Synoptic-thermodynamic analysis and modeling of heavy spring rains in Lorestan province

Subject Areas :

Farzad Nourizadeh ¹ (Department of Geography, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran)
Amir Gandomkar ² (Department of Geography, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabd, Iran)
Morteza Khodagholi ³ (Rangeland Research Department, Forests and Rangelands Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Tehran, Iran)

Received: 2023-06-10 Accepted : 2023-06-28 Published : 2023-06-28

Keywords: Lorestan, extreme precipitation, Synoptic, thermodynamic indices,

Abstract :

Heavy rains are one of the most important climatic hazards of Lorestan province, which has increased during recent decades in the context of climate change.In this research, the main goal is to reveal the synoptic-thermodynamic patterns that generate heavy spring rains in Lorestan province.In this regard, three categories of daily precipitation data from Lorestan stations, synoptic factors from NCEP/NCAR climate database, and upper atmosphere data from University of Wyoming database were used.First, using the 95th percentile method, the heavy rainfalls of the studied stations during the statistical period of 1995 to 2020 were determined in Lorestan province. Two cases of heavy spring rain (April 14, 2016, April 1, 2019) were extracted by applying the percentile method on the daily rainfall of Hamdid stations in Lorestan province. The results of synoptic analysis in the middle and upper level of the atmosphere, in the selected samples of the spring season, showed a deep trough over the eastern Mediterranean Sea and the western part of Iran, which has prepared the conditions for the ascent and entry of low pressure systems for the west of the country.At the surface of the earth, low pressure has prevailed in the west of Iran. The center of Wachrokhandi is formed over the Oman Sea and the Persian Gulf, which directs moisture from the Oman and Arabian Seas to the south and southwest of Iran. But the thermodynamic indicators did not reveal a significant difference in the atmospheric conditions of high spring rains.

Full-Text:



تحلیل و الگویابی همدیدی-ترمودینامیکی بارش های سنگین بهاره در استان لرستان

 

چكيده

بارش های سنگین یکی از مهمترین مخاطرات اقلیمی استان لرستان است که طی دهه های اخیر در بستر تغییر اقلیم روند افزایشی پیدا کرده است. در این تحقیق هدف اساسی آشکارسازی الگوهای همدیدی-ترمودینامیکی مولد بارش های سنگین بهاره در استان لرستان است. در این راستا از سه دسته داده‌های بارش روزانه ایستگاه­های لرستان، فاکتورهای همدید پایگاه اقلیمی NCEP/NCAR، و داده‌های جو بالای پایگاه دانشگاه وایومینگ استفاده شد. ابتدا با استفاده از روش صدک 95 اُم، بارش‌های سنگین ایستگاه‌های موردمطالعه طی دوره آماری 1995 تا 2020 در سطح استان لرستان مشخص شدند. با اجرای روش صدکها روی بارش های روزانه ایستگاه های همدید استان لرستان دو مورد بارش سنگین بهاره (14 آپریل 2016 ، 1 آپریل 2019) استخراج شد. نتایج حاصل از تحلیل همدیدی در تراز میانی و فوقانی اتمسفر،  در  نمونه های منتخب فصل بهار یک ناوه عمیق بر روی شرق دریای مدیترانه و بخش غربی ایران را نشان میداد که شرایط صعود و ورود سیستم‌های کم‌فشار را برای غرب کشور مهیا کرده است. در سطح زمین هم کم فشاری در غرب ایران حاکمیت داشته است مرکز واچرخندی بر روی دریای عمان و خلیج‌فارس تشکیل شده است که رطوبت را از دریای عمان و عرب به سمت جنوب و جنوب غربی ایران هدایت می‌کند. اما شاخص های ترمودینامیکی، تفاوت قابل توجهی را در شرایط جو بالای بارش های بهاره آشکار نکرد.

واژه‌های کلیدی: بارش حدی، سینوپتیک، شاخص­های ترمودینامیکی، لرستان

 

