بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه یک مورد از بارشهای شدید و سیل آسا در استان گلستان به منظور بررسی عوامل مؤثر بر آن با استفاده از مدل WRF شبیهسازی شده است. برای شناسایی نقش عوامل طبیعی در رخداد این بارشها، سه آزمایش مختلف طراحی شد. این آزمایشها شامل حذف اثر توپوگرافی رشته کوه البرز، شارهای حرارتی و رطوبتی دریای خزر و حذف همزمان این دو برای سامانه منتخب بوده است. سپس برخی کمیت های هواشناختی مهم و مؤثر بر بارش از قبیل فرارفت دما و تاوایی، شار قائم و افقی حرارتی و رطوبتی و انرژی پتانسیل در دسترس همرفتی - CAPE - محاسبه و مورد تحلیل قرار گرفتند.
نتایج نشان داد که بارشها در مناطق مختلف استان گلستان ساز و کار متفاوتی دارند. به این صورت که بارشها در خ ساحلی دریای خزر با همگرایی افقی رطوبت و گرما همراه است در حالیکه در دامنههای شمالی البرز، بارشها در اثر صعود واداشتی رخ داده است. بارشهای شدیدی که در جنوب شرق دریای خزر رخ داده و منشأ سیل رخ داده بودهاند، به دلیل همگرایی شار حرارتی افقی، شار قائم فراسو و ناپایداری همرفتی در منتهی الیه جنوب شرقی دریای خزر میباشد. در سه شبیهسازی انجام شده به ترتیب مقدار بارشها در ایستگاه شاهد 72 ، 89 و 100 کاهش یافت.
1 مقدمه
بارشهای سیلزا که به علت شرای اقلیمی و جغرافیایی خاص یک منطقه رخ میدهند میتوانند منجر به سیلابهای مخربی شوند. به این سبب این بارشها هرساله در گوشه و کنار جهان و از جمله کشور ایران جان تعدادی از انسانها را میگیرد و هزاران متر مکعب آب شیرین و هزاران تن خاک ارزشمند را از دسترس خارج ساخته و خرابیهای فراوانی بر جای میگذارد
طی سالهای گذشته رخداد بارشهای شدید سیل آسای تابستانه در منطقه گلستان قابل ملاحظه بوده که گاهی خسارات جانی و مالی زیادی را در پی داشته است. از این رو، مطالعه سامانههای جوی که سبب بارشهای شدید میشوند میتواند نقش موثری در پیشبینی این سیلابها و در نتیجه کاهش خسارات جانی و مالی آنها داشته باشد. آنچه که باعث ریزشهای جوی در سواحل جنوبی دریای خزر میشود، صرفنظر از عواملی که بارندگیهای کل فلات ایران را به وجود میآورد، ناشی از ویژگیهای جغرافیایی این منطقه است که میتوان به وجود دریای خزر و رشته کوههای البرز اشاره کرد.
درباره ارتباط عوامل طبیعی با رخداد بارش مطالعات گوناگونی در خارج و داخل کشور صورت گرفته است. برای رعایت اختصار در این جا به چند مورد با تکیه بر پژوهشهای داخلی پرداخته میشود. احمدی گیوی و همکاران - 1385 - با به کارگیری مدل اقلیمی منطقهای، نقش رشته کوه زاگرس بر سامانههای جوی عبوری از ایران را در یک بازهی سه ماهه بررسی کردهاند و روشن ساختهاند که با حذف زاگرس، مقداربارش در مناطق مرکزی و شرقی ایران افزایش می یابد اما مقدار آن در کل محدوده شبیه سازی ثابت میماند.
مرادی - 1386 - نشان داد که ارتفاعات زاگرس ازطریق افزایش حرکت فراسو وفرو سودر سامانههای جوی، بر روی بسیاری ازکمیتهای ترمودینامیکی و دینامیکی نظیر محتوای آب ابر، فرارفت دما و سرعت قائم مؤثرند. بررسیها نشان داد در صورت نبود زاگرس، در مناطق کویری بارش بیشتری ریزش میکرد.
فراهانی - 1387 - معتقد است شبیه سازی توفانها باید در مقیاسهای متفاوتی صورت گیرد بدین معنی که هم بتوان اثرات محی اطراف - بزرگ مقیاس - و هم اثرات محلی و تغییرات درون توفان - میان و خرد مقیاس - را بررسی کرد
درخشان - 1387 - در مطالعه موردی نقش دریای خزر در دینامیک و تغذیه رطوبتی سامانههای جوی مؤثر بر سواحل جنوبی آن را مورد مطالعه قرار داد و نشان داد که مقادیر شارشهای سطحی در فصل تابستان تقریبا 5 برابر مقدار آن در فصل زمستان است. با حذف شارهای سطحی، بارش کلی و بویژه بارش همرفتی در انتهای تابستان بیش از 75 کاهش مییابد
. رنجبر سعادت ابادی - 1389 - در مطالعه بارش های شدید فصل تابستان استان گلستان - 1386-1380 - نشان داد که نیروهای واداشتی همدیدی ناشی از امواج کم دامنه تراز میانی و نفوذ زبانه پرفشار بر روی دریای خزر نقش موثری در ایجاد این بارشهای شدید تابستانه داشته است.
