بررسی آماری ديناميكی توفان های همرفتی قوی در اهواز

باتوجه به اثر گاه مخرب رخداد توفان تندری و توفان خاك در منطقه خوزستان، بررسي و تحليل اين توفان ها از اهميت خاصي برخوردار است. در اين پژوهش، ابتدا با بررسي داده هاي سطح زمين ايستگاه اهواز در دوره بلندمدت ٣٦ ساله از سال ١٩٨١ تا ٢٠١٦ ، توفان هاي رخداده در منطقه مورد مطالعه شناسايي و تحليل آماري شد. جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره بررسی آماری ديناميكی توفان های همرفتی قوی در اهواز با مطالعات ژئوفیزیک و ژئوتکنیک در آسیا ژئوفیزیک تماس بگیرید.

بررسی آماری ديناميكی توفان های همرفتی قوی در اهواز

سپس پنج توفان قوی كه از لحاظ تغييرات دما، فشار، سرعت باد و نوع ابر نسبت به بقيه توفان ها مناسب تر بودند، انتخاب و با كمك مدل WRF شبيه سازي شد.

نتايج بررسی آماری در دوره زماني مطالعاتي نشان ميدهد توزيع فراواني رخداد بادهاي با سرعت بالاي ١٢ متر بر ثانيه روند كاهشی دارد.

ماه آوريل بيشترين فراواني و ماه اكتبر كمترين فراواني را دارد و در مقياس فصلي نيز وقوع بيشترين و كمترين فراواني رخدادها به ترتيب در بهار و پاييز است.

بررسی توزيع فراوانی

بررسي توزيع فراوانی رخدادها در مقياس ساعتي، زمان وقوع بادهاي جستي را در ساعت هاي بعدازظهر و در بازه ساعتهاي ١٢ تا ١٥ گرينويچ نشان ميدهد.

نتايج شبيه سازی توفان هاي انتخابي بيانگر وجود حدود ١ تا ٣ ساعت جابه جايي زماني بين بيشينه ميدان هاي باد، دما و فشار شبيه سازی شده و مقادير متناظر ثبت شده در ايستگاه اهواز است.

مدل در نشان دادن روند تغييرات تمام پارامترها به جز بيشينه باد جستي خوب عمل ميكند.

موقعيت های جغرافيايی

موقعيت هاي جغرافيايی مختلفي براي هسته اصلي هريك از توفان ها در شبيه سازي عددي يافت ميشود، به طوريكه در بين پنج توفان بررسي شده، توفان هاي اول تا سوم در شمال شرق و توفان هاي چهارم و پنجم در شمال غرب ايستگاه اهواز تحول مييابند.

مقدمه شبيه سازی

توفان هاي تندري ازجمله مهم ترين پديده هاي جوّي ميان مقياس هستند كه اغلب در ماه هاي مارس تا مه در عرض هاي مياني رخ ميدهند (ليتا و همكاران، ٢٠١٢ ).

اين توفان ها معمولاً با ابرهاي كومه اي همراه هستند كه بيشترين مقدار بارش را در سطح زمين ايجاد ميكنند (بايرز و براهام، ١٩٤٩ ).

توفان های تندری

توفان هاي تندري اغلب به صورت پُرانرژي و كوتاه مدت ظاهر ميشوند (واكيموتو، ١٩٨٢ ).

اين نوع توفان ها با صعود هواي گرم و مرطوب در جوّ ناپايدار ايجاد ميشوند و با آذرخش، بارش باران سهمگين، وزش باد شديد، تگرگ و در بعضي مناطق گردوخاك همراه هستند (ايسترلينگ و رابينسون، ١٩٨٥ ؛ هانتريزر و همكاران، ١٩٩٧ ؛ چنگنان، ٢٠٠١ ؛ بيدختي و همكاران، ١٣٨٣).

سينتينو و همكاران ( ٢٠١٤ ) مهمترين عوامل شكلگيري اين توفان ها را وجود رطوبت كافي، سازوكار بالابري و چينش قائم باد دانستند.