مقدمه

بارشهای فراگیر حجم زیادی از رطوبت جو را در یک زمان کوتاه به سطح زمین انتقال میدهند که این امر موجب پرشدن منافذ خاك شده و در این هنگام نفوذ آب در خاك کاهش یافته و سیل و سیلاب را ایجاد می­کند. اهمیت بررسی پدیده بارش، زمانی آشکارتر است که یک مکان شاهد ریزش ناچیز یا قابل توجه و یا ناگهانی حجم زیادی از بارش باشد. ایران ازجمله مناطقی است که شاهد رفتار ناهنجار و بیقاعده بارش است. دو سامانه مدیترانه اي و سودانی در فصل زمستان یا به صورت جداگانه و یا به طور ادغامی الگوهاي غالب بارشی نواحی غربی ایران را تشکيل می­دهند متناسب با مقدار رطوبتی که بر روي دریاها به درون این سامانه ها تزریق شده، شدت بارش هاي حاصل از آنها بر روي غرب ایران میتواند متغير باشد. گاهی انرژي و رطوبت این سامانه ها به حدي است که در طول یک روز سبب رخداد بارش خيلی شدید بر روي ناهمواريهاي زاگرس در غرب ایران میشوند با بررسی آمار ثبت شده این رخدادها در بلند مدت بارشهاي حدي بيشينه یا فرین بالا مشخص میشود (کیانی و همکاران،1399).همچنین، به دلیل وجود ارتفاعات متعدد در این منطقه، علاوه بر سامانه های فشاری منطقه ای، ویژگیهای محلی نیز در اقلیم منطقه اثرگذار است (عزیزی و همکاران،2017). هر سال پهنه های وسیعی از کشور تحت‌تأثیر مخاطره بارش­های سنگین قرار گرفته و خسارات زیادی را به همراه دارد. پیامدهای فراوانی از جمله وقوع سیلاب های شدید و مخرب است که خسارات زیان‌باری به بار می‌آورد. در سال‌های اخیر مطالعات همدید زیادی در ارتباط با بارش‌های سنگین و سیل‌آسا در کشورهای مختلف صورت گرفته است که در ادامه به برخی از انها پرداخته می شود. قاسمی­فر و همکاران (1397) به مطالعه الگوهای همدید بارش‌های سیل آسا در غرب ایران پرداختند نتایج نشان داد که در روزهای همراه با بارش حدی، اُمگا از سطح 1000 تا 200 هکتوپاسکالی و با هسته بیشینه 3/0-پاسکال بر ثانیه منفی بوده است که بر روی غرب ایران قرار داشته است. هرمزی سلامی و همکاران (1396) به تحلیل همدیدی ـ دینامیکی الگوهای جوی سیلاب آبان 1394 در استان ایلام و لرستان پرداختند نتایج این مطالعه نشان داد همزمانی ورود چرخندهای مدیترانه­ای به ایران و از طرف دیگر استقرار واچرخند بر روی دریای عرب سبب برقراری جریان قطاع گرم و مرطوب به قطاع گرم سامانه‌های بارش‌زا و احیای آن شده است. سامان و گالوس(2017) به الگوهای همدیدی مرتبط با بارش سنگین در 5 منطقه در کشور عربستان پرداختند. در تحقیق ایشان الگوهای همدیدی مختلف برای بارش سنگین با استفاده از یک نقشه مبتنی بر همبستگی برای 1000 هکتوپاسکال برای دوره 2000 تا 2014 به دست آمد. نتایج نشان داد که شش ویژگی اصلی سیستم‌های همدیدی از جمله رطوبت کل سیستم، فشار، دمای لایه‌های مختلف جو، ویژگی‌های ترمودینامیکی سیستم، و شرایط توپوگرافی منطقه در رخداد بارش سنگین تأثیرگذار است. توزیع فصلی بارش نشان داد که بارش باران‌های سنگین در زمستان و سپس بهار صورت می‌گیرد. وای و همکاران (2017) به مطالعه روند شاخص‌هاي حدي بارش در چين و ارتباط آنها با الگوهاي پيوند از دور پرداختند نتایج این بررسی حاکی از این است که بيشتر شاخص‌ها داراي روند کاهشي بوده و جابه‌جایی اقليم منطقه با يک اقليم خشک‌تر را به همراه داشته است. امیدوار (1397) به تحلیل همدید و ترمودینامیک بارش سنگین و سیلابی روزهای 5 ـ 8 آبان 1394 استان کرمانشاه پرداختند. نقشه‌های تراز دریا نشان داد گرادیان فشاری زیادی بین کم‌فشار سودان و پرفشار اروپایی عامل اصلی رخداد بارش فرین در منطقه وجود دارد. جلالی و همکاران(1398 ) به بررسی و تحلیل همدیدی دینامیکی سازکارهای بارش فراگیر زمستانه ایران پرداختند. نتایج این مطالعه بیانگر آن بود که سازوکار دینامیکی و همدیدی بارش های فراگیر زمستانه ایران تحت تأثیر الگوی ترکیبی جو نظیر کم فشار مدیترانه – کم فشار دو هسته ای خلیج فارس, کم فشار بسته ایران مرکزی-پرفشار شرق اروپا, کم فشار اورال – پرفشار خاورمیانه, کم فشار عربستان – پرفشار اروپا و کمربند پرفشار سیبری – کم فشار ایران مرکزی قرار دارند.

رمی و همکاران(2019) ارتباط بین بارش‌های حدی مناطق حاره با وضعیت ترمودینامیک لایه هوای نزدیک سطح زمین را مورد بررسی قرار دادند. اینکار با استفاده از روش صدک‌های 9/99 و 99 صورت گرفت نتایج حاصل از این مطالعه بیانگر ان بود که شدت بارش‌ها حدی در مناطقی که دمای لایه جو زیرین زمین‌گرم می باشد الگوی کاهشی داشته اما در مناطقی که دمای لایه هوای نزدیک سطح زمین سردتر از میانگین می باشد ارتباطی بین شدت بارش‌های حدی و شرایط ترمودینامیکی جو نزدیک سطح زمین وجود نداشت. بوتینا و همکاران(2020) شرایط ترمودینامیکی بارش سنگین ژانویه 2014 در جنوب انگلستان را بررسی کردند نتایج این مطالعه حاکی از این بود که اصطلاحات و اصول اولیه فیزیکی که شامل حرکت عمودی جوی می باشد اغلب نادیده گرفته شده است. نتایج نشان داد که گرچه حرکت افقی نقشی جزئی (اما مهم) دارند، اما حرکت عمودی غالب است. بیرانوند همکاران (2022) وضعیت  آماری-سینوپتیکی بارش‌های سنگین سیلاب فروردین 1398 در حوضه آبریز درود بروجرد را بررسی کردند نتایج این مطالعه نشان داد که وجود یک ناوه عمیق با یک هسته بسته‌شده با ارتفاع 5500 و 5550 ژئوپتانسیل متر بر روی شرق دریای مدیترانه و قرارگیری غرب ایران در بخش جلویی یک ناوه بسیار عمیق شرایط صعود و ورود سیستم‌های کم‌فشار را برای غرب کشور به ‌وضوح فراهم کرده است. همانطور که در این تحقیقات دیده شد، غالب مطالعاتی که انجام شده است، با تاکید بر بارش های سنگین زمستانه بوده است در حالی که بارش های سنگین بهاره در استان لرستان باتوجه به قرارگیری استان لرستان در نیمه غربی کشور و به تبع آن نزدیکی به منابع رطوبتی و همچنین ماهیت کوهستانی که دارد میتواند بسیار مخاطره آفرین باشد . لذا در این تحقیق هدف اساسی، تحلیل ساختار الگوهای ترمودینامیکی و همدیدی بارش های سنگین بهاره است.

