بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسي آماري و سينوپتيکي پديده شرجي دراستان هاي شمالي ايران
( گيلان ، مازندران ، گلستان )
چکيده
به منظور بررسي آماري وسينوپتيکي پديده شرجي در اسـتان هـاي شـمالي داده هـاي دمـا، رطوبـت نسـبي و فشـار بخارآب اشباع ساعت ١٢(UTC) براي ١١ ايستگاه سينوپتيک منطقه در طي دوره ٢٠٠٧-١٩٩٢ از سازمان هواشناسـي کشور تهيه شد. شاخص شدت شرجي و فشار بخارآب جزئي در هر روز محاسـبه شـد و براسـاس آسـتانه تعريـف شده ، روزهاي شرجي به چهار گروه طبقه بندي شدند. به اين ترتيب ٦٣ روز فوق العاده شرجي با تداوم دو و بيشـتر از دو روز انتخاب شدند نتايج حاصل از تحليل هاي آماري نشان مي دهند که شرجي ترين مـاه در سـواحل شـمالي کشور، ماه آگوست است . ايستگاه نوشهر با متوسط ١٤٩ روز شرجي ، بيشترين روزهاي شرجي را تجربه مي کنـد. در کل ، سواحل غربي از شدت شرجي بيشتري نسبت به سواحل شرقي برخوردار است . جهت تحليـل سـينوپتيکي، داده هاي فشار سطح دريا و ارتفاع ژئوپتانسيل شبکه بندي شده (٢.٥×٢.٥) درجه مربوط به روزهاي منتخب بـراي سـطح زمين و سطح ٥٠٠ هکتوپاسکال ازسايت مرکز ملي پيش بيني محيطـي (NCEP.NCAR) اسـتخراج گرديـد. پـس از سيزدهم ، شماره ي ٤٣، پاييز ١٣٩٢ انتخاب چهارچوب پوشش مناسب ، تحليل عاملي انجام گرفته و با مشخص شدن نمـرات عـاملي نسـبت بـه خوشـه بندي اين داده ها با استفاده از روش ادغام (ward) اقدام گرديد و مهمترين الگوهاي سينوپتيکي مرتبط بـا روزهـاي فوق العاده شرجي استخراج شدند. در الگوهاي سطح زمين استقرار کم فشار پاکستان در نيمه جنـوبي کشـور و بعضا نفوذ اين فروبار به منطقه مورد مطالعه و همچنين استقرار زبانه اي از پرفشار درياي سياه ، شمال اروپا و اروپاي غربي به منطقه کاملا مشهود است . علاوه برآن الگوهاي استخراج شده ارتفاع ژئوپتانسيل در سطح ٥٠٠ نيزحاکميت پرفشار جنب حاره را نشان مي دهد.
مقدمه
هواي گرم و مرطوب سبب احساس شرجي مي شود، شرجي حالتي است که معمولا با افت توان فيزيکي و تنفسي انسان توأم بوده و تأثير نا مطلوب آن در افرادي که داراي نارسائي گردش خون و يا عوارض گوناگون قلبي مي باشند، بيش ازديگران است . احساس شرجي مانند هر بازتاب حسي ديگر حالتي ذهني است که ظاهرا نميتوان آنرا با ابزاروآلات خاصي اندازه گيري کرد. با اين و صف کوشش هاي زيادي ازجانب هواشناسان و اقليم شناسان جهت شناخت اين پديده انجام گرفته است و يک سلسله آزمايشات فيزيولوژي اقليمي نشان مي دهد که مي توان ايجاد و بروز احساس مزبور را براساس مطالعات تجربي به صورت يک نگرش علمي و عيني مورد بررسي قرارداد.
