بخشی از مقاله
چکیده
گردوغبار یکی از مشکلات اصلی مردم در غرب و جنوب غرب کشور به شمار میرود. مطالعه این پدیده با روشهاي عددي امکان بررسی و پیش بینی گردغبار را ممکن ساخته است. مدل HYSPLIT یک سیستم کامل براي محاسبه مسیر حرکت جریان هوا، انتشار و نهشت آلایندههاي جوي است. در این پژوهش با استفاده از مدل HYSPLIT به تحلیل همدیدي و ردیابی یکی از طوفانهاي گردوغبار شدید در خوزستان پرداخته شده است. رطوبت کم در منطقه و نیز حاکمیت کم فشار در نیمه غربی و جنوب غربی ایران علت گسیل گردوغبار به سمت جنوب غربی کشور است. خروجی مدل نشان می دهد که منشا این طوفان مناطق مرکزي و شمال عراق و سوریه است.
-1 مقدمه
پدیده گردوغبار یکی از شکلهاي آلودگی هواست که اغلب در نواحی خشک و نیمه خشک جهان رخ میدهد. و یکی از معضلات زیست محیطی در این مناطق به شمار میرود. مناطق بیابانی و نیمه بیابانی، دشتهاي آبرفتی، بستر خشک شده دریا و رود، و زمین هایی که بواسطه کشاورزي و دخالت انسان لایه سطحیاش از بین رفته است عمده منابع گردوغبار است. کشور ما در منطقهاي خشک و نیمه خشک واقع شده است. خاورمیانه دومین منابع گرد و غبار جهانی را پس از صحراي بزرگ آفریقا داراست. در دهههاي اخیر تعداد کانونهاي گرد و غبار به شدت افزایش یافته است. وزش بادهاي با سرعتهاي بیش از سرعت آستانه میتواند ذرات ریز موجود در سطح را وارد جو کند. سرعت آستانه بسته به جنس خاك متفاوت است.
بادهاي سطح پایین نمی توانند ذرات موجود در سطح زمین را به نواحی خیلی دور انتقال دهند. اما بادهاي سطوح بالا ذرات ریز را تا هزاران کیلومتر دورتر از چشمه منتقل میکند. اولین نکته در شناخت و مطالعه گردوغبار شناسایی مبدا و چشمه آن است. وزش باد طی سه مرحله خیزش، جهش، و معلق شدن، ذرات موجود در سطح را از نواحی خشک و نیمه خشک وارد جو می کند. طول مدت معلق بودن ذرات در جو به شرایط ناپایداري جو، اندازه ذرات، و جرم آن بستگی دارد. ذرات معلق طی دو فرایند ته نشست تر و خشک میتوانند از جو خارج شوند. در ته نشست خشک ذرات بواسطه نیروي گرانی ته نشست میشوند اما ته نشست تر توسط باران اتفاق میافتد.
ذرات بسته به اندازه شان در جو باقی میمانند، طوري که هرچه ذرات بزرگتر باشند بواسطه نیروي گرانی زودتر از جو خارج میشوند. این ذرات همراه با صعود جریان هوا، به سطوح بالا میروند و توسط بادهاي قوي که در این سطح میوزد مسافت هاي طولانی را طی میکند و همراه با ریزش هوا و وجود کم فشار در غیاب رطوبت کافی موجب بروز گردوغبار و طوفان میشود. بنا به تعریف سازمان هواشناسی درصورتی که دیدافقی به کمتر از 1000 متر و سرعت باد از 15 متر بر ثانیه تجاوز کند توفان خاك گزارش میشود. مهمترین شرایط ایجاد طوفان گردوغبار ناپایداري در الگوي همدیدي و رطوبت کم است. پدیده گردوغبار در دهههاي گذشته بطور چشمگیري در غرب کشور افزایش یافته است.
خاورمیانه دومین منبع گردوغبار جهانی پس از صحراي بزرگ آفریقاست. کشور ما به دلیل مجاورت با بیابانهاي عراق و عربستان همواره شاهد وقوع طوفانهاي گردوغبار شدید بوده است. بویژه در دهههاي اخیر که خشکسالی و جنگ و سدسازيهاي بی رویه باعث تشدید این مسئله گشته است. در کشور ما نواحی غربی و جنوب غربی بیش از سایر مناطق در معرض گردوغبار برخواسته از این کشورهاي عراق و سوریه و عربستان قرار دارد. الگوهاي جوي غالب در این منطقه بادهاي غربی است که از کشور عراق و سوریه گذشته و وارد کشور میشود. این بادها سرعت مناسبی براي ایجاد گردوغبار دارند.
شناسایی مبدا و منشا گردوغبار به عنوان اولین گام در شناخت آن مطرح است. یکی از مدلهاي عددي مناسب در این زمینه مدل رهگیري جریان باد HYSPLIT است که یک ابزار کارآمد در تعیین مسیر جریان باد و نمایش غلظت است. این مدل یک سیستم کامل براي محاسبه مسیرهاي ساده تا شبیه سازي پراکندگی و تهنشست آلایندههاي جویی است. مدل از یک تقریب دوگانه بین دیدگاه اویلري و لاگرانژي استفاده میکند. در اینجا از مدل HYSPLIT براي بررسی و مطالعه گردوغبار رخ داده در بازه زمانی سه روزه در خوزستان در بهمن سال 1395 استفاده شد.
