تحليل و فرايابی بندال دوقطبی در يك مطالعه موردی

رويداد بندال معمولاً بزرگ مقياس است و در عرض های جغرافيايی ميانی اتفاق ميافتد. بندال ها تأثيرات بسزايی بر وضع هوا در منطقه تحت قلمرو خود دارند؛ ازاين رو شناخت بندال نقش مهمی در پيش بينی های ميان مدت و كوتاه مدت هواشناسی دارد.جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره تحليل و فرايابی بندال دوقطبی در يك مطالعه موردی با مطالعات ژئوفیزیک در آسیا ژئوفیزیک تماس بگیرید.

تحليل و فرايابی بندال دوقطبی در يك مطالعه موردی

پژوهش حاضر با استفاده از داده های ERA5 مركز ECMWF با فاصله زماني يك ساعته انجام شده است.

اين داده ها از نوع بازتحليل و با فواصل شبكه اي 25/0 ´25/0 در راستاي افقي (طول و عرض جغرافيايي) در ٣٧ تراز قائم فشاري هستند.

ابعاد حوزه محاسباتي نيز براي تحليل و شبيه سازي بندال دوقطبي از ١٠ تا ٩٠ درجه طول جغرافيايي و ٢٠ تا ٧٠ درجه عرض جغرافيايي را شامل مي شود.

پژوهش بر پايه يک روش پيشنهادی

اين پژوهش بر پايه يك روش پيشنهادی براي فرايابی بندال دوقطبی، به مطالعه و تحليل همديدی موردی چرخه زندگی يک بندال دوقطبی در منطقه خاورميانه پرداخته است.

اين بندال در دوره زماني ١٣ تا ٢٠ نوامبر ٢٠١٩ به وقوع پيوسته است. بررسی پربندهای بسته، ميدان باد تراز ٥٠٠ هكتوپاسكال و باد گرمايی در زمان تشكيل بندال دوقطبی، حاكي از بسته شدن دست كم يك پربند با فاصله پربندي ٤ ژئوپتانسيل دكامتر به طور همزمان براي هر دو مركز پرارتفاع و كم ارتفاع است.

از طرفي، در هنگام بلوغ اين بندال نيز اختلاف ارتفاع دو مركز به بيشترين مقدار خود رسيده است.

دوشاخه شدن بادهای غربی

دوشاخه شدن بادهای غربی در ورودی بندال نيز برای اين رويداد مشهود است.

البته در هنگام تشكيل اين بندال، سرعت بادهای غربی در ورودی بندال كاهش يافته و باد گرمايی در اين ناحيه همزمان با شكلگيری بندال دوقطبی شروع به كم شدن كرده و در زمان بلوغ بندال به كمترين مقدار خود رسيده است

كه در اين زمان، بادهاي غربي ترازهای بالا از بادهای غربی ترازهای پايين كمتر هستند.

از نتايج ديگر اين پژوهش، قرار گرفتن مركز پرارتفاع بندال بالاتر از عرض جغرافيايي ٤٠ درجه است.

مقدمه

پديده بندال كه اغلب در يك جوّ بزرگ مقياس و در عرض هاي جغرافيايي مياني و بالاتر روي ميدهد، تأثيرات چشمگيري بر وضع هواي ناحيه و منطقه تحت قلمرو دارد

شناخت بندال، نقش مهمی در پيش بينی های ميان مدت و كوتاه مدت وضع هوا دارد.

هنگامي كه گراديان دما در راستاي نصف النهاري كم و در حد مقياس محلي باشد.

جريان بادهای غربی

جريان بادهای غربی از راستای مداری به راستای نصف النهاری تغيير جهت ميدهد و درنتيجه، ناوه موج، عميق و به عرض هاي پايين تر كشيده ميشود.

فرارفت هواي سرد عرض هاي بالا به داخل گودي موج و در ادامه، كاهش پارامتر كوريوليس، سبب افزايش تاوايي نسبي و درنتيجه، افزايش انحنای خطوط جريان ميشود.