انسان در برابر تغييرات شرايط آب وهوايي موجود بسيارآسيب پذير است ، در ايران اثرات تغيير دما و رطوبت هوا که معيار آسايش انسان است ، قابل توجه است . با توجه به تغييرات دما و رطوبت در طي ماه هاي مختلف سال ، شرايطي که انسان به راحتي در آن قادر به زندگي باشد (همان شرايط آسايش ) محدود است . از عوامل اصلي محدود کننده شرايط آسايش در مناطق ساحلي وقوع پديده شرجي است که خود تحت کنترل دما و رطوبت است . جلگه ساحلي درياي خزر فقط با در بر گرفتن ٤ درصد مساحت کشور،١٢ درصد کل جمعيت ايران را در برمي گيرد. در سواحل درياي خزر ترکيب اثر رطوبت و دما، پديده اقليمي شرجي را در اين نواحي پديد مي آورد. اين منطقه از کشور با توجه به تمرکز جمعيتي بالا و پتانسيل و قابليت هاي گردشگري قابل توجه ، نيازمند مطالعات جامع درزمينه ، شرايط محدود کننده شرجي است که با توجه به کمبودهاي موجود در اين زمينه در اين تحقيق سعي شده است شرايط وقوع شرجي در اين ناحيه از ديدگاه آماري و سينوپتيکي مورد بررسي قرارگيرد. دستاورد اين پژوهش نتايجي چون تعيين آغاز، پايان و طول دوره شرجي، تعيين شدت شرجي در ايستگاه هاي مختلف و همچنين نقش عوامل محلي و عوامل سينوپتيکي و الگوهاي فشاربرپديده شرجي و در نهايت ارائه نقشه هاي توزيع مقادير شاخص شدت شرجي با استفاده از سيستم اطلاعات جغرافيايي ١خواهد بود که اميد است اين نتايج به منظور تسريع در انجام انواع برنامه ريزي هاي مرتبط با صنعت ، کشاورزي ، گردشگري ، حمل و نقل و... مورداستفاده قرارگيرد.
پيشينه تحقيق
فشار بيوکليماتولوژي به علت استرس ناشي از گرما يا پديده شرجي است که اغلب در اقليم شناسـي شـهري مـورد مطالعه قرارگرفته است . طبق تعريف شارلو٢(١٩٣٥) شرجي بـه عنـوان وضـعيتي از آب وهواسـت کـه مقـدار فشـار بخارآب جزئي برابر يا بيشتراز ١٨.٨ هکتوپاسکال است . براساس مقادير بحراني شرجي معرفي شـده توسـط شـارلو، تمام ساعات شرجي درسان سالوادور٣ازسال ١٩٥٢ تا ١٩٥٦ محاسبه شـدند (ديتـريچ ٣٦٩:١٩٥٧،٤). تحقيقـات توسـط مورس ٥واستيدمن ٦ درمورد مرز شرجي و ارزيابي آن منجر به توسـعه شـاخص هـاي ويـژه اي براسـاس فيزيولـوژي انساني و علوم پوشش شده است (استيدمن ،٨٦١:١٩٧٩). همچنين برخي از شاخص هاي بيوکليمـاتولوژي مـرتبط بـا شرجي در مقياس درکي و احساسي عبارتند از: دماهاي معادل ، کسـري اشـباع فيزيولـوژي وآنتـالپي هـوا. پـس ازآن لنکستر، کارستن ٧ با انجام مطالعات تجربي مرز شرجي را با توجه به نم نسبي ودمـا ارائـه دادنـد کـه مبنـاي تهيـه آن سنجش هاي عملي لنکستر بوده و اين بررسي مورد تاييد بسياري ازاقليم شناسان است (کاوياني،٤٢:١٣٦٠).
در سال ١٩٨٠ فراواني ، طول مدت و شدت شرجي در بخشي ازسواحل ال سالوادور با استفاده از ١٥٩٠ مـوردي کـه دماي شبنم آن ها برابر يا بيشتراز ١٦.٥ درجـه سلسـيوس اسـت مـورد بررسـي قـرار گرفـت (ديتـريچ ،١٤٩:١٩٨٠).