2- مواد و روش‌ها

2-1- منطقۀ موردمطالعه

استان لرستان با مساحت 28308 کیلومترمربع طول جغرافيايي استان: 46 درجه و52 دقيقه و55 ثانيه تا 50 درجه و 10 دقيقه و 45 ثانيه، عرض جغرافیایی استان: 32 در جه و 38 دقيقه و 38 ثانيه تا 34 درجه و 25 دقيقه و 0 ثانيه در غرب ايران قرار دارد. اين استان سرزمینی کوهستانی است که میانگین ارتفاع آن بیش از 2200 متر از سطح دریا است. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های استان لرستان تنوع توپوگرافیکی آن است که این تنوع توپوگرافی کی به‌طوری‌که دامنه ارتفاعی استان از 192 متر در بخش‌های جنوبی شهرستان پلدختر تا بیش از 4000 متر در ارتفاعات اشترانکوه شهرستان دورود و الیگودرز متفاوت است(شکل 1 ).

 

شکل 1- منطقه مورد مطالعه و توزیع فضایی ایستگاه های منتخب سطح استان لرستان

2-2 داده ها

در این تحقیق از سه دسته از داده‌ها استفاده شد دسته اول داده‌های بارش ایستگاه‌های همدید سطح لرستان در دوره آماری 1995  تا 2020 است که از سازمان هواشناسی استان لرستان اخذ گردید. دسته دوم داده‌های مربوط به فاکتورهای تراز میانی و پایینی و بالایی جو شامل ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500، فشار سطح دریا، رطوبت تراز850 هکتوپاسکال، مؤلفه مداری و نصف‌النهاری باد تراز 300 هکتوپاسکال بود که از پایگاه NCEP/NCARاخذ گردید. دسته سوم داده های مربوط به ایستگاه جو بالای کرمانشاه (به دلیل نداشتن ایستگاه جو بالای استان لرستان) از سایت دانشگاه وایومینگ برای براز روزهای منتخب بارش سنگین بهاره بود.

2-3 روش کار

به طور کلی روش کار این تحقیق شامل سه فاز یا مرحله اصلی است. استخراج بارش­های سنگین بهاره، استخراج و تحلیل الگوهای همدید بارش های سنگین، استخراج و تحلیل الگوهای ترمودینامیک بارش های سنگین.

·       استخراج بارش های سنگین

در این تحقیق، ابتدا با استفاده از روش صدک ها ، بارش‌های سنگین در دو فصل بهار(آوریل تا ژوئن) و براساس داده های ایستگاهی استان لرستان طی دوره آماری 1995- 2020، تعیین شدند. براساس روش صدک ها و برای استخراج بارش های سنگین، ابتدا بارش‌های روزانه ایستگاه‌های همدید استان لرستان(ایستگاه های سینوپتیک با دوره آماری مشترک 1995-2020)، به‌صورت نزولی مرتب گردید و بارش‌های سنگینی که احتمال رخداد آن‌ها در طی دوره مورد بررسی کمتر از 5 درصد بوده است به‌عنوان بارش‌های سنگین هر ایستگاه انتخاب شد و آن گاه از بین این روزها، روزهایی که حداقل در بین 50 درصد ایستگاه‌های منطقه مشترک بود، به‌عنوان بارش سنگین فراگیر انتخاب و مورد تحلیل قرار می‌گیرد؛ لذا دو شرط برای انتخاب روزها که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفت، بالاتر بودن بارش ثبت شده روزانه از آستانه صدک 95م و ثبت‌شدن حداقل در 50 درصد از ایستگاه‌های استان. براین اساس دو رخداد بارش سنگین بهاره، با لحاظ کردن دو فیلتر فوق انتخاب گردید.

·       آشکارسازی الگوهای همدیدی-ترمودینامکی

شرایط همدیدی مولد این بارش‌ها با استفاده از داده‌های ترازهای میانی و فوقانی جو داده‌های پایگاه NCEP/NCAR مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی الگوهای ترازهای میانی و فوقانی جو، نقشه‌های فاکتورهای همدیدی روزانه این بارش ها مورد تحلیل قرار می‌گیرد. در نهایت با استفاده از شاخص‌های ترمودینامیکی وضعیت ترمودینامیک جو بالای منطقه (با استفاده از داده‌های جو بالای دانشگاه وایومینگ) برای ایستگاه کرمانشاه(به عنوان نزدیکترین ایستگاه جو بالای منطقه) مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای تحلیل ترمودینامیکی وضعیت بارش های مورد بررسی از 3 شاخص ترمودینامیکی شامل شاخص شولترShowalter Index)، شاخصK (K-Index) و شاخص مجموع مجموع ها(Total of Totals Index-TT)، استفاده شد. شاخص شولتر براساس ارزیابی شرایط پایداری یا ناپایداری بسته‌هوا در تراز 850 میلی­بارتعریف و به کمک رابطه 1 محاسبه می‌شود:

رابطه 1

SI=T500- TP500

در رابطه شوالتر: TP500 معرف دمای بسته‌هوا در تراز 500 میلی‌بار است که از تراز850 میلی‌بار صعود کرده است. مقادیر منفی این شاخص نشان می‌دهد بخش‌های بالایی لایه‌مرزی تا تروپوسفر میانی ناپایدار است

جدول 1- آستانه‌های شاخصSI

وضعیت جو	آستانه مقادیر
پایدار	مقادیر مثبت
آستانه ناپایداری	0 تا4-
ناپایداری زیاد	4-تا7-
ناپایداری بسیار شدید	8- و کمتر ازآن

( زاهدی و چوبدار ،1386)

شاخص K برای شناسایی و پیش‌بینی توفان­هایی استفاده می­شود که منشاء وقوع آنها توده‌هوا است.

