بخشی از مقاله
چكيده
در اين مطالعه، نقش بيهنجاري مثبت تاوايي پتانسيلي - PV - در وردسپهر زبرين بر جبههزايي سطوح زبرين و زيرين در منطقهي خاورميانه و ايران مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور، ابتدا يك سامانه همراه با تاشدگي وردايست و جبهههاي قوي انتخاب شد. سپس، حذف بيهنجاري تاوايي پتانسيلي مربوط به تاشدگي وردايست با روش ميانگينگيري مداري PV و وارونسازي آن انجام و ميدانهاي هواشناختي تغييريافته بهدست آمد.
در ادامه، دو شبيهسازي، يكي بدون تغيير دادهها و ديگري با دادههاي تغييريافته با استفاده از مدل WRF انجام شد. در انتها، جملات تابع جبههزايي با بهكار بردن خروجي مدل، محاسبه و مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه با حذف تاشدگي وردايست، كاهش شيو افقي و قائم دما، تضعيف سرعت افقي و تغيير الگوي سرعت قائم رخ ميدهد. همچنين، جملات مثبت جبههزايي در پاييندست ناوه و نزديك به مركز حذف تاشدگي وردايست كاهش مييابد. بنابراين، ميتوان نتيجه گرفت كه تاشدگي وردايست نقش بارزي در تشكيل و تقويت جبههها ايفا ميكند.
١ مقدمه
درساختار قائم جو گاهي مشاهده ميشود كه در اثر عوامل فيزيكي و ديناميكي موجود در وردسپهر يا پوشنسپهر ارتفاع لايه باريك وردايست نسبت به وضعيت معمول خود تغيير كرده و وردايست به سمت ارتفاعات پايين كشيده ميشود. اين گسترش پايينسوي وردايست كه در مواردي ميتواند تا نزديكي لايه مرزي باشد، تاشدگي وردايست ناميده ميشود - هولتون، ٢٠٠٤ - .
زمانيكه تاشدگي وردايست رخ ميدهد، بهصورت معمول هواي وردسپهر زبرين با بيهنجاري مثبت تاوايي پتانسيلي - PV - كه منشاء پوشنسپهري دارد، داخل ناوه نشست كرده و در مجاورت هواي وردسپهر قرار ميگيرد و شيو دمايي در اين ناحيه باعث تشكيل جبههي سطوح زبرين و مياني ميشود. تاشدگي وردايست ميتواند همراه با شكلگيري و تقويت چرخند و همچنين جبهه سطوح زيرين باشد.
جبههها بهوسيله شيوهاي بزرگ كميتهايي همچون دما و پايداري ايستايي توصيف ميشوند. جبهههاي سطوح زيرين وردسپهر ناشي از واداشتهاي سطوح زيرين و جبهاي سطوح زبرين عمدتاً ناشي از واداشت وردايست هستند. به فرايند تشكيل و تقويت جبهه، جبههزايي گفته ميشود و عوامل عمدة مؤثر بر آن، چينش افقي باد، هم-شاري يا واشاري، كجشدگي و گرمايش بادررو است - بلواشتاين، ١٩٩٣ - .
در سطوح زبرين كه اصطكاك و گرمايش بادررو قابل چشمپوشي است، كميت تاوايي پتانسيلي پايستار بوده و ميتوان از آن بهعنوان ردياب ديناميكي در مراحل مختلف تشكيل و تحول جبههها استفاده كرد. در پژوهش احمديگيوي و پگاهفر - ١٣٨٣ - اثر تاشدگي وردايست بر سامانههاي رخداده در آذرماه ١٣٨٢ كه ايران را تحت تاثير قرار دادهاند، از ديدگاه همديدي و ديناميكي بررسي شد.
نتايج اين مطالعه نشان داد كه با نزديك شدن تاشدگي به بالاي چرخند سطحي، چرخند به بيشينة تقويت خود ميرسد و با دور شدن تاشدگي وردايست از مكان چرخند سطحي، هم تاشدگي و هم چرخند سطحي رو به ميرايي ميرود. ميرزائي - ١٣٨٥ - فرآيند جبههزايي سطوح زبرين و عوامل موثر بر آن را از دو ديدگاه جنبششناختي و تاوايي پتانسيلي مطالعه كرد. نتايج اين پژوهش نشان داد كه تاشدگي وردايست سبب نفوذ هواي سرد با منشاء پوشنسپهري و تاوايي پتانسيلي زياد به وردسپهر زبرين و مياني شده كه منجر به شكلگيري جبهه سرد ميشود.
٢ روش تحقيق
براي انجام اين مطالعه، با بررسي همديدي، يك سامانة جبههاي همراه با تاشدگي وردايست انتخاب شد. اين سامانه از ساعت UTC ٠٠٠٠ روز ٢٤ دسامبر ٢٠١٥ در جنوبغرب خاورميانه قرار داشته و منجر به بارشي فرين در جنوب كشور - منطقة هرمزگان با ٦٠ ميليمتر بارش - شده است. در اين سامانه، تاشدگي وردايست با بيهنجاري مثبت PV در مركز ناوهاي عميق واقع در جنوبغرب خاورميانه به سطوح زيرين گسترش يافته و باعث ريزش هواي سرد و تقويت جبهة سرد شده است.