روش تحقیق
در این پژوهش ابتدا با استفاده از دادههای بارش ایستگاههای باران سنجی سازمان هواشناسی کشور و وزارت نیرو، با آزمون 9 رخداد سیل تابستانی در استان گلستان در طول 11 سال -1391 - - 1380 و با بارش بیش از 15 میلیمتر در روز، دو سامانه با توجه به گستردگی منطقه بارش و مقدار بارش انتخاب گردید. از بین این دو مورد نیز یک سامانه که در شبیهسازی با مدل WRF بارش آن انطباق بیشتری با واقعیت داشت، انتخاب گردید. سامانه منتخب در فاصله زمانی 17تا 19 جون 2012 استان گلستان را تحت تاثیر قرار داده و باعث بارشهای سیل اسا شد. شدت بارندگی این سامانه طی 24 ساعت در روز 18 جون در علی آبادگرگان 76.5 میلی متر و بیشترین آن در لیوان شرقی 111 میلیمتر بوده است.
برای شبیهسازی این سامانه از مدل عددی WRF استفاده شده است به صورتی که مدل از ساعت 0600 گرینویچ روز 18 جون سال 2012 برای زمان 24 ساعت اجرا شد. بستههای فیزیکی انتخاب شده در مدل شامل طرحواره میکروفیزیکی WSM6، طرحواره تابش طول موج بلند RRTM، طرحواره تابش طول موج کوتاه Dudhia، طرحواره لایه مرزی YUS و پارامترسازی کومولوس Kian-Fritsch میباشند. در این شبیهسازی از قابلیت مدل WRF در استفاده از شبکههای تو در تو - لانهای - استفاده شده است. فاصله نقاط شبکه برای ناحیه اصلی 90 کیلومتر و برای شبکههای داخلی به ترتیب 30 و 10 کیلومتردر نظرگرفته شده است. مرکز ناحیه در نظر گرفته شده در طول جعرافیایی 54/16 و عرض جغرافیایی 36/51 میباشد.
شبکههای اصلی و داخلی مدل به ترتیب دارای 28×28 نقطه، 43×31 و 46×34 نقطه شبکه میباشند. با استفاده از خروجی مدل، برخی کمیتهای در بارندگیهای سیل آسا محاسبه و تحلیل شدند. کمیتهای منتخب عبارتند از: فرارفت دما، انرژی پتانسیل همرفتی در دسترس، فرارفت تاوایی، شار حرارتی و شار رطوبتی. برای بررسی نقش شارهای قائم سطحی و اثر رشته کوه البرز بر شدت بارش در سامانه منتخب، سه آزمایش شبیهسازی دیگر با این مدل انجام شد که در آنها شار قائم رطوبت و دما و رشته کوه البرز به تنهایی و همزمان حذف شده و نتایج آن با آزمایش اول - کنترل - مقایسه شده است.
3 نتیجهگیری
نتایج این تحقیق نشان داد که سازوکار بارشهایی که در ساحل دریای خزر و در دامنههای شمالی رشته کوه البرز رخ داده اند' با یک دیگر متفاوت است. بارشهایی که در ساحل دریای خزر رخ داده با همگرایی رطوبت و گرما در سطح زمین همراه است. به صورتی که بارشهای شدیدی که در جنوب شرق دریای خزر رخ داده و منشأ سیل بودهاند، به دلیل همگرایی شار حرارتی افقی، شار قائم فراسو و ناپایداری همرفتی به وجود آمدهاند. اما بارشهایی که در دامنه شمالی البرز اتفاق افتاده است در اثر صعود واداشتی هوا میباشد که در این حالت هوای مرطوب با رشته کوه البرز برخورد کرده و پس از صعود متراکم میشود.
گرمای نهان آزاد شده به ادامه این صعود کمک کرده و بارش صورت میگیرد. از دیگر نتایج این پژوهش میتوان به این اشاره کرد که منبع رطوبتی بارشها در استان گلستان شار افقی از جنوب شرق دریای خزر به سوی ساحل این منطقه است. در این مطالعه مشخص شد که برای رخداد منتخب، فرارفت دما یک عامل اصلی برای بارندگی نبوده و نقش یک کمک کننده را برای بارشها دارد.
شبیهسازی این سامانه نشان داد که عامل مهم رخداد بارشهای استان گلستان در این زمان از سال شار قائم حرارت و رطوبت از سطح دریای خزر است که باعث انتقال حرارت و رطوبت به سوی ساحل شده و نقش اساسی در بارشهای سیل آسا منطقه گلستان دارد. به طوری که با حذف این شارها مقدار بارش به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش می یابد
