بارش فراگیر

تخمین خطر سیلاب یکی از مهم­ترین موضوعات مورد توجه کارشناسان و محققان علوم مختلف می باشد. مهم­ترین هدف تخمین ریسک سیلاب، پیش­بینی احتمال وقوع آن در آینده است. روش­های متعددی برای این کار وجود دارد که از مهم­ترین آنها می­توان به روابط بارش ـ رواناب و فرمول­های تجربی اشاره کرد. در هر یک از این روش­ها، بارش به عنوان مهم­ترین مؤلفه مؤثر در سیلاب شناخته می­شود. بنابراین شناخت دقیق مکانیسم توزیع زمانی و مکانی بارش می­تواند جهت مطالعه دقیق مکانیسم سیلاب بسیار مفید باشد. تحقیق حاضر به بررسی توزیع مکانی بارش در استان اصفهان می­پردازد. در بین آمار مشاهداتی ایستگاه­های ثبات تعداد 1654 رگبار با تداوم­های کمتر از یک ساعت تا 72 ساعت استخراج و مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به وسعت زیاد منطقه و عدم همگنی سطوح بارش، رگبارهای فراگیر کوتاه­تر از 24 ساعت در کل منطقه مشاهده نشد. لذا از رگبارهای فراگیر 24 ساعته برای استخراج رگبارهای کوتاه­مدت استفاده شد. در نهایت 7 رگبار فراگیر با تداوم 24 ساعته انتخاب و از این بین 3 رگبار شاخص که بیانگر حداکثر وقایع ثبت شده است، انتخاب و مورد مطالعه قرار گرفت. به منظور ترسیم منحنی­های همباران از روش­های رایج زمین آماری مانند کریجینگ، کوکریجینگ،IDW و TPSS استفاده شده است. آزمون روش­های مختلف زمین آمار بیانگر دقت روش کریجینگ در غالب تداوم­های رگبار می­باشد. از بین روش­های کریجینگ نیز مدل گوسی و کروی نسبت به سایر مدل­ها ارجحیت دارد. بررسی گرادیان بارندگی نشان­دهندة رابطة ضعیف بارش و ارتفاع در اکثر تداوم­ها در منطقه است. روش کوکریجینگ که از متغیر کمکی ارتفاع استفاده می­کند دارای خطای بیشتری نسبت به روش کریجینگ است. در مجموع روش IDWنسبت به سایر روش­ها از خطای بیشتری برخوردار است.

تحلیل شرایط همدیدی و ترمودینامیکی الگوهای گردش جوی در شناسایی عوامل موثر بر ایجاد بارش های سنگین بسیار حائز اهمیت می باشد. به منظور تبیین ساز و کار بارش های فراگیر تابستانه در نیمه شمالی کشور، تعیین الگوهای همدیدی و ترمودینامیکی حاکم بر وقوع بارش ها، از داده های بارش روزانه ایستگاه های همدید کشور و داده های رقومی مرکز ملی پیش بینی محیطی آمریکا برای دوره 20 ساله (2005-1986) استفاده شد. با استفاده از داده های رقومی ارتفاع ژئوپتانسیل، مؤلفه های مداری و نصف النهاری باد، سرعت قائم جو، رطوبت نسبی، فشار سطح دریا و دمای ترازهای مختلف؛ نقشه های ترکیبی ارتفاع ژئوپتانسیل، تاوائی نسبی و خطوط جریان ترسیم شدند و مورد تحلیل قرار گرفتند. با ترسیم نمودار اسکیوتی در محیط نرم افزار RAOB ، مشخصه های ترمودینامیکی بررسی شدند. در نهایت سه الگوی غالب سامانه های بارشی مشخص شد. الگوی اول؛ شکل گیری مراکز کم ارتفاع در دریای مدیترانه و انتقال به سمت شرق. نفوذ زبانه های پرفشار سیبری از سمت شمال شرق و نوار شمالی کشور که باعث انتقال رطوبت و ریزش هوای سرد عرض های بالاتر به نیمه شمالی کشور می شود. الگوی دوم؛ جابجایی و گسترش کم ارتفاع های عرض های بالا و نواحی قطبی به سمت شرق و کشیده شدن زبانه های آن به سمت جنوب و ایجاد سرد چال . الگوی سوم؛ شکل گیری سامانه ی اُمگایی (بلاکینگ) بین60-35 درجه عرض شمالی که سبب عقب نشینی پرفشار عربستان شده و از طرف دیگر کم ارتفاع غربی سامانه بندالی بارش های تابستانه مناطق شمالی کشور را به وجود می آورد. در عین حال، قرارگیری پرفشارهای نسبتاً قوی بر نواحی شمالی دریای خزر باعث انتقال رطوبت و فرارفت دمای سرد عرض های بالاتر به داخل کشور می شود. تحلیل نمودارهای ترمودینامیکی نشان داد انرژی پتانسیل قابل دسترس همرفتی نقش بسزائی در تسهیل و تقویت شرایط ناپایداری در سطوح پایین جو دارد و عامل تقویت و تشدید بارش می باشد.

