بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این مطالعه تحلیل تغییرات زمانی و مکانی رخداد آستانههای بارش سنگین ماهانه ایران میباشد. برای این منظور دادههای بارش روزانه از پایگاه اسفزاری که توسط دکتر مسعودیان در دانشگاه اصفهان تهیه شده بود استفاده گردیده است. این دادهها از ابتدای سال تأسیس تا 1383 میباشد. بهمنظور تکمیل دادهها از سال 1383 تا 1390 دادههای بارش روزانه برای 459 ایستگاه از سازمان هواشناسی کشور استخراج گردیده است و با استفاده از همان روش و تکنیک میان یابی شده و به پایگاه دادههای اولیه اضافه گردیده است.
برای انجام محاسبات از امکانات برنامهنویسی در محیط نرمافزار Matlab و نیز برای انجام عملیات ترسیمی از نرمافزار Surfer بهره گرفته شد. بهمنظور تحلیل الگوی روند از شاخص فضایی موران استفاده شده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که ضریب تغییرپذیری آستانههای بارش سنگین ماهانه در ایران بسیار زیاد میباشد؛ بهطوری که بیشترین ضریب تغییرات آستانههای بارش سنگین ماهانه در ماههای گرم سال در جنوب و جنوب شرق رخ داده است و در ماههای سرد سال به دلیل تنوع ورود تودههای بارشی به ایران در جنوب و جنوب غرب رخ داده است.
بااین وجود در ماههای گرم سال نواحی جنوب شرق کشور به دلیل تأثیر بارشهای موسمی دارای آستانه بالا میباشد. بنابراین میتوان گفت که افزایش یا کاهش آستانههای بارش سنگین علاوه بر اینکه از عوامل محلی تأثیر میپذیرد به شدت تحت تأثیر عوامل کلانمقیاس و عوامل بیرونی میباشد. نتایج حاصل از تحلیل الگوی روند آستانهها بیانگر این است که الگوی خودهمبستگی فضایی در ماههای سرد سال الگوی خوشهای پایین و روند کاهشی برخوردار است. الگوی خودهمبستگی فضایی مثبت در ماهای گرم سال روند کاهشی و در ماههای سرد سال دارای روند افزایشی بوده است.
مقدمه
اهمیت بارشهای شدید و گاهی سیلآسا طی فصل تابستان برای کشوری مانند ایران با ویژگی آب و هوای خاص خود، محرز بوده و همواره یکی از عواملی بوده که در نواحی مختلف جغرافیایی اثرات زیادی داشته است
با این وجود سالهای با بارش سنگین و سالهای خشک بر کیفیت زندگی انسان نقش موثری دارد. در هر مکان بارش زمانی اتفاق میافتد که هوا مرطوب و عامل صعود باشد و زمانی که ساز کار این عنصر مهیا شود میتواند منجر به وقوع بارشهای سنگین شود. بهطوری که بارش سنگین در قالب مخاطرات محیطی بهویژه سیلابها قابلطرح هستند. بااینوجود مطالعات زیادی در رابطه با علل و بررسی ساز کار وقوع بارشهای سنگین انجام شده است.
در اینجا برای جلوگیری از حجم زیاد به تعداد اندکی از اینها اشاره میشود. برای مثال میتوان به مطالعه تحلیل همدیدی بارشهای سنگین در غرب کشور - عزیزی و همکاران - 13-1 : 1385، تحلیل فشار تراز دریا در زمان رخداد بارشهای فوق سنگین و فراگیر ایران - محمدی و مسعودیان 233-230 :1389 - ، تبین علل کاهش یافتن مقدار و شدت بارشهای زمستان در قیاس با بارشهای پاییزه در سواحل جنوبی دریای خزر - مفیدی و همکاران - 203-177 :1391 و بررسی و مطالعه نمایه قائم هوای منجر به بارندگی های مخرب تابستانه مطالعه موردی: مشهد - موسوی بایگی و اشرف - 1036-1048 :1389 اشاره کرد. با همه این تفاسیر تعین آستانهای بارش سنگین همواره با مشکلاتی روبرو بوده است.
