طوفان گردوغبار

در این تحقیق به منظور شناسایی مناطق مستعد رخدادمه و طوفان های گرد و غبار،تعداد روزهای همراه با دید کمتر از 1 کیلومتر و همراه با گرد و غباراز 95 ایستگاه همدید کشور در دوره آماری 1990- 2007 استخراج و سپس نقشه فراوانی رخداد قابلیت دید کمتر ازیک کیلومتر در شبکه جاده ای پس از دورن یابی توسط روش Spline در محیط ArcGIS در گستره کشور تهیه گردیده است.همچنین با تحلیل طیفی باندهای مادون قرمز و مرئی تصاویر سنجنده SEVERI از ماهواره MSG، نقشه درصد ابرناکی هوا درسطح زمین و ضخامت نوری ابرهای با ارتفاع پایین به عنوان شاخص مناطق مه گیر و ابرهای استراتوس با ارتفاع پایین در جاده های کشور برای دوره آماری 1980- 2010 ارائه شده است. برای استخراج توزیع مکانی رخداد طوفان های گرد و غبار نیز از داده های ماهواره ای مادیس و شاخص ضخامت اپتیکی آئروسل (AOT) برای دوره آماری 2000- 2010 استفاده شده است.با توجه به نتایج، بیشترین درصد فراوانی رخداد قابلیت دید کمتر از یک کیلومتر در ناحیه خزری و شمال غربی کشور ناشی از مه و در نواحی جنوب غرب و شرق کشور ناشی از گردوغبار است.بیشترین درجه خطرپذیری به لحاظ پتانسیل مه خیزی در شبکه جاده ای کشور نیز در جنوب و جنوب غرب ناحیه خزری و از منظر رخدادگرد و غبار در غرب تا جنوب کشور و درمحدوده شمال شرقی ناحیه خزری است.

در هفته ی اوّل جولای سال 2009، طوفان بسیار گسترده ای روی بخش هایی از کشورهای عراق و سوریه شکل گرفت که گردوخاک ناشی از آن، بخش گسترده ای از کشور، ازجمله تهران را به شدّت تحت تأثیر قرار داد. در این مطالعه بر اساس اطلاعات هواشناسی شامل نقشه های هواشناسی سطوح استاندارد ترازهای 1000، 850، 700، و 500 هکتوپاسکالی، گزارش های همدیدی دیدبانی شده، تصاویر ماهواره ای ویژه ی گردوغبار و برخی از محصولات مدل های منطقه ای پیش بینی عددی وضع هوا، شرایط هواشناختی مؤثّر در ایجاد طوفان های گردوخاک، منابع انتشار و مسیر حرکت ذرّات معلّق ناشی از طوفان هفته ی اوّل جولای 2009 بررسی شده است. نتایج حاصله نشان می دهند که چشمه های اصلی تولید گردوغبار در نواحی شرقی سوریه و شمال غربی عراق بوده که با حرکت طوفان به سمت شرق، غلظت ذرّات معلّق افزایش یافته و ایران را تحت تأثیر قرار داده است. الگوهای جوّی مؤثّر بر ایجاد طوفان و انتقال ذرّات معلّق روی کشور عبارتند از: گسترش زبانه ی سامانه ی کم فشار گرمایی از مرکز ایران تا شمال عراق و همچنین بخش هایی از جنوب ترکیه و توسعه ی سامانه ی پُرفشار از روی دریای سیاه تا روی خزر، شمال غرب ایران و جنوب شرق ترکیه. این الگوی میدان فشار سطح زمین، باعث ایجاد شیو فشاری زیاد بین سامانه های کم فشار و پُرفشار مذکور شده است و درنتیجه، سرعت باد در روی چشمه های تولید گردوخاک افزایش یافته و شرایط مناسبی برای تولید گردوخاک فراهم می شود. همراهی این شرایط با عبور امواج ناشی از ناوه ی مدیترانه در تراز میانی جو، افزون بر اینکه نقش مهمّی در شکل گیری طوفان دارد، حرکات صعودی لازم برای بلندشدن ذرّات معلّق و همچنین انتقال این ذرّات به نیمه ی غربی و بخش های مرکزی ایران را فراهم می کند.