بارش ناشی از توفان های تندری

بارش ناشي از توفان هاي تندري سبب واگرايي افقي، ايجاد استخر هواي سرد و همچنين جبهه جستي در جلوي توفان ميشود (عبدالحسيني، ١٣٩٠ ).

جبهه هاي جستي نقش مهمي در ديناميك توفان هاي تندري بازي ميكنند؛ زيرا سبب صعود هواي گرم و مرطوب ميشوند. شبيه سازی

اين جبهه هاي جستي بعد از عبور از روي ايستگاه هاي هواشناسي، تغييرات ناگهاني در پارامترهاي هواشناسي  ايجاد ميكنند كه تغيير در سمت و سرعت باد ناشي از اين پديده، چشمگير است.شبيه سازی

رطوبت كافی شبيه سازی

در صورت وجود رطوبت كافي، آنها ميتوانند سبب بارش سنگين و سيل و در صورت دسترسي نداشتن به رطوبت، به توفان خاك منجر شوند (عليجانی و رئيس پور، ١٣٩٠).

مطالعات بسياری در زمينه توفان هاي همرفتي و توفان هاي خاك از ديدگاه اقليم شناختي در سطح بين المللي انجام شده است كه از آن جمله ميتوان به مطالعه الكساندر ( ١٩٣٥ ) اشاره كرد كه به بررسي اقليم شناختي و توزيع توفان هاي تندري در ايالات متحده بين سال هاي ١٩٠٤ تا ١٩٣٣ پرداخته است.

بزرگترين توفان های تندری شبيه سازی

او نشان داد كه بزرگترين توفان هاي تندري در اين منطقه در ماه مارس رخ داده و دسامبر كمترين ميزان رخداد توفان تندري را نسبت به ماه هاي ديگر داشته است.

كِلي و همكاران (١٩٨٥) به بررسي اقليمشناختي توفان هاي تندري شديد در  ايالات متحده و توزيع بيش از ٢٩٠٠٠ توفان با سرعت بیشتر از m/s 25 و تگرگ هاي بزرگ تر از mm 19 پرداختند و به اين نتيجه رسيدند كه اغلب توفان ها در ساعت هاي بعدازظهر و بين ماه هاي مه و ژوئيه رخ داده اند. شبيه سازی

توفان های تندری

لين و همكاران ( ٢٠١١ ) توفان هاي تندري تايوان را در فصل گرم بررسي كردند. آنها با بررسي آماري سرعت باد، دما و دماي نقطه شبنم براي روزهاي رخداد توفان و روزهاي بدون رخداد توفان به اين نتيجه رسيدند

كه دماي سطح زمين در روزهاي توفاني بين 5/0 تا 5/1 درجه و دمای نقطه شبنم بین 5/0 تا 2 درجه سلسيوس بيشتر از روزهاي بدون رخداد توفان است.

مطالعه اقليم شناختی طی

فورمن ( ٢٠٠٣ ) در يك مطالعه اقليم شناختي طي دوره ١٩٧٣ تا ١٩٩٣ ، وقوع توفان هاي خاك در ايران، شمال شرق عراق، سوريه، خليج فارس و جنوب شبه جزيره عربستان را بيشتر به فصل تابستان و توفان هاي خاك در غرب عراق، لبنان، شمال شبه جزيره عربستان و جنوب مصر را به فصل بهار نسبت داد.

در ايران نيز مطالعات متعددي درباره توفان هاي تندري از ديدگاه اقليم شناختي انجام شده است؛

براي نمونه ميتوان به كار مجرد و همكاران ( ٢٠١٨ ) اشاره كرد كه به بررسي آماري توفان هاي تندري رخداده در ايران با استفاده از كدهاي هواي حاضر از ٤٢ ايستگاه همديدی هواشناسی در يك دوره آماري ٣٧ ساله ( ١٩٨٠ تا ٢٠١٦)  پرداختند.