هجوم هوای گرم عرض هاي پايين به عرض هاي بالاتر و درنتيجه، افزايش پارامتر كوريوليس نيز موجب كاهش تاوايي نسبي ميشود.

حالت موج

در اين حالت موج از حالت معمول خود يعني شكل سينوسي خارج ميشود. اين تغيير شكل خطوط جريان در وردسپهر مياني و زبَرين باعث شكل گيري مركز كم ارتفاع بندال دوقطبي ميشود. اين مراحل اغلب در چرخه زندگي امواج كژفشار در جوّ شكل ميگيرد.

دوره زندگی بندال دوقطبي با تفكيك جريان باد غربي وردسپهر در عرض هاي مياني همراه است كه در اثر دوشاخه شدن جريان جتي مداري و ماندگاري پشته در عرض هاي جغرافيايي بالاتر روي ميدهد.

بندال در ميان هواشناسان

بندال در ميان هواشناسان پديدهاي شناخته شده است، اما هنوز هم ارائه تعريفي عمومي براي بندال ها دشوار است.

بااينحال مواردي از دسته بندي هاي معمول و مورد استفاده براي الگوي بندال در ادامه آورده ميشود.

ليجنس و اُكلند

ليجنس و اُكلند ( ١٩٨٣ ) با استفاده از گراديان شمالي-جنوبي (نصف النهاري) خطوط هم ارتفاع ژئوپتانسيلي بر اساس رابطه بين رخداد و ماندگاري غيرعادي جريانات شرقي در عرض هاي مياني و وقوع بندال، معياري را براي رخداد بندال مطرح كردند.

مزيت اين روش قابل مشاهده، سادگي آن براي محاسبه خودكار و بنابراين استفاده مكرر از آن است (براي مثال تيبالدي و مولتني، ١٩٩٠ و دآندرا و همكاران، ١٩٩٨).

دسته بندی چهارمی

دسته بندی چهارمي براي شناسايي و تفكيك بندال ها شكل گرفته است. در همين راستا براي مثال پِلي و هاسكينز ( ٢٠٠٣ ) شاخص ديناميكي جديدي براي بندال معرفي كردند كه بر پايه واژگوني گراديان نصف النهاري (PV) روي سطح هم دماي پتانسيلي است.

روش كار

هوآنگ و همكاران ( ٢٠٠٦ ) ويژگي هاي برجسته اي را براي شناسايي بندال دوقطبي به شرح زير مطرح كردند:

• –  دستكم يك پربند بسته ٤ ژئوپتانسيل دكامتري (5/2 ژئوپتانسيل دكامتري) به طور همزمان براي هر دو مركز پرارتفاع و كم ارتفاع در تراز ٥٠٠ هكتوپاسكال (١٠٠٠هكتوپاسكال) وجود داشته باشد و فاصله اين دو مركز بيشتر از ٣٠ درجه طول جغرافيايي نباشد؛
• – بادهاي غربي در تراز ٥٠٠ هكتوپاسكال به دو شاخه تقسيم شوند و فاصله جدايي تا به هم رسيدن كمتر از ٤٥ درجه طول جغرافيايي نباشد؛
• – عمر مراكز كم ارتفاع و پرارتفاع بسته شده دستكم پنج روز باشد؛
• – سرعت حركت بندال در هر روز بيشتر از ١٠ درجه طول جغرافيايي نباشد؛
• – مركز پرارتفاع تراز ٥٠٠ هكتوپاسكال دست كم بايد در عرض جغرافيايي ٤٠ درجه باشد؛
• – شاخص بندال BI نباید کمتر از m/s20 باشد.

