بخشی از مقاله
چکیده
بررسی نوع ابر و مقدار بارش ابرها برای ارزیابی مدلهای اقلیمی که بارشهای فرارفتی و پوششی را در مقیاس بزرگ بهطور جداگانه شبیهسازی میکنند بسیار حائز اهمیت است. در این پژوهش با طراحی الگوریتم پیشنهادی و با استفاده از فن دی کد کردن دادههای سینوپ ایستگاههای هواشناسی قاین و حاجیآباد زیر کوه ویژگیهای اقلیمی و روند بارشهای پوششی و فرارفتی موردبررسی قرار گرفتند.
نتایج نشان میدهد که در ایستگاه قاین به ترتیب 65، 22 و13 درصد بارشهای فصول زمستان، پاییز و بهار از نوع پوششی و از تعداد بارشهای فرارفتی 59 درصد در زمستان ،21 درصد در بهار و 19 درصد در پاییز رخ میدهند. در ایستگاه حاجیآباد زیرکوه نیز 57 و 31 درصد بارشهای پوششی در زمستان و پاییز رخ میدهد. همچنین 53 درصد بارشهای بهاره و 35 درصد بارشهای زمستانه در این ایستگاه از نوع فرارفتی هستند.
مقدمه
به هنگام مطالعه ابرهای عرضهای میانی بایستی بر روی نوع ابر پایه به لحاظ پوششی و فرا رفتی بودن آن تمرکز کنیم. بارشهای پوششی دارای شدت کم و مدت طولانی میباشند و از ابرهای نیمبواستراتوس، آلتواستراتوس، استراتوکومولوس و استراتوس ریزش و بارشهای فرارفتی دارای شدت زیاد و مدت کم هستند که از ابرهای کومولوس و کومولونیمبوس ریزش میکنند. گاهی اوقات ممکن است رگبار باران و رعدوبرق شدیدی نیز رخ دهد که عناصر بارش در سایزهای بزرگتری رشد کنند مانند تگرگ که ناشی از حرکات قوی رو به بالا میباشد. طبقهبندی بارشها به بارشهای فرا رفتی و پوششی در علم هواشناسی و اقلیمشناسی بسیار مهم است و میتواند برای ارزیابی کارایی مدلهای اقلیمی بکار رود
منطق تفکیک بارشها توسط سیمپسون و همکاران در سال 1988 به رسمیت شناخته شد. بسیاری از محققان الگوریتمهای مختلفی برای تفکیکی بارشها از یکدیگر ارائه کردند که بسیاری از این الگوریتمها بر پایه اطلاعات زمینی است. رولفووا و همکارانش در سال 2013 بارشهای فرا رفتی و پوششی کشور مجارستان را با استفاده از الگوریتم پیشنهادی و بر پایه دادههای ساعتی ایستگاههای هواشناسی سینوپتیک از یکدیگر تفکیک کردند. نتایج نشان داد که بارشهای فرارفتی در مجارستان در حال افزایش است و این اثر ممکن است درنتیجه گرم شدن سطح زمین و به علت افزایش ناپایداری هوا باشد.
روندانلی و همکاران در سال 2008 ارتباط بارشهای فرارفتی و پوششی با دمای سطح دریا را با استفاده از دادههای مشاهداتی رادار زمینی و دادههای بارندگی رادار ماهواره TRMM بررسی کردند. بارشهای فرارفتی مناطق با حرکات عمودی قوی بزرگتر از 1 متر بر ثانیه و بارشهای پوششی مناطق با بارشهای آهسته با سرعت کمتر از 1 متر بر ثانیه در نظر گرفته شد. نتایج نشاندهنده افزایش بارشهای فرا رفتی و کاهش بارشهای پوششی به ازای واحد کل باران با دمای سطحی آب بود. لی و همکارانش در سال 2014 طرح جدیدی برای جداسازی بارشها بر اساس ترکیب بودجه سطحی انواع بارشهای تفکیکشده با استفاده از مدل شبیهسازی دادهها ارائه کردند.
سه نوع باران همراه با همگرایی بخار، حرکات رو به بالا در سراسر تروپوسفر و فرآیندهای میکرو فیزیکی مایع غالب بارش همرفتی و چهار نوع باران همراه با همگرایی هیدرومتئور، حرکات رو به بالا در تروپوسفر بالا و فرآیندهای میکرو فیزیکی یخ غالب بارشهای پوششی را تشکیل دادند. نتایج نشان داد که در حالتی که خشکی اتمسفر بهصورت محلی و همگرایی بخارآب و همگرایی هیدرومتئور بزرگتر از صفراست شدیدترین نوع بارشها اتفاق میافتد. حداکثر بارش در مناطق با حداکثر همگرایی بخارآب رخ نمیدهد و همگرایی هیدرومتئور ابرها در تمام مناطق با بارشهای پوششی منبع مهم بارش برای مناطق با رطوبت محلی کم است.
تنویر و همکارانش در سال 2015 از الگوریتم آموزشی برای تفکیک رژیم بارشهای فرارفتی و پوششی که توسط تصویربردار ماکروویو TMI ماهواره TRMM بهدستآمده بود استفاده کردند و نتایج نشان داد که این الگوریتم قادر است رژیم بارشها را با دقت منطقی و قابل قبولی از یکدیگر تفکیک کند. هان و همکارانش در سال 2016در پژوهشی در شمال غربی چین که یکی از مناطق خشک شرق آسیاست نشان دادند که در طول سالهای 1961-2000 روندهای متفاوتی در بارشهای سالانه بخشهای غربی و شرقی این منطقه وجود دارد.