رخداد توفان های تندری

نتايج آنها نشان داد كه روند رخداد توفان هاي تندري در ايران در حال افزايش است و بيشترين فراواني رخداد مربوط به ماه مه است. فيروزآبادي ( ١٣٩٥ ) به بررسي و تحليل آماري توفان هاي قوي در منطقه تهران براي بازه ١٩٦١ تا ٢٠١٥ پرداخت.

مطالعات

نتايج اين مطالعات بيانگر وقوع بيشترين رخداد باد جستي شديد به ترتيب در ماه هاي مه، آوريل و ژوئن و در بازه بين ساعت هاي 12 تا 15 گرينويچ (UTC) و وجود روند كاهشي براي رخداد توفان هاي تندري طي دوره مطالعاتي براي ايستگاه مهرآباد تهران بود.

همچنين فيروزآبادي و همكاران ( ٢٠١٩ ) توزيع شاخص هاي پايداري جوّ روي منطقه تهران را طي بازه ١٩٦١ تا ٢٠١٥ بررسي كردند و نشان دادند

طالعات اقليم شناختی شبيه سازی

از ديگر مطالعات اقليم شناختي كه اخيراً روي شاخص هاي پايداري جوّ براي تعيين ظرفيت شرايط بزرگ مقياس جوّ جهت شكل گيري همرفت در منطقه ايران انجام شده است، ميتوان به كار طهماسبي پاشا (١٣٩٩ ) اشاره كرد.

او چهار شاخص پايداري جو شامل انرژي پتانسيل دسترس پذير همرفتي (CAPE)، شاخص بالا بری (LI)، شاخص كا (KI) و شاخص مجموع مجموع ها (TTI) را براي دوره مطالعاتي ١٩٥٨ تا ٢٠١٨ بررسي كرد.

نتايج اين مطالعه نشان داد

نتايج اين مطالعه نشان داد الگوي توزيع CAPE در فصل بهار در ايران بيشتر از الگوي توزيع دما تبعيت مي كند و بيشترين مقدار آن در ماه مه و روي نواحي پست مانند جنوب ايران مشاهده مي شود.

همچنين الگوي تقريباً مشابهي براي توزيع ديگر شاخص ها روي ايران وجود دارد. درباره توفان هاي خاك ميتوان به كار شمسي پور و همكاران ( ٢٠١٣) اشاره كرد.

بررسی توفان های خاک

كه ضمن بررسي توفان های خاك در جنوب غرب ايران طي سال هاي ١٩٨٩ تا ٢٠٠٨ به اين نتيجه رسيدند كه اغلب توفان هاي خاك در فصلهای بهار و تابستان و در ساعات بعدازظهر رخ ميدهند.

از ميان روش هايي كه براي مطالعه توفان هاي تندري مورد توجه بوده است ميتوان به شبيه سازي عددي اين پديده اشاره كرد. شبيه سازي عددي امكان مطالعه اين پديده را در تفكيك هاي بالاتر و در شرايط كنترلي فراهم ميكند.

شبيه سازی توفان ها

براي شبيه سازي توفان ها، شرايط كاربست طرحواره هاي فيزيكي از اهميت خاصي برخوردارند. ازجمله مطالعاتي كه در زمينه شبيه سازي توفان های تندري انجام شده است، ميتوان به مطالعه ليتا و همكاران (٢٠١٢) اشاره كرد

حساسيت سنجی شبيه سازی

كه به حساسيت سنجي سه طرحواره خُردفيزيك Ferrier ،WSM6 و Thompson در مدل WRF برای شبيه سازي توفان تندري شديد رخداده در ١٥ مه ٢٠٠٩ در كلكته پرداختند.

نتايج آنها نشان داد توانايي تشخيص مسير توفان با هر سه طرحواره وجود دارد، اما طرحواره خُردفيزيك Ferrier، توفان را با دقت بيشتري نسبت به دو طرحواره ديگر شبيه سازي ميكند.

كرمي و همكاران (٢٠١٧ ) با استفاده از مجموع هاي از داده های مشاهداتي و شبيه سازي عددي با مدل WRF-Chem، سازوكار مسبب توفان خاك بي سابقه رخداده در ١٢ خرداد ١٣٩٣ در تهران را برهم كنش يك ميدان دگرشكلي كوچك مقياس در ترازهاي زيرين و فروهنج سرد ناشي از بارش در ترازهاي مياني معرفي كردند.