شاخص بندال BI

شاخص بندالBI با رابطه زير تعريف ميشود (هوآنگ و همكاران، ٢٠٠٦):

که UEM  ميانگين سرعت باد شرقي زمين گرد روي حداكثر ٢٠ نقطه در ناحيه اي به وسعت حدود ٢٠ درجه طول جغرافيايي در سمت راست و چپ مركز پرارتفاع و در محدوده ٣٠ درجه پايين تر از مركز پرارتفاع و UWM بيشينه بادهاي غربي زمين گرد همين ناحيه است. چون بادهاي شرقي جنوب مركز پرارتفاع حدود سه برابر كوچك تر از بادهاي غربي اين ناحيه هستند، اين اختلاف سه برابري اساس شاخص بندال BI پيشنهادي مذكور قرار گرفته است.

حوزه محاسباتي

كار حاضر با استفاده از داده هاي ERA5  مركز اروپايي پيش بيني ميان مدت وضع هوا  (ECMWF) با فاصله هاي زماني يك ساعته انجام شده است.

اين داده ها كه به بازه زماني ١٣ تا ٢١ نوامبر ٢٠١٩ تعلق دارند، از نوع بازتحليل و براي متغيرهاي ارتفاع ژئوپتانسيلي ترازهاي ٥٠٠ و ٧٠٠  هكتوپاسكال به همراه مؤلفه بادهاي شرقي و غربي با فواصل شبكه اي25/0 در 25/0 در راستاي افقي (طول و عرض جغرافيايي) و ٣٧ تراز قائم فشاري هستند.

ابعاد حوزه محاسباتي در

مطالعات آسیا ژئوفیزیک

ابعاد حوزه محاسباتي نيز براي تحليل و شبيه سازي بندال دوقطبي از ١٠ تا ٩٠ درجه طول جغرافيايي و ٢٠ تا ٧٠ درجه عرض جغرافيايي را شامل مي شود. شكل ١ نمايي از حوزه محاسباتي را نشان مي دهد.

تحليل همديدي (انتخاب موردي) در

مطالعات آسیا ژئوفیزیک

طي بررسي هاي به عمل آمده، در سال هاي اخير، تعدادي بندال دوقطبي در منطقه خاورميانه شكل گرفته است كه براي مثال ميتوان به بندال دوقطبي ٨ تا ١٤ فوريه ٢٠٠٩ اشاره كرد (شكل ٢- الف).

اين بندال بيشتر مناطق كشور را تحت تأثير خود قرار داد و سبب بارش هاي به نسبت خوبي شد (شكل ٢- ب). يكي از جديدترين بندال هاي شكل گرفته در منطقه، مربوط به بندال دوقطبي به نسبت قوي ١٤ تا ٢٠ نوامبر ٢٠١٩ است.

ميزان بارش شش روزه اين سامانه در شكل ٣ نشان داده شده است. همانطوركه مشاهده ميشود، نواحي مركزي و جنوبي درياي خزر، نوار ساحلي شمال، دامنه هاي مركزي البرز و تا حدودي شمال شرق كشور شاهد بارش چشمگيري طي اين مدت بوده است.

بر اين اساس، مراحل چرخه زندگي بندال به صورت زير است:

الف) مرحله رشد: در اين مرحله، بندال در پشته موج بلند راسبي كه در راستاي شمال غربي كشيده شده است، شروع به شكلگيري ميكند و از طرفي، در بخش ناوه اين موج نيز همزمان با كشيده شدن به سمت جنوب شرق، كم ارتفاع بريده در حال شكل گيري است (شكل هاي ٤ الف، ب)؛

ب) مرحله بلوغ: بندال دوقطبی در اين مرحله با تقويت پرارتفاع و كم ارتفاع بريده، دو مركز بسته پرارتفاع (ناحيه شمالي) و كم ارتفاع (ناحيه جنوبي) به شكل دوقطبي درآمده است (شكل هاي ٤- ج، د، ه، و)؛

ج) مرحله زوال: با گذشت زمان و در ادامه، ابتدا مركز پرارتفاع شروع به ناپديد شدن ميكند و در پي آن، مركز بسته كم ارتفاع نيز ضعيف ميشود و از بين ميرود (شكل هاي ٤- ز، ح) و درنهايت، مركز بسته نيز به پشته موج راسبي تبديل مي شود و به سمت شرق حركت مي كند (براي اختصار شكل ها ارائه نشده است.)

