بارش روزانه

در این پژوهش داده های بارش ماهانه ایستگاههای هواسنجی ایران از بدو تاسیس تا سال 2005 برای تحلیل زمانی - مکانی بارش های فرین روزانه کشور بررسی گردید. با استفاده از این پایگاه داده، نقشه های رقومی بارش سالانه و بارش فرین روزانه با تفکیک مکانی 15*15 کیلومتر محاسبه گردید. مقادیر بارش فرین روزانه به بارش سالانه تقسیم گردید و بدین ترتیب نقشه ضریب بارش فرین روزانه به دست آمد. با اعمال تحلیل خوشه ای سلسله مراتبی با روش ادغام وارد بر روی 5769 داده این ضریب، مشخص شد که ایران را به چهار قلمرو از لحاظ نسبت بارش فرین روزانه به بارش سالانه می توان تفکیک نمود. قلمرو سوم و چهارم که به ترتیب بین 60 تا 100 درصد و 100 تا 170 درصد بارش سالانه در یک شبانه روز می تواند رخ دهد، بیشتر در معرض خطر است. این دو قلمرو، نیمه جنوبی کشور در امتداد سواحل شمالی خلیج فارس و دریای عمان را در بر می گیرد.امکان وقوع بارش های فرین روزانه در سراسر ایران بجز سواحل دریای خزر در چهار ماه دسامبر، ژانویه، فوریه و مارس وجود دارد. بارش های فرین روزانه سواحل خزر در ماههای اوت، سپتامبر و اکتبر رخ داده است. به علت ضعف فعالیت سامانه های غربی، زمینه وقوع بارش های فرین روزانه در نیمه جنوبی کشور در بازه زمانی آوریل تا نوامبر فراهم نیست.

در این پژوهش، نخست رفتار مکانی و زمانی پرفشار جنب حاره در تراز 600 هکتوپاسکال با استفاده از داده های روزانه ارتفاع ژئوپتانسیل ساعتGMT12 پایگاه داده (NCEP/NCAR) و با تفکیک مکانی 5/2×5/2 درجه قوسی در یک دوره زمانی 55 ساله، شامل 20089 روز، از اول ژانویه سال 1951 /11دی ماه 1329 تا 31 دسامبر سال 2005/ دهم دی ماه 1384 بررسی گردید. ابتدا برای تحلیل رفتار مکانی پرفشار جنب حاره و نحوه تعامل آن با الگوهای مجاور، میانگین ارتفاع ژئوپتانسیل ساعتGMT12 برای تمام روزهای تقویم خورشیدی محاسبه گردید. آنگاه، یک تحلیل خوشه ای پایگانی انباشتی به روش ادغام «وارد» بر روی این مقادیر انجام گرفت. بر پایه این تحلیل، آشکار گردید که چهار الگوی گردشی اصلی در قالب دوره های سرد، گذار و گرم در نیمکره شمالی قابل تشخیص است. به منظور تحلیل رفتار زمانی پرفشار جنب حاره، با انتخاب چارچوب پوش مناسب، میانگین ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 600 هکتوپاسکال برای هر یک از روزهای تقویم خورشیدی 1383-1330 محاسبه و استانداردسازی شد. بدین ترتیب، ماتریسی به ابعاد 1×19724 به دست آمد که شامل ناهنجاری های فاز مثبت و منفی( تشدید و تضعیف پرفشار جنب حاره) در هر روز بود. مقایسه فراوانی روزهای رخداد فاز مثبت با فراوانی روزهای رویداد فاز منفی در تراز مورد بررسی، نشان داد که در طی نیم سده گذشته روزهای تشدید و حضور قوی پرفشار جنب حاره نسبت به روزهای تضعیف این سامانـه پـویشی(دینامیکی) افزایش یافته است. اجرای روش جدول توافقی و محاسبه آماره کای دو(2 χ) در طول دوره آماری(1383-1330) نشان داد که رخداد بارش تقریباً در 3/3% از ایستگاه های بررسی شده(35 ایستگاه از مجموع 1066 ایستگاه) مستقل از تاثیر سامانه پرفشار جنب حاره است. این ایستگاه ها عمدتاً کرانه ها و پسکرانه های جنوبی خزر و نواحی شمال غرب کشور را در بر می گیرند. از سوی دیگر، رخداد بارش تقریباً در 7/96% ایستگاه های مورد بررسی(1031 ایستگاه از مجموع 1066 ایستگاه) مستقل از تاثیر سامانه پرفشار جنب حاره نیست و به شدت تحت کنترل پرفشار جنب حاره در زمان حاکمیت این سامانه بر روی ایران است.