اشرفی و همکاران - 2014 - ، با بررسی توفان گردوغبار در اوایل ژوئن در اهواز با استفاده از مدل HYSPLIT به این نتیجه رسیدند که منبع این توفان بیابان غرب سوریه و نزدیک مرز سوریه، اردن و عربستان سعودي است. میررکنی و همکاران - 1392 - در بخشی از تحقیق خود با استفاده از مدل HYSPLIT به بررسی منشا گردوغبار و مسیر حرکت آن پرداختند .آنها مدل را براي شهر آبادان در سه ارتفاع 500، 1000، و 1500 متري از سطح زمین براي روزهاي 11 و 12 تیرماه سالهاي 1387 و 1388 و نیز 16 تیر سال 1386 به مدت 24 ساعت اجرا کردند. نتایج نشان داد که طوفانهاي گردوغبار جنوب غرب ایران از محدودهاي در حد فاصل مرکز تا شمال عراق، شرق سوریه تا شمال عربستان سرچشمه میگیرد.
حسین ملکوتی و همکاران - 1392 - ، با بکارگیري مدل HYSPLIT براي توفان 6 جولاي 2009 در شهرهاي تهران، اصفهان و اهواز نشان دادند که منشأ این توفان مناطق کویري و خشک شمال و مرکز عراق و نیز سوریه است. عباسعلی ولی و همکاران - 1393 - با استفاده از مدل HYSPLIT منشا توفان گردوغبار 10 ژوئن 2008 در شهرهاي شیراز، فسا و بوشهر را مناطق شمال غرب عراق و شرق سوریه دانستند که با جهت شمال غربی-جنوب شرقی وارد ایران میشود.
علیآبادي و همکاران - 1394 - در یک مطالعه موردي براي توفانی که در اهواز در اسفند 96 رخداد نشان دادند که منبع اصلی توفان شمال تا شمال غرب عراق و شرق سوریه است. صحرایی و همکاران - 1395 - با بررسی آماري-همدیدي و ردیابی گردوغبار رخ داده در تیر ماه 88، با استفاده از مدل HYSPLIT نشان داند که منشا طوفان گردوغبار براي شهر کرمانشاه در تاریخ مذکور شمال غرب عراق و شرق سوریه است. در این پژوهش به بررسی همدیدي توفان گردوغبار بهمن ماه 95 و تعیین چشمه و مسیر انتقال آن پرداخته شده است.
-2 روش تحقیق
اهواز در بهمن ماه 1396 شاهد استقرار گرد و غبار شدید بود. این پدیده مشکلات فراوانی براي مردم ایجاد کرد. در روزهاي 14، 15، و 16 بهمن، گرد و غبار به بیشترین مقدار خود در این ماه رسید. طوري که غلظت ذرات معلق کوچکتر از 10 میکرومتر - PM10 - و ذرات معلق کوچکتر از 2/5 میکرومتر - PM2.5 - در روزهاي 14 و 16 بهمن ماه در وضعیت ناسالم براي گروههاي حساس و در روز 15 بهمن در وضعیت ناسالم قرار داشت.
مدلHYSPLIT ، مدلی دوگانه براي محاسبات مسیر حرکت ذرات گرد و غبار، پراکندگی و شبیه سازي ته نشینی آن با استفاده از از رویکردهاي پف - Puff - و ذرات است. روش محاسبه مدل، ترکیبی میان دیدگاههاي اویلري و لاگرانژي است و به همین دلیل HYSPLIT را مدلی دوگانه مینامند. براي محاسبه خط سیر ذرات از دیدگاه لاگرانژي استفاده شده است. ابتدا با استفاده از مدل پخش لاگرانژي ذرات HYSPLIT نقشههاي هواشناسی شامل فشار، دما و رطوبت نسبی رسم شد. و به بررسی و تحلیل شرایط همدیدي جو پرداخته شد. در ادامه به منظور شناسایی منابع گرد و غبار و مسیر حرکت و انتقال آن به خوزستان از امکان رهگیري عقبگرد جریان باد در مدل لاگرانژي HYSPLIT استفاده شد.
این مدل مسیر جریان هوا در مکان و زمان تعیین شده را که همراه با ذرات گرد و غبار بوده است، ردیابی میکند. شهر اهواز به عنوان شهر شاخص براي مسیر بابی در مدل انتخاب شده است. در کنار ان براي دو شهر مسجد سلیمان و آبادان نیز مسیر عقبگرد محاسبه و رسم شده است. مسیر عقبگرد - Backward - در سه سطح 10، 500 و 1000 متري از سطح زمین به مدت 48 ساعت از روز 15 بهمن براي شهر اهواز تنظیم شد.
دادههاي سامانه یکچارچه سازي جهانی GDAS - Global Data Assimilation System - به عنوان داده ورودي براي مدل بکار برده شد. این داده ها براي سال 2006 میلادي به بعد بر روي سرور ARL در دسترس است. این سرور شامل چندین مجموعه داده مدل هواشناسی سازگار براي ورودي مدل HYSPLIT است. دادههاي با تفکیک یک درجه در این جا بکار گرفته شده است که این دادهها هر سه ساعت در سطوح فشاري مختلف با تفکیک 0/5 و 1 درجه در دسترس است که در اینجا از تفکیک یک درجه استفاده شده است.
-3 بحث و یافتهها
در ماههاي آخر سال 1395 تکرار و تداوم پدیده گرد و غبار در استان خوزستان افزایش یافت. در این میان روزهاي 14، 15، و 16 بمهن ماه این سال شاهد گرد و غبار شدید در این منطقه بودیم. شکل 1 یک کم فشار با فشار مرکز 730 هکتوپاسکال را بر روي ایران نشان میدهد. که به سمت جنوب غرب گسترده شده است.