بارش های سنگین ازجمله مخاطرات طبیعی هستند که آگاهی از پراکندگی زمانی و مکانی آنها کمک بسزایی جهت کاهش آسیب های احتمالی می نماید. به این منظور وجود رابطه معنادار بین بارش های فراگیر و شاخص های توپوگرافی منطقه کوهستانی البرز بررسی گردیده است. در این پژوهش از آزمون همبستگی پیرسون استفاده گردیده و در این مدل، متغیر وابسته بارش روزانه فراگیر منطقه مطالعاتی ( بارش های رخ داده در بیشتر از 70 درصد ایستگاه های سینوپتیکی منطقه) و متغیر مستقل داده های مربوط به شاخص های توپوگرافیکی منطقه مطالعاتی (ارتفاع ایستگاه سینوپتیک، شیب و جهت ایستگاه، طول و عرض جغرافیایی ایستگاه، فاصله از خط مبنای شمالی، فاصله از خط الرأس، ارتفاع متوسط ایستگاه در یک شعاع 2.5 کیلومتری، ارتفاع متوسط هشت بلوک پنجاه کیلومتری در جهات هشتگانه جغرافیایی به مرکزیت ایستگاه سینوپتیک، اختلاف ارتفاع متوسط آن هشت بلوک از ارتفاع متوسط ایستگاه در شعاع 2.5 کیلومتری) می باشد. در ابتدا امر رابطه همبستگی بین بارش های فراگیر(129 روز) و شاخص های توپوگرافی بر اساس ایستگاههای سینوپتیک مشترک در سه فصل زمستان، بهار و پاییز شناسایی و در ادامه ضرایب همبستگی با فاصله اطمینان 95 درصد در سطح معناداری کوچکتر از 0.05 بررسی و از هر فصل یک روز نمونه با بالاترین میزان ضرایب همبستگی در اکثریت شاخص های توپوگرافی با عنوان نماینده از آن فصل انتخاب گردید. منطقه مطالعاتی که رشته کوه گسترده البرز می باشد با توجه به پیچیدگی توپوگرافی و تنوع شرایط اقلیمی آن در هر ناحیه، به مناطقی با شباهت توپوگرافی و اقلیمی تقسیم گردیده است. بالاترین تعداد آماره معناداری از نظر مقیاس زمانی و مکانی بین بارش فراگیر با شاخص های توپوگرافی مربوط به بارش فراگیر فصل بهار با 18 مورد و کمترین مربوط به بارش فراگیر فصل زمستان با 9 مورد می باشد، در فصل پاییز نیز 14 مورد رابطه خطی معنادار قابل شناسایی است. از بین شاخص های توپوگرافی، قوی ترین شاخص مربوط به اختلاف ارتفاع متوسط بلوک های50 کیلومتری از متوسط ارتفاع ایستگاه در شعاع 2.5 کیلومتر در جهات مختلف با توجه به فصول مختلف سال می باشد و گواه بر تاثیر جهت در منطقه مطالعاتی بر بارش های فراگیر می باشد و اینکه منطقه مورد نظر در چه جهتی قرار گرفته باشد تا بارش بیشتری را دریافت نماید، به این معنا که توده هواهای مرطوب ورودی از قسمتهای شمالی کشور از جمله پرفشار سیبری (بابایی فینی،1393) به علت ارتفاع پایین و نزدیکی به سطح زمین تحت تاثیر ناهمواری های سطح زمین قرار می گیرد و توده هواهای مرطوب ورودی از قسمتهای شمال غربی و غربی کشور از جمله پرفشارهای مهاجر غربی ((قشقایی،1375)،(مرادی، 1385)) به