همچنين دوره هاي آب وهواي خشک و دوره هاي آب وهواي شـرجي و نيـز شـرايط بسـيار مسـاعد بـراي انسـان درهوربانوو٨دربازه زماني ١٩٨٠-١٩٥١ و با استفاده از پارامترهايي چون فشاربخارآب ، دمـاي هـوا و رطوبـت نسـبي، توسط روش هاي آماري مورد ارزيابي قرارگرفت (کوتا٢٤:١٩٨٦،٩). تايلي ١٠معتقد اسـت کـه فيليپـين جـزء گرمتـرين منــاطق جهــان اســت ، وي شــدت شــرجي در موقعيــت هــاي مختلــف ايــن کشــور را مــورد بررســي قــرارداد (تايلي،١٠٠:١٩٨٨). مطالعات فالرز (٣١١:٢٠٠٥) درباره رخداد پديـده شـرجي در لهسـتان نشـان داد ميـانگين تعـداد روزهاي با آب وهواي شرجي درسراسرلهستان باحرکت در جهت شمال غرب –جنوب شرق به طور پيوسته افـزايش مي يابد و در ارتفاع بالاتراز ١٢٠٠ متر روز شرجي اتفاق نمي افتد. ضمن اينکـه بـدترين شـرايط زيسـت اقليمـي در رابطه با پديده شرجي درجنوب شرق لهستان است درحاليکه بهترين شرايط درقسمت هـاي شـمالي و غربـي (دوراز ساحل ) ودر ارتفاعات اتفاق مي افتد.
علاوه براين کوزمينسکي ١و ميشالسکا٢(٤١:٢٠٠٧) به بررسي فراواني و جهت تغييـردر تعـدادروزهاي خنـک ، گـرم و بسيار گرم و نيز فراواني اين روزها در نيمه گرم سال در سواحل لهستان از درياي بالتيک در طي دوره آماري از سـال (٢٠٠٧-١٩٦٨) پرداختند. درهمين راستا کريستف بلازجسکي ٣(٣١:٢٠٠٦) با استفاده از شاخص استرس گرمـايي بـه 4 اين نتيجه رسيدکه روزهاي شرجي از اواسط آوريل آغاز و تا سپتامبر هم ادامـه دارد و بيشـترين ميـزان آن در منطقـه کارپتين ٥مشاهده مي شود ساآروني ٦(١٥٦:٢٠٠٣) با بررسي شاخص استرس گرمايي در فصل گـرم در حـوالي تـالابي واقع در پارک بگين ٧درشهرتلاويو٨فلسطين اشغالي به اين نتيجـه رسـيد کـه اگرچـه اکثرروزهـا درفصـل گـرم داراي استرس گرمايي متوسطي هستند و بعضي روزهاي آن گرم و خشک و بعضي ديگر شرجي است ولـي درعـين حـال نبايد از تأثيري که درياچه در آب وهواي اطراف خود دارد غافل بود.
گرزيگرززارنوويسکي ٩(١١٩:٢٠٠١) پديده شرجي را در ٨ نقطه که داراي چشـم انـداز شـهري متفـاوت بـوده مـورد ارزيابي قرار داد اهم نتايج اين پژوهش عبارتند از: دوره هاي شرجي اغلب در نـواحي بـا سـاختمان هـاي متـراکم و زمين هاي آسفالتي و بتوني سخت مثل ايستگاه مترو و همچنين در مجاورت پهنه هاي آب مثـل درياچـه اتفـاق مـي افتد. در داخل نواحي که ساختمان ها پراکنده وجاده ها عريض هستند و يا در نواحي که پوشش گيـاهي وجـود دارد مثل باغ و پارک پديده شرجي بندرت بوقوع مي پيوند. علاوه براين اگنيسکاويپگچ ١٠(١:٢٠٠٩) تغييرات طولاني مدت رطوبت هوا را درکراکوف درطي بازه زماني ٢٠٠٠-١٩٠١ با استفاده از تجزيه و تحليل