KI معرف احتمال وقوع توفان به صورت تابعی برحسب آهنگ کاهش قائم دما بین تراز‌های 850 و 500 هکتوپاسکال (T850-T500)، محتوی رطوبت برحسب دمای نقطه شبنم در تراز 850 هکتوپاسکال (Td850) و عمق لایه مرطوب در تراز 700 هکتوپاسکال (T700-Td700) بوده که در رابطه نشان داده شده است.  مقادیر کوچک جمله سوم این شاخص نشان از همرفت عمیق در تراز 700 هکتوپاسکال است. (زاهدی و چوبدار، 1386) مقادیر عددی بزرگ این شاخص بر فعالیت شدید توده ‌هوا دلالت دارد که شدیداً به رطوبت در تراز 850 هکتوپاسکال وابسته است.

رابطه2

KI= (T850-T500) +Td850- (T700-Td700)

جدول 2-آستانه‌های شاخص KI

احتمال وقوع توفان	آستانه مقادیر
صفر درصد	0-15
20%	15-20
20% تا 40%	21-25
40% تا 60%	26-30
60% تا 80%	31-35
80% تا 90%	36-40
100%	40<

( قویدل، 1390)

در نهایت شاخص TT شاخصی است که از دیگر شاخص‌ها، به علت ترکیب 2 شاخص مجموع دیگر، قابل‌اعتمادترمی‌باشد. این شاخص به رطوبت تراز 850 هکتوپاسکال بسیار وابسته است. چنان چه ناپایداری در اثر هوای سرد سطوح بالای جو باشد و در سطح زیرین جو رطوبت کافی موجود باشد، شاخص مجموع مجموع‌ها بیشتر از دیگر شاخص­ها قابل اعتماد است. این شاخص به صورت رابطه 3 است.

رابطه3

TT=VT+CT

در این رابطه VT مجموع قائم و CT مجموع تقاطع­ها است. مجموع تقاطع‌ها معرف چگونگی شناوری بسته‌هوا در تراز‌های زیرین جو می‌باشد. مجموع قائم‌ها و مجموع تقاطع‌ها به صورت رابطه 4 است .

رابطه4

VT=T850-T500, CT=Td850-T500

در رابطه 4  T850 دمای هوا در تراز 850، T500 دمای هوا در تراز 500 هکتوپاسکال می‌باشد.Td850 نیز معرف دمای نقطه شبنم در تراز 850 هکتوپاسکال است

جدول 3-آستانه‌های وقوع توفان بر اساس شاخص TT( قویدل،1390)

وضعیت وقوع توفان	آستانه مقادیر
شانس وقوع توفان شدید بسیار ضعیف است	>44
شانس وقوع توفان شدید متوسط است	50=<
شانس وقوع توفان شدید بسیار قوی است	55=<

 

یافته ها

در این بخش اقدام به ارزیابی الگوهای همدیدی-ترمودینامیکی منجر به ایجاد بارش های سنگین بهاره استان لرستان میگردد. نتایج حاصل از تحلیل صدک ها بیانگر آن بود که  با فیلتر گذاری صدک 95م روی بارش های روزانه ایستگاه های سینوپتیک استان لرستان در ماه های بهار ، طی دوره آماری 1995-2020، از بین سنگین ترین بارش های فراگیر در استان لرستان که در آن میزان بارش روزانه (24 ساعته) بالاتر از صدک 95 کل بارش ها بود ، 2  رخداد بارش سنگین انتخاب شد. 2 رخداد بارش سنگین بهاره که مربوط به ماه آوریل و 2 بود. ویژگی های بارشی این روزهای بارش سنگین منتخب در جدول 4 ارائه شده است. همانطور که در جدول زیر مشاهده میشود، در کیس های بارش بهاره یعنی 14 آوریل 2016 و 1 آوریل 2019، بارش ثبت شده در 24 ساعت به ترتیب 78 و 74 میلیمتر بوده است.

جدول 4- بارش­های بارش سنگین منتخب و ویژگیهای بارشی آن ها 

	وضعیت وقوع توفان	میانیکن 24 ساعت بارش ایستگاه های 9 گانه لرستان
کیس های منتخب بهاره	14 آوریل 2016	78 میلیمتر
	1 آوریل 2019	74 میلیمتر

 

تحلیل الگوهای همدید رخداد بارش های سنگین منتخب

الف- رخداد بارش سنگین بهاره

در این بخش دو رخداد بارش سنگین بهاره یعنی یعنی 14 آوریل 2016 و 1 آوریل 2019، که میزان بارش ثبت شده در 24 ساعت به ترتیب 78 و 74 میلیمتر بوده است، در تراز های میانی و تحتانی جو، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

-الگوی بارشی 14 آپریل 2016

در تراز 500 هکتوپاسکال بررسی ها نشان داد که روز 14 آپریل2016  فرود بسیار عمیقی در نیمه شرقی دریای مدیترانه مستقر شده که ساعت پیش از وقوع بارش سنگین مرکز کم ارتفاعی با مقدارارتفاع 5550 ژئوپتانسیل متر درشرق مدیترانه بوجود انده و ناوه بسیار عمیقی را تا روی دریای سرخ و عرب ایجاد کرده که پشته های حاصل از آن بر روی قسمتهای شمالی و ایران مرکزی قرار گرفته است. در این روز یک کم ارتفاع بر روی ازبکستان تشکیل شده است در روز بعد ناوه مذکور ضمن جابه جا شدن به  طرف شرق بسیار قوی شده و پشته های حاصل از آن بر روی شرق ایران مستقر شده است در روز اوج بارش محور ناوه  شرقی تر شده و بسیار تقویت شده است بطوری که محور ان تمام محدوده  دریای سرخ را احاطه کرده و تا 40 درجه شرقی کشیده شده است پشته های حاصل از آن از مرزهای ایران فراتر رفته و ایران در قسمت جلوی ناوه مذکور قرار گرفته که شرایط را برای ناپایداری های شدید فراهم آورده و در این روز بارش سنگین را بدنبال داشته است.

