بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق با استفاده از جدیدترین نسخه مدل عددی و جفتشده WRF-Chem و با کمک دو طرحواره مختلف به بررسی رفتار و غلظت ریزگردها در منطقه ایران پرداخته شده است. مدل مربوطه با در نظر گرفتن حداکثر پارامترهای موثر بر پیشبینی هوا، - مانند سرعت و جهت باد، تابش خورشیدی، تلاطم جوی، بارش و . . . - که از نظر تحلیل مقیاس، نقش پررنگی دارند، به کمک معادلات و رواب حاکم بر جو مانند معادله پیوستگی، معادلات ترمودینامیک و پایش واکنشهای شیمیایی جوی، محاسبات مربوطه را انجام و خروجی را به صورت ماتریسهای عددی تولید میکند. با توجه به مقایسات صورتگرفته، مدل WRF-Chem از نظر مقیاس و تغییرات زمانی، برآوردی منطقی از هواویزها در محدوده مطالعاتی به دست میدهد. به دلیل استفاده از دادههای جهانی برای محاسبه گسیل ذرات، وقوع خطا در برآورد غلظت ریزگردها امری بدیهی است. این خطا در مناطق با توپوگرافی پیچیده بسیار بیشتر به چشم میآید.
1 مقدمه
ریزگردها به ذرات جامد یا مایع معلق در جو گفته میشود. این ذرات به دلیل پراکنش و جذب نور خورشید، بر فرایندهای نوری در جو و ویژگیهای اقلیمی اثرگذارند. تغییرات دمایی ناشی از پراکنش و جذب نور توس ذرات معلق جوی، صرفنظر از سرمایشی یا گرمایشی بودن این پدیده، به میزان قابل توجهی به اندازه و غلظت این ذرات وابسته است. - فوکوارت . - 1987 تا همین اواخر، فرایندهای شیمیایی در سامانههای مدل سازی کیفیت هوا معمولا به صورت مستقل - offline - از مدلهای هواشناسی به کار میرفت - بیون و چینگ . - 1999 در مدل WRF-Chem، تمام انتقالات ذرات شیمیایی به صورت برخ - online - محاسبه میشود. از فرایندهای شیمیایی استفاده شده در نسخه جدید مدل - WRFV3 - WRF، 39 مورد از ترکیبات شیمیایی به طور کامل قابل تجزیه و تحلیل و پیشبینی میباشند.
یکی از ماژولهای مربوط به شیمی جو که در این پژوهش به کار رفته است بر پایه مدل دینامیکی ریزگردها برای اروپا - MADE1 - میباشد - اکرمن - 1998؛ که خود این مدل نیز به وسیله توسعه و تغییرات یک مدل منطقهای - بینکوفسکی و شانکار - 1995 طراحی شده است. ریزگردهای آلی ثانویه - SOA2 - با کمک مدلی به همین نام - SORGAM3 - وارد طرح MADE شده است. کشور ایران به دلیل خصوصیات خاص اقلیمی و زمینشناسی، تحت تاثیر مسائلی از قبیل طوفان شن و غلظت بالای ریزگردها قرار دارد. مناطق خاورمیانه، شمال آفریقا و آسیای میانه به علت وجود بیابانهای گسترده مانند بیابانهای شبهجزیره عربستان، محدوده بین رودخانههای دجله و فرات، بیابانهای مرکزی ایران و منطقه سیستان و بلوچستان و بیابان قره قوم در ترکمنستان، پتانسیل قابل توجهی برای فرایند فرسایش بادی و وقوع توفانهای گرد و غبار دارد - رضازاده و همکاران، . - 2011
2 روش تحقیق
در این پژوهش با استفاده از مدل عددی پیشرفته WRF-Chem به صورت جفتشده و با کمک هسته پردازشی ARW که در کنار MM5 یکی از دو هسته اصلی پردازشی در این سامانه است، به شبیهسازی غلظت ذرات PM10 - ریزگرد با قطر کمتر از 10 میکرومتر - پرداخته شده است. خروجی مدل علاوه بر PM10، پارامترهای دیگری نظیر سرعت و جهت باد، فشار، دما و همچنین غلظت چندین گاز آلاینده جو مانند SOX، NOX، ازن و ... را در بر میگیرد.
دادههای ورودی برای آغاز فرایند شبیهسازی به وسیله دادههای بازتحلیلشده FNL با گام زمانی 6 ساعته و تکفیک مکانی 1œ × 1œ - GRIB_1 - در مقیاس طول و عرض جغرافیایی تامین شده است. حوضه شبیهسازی دربرگیرنده بخشهایی از خاورمیانه است به صورتی که مناطق غربی ایران در مرکز حوضه واقع شده است. دوره زمانی شبیهسازی به مدت دو هفته از 22 ژوئن تا 6 ژوئیه 2010 و فاصله بین نقاط شبکه به میزان 30 کیلومتر درنظر گرفته شده است. فرایند شبیهسازی با کمک آخرین نسخه - 3.5 - از مدل WRF-Chem انجام گرفت. از طرحوارههای هواویز Gocart و Made/Sorgam در دو اجرای مختلف استفاده شد و خروجی مدل با دادههای مشاهداتی مقایسه گردید.
به منظور اجرای بخش شیمیایی و طرحوارههای یادشده، میبایست میدانهای گسیل ذرات معلق جوی برای چند ترکیب گازی مهم در اختیار مدل قرار گیرد. این کار با کمک برنامه prep_chem_sourses انجام شد. این برنامه میزان گسیل این ذرات را در حوضه شبیهسازی استخراج کرده و در اختیار مدل قرار میدهد. از آخرین نسخه آرشیو دادههای جهانی گسیل ذرات که مربوط به آگوست سال 2012 میلادی است استفاده شد. به برخی از تنظیمات سامانه WRF-Chem در طی فرایند شبیهسازی اشاره میشود:
ماژولهای مربوط به نشست خشک برای ذرات گاز و گرد و غبار اعمال شد. از ماژولهای مربوط به گسیل ذرات گرد و غبار استفاده شد. این ماژولها بر روی نقشههای فرسایش خاک که در مرحله پیشپردازش آماده میشود و میدانهای گسیل گرد و غبار را شناسایی میکند، اعمال میشوند. محاسبه ویژگیهای نوری و واداشت تابشی هواویزها که بر مبنای حجم ذرات صورت گرفت، در فرایند شبیهسازی اعمال گشت. به دلیل شرای اقلیمی منطقه خاورمیانه که دارای پوشش گیاهی ضعیفی میباشد و همچنین سهم 92 تا 97 درصدی ذرات گرد و غبار از جرم کل ذرات PM10 - مشایخی و همکاران - 1388، از محاسبه مقدار گسیل ذرات آلی - biogenic - صرفنظر شد.
3 نتیجهگیری
به دلیل استفاده از دادههای بازتحلیلشده fnl خروجی مدل برای متغیرهای هواشناسی مانند دما و فشار از دقت نسبتا بالایی برخوردار است. اما توس فرایند پسپردازش بر خروجی مدل و تولید نقشههای توزیع غلظت ذرات PM10 - برحسب میکروگرم بر مترمکعب - میتوان مناطقی را از حوضه شبیهسازی که دارای حداکثر غلظت ذرات میباشند به عنوان جشمههای اصلی گسیل ذرات شناسایی کرد.