مقاديرفشار بخـارآب ، کسـري اشباع و دما مورد بررسي قرارداد و به اين نتيجه رسيد که تغييرات طولاني مدت رطوبـت هـوا در کراکـوف بـيش از همه درتغييرات کسري اشباع قابل مشاهده است و رشد مقادير کسري اشباع در نيمه گرم سال بيشتراست . وانگ کـي کوان ١وگنگ يان بانگ ٢(١٦٥٧:٢٠١٠) با مطالعاتي که برروي تغييرات امواج گرما و آب و هواي شرجي درشهر پکـن ٣ با استفاده از داده هاي اقليمي جمع آوري شده از سال ٢٠٠٠-١٩٤٠ انجام داده اند به اين نتيجه رسيدند کـه بيشـترين تعداد روزهاي گرم و شرجي در طول دهه چهل رخ داده است . مطالعات مرتبط با پديده شرجي در کشور مـا بسـيار محدود است از معدود کارهاي انجام گرفته مي توان به پژوهش کاوياني اشاره کرد. بـا بررسـي روش هـاي مناسـب جهت محاسبه ماه هاي شرجي با الهام از تجارب شارلو ولنکستر–کارستن و روگه و با انتخـاب ٣٥ ايسـتگاه اقليمـي جنوب کشور و بررسي آماري ١٠ ساله ايستگاه هاي مزبور، آغاز، پايان ماه هاي شرجي مناطق ساحلي جنوبي کشـور تعيين و درجه شدت آن ها با هم مقايسه گرديدند (کاوياني،٤٩:١٣٦٠).
شکل ١- موقعيت جغرافيايي ورياضي سواحل جنوبي درياي خزر
جلگه خزر شامل حاشيه باريک جنوبي درياي خزر است که بلافاصله بعد از دريا شروع شده و امتداد آن تـا پـايکوه هاي شمالي البرز و شرقي تالش مي رسد. طول جلگه درياي خزر حدود ٥٠٠ کيلومتر در امتـداد مـداري ، عـرض آن در طـول خـود از آسـتارا تـا بسـتر اتـرک همـواره متغيـر بـوده و غـالب کمتـر از ٢٠ کيلـومتر مـي باشـد (علايـي طالقاني،٣٢٤:١٣٨٤) شکل (١).
مواد و روش ها
در راستاي مطالعه و بررسي شرايط شرجي درسواحل شمالي کشور دو ديدگاه اصلي مد نظرقرارگرفت :
١) بررسي وقوع رخدادهاي شـرجي بـا ديـدگاه آمـاري ٢) بررسـي ارتبـاط بـين الگـوي سـينوپتيکي و رخـدادهاي شديدشرجي .
براي بررسي و تحليل آماري پديده اقليمي شرجي درسواحل جنوبي درياي خزر داده هاي دما، رطوبت نسبي و فشار بخارآب اشباع ساعت ١٢(UTC١) مربـوط بـه ١٠ ايسـتگاه سـينوپتيک منطقـه درطـي دوره ٢٠٠٧-١٩٩٢ از سـازمان هواشناسي کشور تهيه شد. علت انتخاب اين ايستگاه ها، قديمي بودن آن ها و توزيع مکاني مناسب آن ها بوده اسـت . درجدول (١) مشخصات آن ها ذکر شده است .
سپس شاخص شدت شرجي وفشاربخارآب جزئي با استفاده ازروابط خاص درهرروزدرطـي دوره آمـاري ١٦ سـاله محاسبه شد.
دراينجا D شدت شرجي، Rh نم نسبي و T دماي هواست . بر پايه اين رابطه و با توجه به اين که بيشـينه نـم نسـبي ١٠٠ درصداست ، دماي آستانه شرجي ١٦.٨ درجه سانتي گراد است . بـه بيـان ديگـر در دمـاي کمتـراز ١٦.٨ پديـده شرجي ديده نمي شود (مسعوديان ، کاوياني ،٧٦:١٣٨٧).