 

 

شکل 2 نقشه تراز 500 هکتوپاسکال روز 14 آپریل 2016

در شکل شماره 3 نقشه تراز دریا در روز 14 آپریل 2016 دیده می شود همانطور که از نقشه پیداست در24 ساعت قبل از بارش پرفشاری که روز پیش در شمال غرب آفریقا و جنوب دریای مدیترانه حاکم بود بصورت نصف­النهاری تا حوالی مدار 25 درجه شرقی جابجایی داشته است، دراین تراز کمفشار سودان نیز هسته خود را در جنوب شرق دریای سرخ قرار داده و زبانه های حاصل از آن با کمفشار روی سوریه و عراق ادغام شده و غرب و جنوب ایران، دریای عمان و عربستان را در برگرفته اند. محورهای پرفشار دریای کارا که در روزهای قبل بر ایران مستقر بود  در این روز از کشور خارج شده و روی روسیه متمرکز شده اند. در روز بارش کم فشار سودان با کم فشار دریای سیاه و شرق مدیترانه  عراق و سوریه در غرب ایران باهم تلفیق شده و بر روی عربستان سلول کمفشاری را ایجاد کرده اند.

 

شکل 3- نقشه تراز دریای روز 14 آپریل 2016 

شکل شماره 4  نقشه شار رطوبت تراز850 هکتوپاسکال درروز 14 آپریل 2016 را نشان میدهد. در این روزهمانطور که در شکل دیده می شود  بیشینه همگرایی شار رطوبت در  جنوبشرق دریای سرخ، سودان، عربستان و خلیج فارس قرار دارد و مقدار آن  در این مناطق به 12گرم در کیلوگرم هوای خشک میرسد. مسیر و منبع رطوبتی بارش در روز 14 آپریل 2016 اقیانوس اطلس جنوبی، قسمت حاره ای اقیانوس هند، نواحی حاره ای شرق آفریقا و دریای مدیترانه می باشدکه ضمن عبور از روی آفریقا به از نظر رطوبتی تقویت شده  به طوریکه مقدار آن در جنوب شرق دریای سرخ و سودان به 12گرم در کیلوگرم میرسد. سپس با عبور از روی خلیج عدن و دریای سرخ وارد خلیج فارس می شود  و پس از گرفتن رطوبت، از جنوب غرب وارد غرب کشور و استان لرستان شده است.

 

شکل 4- نقشه رطوبت تراز 850 میلی باری روز 14 آپریل 2016

-الگوی بارشی 1آپریل 2019

در تراز 500 میلی بار که تراز اصلی مشاهده سیستم‌های مولد پدیده‌های اصلی جو است، (شکل 5) مشاهده می‌شود که در روز 1 آپریل 2019 یک هسته بسیار قوی کم‌ارتفاع با ارتفاع مرکزی 5550 ژئوپتانسیل متر، بر روی شرق دریای مدیترانه مستقر است و بخش غربی ایران در بخش جلویی یک ناوه بسیار عمیق قرار گرفته است که گویای حاکمیت یک سیستم چرخندی بسیار شدید در غرب ایران است.

 

 

شکل 5- نقشه تراز 500 هکتوپاسکال روز 1آپریل 2019

در نقشه‌های فشار تراز دریا مشاهده گردید که سامانه مولد بارش ابرسنگین غرب کشور در موج بارشی 1 آپریل 2019 در واقع یک مرکز فعال سیکلونی (کم‌ارتفاع) است که در شرق دریای مدیترانه قرار گرفته است و شرایط سیکلونی بسیار حادی را بر غرب ایران حاکم کرده است. اما سامانه تزریق رطوبت این سامانه سیکلونی شدید که در واقع مولد این بارش سنگین بوده است در این دو روز همان‌طور که مشاهده می‌شود دو منبع اصلی رطوبت تأمین شارژ کننده اصلی رطوبت این بارش سنگین بوده است. همان‌طور که مشاهده می‌گردد در هر دو روز بارش از دریای سرخ در غرب ایران وارد شده و در مسیر ورود به ایران روی خلیج‌فارس به‌شدت تقویت شده است و حجم عظیمی از رطوبت به آن تزریق شده است (شکل 6).

 

شکل 6- نقشه تراز دریای روز 1آپریل 2019

در شکل شماره 7 وزش رطوبت تراز 850 هکتوپاسکال روز 1 آپریل 2019 ارائه شده است. همان‌طور که مشاهده مي­شود استقرار یک , بر روی خلیج عدن دیده می­شود که با حرکت واچرخندی خود رطوبت دریای عمان، دریای سرخ و خلیج‌فارس را به مناطق جنوب غرب و غرب ایران تزریق کرده وجود چرخندگي مثبت واقع در شمال دریای سرخ و دریای مدیترانه با حرکت پادساعت‌گرد رطوبت دریای سرخ و خلیج‌فارس را به غرب ایران انتقال داده که به‌موازات حرکت شرق سوی چرخندها و واچرخندها، زبانه­های مرطوب نیز به سمت ایران منتقل مي­کند؛ بنابراین تزریق رطوبت در منطقه مورد مطالعه با تعامل دو سامانه سیکلونی و آنتی­سیکلونی مشاهده شده در شکل 9 صورت‌گرفته است و منبع تأمین رطوبت نیز به ترتیب دریای مدیترانه، دریای سرخ و خلیج‌فارس بوده است که رطوبت را در سطح منطقه به 11 تا 13 گرم در کیلوگرم هوای خشک رسانده است.

