه و از مقادیر نسبت­های به منظور ارزیابی میزان تأثیر این شرایط بر بارندگی استفاده شده است. نتایج نشان داد که وقوع شرایط گرم (سرد) در دمای سطح آب دریای عمان در فصل بهار با کاهش (افزایش) بارندگی در فصول پاییز و زمستان ایستگاه­های مورد مطالعه همراه بوده است. همچنین بارندگی­های زمستانه هم زمان با ناهنجاری­های مثبت دمای سطح دریا در تابستان چشمگیر بوده­اند. جهت بررسی ساز و کار مربوط به تأثیر دمای سطح آب دریای عمان بر بارندگی نواحی ساحلی، نقشه های خطوط جریان[1]، رطوبت نسبی و امگا[2] تهیه و مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاکی از تأثیر دمای سطح آب دریا بر روی الگوهای رطوبت نسبی و خطوط جریان در سطح دریا به عنوان مکانیزم اصلی تغییر میزان بارندگی است. عموماً طی شرایط پرباران خطوط جریان بر روی دریا مسیر طولانی­تری را طی نموده و میزان رطوبت سامانه­های باران­زا و جریان­های صعودی حاکم بر آنها جهت ایجاد بارندگی مهیاتر بوده­اند.

بسیاری از شرایط هیدرولوژیک در دریاها به تغییر دما بستگی داشته و میزان این پارامتر عامل تعیین کننده مهمی در شرایط محیطی هر منطقه می باشد. تغییرات دما و باد سطحی سبب تغییر چگالی آب دریا شده و تغییر چگالی در میزان پایداری و اختلاط ستون آب دریا مؤثر است .دراین تحقیق اثر متقابل دمای سطح آب دریا (SST) بر سرعت باد سطحی درمنطقه خزر جنوبی (استان مازندران) بررسی شده است. ابتدا داده های دمای سطح آب دریا،توسط سنجنده AVHRR ماهواره NOAA وداده های سرعت بادسطحی،توسط ماهوارهQuikSCAT برای منطقه ای به ابعاد 220 ×340 کیلومتر مربع در خزر جنوبی گردآوری شد. پس از تجزیه وتحلیل داده های ماهواره ای دمای سطح دریا ، تغییرات ماهانه و فصلی آن توسط نرم افزار Tecplot برای این منطقه رسم گردید.مشخص شد که میانگین دمای فصلی(بهار و تابستان) سواحل شرقی خزرجنوبی c ْ87/0 ازنواحی غربی آن بیشتراست. برای بررسی اثر متقابل دمای سطح دریا برسرعت باد سطحی، چهار ایستگاه A وD (درناحیه غربی)،B وC (درناحیه شرقی)درخزرجنوبی انتخاب گردید.سپس نمودار سری زمانی دما، اختلاف دمابین چهار ایستگاه، سری زمانی سرعت بادو سری زمانی اختلاف سرعت باد بین چهار ایستگاه ازسال 2000تا2005 برای فصل های بهار و تابستان رسم و مقایسه شد. نتایج نشان می دهد که برای فصل تابستان،در80% و برای فصل بهار، در 66% مواردبا افزایش اختلاف دما بین چهار ایستگاه، اختلاف سرعت نیزافزایش می یابد.در این دو فصل بدلیل کاهش فعالیت سیستم های جوّی، اختلاف دمای دو ایستگاه تأثیر قابل توجهی درتقویت اختلاف سرعت باد دارد. میانگین اندازه اختلاف سرعت باد در دوره آماری2005-2000 در ایستگاه ها برای فصل بهار ، m/s 7/.و برای فصل تابستان ،m/s 37/1 می باشد.

  استان بلوچستان در کشور پاکستان اغلب به دلیل بارندگی کم در معرض خشکسالی های شدید قرار دارد. چندین نوع محرک آب وهوایی بزرگ مقیاس (LSCD) به دلیل تأثیرشان بر بارندگی در سراسر جهان شناخته شده اند، اما در منطقه بلوچستان مطالعاتی در این زمینه وجود ندارد. این مطالعه با هدف شناسایی LSCDهای معنا دار در بلوچستان و بهبود مهارت پیش بینی بارش ماهانه با استفاده از تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی (PCA)، شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، شبکه عصبی منظم شده بیزین (BRNN) و تحلیل رگرسیون چندگانه (MRA) انجام شد. LSCDهای 12ماهه مانند Nino-1+2، Nino-3، Nino-3.4، Nino-4، QBO در 30 و 50 هکتوپاسکال (QBOI و QBOII)، دمای سطح دریا (SST)، دمای هوا (T2M)، ارتفاعات ژئوپتانسیل 500 و 850 هکتوپاسکال، سرعت مداری (500U) و نصف النهاری (V500 وV 850)، شار گرمای نهان و محسوس (LHFOL و SHFOL) و رطوبت ویژه در سطح (SSH) بررسی شدند. همچنین از مجموعه داده های سیستم جهانی جمع آوری داده های زمین (GLDAS)، اندازه گیری بارندگی استوایی (TRMM)، MERRA-2، NOAA و HadISST استفاده شد. نتایج نشان داد LSCDهای معنا دار در سطح اطمینان 99% شامل SSH، SST، LHFOL، SHFOL، T2M، U500، Nino-3.4 و Nino-4 بودند. در طول دوره آزمون، در مقایسه با مدل های MR با ضریب همبستگی 0.15 تا 0.49 و مؤلفه های اصلی با ضریب همبستگی 0.16- تا 0.43، مدل های ANN و BRNN به ترتیب مهارت های پیش بینی بهتری با ضرایب همبستگی 0.40 تا 0.74 و 0.34 تا 0.70 داشتند. نتایج بیانگر توان مدل های ANN و BRNN در پیش بینی بارش ماهانه بلوچستان با استفاده از LSCDهای دارای تأخیر است.