براي بررسي اثر تاشدگي وردايست بر اين سامانه، بيهنجاري PV مربوط به تاشدگي وردايست با جايگزين كردن ميانگين مداري PV در منطقة مورد مطالعه حذف شد. سپس با استفاده از روش اسپرينگر - ٢٠٠٧ - و وارون كردن تاوايي پتانسيلي، كميت-هاي هواشناختي مرتبط با بيهنجاري PV و به بياني ميدان كميتهاي تغيير يافته بهدست آمد. در اين مطالعه از دادههاي بازتحليل - European Centre for Medium-Range Weather Forecasts - ECMWF با تفكيك ٧٥/٠ درجه در دو راستاي مداري و نصفالنهاري استفاده شده است.
در ادامه، دو شبيهسازي با اجراي مدل Weather Research and - WRF - Forecasting در دو حوزة تودرتو با تفكيك افقي ٢٧ و ٩ كيلومتر با شرايط اولية متفاوت، يكي شامل دادههاي بدون تغيير و همراه با تاشدگي وردايست - به نام - CTL و ديگري با دادههاي تغييريافته و بدون تاشدگي وردايست - به نام - WTF انجام شد. در انتها، براي بررسي اثر تاشدگي وردايست بر جبههزايي سطوح زبرين و زيرين وردسپهر، جملات تابع جبههزايي سهبعدي با استفاده از رابطة زير و به كمك خروجي دو اجراي ياد شدة مدل محاسبه گرديد - بلوشتاين، ١٩٩٣ - :
٣ نتيجهگيري
حذف بيهنجاري PVترازهاي زبرين علاوه بر كاهش نسبتاً زياد سرعت در ناوه تراز مياني، با تضعيف تاوايي نسبي باعث كاهش انحنا در مركز ناوه و در نتيجه تضعيف خود ناوه شده است. ناوة دمايي منطبق با ناوة ارتفاع ژئوپتانسيلي بوده و در مركز كمارتفاع مستقر بر شمالشرق كشورهاي عربستان و عراق، كمينة دما وجود دارد - شكل آورده نشده است - . با حذف بي-هنجاري مثبت تاوايي پتانسيلي از ترازهاي مياني و زبرين، ارتفاع ژئوپتانسيلي تراز ٥٠٠ هكتوپاسكال در اين منطقه افزايش يافته و مركز كمارتفاع با كاهش گراديان پربندهاي ارتفاع، تضعيف ميشود.
همچنين در اجراي WTF در همهي ترازها نسبت به اجراي CTL دماي بالقوه و سرعت افقي بهترتيب افزايش و كاهش مييابد. بهعلاوه، تضعيف فرارفت هواي سرد با توجه به كاهش شيو دما و سرعت باد باعث تضعيف جبههي سرد سطوح زيرين در اجراي WTF ميشود. در اجراي WTF، راستاي حركتهاي بالاسو مشابه الگوي دما تغيير مييابد و در ناوهي سطوح مياني كه منطبق بر ناحيهي تاشدگي وردايست است، حركتهاي پايينسو در مركز ناوه تضعيف شده كه با كاهش گسترش پايينسوي هواي پوشنسپهري و فرونشست همراه با آن، سازگار است - شكل آورده نشده است - . با حذف تاشدگي وردايست - كاهش فرونشست هواي خشك پوشنسپهري - ، مقادير رطوبت نسبي نيز در اين ناحيه بيشتر شده و با آزاد شدن گرماي نهان، سرعتهاي بالاسو تقويت مييابند.
شكلهاي مربوط به جملات تابع جبههزايي شامل تغييرشكل، كجشدگي، گرمايش بادررو و قائم نشان ميدهد كه جبههزايي قائم بهدليل بزرگ بودن شيو قائم دما نسبت به شيو افقي آن، جملة غالب در هر دو اجرا است. در واقع، مقادير مثبت جبههزايي قائم را ميتوان به كاهش شيو قائم خطوط همدما بر اثر افزايش سرعت افقي نسبت به سرعت قائم نسبت داد. در اينجا بهدليل مثبت بودن تغييرات u و v نسبت به ارتفاع، گردش حاصل از آن باعث افزايش شيو قائم دما شده است. شكل ١، تابع جبههزايي كل در تراز hPa ٧٠٠ را نشان ميدهد.
مطابق شكل، با حذف تاشدگي وردايست در اجراي WTF، بهطوركلي شيوهاي افقي و قائم دما، سرعتها - در شكل آورده نشده است - و در نتيجه فرارفت هواي سرد كاهش يافته و در اثر آن تابع جبههزايي كل با مقادير مثبت نيز در نزديك مركز حذف - PV مركز ناوه - ضعيف شده است. همچنين مقايسة نيمرخ قائم تابع جبههزايي كل و دماي بالقوه در امتداد خط AA در دو اجراي CTL و WTF در شكل ٢ نشان ميدهد كه با حذف تاشدگي وردايست، مقادير مثبت تابع جبههزايي كل در راستاي شيو دما كاهش چشمگيري يافته كه بيانگر تضعيف جبههي سطوح زبرين است.