 

 

شکل 7- نقشه رطوبت تراز 850 میلی باری روز 1آپریل 2019

 

 

تحلیل ترمودینامیکی و شاخص­های ناپایداری

برای بررسی وضعیت ترمودینامیکی هوا در منطقه موردمطالعه از شاخص­های ناپایداری K index، شاخص Si و شاخص TT برای جو بالای منطقه استفاده گردید ازآنجا که در منطقه مورد مطالعه یعنی استان لرستان ایستگاه جو بالا نمی باشد لذا نزدیک‌ترین ایستگاه جو بالای به استان لرستان ایستگاه جو بالای کرمانشاه می باشد، بنابراین در این راستا از نقشه‌ شاخص­های ناپایداری جو بالای ایستگاه کرمانشاه در این مطالعه استفاده شد. در شکل­ 14 نمودار ترمودینامیکی مربوط به رادیو سوند برای ایستگاه جو بالای کرمانشاه  در روز 1 آپریل 2019 ارائه شده است. همان‌طور که در این شکل دیده می شود منحنی های دما و دمای نقطه شبنم در ایستگاه کرمانشاه در روز 1 آپریل 2019، در تراز 750 میلی بار با هم برخورد کرده اند و تا تراز 600 میلی باری دو منحنی دما و دمای نقطه شبنم خیلی به هم نزدیک بوده­اند یعنی ناپایداری ها تا تراز 650 میلی باری همچنان  کشیده شده است. در رخداد دوم، دو منحنی دما و دمای نقطه شبنم در روز 14 آپریل 2016 در موقعیت ایستگاه جو بالای استان کرمانشاه در تراز 600 میلی بار به هم نزدیک شده اند ولی با هم تماس پیدا نکرده‌اند و این شرایط در ترازهای بالاتر مشاهده نشده است.

 

14 آپریل 2016	1 آپریل 2019

شکل 14- نمودار ترمودینامیکی (اسکیوتی) جو بالای ایستگاه کرمانشاه

نتایج حاصل از محاسبه هریک از شاخص­های ترمودینامیکی بارش حدی در روزهای منتخب مطالعاتی( روز 1 آپریل 2019، روز 14 آپریل 2016، )) در جدول شماره 2 آمده است. با توجه به اطلاعات آمده در  جدول شماره 1 که شاخص های ترمودینامیکی در روزهای بارش سنگین در استان لرستان در تاریخ های مذکور امده است دیده می شود که شاخص KI بیانگر آن است که حرکات همرفتی یکی از ملزومات و نشانه­های وقوع بارش‌های سنگین است  که در این روزها به ترتیب در ساعت 30/3  در ایستگاه جو بالای کرمانشاه به ترتیب برابر با 9/20، 4/27، می‌باشد و بیانگر وقوع ناپایداری­ها در منطقه مطالعاتی در روزهای 1 آپریل 2019، روز 14 آپریل 2016 بوده است. شاخص TTI (مجموع مجموع­ها) در ساعت 30/3 در روزهای مورد مطالعه در ایستگاه جو بالای استان کرمانشاه به ترتیب برابر با 6/47، 4/44، بوده که نشانگر حرکات بالاروی همرفتی برای  ایجاد ناپایداری در منطقه مورد مطالعه بوده است. شاخص SI یکی دیگر از شاخص های ناپایداری مورد بررسی در منطقه مطالعاتی می‌باشد که شرایط پایداری یا ناپایداری هوا را نشان می‌دهد با توجه به اطلاعات امده در جدول 2 شاخصSI در روزهای 1 آپریل 2019، روز 14 آپریل 2016، به ترتیب برابر با 1/2 ، 22/11 - ،بوده است که نشان‌دهنده شرایط ناپایداری می­باشد. 

جدول 2- شاخص­های ترمودینامیکی بارش­های حدی روزهای منتخب

	ساعت دیدبانی	مقدار شاخص 16 آپریل 2016	مقدار شاخص روز 1 آپریل 2019
شاخص K	12UTC(30/3 به وقت محلی)	9/20	4/27
شاخص شولتر(SI)	12UTC(30/3 به وقت محلی)	1/2	22/11-
شاخص مجموع مجموع ها(TT)	12UTC(30/3 به وقت محلی)	6/47	4/44

 

 

نتایج

تحلیل الگوهای همدیدی رخدادهای بارش حدی در فصل بهار  حاکی از آن بود که در روزهای مورد مطالعه وجود یک ناوه عمیق بر روی شرق دریای مدیترانه که به تبع آن بخش غربی ایران در بخش جلویی یک ناوه بسیار عمیق قرار گرفته است که شرایط صعود و ورود سیستم‌های کم‌فشار را برای غرب کشور به وضوح فراهم کرده است در سطح زمین نیز حاکمیت سامانه کم­فشار مشهود است. متناسب با عميق شدن ناوه بادهاي غربي منابع رطوبتي سيستم علاوه بر مديترانه از درياي سياه و درياي سرخ و نيز خليج فارس تأمين مي‌گردد كه حضور كم فشار در سطح زمين در جهت دادن به ر يزش هواي مرطوب از مناطق اطراف مؤثر است. فرود دریای سرخ با استقرار در تراز میانی جو همراه بوده و امکان صعود عمیق و تشکیل ابر و بارش را فراهم کرده و ایجاد بارش‌های سنگین و سیل‌آسا در غرب را به همراه داشته است. .شاخص‌های ناپایداری جو بالا که به علت نداشتن ایستگاه جو بالا در استان لرستان بر اساس داده های ایستگاه جو بالای استان کرمانشاه در روزهای منتخب مورد بررسی قرار گرفت، وجود ناپایداری های زیاد را در منطقه تایید نکرد و حاکی از ان بود که ناپایداری متوسطی در منطقه در روزهای مورد بررسی وجود داشت که در ترازهای پایین جو بود که قابلیت گسترش به تراز فوقانی را نداشته است.