طوفان گردوغبار یکی از پدیده های جوی است که آثار و پیامدهای زیست محیطی نامطلوبی برجای می گذارد. بررسی ترکیبات فیزیکی و شیمیایی گردوغبارهای اخیر نشان می دهد این گردوغبارها صرفاً متشکل از دانه های خاک، شن، ماسه و ذرات نمک نیستند، بلکه ترکیب پیچیده ای از عناصر شیمیایی اند، عناصری از قبیل فلزات قلیایی خاکی، کربن، سیلیس، آلومینیوم، پتاسیم، کلسیم و برخی دیگر از عناصر آلی مشاهده می شود که تمامی این عناصر می توانند اثرات مضری در سلامت محیط زیست و به ویژه بر موجودات زنده داشته باشند. در این تحقیق شهر اهواز که طی دهه گذشته شاهد طوفان های چندی بوده است، بررسی شد. با استفاده از نمونه های اندازه گیری شده عناصر مورد مطالعه در ایستگاه زمینی و آنالیزهای آزمایشگاهی، محتویات هفت رخداد گردوغبار تعیین شد. تصاویر ماهواره ای MODIS و داده های CALIPSO، به ترتیب، جهت شناسایی عناصر و تعیین غلظت این طوفان ها مورد تحلیل قرار گرفتند. پس از تهیه تصاویر MODIS و انجام دادن تصحیحات مورد نیاز، مقادیر طیفی محل نمونه برداری ایستگاه زمینی روی تصاویر مشخص شد. با استفاده از روش کمترین مربعات و cross-validation مدل سازی ارتباط بین باندهای MODIS و نتایج حاصل از مشاهدات زمینی ایجاد شد. پس از مقایسه و تحلیل نتایج به دست آمده، مشخص شد که برای عنصر سیلیس، نسبت باند 21 به باند 26 با میزان RMSE در حدود 1.28، شاخص مناسبی جهت تعیین ترکیبات طوفان های گردوغبار با استفاده از تصاویر ماهواره ای MODIS به شمار می رود. همچنین، آلومینیوم از نسبت باند 25 به باند 26 با میزان RMSE در حدود 2.08، کلسیم از نسبت باند 24 به باند 25 با میزان RMSE در حدود 2.3، سدیم از نسبت باند 23 به باند 27 با میزان RMSE در حدود 0.48 و منیزیم از نسبت باند 15 به باند 24 با میزان RMSE در حدود 0.78، برای شناسایی این عناصر در تصاویر ماهواره ای MODIS شاخص های مناسبی اند. با توجه به نتایج و شاخص های به دست آمده برای هر عنصر، تعیین ترکیبات و میزان غلظت عناصر موجود در طوفان های گردوغبار، بدون استفاده از نمونه های زمینی و فقط با به کارگیری تصاویر MODIS و روش به دست آمده امکان پذیر می شود. همچنین، با استفاده از داده های ماهواره ای CALIPSO در روزهای مورد مطالعه، مشخص شد که در روزهای گرم سال که نمونه برداری زمینی انجام گرفته، میزان غلظت و تراکم گرد غبار بیشتر از روزهای سرد سال است و ارتفاع گردوغبار به شش کیلومتری سطح زمین می رسد.

