بخشی از مقاله
چكيده
در اين پژوهش، چگونگي اثر نوسان اطلس شمالي - NAO - بر مسيرهاي توفان اطلس و مديترانه از ديدگاه انرژتيك با استفاده از مجموعه دادههاي بازتحليل JRA55 مورد بررسي قرار ميگيرد. بدين منظور، ميانگين همادي جملههاي مهم معادله گرايش زماني انرژي جنبشي پيچكي - EKE - براي ماههاي بحراني مثبت و منفي NAO در فصل زمستان براي بازه زماني ١٩٥٩ تا ٢٠١٧ محاسبه شد. نتايج نشان ميدهد كه در فاز مثبت NAO، ارتباط مسيرهاي توفان اطلس و مديترانه ضعيفتر از فاز منفي است. در نواحي مركزي، شرق و جنوب درياي مديترانه و همچنين مناطق جريانسو شامل خاورميانه، بهويژه منطقه ايران، انرژي جنبشي پيچكي در فاز مثبت بيش از فاز منفي است كه بيانگر قويتر بودن مسير توفان مديترانه در اين فاز است. در نواحي غربي درياي مديترانه و مناطق جنبحارهاي شرق اطلس، EKE در فاز منفي بيش از فاز مثبت است كه نشاندهنده انحراف جنوبسوي مسير توفان اطلس در فاز منفي است.
واژههاي كليدي: نوسان اطلس شمالي، مسير توفان اطلس، مسير توفان مديترانه، ديدگاه انرژي، ميانگين همادي، انرژي جنبشي پيچكي
١ مقدمه
شواهدي وجود دارد كه نشان ميدهند مسير توفان اطلس شمالي روي منطقه مديترانه اثر ميگذارد - اشل و همكاران، ٢٠٠٠ - .
همچنين اين مسير توفان ميتواند روي مناطق واقع در جريانسو مثل غرب آسيا مؤثر باشد. از طرفي، با توجه به آنكه NAO بهعنوان مهمترين عامل مؤثر بر وضع هواي اروپا و مديترانه و همچنين موقعيت مكاني و جهت مسير توفان مطرح است، مي-توان گفت مسيرهاي توفان اطلس و مديترانه، تحت تأثير اين پديده دورپيوند هستند. سانتوس و همكاران - ٢٠٠٥ - تأثير پديده NAO را جزء ويژگيهاي اصلي رژيم اقليم مديترانه قلمداد كردهاند. سايد و همكاران - ٢٠١٠ - نشان دادند كه اقليم جنوب-غرب و مركز آسيا بهشدت به الگوهاي كمبسامد نظير NAO وابسته است، بهطوريكه در هنگام NAO مثبت - منفي - ، بارش در اين مناطق افزايش - كاهش - مييابد. نصراصفهاني و همكاران - ٢٠١١ - نحوه اثرگذاري فازهاي مثبت و منفي NAO در برهمكنش بين اقيانوس اطلس شمالي و درياي مديترانه را بررسي كرده و نشان دادند كه ارتباط بين مسيرهاي توفان اطلس و مديترانه در فاز مثبت بسيار ضعيفتر از فاز منفي است. هدف اين پژوهش، بررسي اثر NAO بر مسيرهاي توفان اطلس و مديترانه از ديدگاه انرژتيك است.
٢ روش تحقيق
براي انجام اين مطالعه از دادههاي بازتحليل JRA55 با تفكيك فضايي ٢٥/١ درجه در راستاهاي مداري و نصفالنهاري، در ترازهاي مختلف، براي فصل زمستان - دسامبر تا فوريه - در بازه زماني ١٩٥٩ تا ٢٠١٧ استفاده شده است. براي بررسي انرژتيك، از معادله گرايش زماني بودجه انرژي جنبشي پيچكي - رابطه ١ - كه با استفاده از معادله تكانه افقي بهدست ميآيد، استفاده ميشود - چنگ و همكاران، ٢٠٠٢ - :
در اين رابطه، خطتيره بالاي كميتها نشانگر ميانگين زماني، كميتهاي پريمدار بيانگر پريشيدگيها، زيرنويس نشانگر باد آزمينگرد و زيرنويس ٣ بيانگر بردارها و عملگرهاي سهبعدي هستند. بردارهايي كه زيرنويس ندارند، بردارهاي افقي هستند. انرژي جنبشي پيچكي در واحد جرم، زمان، v سرعت افقي، سرعت قائم فشاري، ارتفاع ژئوپتانسيلي، فشار و حجم ويژه است. جمله اول در سمت راست رابطه بالا، معرف همگرايي افقي شار كل انرژي - CTF - است كه از مجموع شارهاي فرارفتي و تابشي - آزمينگرد - انرژي بهدست ميآيد؛ اين جمله نشاندهنده تكوين جريانسو ميباشد. جمله دوم، تبديل كژفشار - BCC - نام دارد كه نشاندهنده تبديل انرژي پتانسيل دسترسپذير پيچكي به انرژي جنبشي پيچكي ميباشد. جملههاي سوم و چهارم، تبديل فشارورد - BTC - ناميده ميشوند كه نشاندهنده تبديل انرژي جنبشي پيچكي به انرژي جنبشي ميانگين شاره و بهعكس است. از آنجا كه ميانگين زماني جمله چهارم بسيار ناچيز است، از آن صرفنظر ميشود. جمله پنجم، همگرايي شار فرارفتي در راستاي قائم و جمله ششم، همگرايي شار آزمينگرد در راستاي قائم را نشان ميدهند. جملههاي پنجم و ششم نيز مقادير قابل ملاحظهاي ندارند، بنابراين درنظر گرفته نميشوند. جمله آخر، باقيمانده بودجه انرژي شامل اثرات اصطكاك و خطاي ناشي از درونيابي را نشان ميدهد.