منابع

امیدوار، ک.، سپندار، ن.، و شفیعی، ش. (1397). تحلیل همدید و ترمودینامیک بارش سنگین و سیلابی روزهای5 تا 8 آبان 1394 در استان کرمانشاه. اطلاعات جغرافیایي (سپهر)، 27(107): 237-252.

بیرانوند, ابراهیم, گندمکار, امیر, عباسی, علیرضا, & خداقلی, مرتضی. (1401). تحلیل آماری-سینوپتیکی بارش‌های سنگین منجر به سیلاب فروردین 1398 در حوضه آبریز درود بروجرد. مخاطرات محیط طبیعی, 11(32), 169-188. doi: 10.22111/jneh.2022.38564.1806

پناهی, حسین, اسمعیل درجانی, نجمه. (1399). بررسی اثر گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی بر رشد اقتصادی(مطالعه موردی: استان های ایران طی دوره 1390-1380). علوم و تکنولوژی محیط زیست, 22(1), 79-88. doi: 10.30495/jest.2020.22073.3114

دهبان، ح.، ابراهیمی، ک.، عراقی نژاد، ش.، و بذر‌افشان، ج. (1398). ارزیابی دقت مدل‌های NMME در پیش‌بینی بارش ماهانه مطالعه موردی حوضه سفید‌رود. هواشناسی کشاورزی، 7(1): 3-12.

سلاجقه، ع.، مقدم نیا، ع.، خلیقی سیگارودی، ش.، آذرخشی، مریم.، و رستمی خلج، م. (1390). مدل سازی بارش رواناب مبتنی بر رویکرد پویایی سامانه مطالعه موردی حوضه کارده مشهد. مهندسی و مدیریت آبخیز، 11(1): 15-27.

قاسمی‌فر، ا.، ناصرپور، س.، و آرزومندی، ل. (1396). شناسایی الگوهای همدیدی بارش‌های سیل‌خیز غرب ایران. تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 4(2): 69-86.

هرمزي سلامی، و.، امیدوار، ک.، کاوسی، ر.، و حمزه نژاد، م. (1396) شناسایی و تحلیل همدیدي - دینامیکی الگوهاي جوي سیلاب آبان 1394 در استان‌های ایلام و لرستان. نیوار، 96 و 97: 9 -27.

کیانی, مهرداد, لشکری, حسن, & قائمی, هوشنگ. (1399). تحلیل همدیدی رخداد فرین‌های بارشی زمستان (DJF) در غرب ایران. پژوهشهای دانش زمین, 11(3), 223-244. doi: 10.52547/esrj.11.3.223

جلالی، مسعود، دوستکامیان، مهدی، و شیری کریم وندی، امین. (1398). بررسی و تحلیل همدیدی دینامیکی سازکارهای بارش فراگیر زمستانه ایران. تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی (علوم جغرافیایی)، 19(55 )، 37-55.

Azizi, G.; Gerami, M. S. and Sharifi, L. (2017). Spatial Analysis of thunder storm in Iran.

Researches in Geographical Sciences, Vol. 17, No. 47, PP. 241-257

Feng, P., Wang, B., Liu, D.L., Xing, H., Ji, F., Macdam, I., Ruan, H. and Yu, Q., 2018. Impact of rainfall extremes on wheat yield in semi - arid cropping systems in eastern Australia: climatic change, v. 147, p. 555-569

Libertino, A., Ganora, B. and Claps, P., 2018. Technical note: space-time analysis of rainfall extremes in Italy: clues from reconciled dataset: hydrology and earth system sciences, v. 22, p. 2705-2715.

.

 

Boutheina Oueslati, Pascal Yiou & Aglaé Jézéquel, 2020, Revisiting the dynamic and thermodynamic processes driving the record-breaking January 2014 precipitation in the southern UK, Scientific Reports , 9:2859

Beiranvand, I., Gabdomkar, A., Abbasi, A., & Khodagholi, M. (2022). Statistical-Synoptic Analysis of April 2019 Heavy Rainfall in Doroud-Boroujerd Basin. Journal of Natural Environmental Hazards, 11(32), 169-188. doi: 10.22111/jneh.2022.38564.1806

Chang, C.H., & Huang, W.  ( 2013). Hydrological modeling of typhoon-induced extreme storm runoffs from Shihmen watershed to reservoir, Taiwan. Natural-Hazards, 67(2): 747– 761. http://dx.doi.org/10.1007/s11069-013-0600-7

Chen, C., Lin, Y., Hsu, N., Liu, C., & Chen., C. (2011). Orographic effects on localized heavy rainfall events over southwestern Taiwan on 27 and 28 June 2008 during the post-MeiYu period. Atmospheric Research, 101(3): 595–610. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2011.04.004

Chen, C., Lin, Y., Peng, W., Liu, C. (2010). Investigation of a heavy rainfall event over southwestern Taiwan associated with a ubsynoptic cyclone during the 2003 Mei-Yu season. Atmospheric Research, 95(2): 235-254. doi:10.1016/j.atmosres.2009.10.003

Coats, R. (2010). Climate Change in the Tahoe Basin: Regional Trends, Impact and Drivers. Climate change, 102: 435-466. DOI 10.1007/s10584-010-9828-3

Dehban, H., Ebrahimi, K., Iraqinejad, Sh., & Bazar Afshan, J. (2018). Evaluation of accuracy of NMME models in forecasting monthly rainfall, a case study of Sefid Rood basin. Agricultural Meteorology, 7(1): 3-12. (In Persian).