خوزستان در جنوب غرب ايران

خوزستان در جنوب غرب ايران يكي از مناطقي است كه از ديرباز تحت تأثير توفان هاي تندري بوده است و به علت وجود شرايط مساعد براي رخداد پديده گردوخاك، در سال هاي اخير اين توفان ها با گردوخاك نيز همراه بوده اند.

به دليل اهميت فراوان اين پديده جوّي و با توجه به خسارت هاي اقتصادي سنگين و صدمات جبران ناپذير برخي از توفان ها و همچنين با توجه به شروع ناگهاني و نبود زمان كافي جهت مقابله و چاره انديشي در برابر آنها، ضرورت بررسي بيشتر براي پيشبيني آنها احساس ميشود.

مطالعات

همچنين با توجه به اينكه مطالعات انجام شده روي توفان هاي خوزستان بسيار محدود بوده و مطالعه جامعي در اين زمينه انجام نشده است،

آگاهي از سازوكارهاي تشكيل، تحوّل و از بين رفتن اين توفان ها ضروري است.

اين موضوع موجب شد تا در اين پژوهش به بررسي توفان هاي رخداده در شهر اهواز براي يك دوره بلندمدت پرداخته شود.

ساختار اين مقاله به اين صورت است كه در بخش دوم به بررسی اقليم شناخت توفان هاي اهواز پرداخته ميشود.

بخش سوم

در بخش سوم، چند توفان قوي انتخاب و شاخص هاي پايداري جوّ براي آنها بررسي ميشود. سپس نتايج شبيه سازي موارد انتخابي به كمك مدل WRF مطرح و در بخش چهارم با جمع بندي نتايج، نتيجه گيري انجام ميشود.

بررسی اقليم شناخت توفان های اهواز

1-2 داده و روش انجام كار

براي شناسايي رخدادهاي توفان در خوزستان، ايستگاه اهواز به دليل داده هاي ديدباني با قدمت زياد و دسترسي به اطلاعات دقيق تر نسبت به ساير ايستگاه ها در اين استان انتخاب شد.

طول و عرض جغرافيايي اين ايستگاه به ترتيب 40/48 و 20/31 درجه و ارتفاع آن از سطح دريا ١٠ متر است.

اجرای اين پژوهش . توفان همرفتی

براي اجراي اين پژوهش و شناسايي رخدادهاي توفان در اهواز، از داده هاي متار (گزارش هواشناسي فرودگاهي) شامل اطلاعات جوّي در فاصله زماني يك ساعته براي دوره بلندمدت ١٩٨١ تا ٢٠١٦ استفاده شد.

داده های مربوط توفان همرفتی

شايان ذكر است داده هاي مربوط به سال هاي ١٩٨٤، 1989 و ١٩٩٥ در دسترس نبود. غربالگري داده هاي متار مشابه كار فيروزآبادي ( ١٣٩٥ ) انجام شد، اما براي مشخص كردن بادهاي قوي، بيشينه سرعت باد بيشتر از ١٢ متر بر ثانيه فرض شد. توفان همرفتی

زيرا بيشينه سرعت توفان ها در منطقه اهواز نسبت به تهران كمتر است و استفاده از آستانه ١٨ متر بر ثانيه در كار فيروزآبادي ( ١٣٩٥ ) سبب از دست دادن تعداد زيادي از موارد رخداد توفان در اهواز ميشود.