براي بررسي انرژتيك NAO، ميانگين همادي جملههاي مهم معادله گرايش زماني انرژي جنبشي پيچكي بهطور جداگانه براي ماههاي بحراني مثبت و منفي NAO بهدست آمدند. ماههاي بحراني NAO ماههايي هستند كه در آنها ميانگين ماهانه شاخص NAO از مقدار ميانگين بلندمدت بهعلاوه يك انحراف معيار، بيشتر - كمتر - باشد كه آنها را ماه بحراني مثبت - منفي - ميناميم. از مجموع ١٧٧ ماه مورد مطالعه، ٢٨ ماه بحراني مثبت و ٣٦ ماه بحراني منفي شناسايي شد.
٣ تحليل نتايج
با توجه به شكل ١الف، در فاز مثبت NAO انرژي جنبشي پيچكي داراي دو هسته بيشينه يكي در شرق و ديگري در غرب اقيانوس اطلس است. هر دو بيشينه به يك اندازه قوي هستند ولي بيشينه واقع در نواحي شرقي اطلس و غرب اروپا گستردهتر است. همچنين يك كشيدگي در راستاي شمالشرق در بيشينه EKE به سمت شمالغرب اروپا قابل مشاهده است كه انحراف شمالسوي مسير توفان اطلس در فاز مثبت را نشان ميدهد. در اين فاز، منطقه مديترانه تحت تأثير چرخندهاي تقويت شده در شمالشرق اقيانوس اطلس قرار ميگيرد. در فاز منفي NAO، مقادير بزرگ انرژي جنبشي پيچكي در مركز و غرب اقيانوس اطلس قرار گرفته است بهطوريكه بزرگي بيشينه آن همانند فاز مثبت است - شكل ١ب - . بهعلاوه، يك شاخه انرژي جنبشي پيچكي از اقيانوس اطلس به عرضهاي پايينتر به سمت درياي مديترانه و قاره آفريقا گسترش دارد. در اين فاز، منطقه مديترانه تحت تأثير چرخندهاي شكل گرفته در غرب اقيانوس اطلس قرار ميگيرد. با توجه به مطالب فوق، ميتوان اينطور نتيجهگيري كرد كه ارتباط مسيرهاي توفان اطلس و مديترانه در فاز مثبت NAO ضعيفتر از فاز منفي بوده و مسير توفان مديترانه در فاز مثبت عملكرد مستقلي از خود نشان ميدهد.
ميانگين EKE در ناحيه مديترانه در دو فاز NAO تفاوت چنداني ندارد ولي با حركت به سمت شرق، مقدار آن در فاز مثبت زيادتر ميشود، بهطوريكه نواحي مركزي، شرق و جنوب درياي مديترانه، همچنين مناطق جريانسو شامل خاورميانه بهويژه منطقه ايران در فاز مثبت بيشتر متأثر از پيچكها هستند. بنابراين مسير توفان مديترانه در فاز مثبت قويتر است. از طرفي، قويتر بودن EKE در غرب مديترانه و مناطق جنبحارهاي شرق اقيانوس اطلس در فاز منفي، بيانگر انحراف جنوبسوي مسر توفان در فاز منفي و ارتباط بيشتر دو مسير توفان در اين فاز است.
شكل ١. توزيع ميانگين انرژي جنبشي پيچكي برحسب m s در ماههاي بحراني: الف - مثبت، ب - منفي در دوره ٢٠١٧-١٩٥٩.
در شمال و غرب اطلس، مقادير بزرگ BCC عامل اصلي در افزايش EKE است، در حاليكه در مناطق جريانسوي مسير توفان كه BCC مقدار كمي دارد، مثل غرب اروپا و منطقه مديترانه، مراكز واگرايي و همگرايي شار باعث انتقال انرژي به جريانسو شده و عامل اصلي تقويت مسير توفان هستند. به بيان ديگر، انرژي كه توسط BCC توليد شده، توسط CTF به جريانسو منتقل ميشود - شكلهاي ٢ و ٣ - .
شكل ٢. توزيع ميانگين جمله تبديل كژفشار برحسب m s day در ماههاي بحراني: الف - مثبت، ب - منفي در دوره ٢٠١٧-١٩٥٩.
با توجه به شكل ٢، در هر دو فاز NAO، بيشترين تبديل كژفشار در غرب اقيانوس اطلس و در عرضهاي مياني وجود دارد، بهطوري كه در فاز مثبت مقادير بيشينه بزرگتري نسبت به فاز منفي مشاهده ميشود. بهعلاوه، بيشينه EKE در جريانسوي بيشينه BCC قرار دارد كه نشاندهنده اهميت كژفشاري در ورودي مسير توفان اطلس است. از سوي ديگر، در هر دو فاز NAO، تبديل كژفشار در غرب مديترانه مقادير بزرگي ندارد؛ بنابراين ميتوان گفت با وجود آنكه كژفشاري عامل اصلي در تقويت انرژي جنبشي پيچكهاي اطلس است، در منطقه مديترانه اهميت چنداني ندارد؛ بلكه اين همگرايي شار در مرزهاي
غربي و شمالي مديترانه است كه انرژيِ اين منطقه را تأمين ميكند. پس ميتوان نتيجه گرفت كه انرژي در غرب مديترانه از گسيل انرژي مسير توفان اطلس به جريانسو حاصل ميشود و مستقل از كژفشاري است.