Ghasemifar, A., Naserpour, S., & Arzumandi, L. (2016). Identification of synoptic patterns of torrential rains in western Iran. Spatial Analysis of Environmental Hazards, 4(2): 69-86. (In Persian).

Hormazi-Salami, V., Omidar, K., Kaousi, R., and Hamzenejad, M. (2016) Identification and synoptic-dynamic analysis of atmospheric patterns of floods in November 2014 in Ilam and Lorestan provinces. Newar, 96 and 97: 9-27. (In Persian).

Mohanty, M., Mohapatra, M., & Jaafry, S. N. A. (2014). Characteristic features of heavy rainfall over Gujarat and Rajasthan States of India due to very severe cyclonic storm phet over the Arabian Sea (31 May to 07 June 2010). Monitoring and Prediction of Tropical Cyclones in the Indian Ocean and Climate Change. 35: 412-421. DOI: 10.1007/978-94-007-7720-0_35

Pineda, N., Bech, J., Rigo, T., & Montanya, J. (2011). A Mediterranean nocturnal heavy rainfall and tornadic event, Part II: Total lightning analysis. Atmospheric Research, 100(4): 638–648. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2010.10.027

Panahi, H., & Esmaeel Darjani, N. (2020). Effects of Global Warming and Climate Changes on Economic Growth (Case Study: Iran provinces during 2002-2012). Journal of Environmental Science and Technology, 22(1), 79-88. doi: 10.30495/jest.2020.22073.3114

 

Omidvar, K., Sepandar, N., & Shafiei, Sh. (2017). Synoptic and thermodynamic analysis of heavy rainfall and flooding on November 5 to 8, 2014 in Kermanshah province. Geographic Information (Sephr), 27(107): 237-252. (In Persian).

Rémy, R. (2019). Estimation of extreme daily precipitation thermodynamic scaling using gridded satellite precipitation products over tropical land, Environmental Research Letters, 14(9): 1-9. DOI 10.1088/1748-9326/ab35c6

Selajegheh, A., Moghadamnia, A., Khalighi Sigaroudi, Sh., Azarakhshi, Maryam., & Rostami Khalaj, M. (2011). Runoff rainfall modeling based on system dynamics approach, a case study of Karde Basin of Mashhad. Watershed Engineering and Management, 11(1): 15-27. (In Persian).

Samman, A. E., & Gallus, Jr., W. A. (2017). A classification of synoptic patterns inducing heavy precipitation in Saudi Arabia during the period 2000-2014. Atmósfera, 31(1): 47–67. https://doi.org/10.20937/ATM.2018.31.01.04

Sampath, D.S., Weerakoon, S.B., & Herath, S. (2015). HEC-HMS model for runoff simulation in a tropical catchment with intra-basin diversions – case study of the Deduru Oya river basin. Sri Lanka. Journal of the Institution of Engineers, Sri Lanka, 1: 1-9. DOI: 10.4038/engineer.v48i1.6843

Shamir, E. (2017). The value and skill of seasonal forecasts for water resources management in the Upper Santa Cruz River basin southern Arizona. Journal of Arid Environments, 137: 35-45. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2016.10.011

Tank, A. K., Zwiers, F. W., & Zhang, X. (2009). Guidelines on Analysis of extremes in a changing climate in support of informed decisions for adaptation. World Meteorological Organization, 72: 1-55.

van Oldenborgh, G. J., Otto, F. E. L., Haustein, K., & Cullen, H. (2015). Climate change increases the probability of heavy rains like those of storm Desmond in the UK – an event attribution study in near-real time, Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss, 12: 13197–13216. https://doi.org/10.5194/hessd-12-13197-2015

Wang, H., & Chen Yu , L. (2016). Distinguishing human and climate influences on streamflow changes in Luan River basin in China. Catena, 136: 182–188. https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.02.013

Wei, W., Shi, Z., Yang, X., Wei, Z., Liu, Y., Zhang, Z., Ge, G., Zhang, X., Guo, H., Zhang, K., & Wang, B. (2017). Recent Trends of Extreme Precipitation and Their Teleconnection with Atmospheric Circulation in the Beijing-Tianjin Sand Source Region, China, 1960–2014. Atmosphere, 8(83): 1-18. https://doi.org/10.3390/atmos8050083

Weldon, D., & Reason, C. J. C. (2014). Variability of rainfall characteristics over the South Coast region of South Africa. Theoretical and Applied Climatology, 115(1-2): 177-185. https:// doi:10.1007/s00704-013-0882-4

World Meteorological Organization. (2011).Weather extremes in a changing climate: hindsight on foresinght, ISBN:978-92-63- 11075-6

Yan. Z., Jones, P.D., Davies, T.D., Moberg, A., Bergstrom, H., Camuffo, D., Cocheoc, M., Demaree, G. R., Verhoeve, T., Theoen, E., Barriendos, M., Rodriguez, R., MarttinVide, J., & Yang, C. (2002). Trends of extreme temperature in Europe and China based on daily observations. Climatic Change). Improved Understanding of Past Climatic Variability from Early Daily European Instrumental Sources, 53(1-3): 355- 392. https://doi.org/10.1023/A%3A1014939413284

 

 

---