علت ارتفاع بالاتر و قدرت بیشتر کمتر تحت تاثیر ناهمواریهای سطحی قرار گرفته و بارش منطقه تحت تاثیر این سیستم های جوی سطح بالاست. از سویی نیز بارش فراگیر در ناحیه البرز غربی شمالی و مرکزی جنوبی بیشترین و ناحیه البرز غربی جنوبی کمترین رابطه خطی معنادار را با مقادیر شاخص های توپوگرافی برقرار نموده است نتایج این تحقیق وجود رابطه خطی معنادار اکثریت شاخص های توپوگرافی مورد بررسی (22 شاخص از 24 شاخص) با بارش فراگیر را اثبات نموده تا بتوان بیشترین شاخص های موثر بر بارش منطقه را در زمینه برآورد و پیش بینی بارش استفاده نمود. دو شاخص توپوگرافی جهت ایستگاه و فاصله از خط الرأس در هیچ روزی و در هیچ ناحیه ای از منطقه مطالعاتی وارد مدل همبستگی نشده و هیچ گونه رابطه خطی معناداری ولو در حد ضعیف با بارش فراگیر منطقه برقرار ننموده اند.

هدف اساسی این تحقیق آشکارسازی ارتباط ساختار میکروفیزیکی ابرناکی و توزیع مقدار بارش در سطح استان خوزستان می باشد. در این راستا ابتدا 3 رخداد بارش فراگیر در سطح استان خوزستان انتخاب گردید و مقادیر بارش تجمعی 24 ساعته آن ها اخذ گردید. رخداد بارش 17 دسامبر 2006 به عنوان یک نمونه بارش سنگین، 25 مارس 2019 به عنوان یک کیس بارش متوسط و در نهایت 27 اکتبر 2018 به عنوان یک کیس بارش سبک فراگیر انتخاب شد. فاکتور های میکروفیزیکی ابرهای مولد این بارش ها از محصول ابر سنجنده MODIS (MOD06)، اخذ شد. این فاکتورها شامل دما، فشار، و ارتفاع قله ابر، ضخامت اپتیکال و نسبت ابرناکی بود. در نهایت با تولید یک ماتریس با 64000 کد اطلاعاتی 1 کیلومتری، و اجرای تحلیل همبستگی فضایی در سطح اطمینان 95/0، ارتباط بین ساختار میکروفیزکی ابرناکی و مقادیر توزیع فضایی بارش های منتخب آشکار گردید. نتایج بیانگر آن بود در کیس مطالعاتی بارش سنگین و متوسط که میانگین فضایی بارش تجمعی 24 ساعته در سطح استان به ترتیب برابر 36 و 12 میلمتر بود، یک ساختار ابرناکی کاملاً تکامل یافته با نسبت ابرناکی بیش از 75 درصد و گسترش عمودی 6 تا 9 هزارمتری، با صخامت اپتیکال 40 تا 50، منجر به رخداد این بارش های فراگیر و قابل توجه در سطح استان شده است. در حالی که در کیس بارش سبک، یک گسست چشمگیر در گسترش افقی ابرناکی در سطح استان دیده شده و درصد ابرناکی به کمتر از 10درصد رسیده بود. علاوه بر آن فاکتورهای مربوط به گسترش عمودی ابرناکی نیز بسیار کمتر بود، به طوری که ارتفاع قله ابر در این بارش بین3 تا 5 هزار متر بوده است. نتایج این تحقیق نشان داد، در کیس بارش سنگین و متوسط همبستگی فضایی معنی داری در سطح اطمینان 95/0 بین فاکتورهای میکروفیزکی ابرناکی MOD06 و مقادیر بارش ثبت شده دیده شد