بررسي ويژگي هاي بندال در

مطالعات آسیا ژئوفیزیک

اين بخش اختصاص به بررسي ويژگي هاي معرفي شده براي شناسايي بندال دوقطبي دارد. همانطوركه در شكل ٤- ز مشاهده مي شود، دست كم يك پربند بسته با فاصله پربندي ٤ ژئوپتانسيل دكامتر از ساير پربندها و به طور همزمان براي هر دو مركز پرارتفاع و كمارتفاع در تراز ٥٠٠ هكتوپاسكال وجود دارد و فاصله اين دو مركز از ٣٠ درجه طول جغرافيايي بيشتر نيست.

هكتو پاسكال

ازآنجاكه پربندهاي تراز ٥٠٠ هكتو پاسكال در اين پژوهش با نرم افزار رسم شده است، اين امكان وجود دارد كه روزهايي مانند ١٣ و ٢٠ نوامبر نيز وجود داشته باشد

كه مركز پر ارتفاع بسته شكل گرفته ولي رسم نشده است؛ بندال دوقطبی لذا طبق بررسي هاي به عمل آمده، عمر مراكز پر ارتفاع و كم ارتفاع بسته شده دست كم پنج روز است.

با توجه به چرخه زندگي بندال دوقطبي در شكل ٤، سرعت حركت اين بندال نيز در هر روز از ١٠ درجه طول جغرافيايي بيشتر نبوده است.

محاسبه شاخص بندال در مطالعات آسیا ژئوفیزیک

براي محاسبه شاخص بندال نيز بايد بادهاي غربي و شرقي در ناحيه بندال مشخص شوند؛ لذا در شكل هاي ٥- الف و٦- الف ميدان باد تراز ٥٠٠ هكتوپاسكال ١٨ و ١٩ نوامبر آورده شده است.

همان طوركه ملاحظه مي شود، اختلاف سرعت بيشينه تندي بادهاي غربي نسبت به ميانگين بادهاي شرقي در نواحي جنوبي مركز پرارتفاع و در منطقه مورد نظر براي برآورد شاخص بندال برقرار است.

بررسي موقعيت مكاني در  مطالعات آسیا ژئوفیزیک

در ادامه براي بررسي موقعيت مكاني، زماني و بررسي ويژگي هاي مطرح شده براي اين نوع بندال، چرخه زندگي آن در شكل ٤ همراه با موقعيت مراكز پرارتفاع و كم ارتفاع نشان داده شده است.

با توجه به اينكه در پژوهش حاضر، بندال دوقطبی رسم خطوط پربندي با نرم افزار انجام شده است، در بعضي مناطق، خطوط پربند بسته ارتفاعي كه در تحليل هاي هواشناسي بايد لحاظ شوند، نشان داده نشده است كه در هنگام بررسي رويداد بندال به آن اشاره مي شود.

بر اين اساس، مراحل چرخه زندگي بندال به صورت زير است:

الف) مرحله رشد:

در اين مرحله، بندال در پشته موج بلند راسبي كه در راستاي شمال غربي كشيده شده است، شروع به شكلگيري ميكند و از طرفي، در بخش ناوه اين موج نيز همزمان با كشيده شدن به سمت جنوب شرق، كم ارتفاع بريده در حال شكل گيري است (شكل هاي ٤ الف، ب)؛

ب) مرحله بلوغ:

در اين مرحله با تقويت پرارتفاع و كم ارتفاع بريده، دو مركز بسته پرارتفاع (ناحيه شمالي) و كم ارتفاع (ناحيه جنوبي) به شكل دوقطبي درآمده است (شكل هاي ٤- ج، د، ه، و)؛

ج) مرحله زوال:

با گذشت زمان و در ادامه، بندال دوقطبی ابتدا مركز پرارتفاع شروع به ناپديد شدن ميكند و در پي آن، مركز بسته كم ارتفاع نيز ضعيف ميشود و از بين ميرود (شكل هاي ٤- ز، ح) و درنهايت، مركز بسته نيز به پشته موج راسبي تبديل مي شود و به سمت شرق حركت مي كند (براي اختصار شكل ها ارائه نشده است.)