تغییر پذیری عناصر اقلیمی علاوه بر بررسی میانگین و تغییرات آن ، به وسیله آماره هایی نظیر انحراف معیار، ضریب تغییرات و ... قابل برآورد است. در ادبیات اقلیم شناسی ایران ، توجه به تغییرپذیری میانگین عناصر اقلیمی، در کانون توجه تحقیقات دهه های اخیر بوده است. درحالی که اندیشمندان اقلیم پژوه جهان، تمایل بیش تری بر مطالعه مشخصات تغییرپذیری و نیز توزیع فراوانی میانگین این عناصر دارند. دراین تحقیق ضمن ارائه یک الگوی بهینه برای مطالعه مشخصات و روند تغییرپذیری، مشخصات نسبی و مطلق تغییرپذیری و نیز مشخصات توزیع فراوانی بارش روزانه شهر زنجان برای دوره آماری 1961-2006 مورد تحلیل قرار گرفت. هرچند بین بارش و مشخصات مزبور رابطه معنی داری وجود دارد اما علی رغم تغییر محدود در میزان بارش، مشخصات توزیع فراوانی بارش کاسته نشده است. این امر بدین معنی است که بارش از سهم تمامی روزها کاسته شده است. ازاین رو در بررسی کلی بارش درطی دوره آماری مورد بررسی، توزیع فراوانی بارش تغییر قابل توجه و معنی داری متحمل نشده است.

مطالعه پارامترهای آب و هوایی به علت نقشی که در مباحث تغییر اقلیم و بهبود کارایی مدل های اقلیمی و پیش بینی بارش دارند از اهمیت ویژه ای در دنیا برخوردارند. در این میان مطالعه ابرها به علت اینکه حد واسط بین سامانه های همدیدی و شرایط اقلیمی سطح زمین هستند از اهمیت ویژه ای برخوردارند و هرگونه تغییر در پارامترهای آنها می تواند سرآغاز زنجیره ای از واکنش ها در دیگر عناصر آب و هوایی گردد. به دلیل این اهمیت در این پژوهش ارتباط چهار پارامتر مهم ابر یعنی دمای قله ابر ، فشار قله ابر ، عمق نوری ابر و مقدار ذرات آب و یخ ابر در محدوده کشور ایران با بارش روزانه مورد مطالعه قرار گرفت. برای این هدف از اطلاعات ایستگاه های همدید و سنجنده مودیس برای کل دوره موجود آن (2000 تا 2011) استفاده شد و با استفاده از مدل های رگرسیون خطی، غیر خطی و همچنین مدل رگرسیون چند متغیره ارتباط بین این پارامترهای با بارش بررسی گردید. در ابتدا با همپوشانی چند لایه اطلاعاتی بارش و ابر در محیط ArcGIS کشور به 4 پهنه مشترک بارش و ابر تقسیم گردید و این پهنه ها مبنای بررسی ارتباط بین بارش و پارامترهای ابر قرار گرفتند. نتایج نشان داد که دمای قله ابر بین 20 تا 39 درصد از تغییرات بارش در پهنه ها را تبیین و یا به عبارت دیگر توضیح می دهند، این مقدار برای فشار قله ابر 20 تا 37 درصد، مقدار ذرات آب و یخ ابر 21 تا 31 درصد و عمق نوری ابر 19 تا 31 درصد بدست آمد. با اعمال مدل رگرسیون چند متغیره، نتایج نشان داد که در پهنه 3 این چهار پارامتر ابر می توانند حدود 50 درصد تغییرات بارش را پیش بینی کنند. این مقدار در پهنه 2 حدود 40 درصد و برای دو پهنه دیگر حدود 30 درصد بدست آمد. جهت حذف هم خطی شدید و همچنین رسیدن به متغیرهای اصلی، از روش رگرسیون گام به گام نیز استفاده شد که نتایج آن نشان داد در پهنه های 1 و 4 پارامتر مقدار آب و یخ ابر، در پهنه 3 دما قله و عمق نوری ابر و در پهنه 2 فشار قله و مقدار آب و یخ ابر موثرترین پارامترهای مدل ها می باشند.