فشاربخارآب جزئي را مي توان با استفاده ازاين فرمول به دست آورد:
در اين فرمول e فشار بخارآب جزئي (هکتوپاسکال )، Rh رطوبت نسبي و:es فشار بخـارآب اشـباع (هکتوپاسـکال ) است ... مرحله بعد، استخراج روزهاي شرجي بود در اين تحقيق ، روز شرجي روزي است که در همه ايسـتگاه هـاي انتخاب شده ، شاخص شدت شرجي محاسبه شده ٠.١ يا بيشتر باشد. البته کسـاني چـون فـالرز و اگنيسـکاويپگچ در تعريف رو زشرجي اين طور بيان کردند که : يک روزشرجي، روزي است که مقـادير فشـار بخـار آب جزئـي انـدازه گيري شده برابر يا بيشتر از ١٨.٨ هکتوپاسکال باشد. اگر چه در اين تحقيق شاخص شدت شرجي مد نظر است و بر اساس اين شاخص روزها و دوره هاي شرجي تعيين شده اند، ولي بررسي هايي آمـاري بـر اسـاس فشـار بخـارآب جزئي نيز صورت گرفته است . روزهاي شرجي بر اساس مقادير شاخص شدت شرجي به ٤ گروه طبقـه بنـدي شـده که در اين بين براي تحليل و بررسي الگوهاي گردشي، تأکيد بر روي روزهاي فوق العاده شرجي بوده است .
بر اساس اين طبقه بندي به طور متوسط در هر سال ١١٣ روز شرجي داشتيم که از اين تعداد، حدود ٣٨ روز شـرجي ضعيف ،٤٧ روز شرجي متوسط ،٢٥ روز شرجي شديد و ٣ روز فوق العاده شرجي هستند. به اين ترتيـب رخـدادهاي فوق العاده شرجي که حداقل به مدت دو روز تداوم داشته اند انتخاب شدند که مجموعا ٦٣ روز را شامل شد.
براي بررسي بهتر روزهاي فوق العاده شرجي و مطالعه ارتباط بين اين روزها با الگوهاي فشار، داده هـاي مربـوط بـه فشار تراز دريا و ارتفاع ژئوپتانسيل از مرکز ملي پيش بيني محيطي آمريکا (NCAR١.NCEP٢) به صورت رقومي و با دقت مکاني ٢.٥ درجه استخراج شدند. با توجه به موقعيت محدوده مورد مطالعه ، چهارچوب پوشـش مناسـب بـراي بررسي الگوهاي فشار غالب در روزهاي شرجي از ٠ تا ٧٠ درجه شمالي و ٠ تا ١٠٠ درجه شرقي در نظرگرفته شـد که در واقع هريک از نقشه هاي فشار تراز دريا و ارتفاع ژئوپتانسـيل سـطح ٥٠٠ يـک مـاتريس ٤٠×٢٩ و درمجمـوع ١١٦٠ عدد خواهد داشت . داده هاي هر يک از اين ماتريس ها (هر روز يک ماتريس )، از چپ به راست بـه صـورت يک رديف تغيير فرم داده شد و به اين ترتيب تعداد ٦٣ رديف درکنار هم ماتريس جديدي را با ابعاد ٦٣×١١٦٠ پديد آورد. پس اين ماتريس در بين حالت هاي مختلف تنظيم ماتريس کميت هاي اقليمي، داراي آرايه S اسـت . ايـن نـوع آرايه براي طبقه بندي الگوهاي نقشه هاي فشار به کار مي رود (عليجاني،١٨٢:١٣٨١). درمرحله بعد بـه دليـل تعـداد زياد روزها که کار تحليل و تفسير نقشه ها را مشکل مي کرد، داده هاي فشار و ارتفاع ژئوپتانسيل مربوط به روزهاي شرجي طبقه بندي شدند. براي طبقه بندي داده ها روش تحليل عاملي ٣به کاربرده شد. با استفاده از اين روش ، مؤلفـه هاي اصلي ٤تلاقي هاي داده ها (١١٦٠ تلاقي داده درهرگروه ) به تعداد معدودي عامل اصـلي کـاهش مـي يابـد. ايـن مؤلفه ها که بيش از ٩٥ درصد واريانس داده ها را توجيه مي کنند به عنوان عامل هـاي اصـلي کـاهش دهنـده انـدازه بزرگي سري داده ها هستند. پس از استخراج عامل هاي اصلي، نمرات عاملي ٥آن هـا بـه عنـوان داده هـاي اصـلي در خوشه بندي مورد استفاده قرار گرفت . تحليل خوشه بندي سلسله مراتبي ٦به روش ادغام وارد٧در نـرم افـزا SPSS بـر روي اين داده ها انجام گرفت که در نهايت با توجه به نمودار درختي ٨ گروه هاي اصلي شکل گرفت . درمرحلـه بعـد نقشه ترکيبي مربوط به روزهاي هرگروه (الگو) براي سطح زمين و تراز ٥٠٠ هکتوپاسکال استخراج شد.