در سال های اخیر، نظارت دریایی و هوایی برای مهار آلودگی های دریایی رایج شده است اما این روش ها، به دلیل محدودیت های شرایط آب وهوا، زمان و مکان، به تنهایی نمی توانند پایش سریع و منظمی فراهم آورند. در این زمینه، سنجش از دور ماهواره ای می تواند نقش مهمی در تشخیص اولیه و پایش مداوم نشت نفت در دریا ایفا کند. سنجنده رادار آنتن مصنوعی سیستم سنجش از دور فعالی است که می تواند، برای آشکارسازی نشت نفت همراه با سنجنده های اپتیکال مانند مادیس، با توانایی تصویربرداری هم زمان، استفاده شود. هدف از این پژوهش آشکارسازی نشت نفت پیرامون سکوهای نفتی بخش شمالی خلیج فارس، در تاریخ های پانزدهم و هفدهم ژوئن 2015، با استفاده از تصاویر فروسرخ گرمایی مادیس و تصاویر راداری سنتینل 1 است. برای محاسبه دمای سطح دریا، الگوریتم پنجره مجزا روی تصویر باند 20 سنجنده مادیس اجرا شد. نتایج نشان داد که منطقه دارای نشت نفت دمایی کمتر از مناطق پیرامونی دارد. برای آشکارسازی دقیق تر لکه های نفتی و درستی سنجی نتایج پردازش های اعمال شده بر تصویر مادیس، از تصویر پلاریزاسیون VV سنتینل 1 و پردازش های حذف نوفه مانند فیلترگذاری و مولتی لوکینگ استفاده شد. در پایان، از راه مقایسه دمای بویه موج نگار سازمان بنادر و دریانوردی بوشهر و دمای حاصل از تصویر مادیس و موقعیت جغرافیایی گستره لکه های نفتی بارزشده، درستی نتایج این پژوهش و پردازش های صورت گرفته تأیید شد. استفاده از باند 20 سنجنده مادیس با هدف استخراج دمای سطح دریا و باندهای فروسرخ گرمایی آن، به منظور آشکارسازی لکه های نفتی در سطح دریا، اولین بار در این پژوهش ارزیابی شده است.  

صخره های مرجانی ازنظر محیط زیستی جزء مهم ترین مناطق جهان هستند. در چند دهه اخیر این بوم سازگان با افزایش دمای اقیانوس ها به شدت توسط رویداد سفید شدن تهدید می شوند. با سفید شدن صخره های مرجانی این بوم سازگان تحت تنش بیشتری قرارگرفته و در معرض مرگ ومیر قرار خواهند گرفت. امروزه به منظور پیش بینی و شناسایی مناطق در معرض خطر سفید شدن مرجان ها از داده های مبتنی بر سنجش ازدور ماهواره ای و قابلیت های تحلیل روند استفاده می شود. در این پژوهش سعی شد با استفاده از روند داده های 35 ساله در بازه زمانی 1980 تا 2015 در قالب داده های چندبعدی، دمای سطح دریا در سال 2022 با به کار گیری ابزارهای ArcGIS Pro برای محدوده خلیج فارس پیش بینی شود و مناطقی که بیشتر در معرض تنش حرارتی منجر به سفید شدگی هستند شناسایی شوند. در این تحلیل برای برازش خط روند از روش هارمونیک استفاده شد. خط روند هارمونیک خطی منحنی است با تکرار دوره ای که بهترین استفاده را برای توصیف داده های دارای الگوی چرخه ای دارد. نتایج اولیه نشان داد که دمای سطح دریا در محدوده خلیج فارس از سال 1996 میانگین دمای بالاتری را تجربه کرده است. نقشه روند به دست آمده (1980 تا 2015)، بیانگر این بود که مناطق شمال غربی خلیج فارس و بخشی از جنوب آن بیشتر در معرض گرمای طولانی قرار دارند. دقت برازش روند داده ها توسط تابع رگرسیونی هارمونیک، پارامترهای آماری، 0.78= R2 و0.5 =RMSE را ارائه داد. در این مطالعه، ناهنجاری های موجود در داده ها محاسبه شد و مناطقی که دمای بالاتر از میانگین داشتند شناسایی شدند. در برش زمانی سالانه پیش بینی شده (2022)، شمال غربی و بخشی از جنوب منطقه خلیج فارس با تنش حرارتی منجر به سفید شدگی مواجه می شوند. نتایج به دست آمده با نقشه های سازمان نووآ در همان تاریخ مقایسه شدند و مورد تأیید قرار گرفتند. پیشنهاد می شود تا سازمان های مسئول برای ارزیابی وضعیت و تهیه نقشه خطر محدوده های مرجانی از روش های مبتنی بر سنجش ازدور و تحلیل روند استفاده کنند.