مناطق غربی دارای روند افزایش معنیدار و مناطق شرقی دارای روند کاهش معنیدار میباشند. نتایج آنها نشان داد که افزایش روند در مناطق غربی ناشی از افزایش بارشهای سنگین در تابستان و کاهش روند مناطق شرقی ناشی از کاهش بارشهای سنگین در پاییز است. درنتیجه آنها جهت یافتن نوع بارش از پارامتر فراوانی بارشها استفاده کردند و نشان دادند که افزایش بارشهای سنگین در تابستان درنتیجه افزایش فراوانی بارشهای فرا رفتی و کاهش بارشهای سنگین در پاییز در شرق چین درنتیجه کاهش فراوانی بارشهای پوششی است.
در این مطالعه، یک الگوریتم برای جداسازی بارشهای فرارفتی و پوششی با فرض اینکه بارشهای سنگین منشأ فرارفتی دارند بر اساس گزارشهای سینوپ پیشنهادشده است. برخلاف دادههای رادار و دادههای ماهوارهای، این دادهها دارای بازه زمانی طولانی میباشند و بررسی روند و برآورد مقادیر بالا و طراحی مقدار بارش را برای اعتبارسنجی مدلهای آبوهوا راحتتر میکنند. این الگوریتم برای دادههای سینوپتیک کد شده از بدو تأسیس دو ایستگاه سینوپتیک استان خراسان جنوبی واقع در شرق ایران اجرا و درنهایت ویژگی و روند بارشهای تفکیکشده از یکدیگر بررسی و آنالیز شدند.
مواد و روشها منطقه موردمطالعه
استان خراسان جنوبی با وسعتی در حد 95388 کیلومترمربع در شرق ایران واقعشده است که بین مدار جغرافیایی30 درجه و 31 دقیقه تا 34 درجه و 53 دقیقه عرض شمالی و 57 درجه و 3 دقیقه تا 60 درجه و 60 دقیقه طول شرقی قرارگرفته است و به لحاظ اقلیمی دارای اقلیمی خشک و بیابانی در نواحی پست و آبوهوای نیمهخشک در نواحی کوهستانی است. ایستگاههای هواشناسی قاین و حاجیآباد زیرکوه که در شمال استان خراسان جنوبی قرارگرفتهاند به ترتیب دارای طول جغرافیایی 59 و 60 درجه ، عرض جغرافیایی 33 درجه شمالی و ارتفاع 1432 و 1024 متر از سطح آبهای آزاد میباشند و بر طبق طبقهبندی اقلیمی دومارتن دارای اقلیم خشک هستند.
جدول -1 ویژگیهای ایستگاههای موردمطالعه
دادهها
دادهها از گزارشهای سینوپتیک سازمان هواشناسی کشور برای 2 ایستگاه قاین و حاجیآباد زیرکوه واقع در شمال استان خراسان جنوبی ایران جمعآوری شد. بانک آماری شامل مقدار بارش 6 ساعته، کد هوای گذشته و حاضر در طول شش ساعت و دادههای ساعتی پوشش ابر، نوع ابر، میزان پوشش ابر و دما میباشد. کیفیت دادهها توسط روش استاندارد برای کشف خطاهای احتمالی و بارش 6 ساعته مشکوک بررسی شد.
الگوریتم تفکیک بارشها
بارشهای فرارفتی و پوششی از انواع مختلفی از ابرها ریزش میکنند و به انواع مختلفی از پدیدههای هواشناسی طبقهبندی میگردند که بهصورت کدهای سینوپ کدگذاری میشوند. بنابراین هوای حاضر و گذشته و نوع ابر متغیرهایی هستند که در این الگوریتم برای تفکیک بارشها بکار رفتهاند. کدهای حالت هوای وابسته به بارشهای فرارفتی و پوششی در شکل 1 و 2 آورده شدهاند.
دو گروه اصلی حالت هوا برای بارشهای فرارفتی رگبارها با کدهای 80-90 و طوفانها با کدهای 91-99 میباشند. همچنین کدهایی که رگبار و رعدوبرق در خارج ایستگاه اتفاق میافتد شامل کدهای 19-17 و 25-27 و 29 میباشند که در گروه بارشهای فرارفتی قرار میگیرند. سه گروه اصلی حالت هوا برای بارشهای پوششی شامل بارانریزه با کدهای -59 50 ، باران غیر از رگبار60-69 و برف 70-79 میباشند - مجموعه دستورالعمل کدها و روشهای دیدهبانی سطح زمین، . - 1387
معیار دوم برای تفکیک بارشها استفاده از نوع ابر است. بارشهای فرارفتی وابسته به ابرهای کومولونیمبوس و کومولوس هستند درحالیکه بارشهای پوششی وابسته به ابرهای استراتوس، استراتونیمبوس، استراتوکومولوس و آلتواستراتوس میباشند. الگوریتم تفکیک بارشها شامل سه بخش اصلی است.