در این نوشتار، برای بررسی همزمانی پرفشار دریای سیاه با رخداد بارش روزانه در ایران زمین از یک سو، داده های فشار تراز دریا در بازکاوی دوم از پایگاه داده های جوی مرکز پیش-بینی های محیطی NCEP/DOE استخراج شده است. تفکیک زمانی این داده ها، روزانه و تفکیک مکانی آن، 5/2×5/2 درجه قوسی است. چارچوب پوش مورد بررسی، مناطق بین20 تا 70 درجه طول شرقی و 20 تا 70 درجه عرض شمالی را در بر می گیرد و شامل 441 یاخته می باشد. از سویی دیگر، از داده های بارش روزانه 235 ایستگاه همدید در ایران استفاده شده است. بازه ی زمانی مورد بررسی، 45 ساله(11/10/1339 تا 11/10/1383 خورشیدی) است که تشکیل آرایه ای به ابعاد 235× 16071 داده است. سطرها، نماینده ی روز و ستون ها، نماینده ی ایستگاه ها هستند. نتایج نشان داد که بیشترین همزمانی ماهانه رخداد بارش ایران زمین با سامانه پرفشار دریای سیاه در اسفندماه با 66 درصد و کمترین میزان با 30 درصد از آنِ مردادماه می باشد. گستره ی مکانی این همزمانی در اسفندماه مناطقی از شرق، شمال شرق، شمال، شمال غرب و غرب ایران و تا حدودی نیز جنوب غرب ایران را به صورت هسته هایی متراکم در برمی گیرد، لیکن در تیرماه فقط کرانه های جنوبی دریای خزر شاهد رخداد بارش همزمان با پیدایش، گسترش یا تقویت سامانه پرفشار دریای سیاه است. همچنین بیشترین همزمانی فصلی از آنِ فصل زمستان با 60 درصد است و فصل تابستان با 38 درصد پایین ترین میزان همزمانی را دارند. به طور کلی، بیش از 50 درصد بارش ایران همزمان با رخداد سامانه پرفشار دریای سیاه رخ می دهد.

هدف پژوهش حاضر، واکاوی تغییرات زمانی - مکانی توزیع فراوانی بارش روزانه روزهای بارشی ایران است. به این منظور، از داده های بارش روزانه میان یابی شده به روش کریگینگ 1437 ایستگاه هم دید، اقلیمی و باران سنجی ایران طی دوره آماری 01/01/1340 تا 29/12/1382 پایگاه داده اسفزاری استفاده شد. برای بررسی تغییرات توزیع فراوانی بارش کل، داده ها به دو دوره تقسیم شدند. با برنامه نویسی در محیط نرم افزار متلب، توابع توزیع خانواده نرمال (نرمال استاندارد و لوگ نرمال) و گاما (گامای دوفراسنجی و نمایی) بر تک تک 7187 یاخته در هر دوره جداگانه برازش داده شدند و شاخص های برازنده ترین تابع توزیع فراوانی محاسبه و پراکنش مکانی و تغییرات آنها در هر دوره بررسی شد. نتایج پژوهش حاضر نشان می دهند فقط دو توزیع خانواده گاما با سطح اعتماد 95 درصد شرایط لازم آزمون آماری کلموگراف - اسمیرنف در هر دو دوره را احراز کرده اند. تغییرات گسترده زمانی و مکانی در توزیع بارش به عنوان یکی از مؤلفه های ردیابی تغییر اقلیم تأیید نمی شود. محاسبه شاخص های برازنده ترین توزیع با روش گشتاور خطی، تغییرات جزئی در الگوی پراکندگی فضایی این شاخص ها را نشان می دهد؛ برای نمونه، شاخص انحراف معیار نشان می دهد در 63 درصد مساحت کشور ازجمله ایران مرکزی و جنوب ایران، اعتماد به بارش در دوره دوم نسبت به دوره اول کاهش یافته است و افزایش یافتن نبود اطمینان به بارش، زنگ خطری برای آسیب پذیری اکوسیستم های حساس این مناطق است.