يافته ها
با استفاده از عناصر دما و رطوبت شاخص شدت شرجي براي ايستگاه هاي منطقه به صـورت روزانـه در طـول دوره آماري محاسبه شد که نتايج بررسي هاي آماري در اين زمينه نشان داد، شرجي تـرين مـاه سـال در سـواحل شـمالي کشور، ماه آگوست (با ميانگين شدت شرجي ٠.٨٣) است در واقع نواحي شمال کشور در اين مـاه ، خفقـان آورتـرين هوا را تجربه مي کند و هواي شرجي، سواحل شمالي کشور را تسخير مي کند. بعد از ماه آگوست ، ماه هاي جـولاي (با ميانگين شدت شرجي ٠.٧٢) و سپتامبر (با ميانگين شدت شرجي ٠.٥٩) در رتبه دوم و سوم قرار مـي گيرنـد. در ماه هاي ژانويه و فوريه اثري از آب و هواي شرجي ديده نمي شود. و مـاه هـاي دسـامبر، نـوامبر و آوريـل ازشـدت شرجي پاييني برخوردار هستند (شکل ٢). دربين ايستگاه ها نيز ايستگاه نوشـهر بـا متوسـط شـدت شـرجي ٠.٧٠ از بيشترين شدت شرجي برخوردار است . بعد از ايستگاه نوشهر، ايستگاه هاي رامسر و انزلي هر دو بـا متوسـط شـدت شرجي ٠.٦٦ در رتبه دوم قرار مي گيرند.
طبق شکل (٣) ايستگاه هاي نوشهر، بابلسر و رامسر بيشترين روزهاي شرجي را تجربه مي کننـد و خـط هـم ميـزان ١٤٥ روز، اين سه ايستگاه را در بر مي گيرد. در واقع ايستگاه هاي ساحلي، به دليل نزديکي به دريا و تزريق رطوبـت بيشتر و همچنين ارتفاع کم اين ايستگاه ها، روزهاي شرجي بيشتري را تجربه مـي کننـد... طبـق شـکل (٤) متوسـط فراواني وقوع فشار بخار آب جزئي برابر يا بيشتر از ١٨.٨ هکتوپاسـکال طـي دوره آمـاري ١٦ سـاله در منطقـه پهنـه بندي شده است . ايستگاه نوشهر بيشترين فراواني وقوع فشار بخار آب جزئي را نشان مي دهد و خط هـم ميـزان ٧٥ روز اين ايستگاه را در بر گرفته است . پراکندگي ميانگين مقادير شاخص شدت شرجي در طول دوره گرم سال يعنـي ماه هاي ژوئن ، جولاي ، آگوست و سپتامبر در شکل (٥) نشان داده شده است . بر اساس اين نقشه ، ايستگاه نوشـهر از بيشترين شدت شرجي برخوردار است و خط هم شدت ٠.٩٦ اين ايستگاه را در بر گرفتـه اسـت . بـه طـورکلي ايـن شاخص بافاصله گرفتن از خط ساحلي و نزديک شدن به ارتفاعات کاهش قابـل ملاحظـه اي يافتـه اسـت . در کرانـه هاي شمالي کشور مقدار فشار بخار آب حدود ١٣ هکتوپاسکال است . (مسـعوديان ، کاويـاني ،٧١:١٣٨٧) امـا در دوره گرم سال (شامل ماه هاي ژوئن جولاي، آگوست وسپتامبر) با افزايش دما، فشار بخار آب جو نيز افـزايش مـي يابـد.