بررسي ويژگي هاي بندال

اين بخش اختصاص به بررسي ويژگي هاي معرفي شده براي شناسايي بندال دوقطبي دارد.

همانطوركه در شكل ٤- ز مشاهده مي شود، دست كم يك پربند بسته با فاصله پربندي ٤ ژئوپتانسيل دكامتر از ساير پربندها و به طور همزمان براي هر دو مركز پرارتفاع و كمارتفاع در تراز ٥٠٠ هكتوپاسكال وجود دارد و فاصله اين دو مركز از ٣٠ درجه طول جغرافيايي بيشتر نيست.

پربندهاي تراز ٥٠٠ هكتو پاسكال در مطالعات آسیا ژئوفیزیک

ازآنجاكه پربندهاي تراز ٥٠٠ هكتو پاسكال در اين پژوهش با نرم افزار رسم شده است، اين امكان وجود دارد كه روزهايي مانند ١٣ و ٢٠ نوامبر نيز وجود داشته باشد كه مركز پر ارتفاع بسته شكل گرفته ولي رسم نشده است؛

لذا طبق بررسي هاي به عمل آمده، عمر مراكز پر ارتفاع و كم ارتفاع بسته شده دست كم پنج روز است. با توجه به چرخه زندگي بندال دوقطبي در شكل ٤، سرعت حركت اين بندال نيز در هر روز از ١٠ درجه طول جغرافيايي بيشتر نبوده است.

محاسبه شاخص بندال در مطالعات آسیا ژئوفیزیک

براي محاسبه شاخص بندال نيز بايد بادهاي غربي و شرقي در ناحيه بندال مشخص شوند؛

لذا در شكل هاي ٥- الف و٦- الف ميدان باد تراز ٥٠٠ هكتوپاسكال ١٨ و ١٩ نوامبر آورده شده است.

همان طوركه ملاحظه مي شود، اختلاف سرعت بيشينه تندي بادهاي غربي نسبت به ميانگين بادهاي شرقي در نواحي جنوبي مركز پرارتفاع و در منطقه مورد نظر براي برآورد شاخص بندال برقرار است.

نتيجه گيري  بندال دوقطبی در مطالعات آسیا ژئوفیزیک

يك رويداد موردي در منطقه خاورميانه بر پايه روشي پيشنهادي براي فرايابي بندال دوقطبي به همراه محاسبه باد گرمايي تحليل شده است.

براي شكل گيري بندال دوقطبي بايد باد در ترازهاي مياني جوّ به كمترين مقدار خود برسد و به دو شاخه تقسيم شود.

به عبارت ديگر، بندال در سطوح فشاري پايين تر نسبت به سطوح فشاري بالاتري اتفاق ميافتد كه بادهاي غربي ضعيف تري نسبت به سطوح فشاري بالاتر دارد و لذا دوره زندگي آن نيز با افزايش تندي بادهاي غربي در سطوح فشاري بالايي كوتاه تر مي شود.

كاهش باد گرمايي در مطالعات آسیا ژئوفیزیک

از ديدگاه ديگر، با كاهش باد گرمايي، باد زمين گرد ضعيف ميشود و درنتيجه، باعث ضعيف شدن بادهاي زمينه مي شود كه اين خود سبب دو شاخه شدن بادهاي تراز مياني جوّ و رويداد بندال خواهد شد. در بررسي هاي به عمل آمده مشاهده شد تندي باد گرمايي در زمان شكل گيري و در محل ورودي بندال نزديك به صفر مي شود.

جهت کسب اطلاعات بیشتر با آسیا ژئوفیزیک و ژئوتکنیکی تماس بگیرید.

اینستاگرام آسیا ژئوفیزیک