به اين ترتيب در اين پژوهش توفان همرفتی

به اين ترتيب در اين پژوهش، مرحله اول غربالگري با درنظرگرفتن معيار سرعت ١٢ متر بر ثانيه به شناسايي ١٢٦٦ مورد رخداد احتمالي توفان در منطقه مورد مطالعه منجر شد. توفان همرفتی

همچنين مرحله دوم غربالگري براساس تغييرات فشار بزرگتر يا مساوي يك هكتوپاسكال، ناديده گرفتن تغييرات دما و توجه به نوع ابر انجام گرفت كه سرانجام تعداد ٤٧ مورد مشخص شد ]براي جزئيات بيشتر به صمديار ( ١٣٩٧ ) مراجعه شود توفان همرفتی

2-2 تحليل اقليم شناختي توفان ها اکتشاف آب

توزيع فراواني رخداد بادهاي قوي با سرعت بيشتر از ١٢ متر بر ثانيه در اهواز با استفاده از داده هاي متار در شكل ١ ارائه شده است.توفان همرفتی

اين شكل نشان ميدهد احتمال رخداد بادهاي قوي طي اين دوره روند كاهشي داشته است، به گونه اي كه در سال ٢٠١٦ تنها يك رخداد مشاهده شده است.توفان همرفتی

بيشترين تعداد وقوع بادهای قوی اکتشاف آب توفان همرفتی

بيشترين تعداد وقوع بادهای قوي، طبق گزارش هاي موجود در دفترهاي همديدي ايستگاه اهواز، مربوط به سال ١٩٨١ با ٤٧٧ رخداد در سال است.

باتوجه به درگيري جنگ تا نزديكي شهر اهواز در اين سال و امكان بالاي خطا در مقادير ثبت شده دفتر هواشناسي، داده آن سال، داده دورافتاده (outlier) تلقي و در بررسي روند ناديده گرفته شد (شكل ١).

بررسي دقيق تر اکتشاف آب

با بررسي دقيق تر اين شكل مشخص ميشود روند كلي تعداد رخداد سالانه توفان ها كاهشي است، اما طي زمان دستخوش نوسان نيز شده است.

دومين قله بيشينه رخدادها مربوط به سال ١٩٨٧ با ٩١ رخداد در سال است و پس از سال ١٩٩٢ افت شديدي در ميزان وقوع اين بادها مشاهده ميشود.

تحليل دقيق تر نتايج اکتشاف آب

براي تحليل دقيق تر نتايج، به بررسي فراواني وقوع بادهاي قوي در مقياس فصلي، ماهانه و ساعتي پرداخته ميشود. درصد فراواني رخداد باد قوي براي هر فصل در شكل ٢ ترسيم شده است. بررسي فصلي رخدادها نشان ميدهد بيشترين درصد فراواني رخداد مربوط به فصل بهار و كمترينِ آن مربوط به فصل پاييز است. اکتشاف آب

كم بودن فراوانی رخداد مطالعات ژئوفیزیک

كم بودن فراواني رخداد در فصلهاي پاييز و زمستان به علت كاهش گرمايش سطحي ناشي از كاهش انرژي تابشي دريافتي از خورشيد است و به علت فعال بودن سامانه هاي همديدي در منطقه خوزستان در فصل زمستان، رخداد آنها در اين فصل بيشتر از فصل پاييز است.

درصد وقوع بادهای قوی مطالعات ژئوفیزیک

درصد وقوع بادهاي قوي در شكل ٣ آورده شده است. نتايج نشان ميدهد ماه آوريل بيشترين درصد فراواني با 50/30 درصد را دارد. بعد از ماه آوريل بيشترين درصد وقوع مربوط به ماه هاي مارس و فوريه به ترتيب با 24/12 و 85/11 درصد و كمترين درصد وقوع مربوط به ماه اكتبر با 95/3 درصد است  براي جزئيات بيشتر به صمديار ( ١٣٩٧ ) مراجعه شود.

درصد فراوانی رخدادها مطالعات ژئوفیزیک

درصد فراواني رخدادها را در هشت بازه سه ساعته شبانه روز به وقت گرينويچ نشان ميدهد. باتوجه به اين شكل، درصد فراواني رخدادها از ساعت هاي ابتدايي روز تا ساعت ١٥ ، افزايش و سپس تا ساعت هاي پاياني روز كاهش مييابد. اکتشاف آب

به دليل افزايش گرمايش سطحي در ساعت هاي بعدازظهر، اوج فراواني اين رخدادها در بازه زماني ١٢ تا ١٥ رخ ميدهد. كمترين مقدار اين رخدادها مربوط به ساعت هاي پاياني شبانه روز يعني بازه ٢١ تا ٠٠ است.