گردوغبار یکی از رویدادهای جوی مناطق خشک و نیمه خشک جهان است که در سال های اخیر افزایش قابل توجهی داشته و آثار و پیامدهای نامطلوبی را در بخش های مختلف بر جای گذاشته است. تصاویر سنجنده MODIS به دلیل قدرت تفکیک طیفی و زمانی بالا، به طور گسترده ای برای تشخیص طوفان گردوغبار استفاده می شوند. شاخص های گردوغبار زیادی مبتنی بر MODIS موجود هستند. در این مطالعه، از شاخص بهبود یافته دمای روشنایی گردوغبار (BADI) برای پایش چندین موج طوفان گردوغبار در غرب خاورمیانه بین سال های 2000 تا 2016، با استفاده از ترکیب دمای روشنایی سه باند تصاویر MODIS: باند 20 (84/3-66/3 میکرومتر)، باند 31 (28/11-78/10 میکرومتر) و باند 31 (27/12-77/11 میکرومتر) استفاده شده است. تفسیر بصری خروجی BADI نشان داد که این روش تشخیص، قادر است نه تنها به طور مؤثر محل هسته های اصلی طوفان های گردوغبار را شناسایی کند، بلکه می تواند گردوغبار را از زمین های لخت و ابرها تشخیص دهد. تجزیه و تحلیل رگرسیون نشان داد که ارتباط معنی داری بین BADI وMODIS Deep Blue AOD وجود دارد. برای پنج موج طوفان گردوغبار، ضرایب تعیین (R2) رگرسیون بین مقادیر BADI و MODIS Deep Blue AOD به ترتیب 44/0، 48/0، 67/0، 53/0 و 45/0 (01/0 >P) بود. نتایج نشان داد که شاخص BADI در مقایسه با اغلب شاخص های گردوغبار مبتنی بر تصاویر MODIS از قبیل شاخص اختلاف دمای روشنای در باند 32 و 31 (BTD32-31) و شاخص تفاضل نرمال شده گردوغبار (NDDI)، مقدار و تراکم فضایی طوفان گردوغبار را دقیق تر نشان می دهد. همچنین BADI هماهنگی خوبی با شاخص عمق هواویز نوری (MODIS Deep Blue) نشان می دهد (R2 = 0.70, P < 0.01).

طوفانهای گردوغبار فراوان و شدیدی در جنوب و جنوب غربی ایران رخ میدهد که ممکن است در نزدیک خلیج فارس تغییر کند. در سالهای اخیر، چندین طوفان مهم گردوغبار و ماسه در این منطقه رخ داده که موجب بروز آسیبهای زیادی شده و تلفات سنگینی را بر ساکنین و منطقه تحمیل کرده است. کاهش دید، بادهای شدید، قرمزی آسمان، بارش تگرگ و نیز رعد و برق شدید از نتایج سنگین وقوع این طوفانهاست. این مقاله سعی کرده است رفتار طوفانهای گردوغبار و نیز آثار کوتاه مدت و دیرپای این طوفانها را بصورت آماری و تحلیلی مورد بررسی قرار دهد. داده های بدست آمده توسط دیده بانی هواشناسی فیزیکی نشان میدهند که طوفانهای گردوغبار در مقیاس هواشناسی فیزیکی به جبهه هوای سرد و فعالیت طوفانها ارتباط دارند. این طوفانها و طوفانهای ماسه یی موقعی رخ میدهند که طوفانهای قوی که از مناطق خشک میوزند با جبهه های هوای سرد برخورد کنند و منجر به آشفتگی جریان هوا شوند.

رویدادهای طوفان گرد و غبار منطقه ای نگرانی اصلی بسیاری از کشورهای واقع در کمربند خشک جهان هستند. در حال حاضر گردوغبار در مقیاس جهانی و به ویژه در منطقه خاورمیانه به یک چالش جدی تبدیل شده است. با توجه به اثرات تغییر اقلیم و کاربری اراضی، در چند دهه اخیر خسارت بارترین و فراگیرترین بحران محیطی کشور، بروز طوفان گردوغبار قلمداد شده است. این تحقیق در نواحی جنوب غرب ایران با هدف ردیابی مسیر حرکت طوفان های گردوغبار فراگیر انجام شده است. بدین منظور تغییرات طوفان گردوغبار برای شش استان جنوب غرب ایران شامل: خوزستان، ایلام، کرمانشاه، چهارمحال و بختیاری، لرستان و کهگیلویه و بویراحمد با مساحتی در حدود 169266 کیلومترمربع در یک دوره زمانی 22 ساله (2016-1995) مورد آنالیز قرار گرفت. روش تحقیق با بکارگیری مدل ردیابی زمانی- مکانی HYSPLIT است. داده های مورد استفاده شامل: داده های GDAS، دما، جهت و سرعت باد، ارتفاع ژئوپتانسیل در ترازهای مختلف می باشند. از داده های GDAS برای ردیابی مسیر باد در محیط مدل HYSPLIT و داده های دما، ارتفاع ژئوپتانسیل، جهت و سرعت باد استفاده شده است. شبیه سازی مسیر حرکت ذرات گردوغبار نشان داد که اغلب مسیرها از مناطق شمالی و مرکزی عراق و سوریه گذشته و منشاء طوفان های گردوغبار، مناطق مرزی کویری و خشک شمال و مرکز عراق و سوریه هستند.