پایین بودن میزان ریزش های جوی، تغییرپذیری بالا، نوسان بارش، از ویژگی بارز آب وهوای ایران به شمار می رود. هدف این پژوهش مطالعه و بررسی تغییرات تعداد روزهای بارشی، مقدار بارش و تغییرات شدت بارش در بلند مدت در نواحی مختلف ایران است. داده های بارش روزانه در طی دوره آماری ۳۰ سال از سازمان هواشناسی کشور برای ۵۳ ایستگاه همدید در نقاط مختلف ایران گرد آوری شد. جهت طبقه بندی از نظر دوره تداوم بارش، روزهای بارشی در ۷ طبقه، بارش ۱ روزه، بارش با توالی دو روز، بارش با توالی سه روز الی بارش با توالی ۷ روز بررسی و استخراج گردید. برای تحقق اهداف از روش تحلیل خوشه ای (فاصله اقلیدسی و روش ادغام وارد) برای ناحیه بندی اقلیمی استفاده شد و درنهایت ایران به هفت ناحیه از نظر متغیرهای تعداد روز بارشی تقسیم گردید. سپس دوره مطالعاتی به دو دوره ۱۵ ساله جهت مقایسه تقسیم شد. برای شناسایی شدت بارش روزانه از نسبت بارش حداکثر روزانه به سالانه استفاده شد. نتایج نشان داد که در اغلب نواحی ایران فراوانی روزهای بارشی کوتاه مدت در ۱۵ سال دوم مطالعاتی (۲۰۱۳-۱۹۹۹) نسبت به ۱۵ سال اول (۱۹۸۴-۱۹۹۸) روند افزایشی دارد. این امر نشان می دهد که بارندگی های شدید و رگباری در گستره ایران در حال افزایش است که می تواند ناشی از کاهش تعداد روزهای بارشی به ویژه بارش های میان مدت و بلند مدت (۴-۵ و بیشتر از شش روز) باشد و بیشینه بارش در کوتاه مدت (بارش ۱- ۳ روز) اتفاق می افتد.

رطوبت و تغییر پذیری زمانی و مکانی آن می تواند باعث تغییر در بارش هر ناحیه شود؛ ازاین رو درک انتقال رطوبت برای فهم رفتار بارش بسیار مهم است. با هدف بررسی ارتباط بین بارش روزانه ی ایران و مقدار انتقال بخار آب جوّی و محاسبه ی انتگرال شار قائم رطوبت (IVT) و مقدار بخار آب جو (IWV)، داده های مؤلفه های رطوبت ویژه (q)، باد مداری (u) و نصف النهاری (v) برای یک دوره ی ۳۱ ساله (2018-1988) در محدوده ی ایران و با دقت مکانی 1*1 درجه از مرکز پیش بینی های اروپایی میان مدت جو (ECMWF) اخذ شد. از آماره ی ضریب تعیین (R2) نیز برای ارائه ی ارتباط بین بارش و مؤلفه های رطوبت جوّی استفاده شد. نتایج نشان داد که از مجموع 944۳ روز بارشی بارش روزانه ی ایران ارتباط بیش تری با مقدار بخار آب جوّی را دارا بوده و بیش ترین ارتباط در دو قسمت غرب و شرق ایران به شکل پهنه ای نسبتاًً وسیع مشاهده می شود. در بین مؤلفه ی شار رطوبت مداری و نصف النهاری و نیز بارش روزانه ی ایران، بیش ترین ارتباط را با مؤلفه ی نصف النهاری آن دارد که دراین بین، سهم نیمه ی غربی ایران بیش تر از سایر نقاط است. مؤلفه های تأثیرگذار شار رطوبت در سطح ۷۰۰ هکتوپاسکال، بیش ترین ارتباط را با بارش های روزانه ی ایران دارد. نتایج فصلی نشان داد که از نظر مقدار و گستره، روابط بین بارش و مقدار و انتقال بارش در فصل زمستان قوی تر از سایر فصول بوده و مؤلفه ی نصف النهاری نیز بیش ترین نقش را در انتقال رطوبت این فصل بازی می کند و در واقع، حدود ۵۵٪ از تغییرات بارش زمستانه در غرب و جنوب غرب ایران (با بیشینه ی شهرکرد و یاسوج) توسط این مؤلفه توصیف می شود؛ ازاین رو می توان استنباط کرد که مؤلفه های شار رطوبت می توانند به عنوان یک متغیر پیش بینی کننده در بارش روزانه ی غرب ایران به کار روند؛ چراکه حدود ۵۰ درصد تغییرات بارش روزانه ی این مناطق به واسطه ی این متغیرها توصیف می شود.