مطالعه موردي توفان ها مطالعات ژئوفیزیک

1-3 خصوصيات توفان قوي و شرايط پايداري جوّ مطالعات ژئوفیزیک اکتشاف آب

با مطالعه آماري توفان هاي رخداده در اهواز كه گزيده اي از نتايج آن در بخش ٢ آمد، ٤٧ توفان با سرعت باد بيشتر از ١٢ متر بر ثانيه و تغييرات فشار همراه با توفان به مقدار بيشتر از ١ هكتوپاسكال شناسايي شد.

از اين ٤٧ توفان، پنج توفان انتخاب شد كه نسبت به بقيه سرعت بيشتر و تغييرات دما و فشار زيادتري داشتند.

توفان اول در ١٦ اكتبر ١٩٨١ (٢٤ مهر ١٣٦٠ ) مطالعات ژئوفیزیک

توفان اول در ١٦ اكتبر ١٩٨١ (٢٤ مهر ١٣٦٠ )، توفان دوم در ٢٧ اوت ١٩٨٥ (5 شهريور ١٣٦٤ )، توفان سوم در ١٨ دسامبر ١٩٨٥  (٢٧ آذر 1364 )، توفان چهارم در ٢٤ آوريل ١٩٩٢ ) (4 اردیبهشت 1371) و توفان پنجم در ٨ مه 2000 (19 اردیبهشت 1379) رخ داده اند. مشخصات اين پنج توفان شامل زمان رخداد بيشينه سرعت، دما، فشار و رطوبت در ايستگاه اهواز در جدول ١ آورده شده است.

زمان رخداد توفان های انتخابی مطالعات ژئوفیزیک اکتشاف آب

١٢ ساعت قبل از زمان رخداد توفان هاي انتخابي در ايستگاه اهواز، ديگر شاخص ها نيز استخراج و در جدول ٢ آورده شده است. همچنين براي نمونه Skew-T مربوط به توفان دوم در شكل ٥ آورده شده است.

اين در حالي است كه براي اين توفان، شاخص هاي KI ،LI و TTI به ترتيب برابر 15-، 33 و 56 هستند. به اين ترتيب شاخص KI، همرفت متوسط و دو شاخص ديگر نيز همرفت شديد را پيشبيني ميكنند. شرايط پايداري محيطي براي چهار توفان ديگر در جدول ٢ آورده شده است.

شرايط محيطی مطالعات ژئوفیزیک اکتشاف آب

شرايط محيطي براي شكل گيري همرفت در توفان هاي اول و سوم بر مبناي سه شاخص LI ،CAPE و KI ضعيف و بر مبناي شاخص TTI متوسط پيشبيني ميشود. براي توفان چهارم، سه شاخص KI ،LI و TTI ظرفيت محيط براي شكل گيري توفان را در حالت متوسط و شاخص CAPE در حالت ضعيف نشان ميدهند.

برای توفان پنجم مطالعات ژئوفیزیک اکتشاف آب

براي توفان پنجم، شاخص هاي CAPE و LI بيانگر وجود ظرفيت محيطي براي شكل گيري توفان شديد هستند، درحالي كه شاخص هاي KI و TTI فقط امكان همرفت متوسط را نشان ميدهند (جدول ٢)؛

ميان پنج توفان انتخابی مطالعات ژئوفیزیک اکتشاف آب

بنابراين از ميان پنج توفان انتخابي، توفان دوم مستعدترين شرايط محيطي را براي رخداد همرفت عميق دارد.

بايد توجه داشت كه با توجه به تفكيك داده هاي مورد استفاده براي محاسبه شاخص هاي پايداري جوّ تنها ميتوان شرايط پايداري محيطي در مقياس بزرگ را تعيين كرد و نميتوان انتظار داشت كه بتوان شرايط جوّي در مقياس هاي كوچكتر را نيز تفكيك كرد.

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

اینستاگرام آسیا ژئوفیزیک