بهطوری که این آستانه متناسب با نواحی مختلف تغییرات زیادی دارد. برای مثال ممکن است بارش 20 میلیمتری برای کرانههای ساحلی دریای خزر یک بارش عادی باشد اما همین بارش در نواحی جنوب و جنوب شرق کشور باعث خسارات جانی و مالی فراوانی شود. بنابراین آستانههای بارش سنگین در هر نواحی بر اساس نرم بارندگی در همان ایستگاه و نواحی صورت میگیرد، برای مثال اگر دریک نقطه همواره بارش بین 1 تا 10 میلیمتردر نوسان باشد و ظرفیت پذیرش خاک را داشته باشد یک بارش عادی به حساب میآید اما اگر در همین ایستگاه در طول روز در هر 10 سال یک بارش 20 میلیمتری داشته باشد بهعنوان بارش سنگین به حساب میآید. البته انتظار می رود در نواحی ایران آستانههای بارش در ماههای مختلف با توجه به تأثیرگذار عوامل بیرونی تغییرات زیادی داشته باشد. برای مثال در فصل گرم سال به دلیل تأثیر پرفشار پویشی بر اقلیمی ایران اکثر نواحی ایران در دوره گرم سال فاقد بارش میباشد
یا انتظار می رود در نواحی سرد سال به دلیل سیطره بادهای غربی میزان ریزشهای جوی در ایران افزایش یابد - همان - بهطوری که این افزایش ریزشها به طور مستقیم در بالا رفتن آستانههای بارش سنگین تأثیر به سزایی دارد. با همه این تفاسیر بسیاری از دانشمندان برای مطالعه بارش های سنگین آستانههای مختلفی را در نظر گرفتهاند. برای مثال مفیدی و همکاران در مطالعه بارشهای حدی و شدید در ناحیه خزر بهمنظور تعیین روزهای بارش شدید روزی را بارش شدید به حساب آوردند که حداقل یک ایستگاه در مدت 24 ساعت، حداقل 100 میلیمتربارش دریافت کرده باشد
عزیزی و همکاران برای نواحی غرب کشور روزی را بهعنوان بارش سنگین معرفی کردهاند که 70 درصد بارش همان روز را تشکیل داده باشند - عزیزی و همکاران . - 8 :1388 مسعودیان برای بررسی شرایط همدید همراه با بارشهای سنگین بر روی بارشهای یک روزه، آستانه یک روز با بارش بیش از صدمیلیمتر را انتخاب کرده است - مسعودیان . - 8 :1387 علیجانی و همکاران به منظور تحلیل همدیدی بارشهای سنگین ششم ژانویه 2008 در جنوب شرق ایران برای مشخص نمودن بارش سنگین شرایط زیر را در نظر گرفت
الف - مقدار آن بالای 100 میلیمتر در یک روز باشد.
ب - فراگیر باشد یعنی در بیش از یک سوم ایستگاه-های محدوده مورد مطالعه ثبت گردیده باشد.
ج - تکرار آن در دوره مورد مطالعه حداقل باشد و همچنین برای دلیل سوم فرین بودن بارشهای سنگین را مطرح کردند. ولی با این وجود اکثر محققان صدک 95 به بالا را در سطح 95 درصد اطمینان برای آستانههای بارش سنگین پیشنهاد کردهاند
بنابراین با توجه به آنچه که مطرح شده است. مطالعات صورت گرفته بیشتر بر روی سازکار بارش های سنگین بوده است به عبارت دیگر در مطالعات انجام شده تمرکز محققان بیشتر بر روی بروز عوامل منجر به وقوع بارشهای سنگین بوده است اما به تغییرات زمانی و مکانی آستانه های بارش سنگین کمتر توجه شده. از این رو در این مطالعه به بررسی تغییرات زمانی و مکانی بارش های سنگین ایران و همچنین مشخص نمودن الگوی فضایی حاکم بر روند این آستانه ها طی نیم قرن اخیر پرداخته شد.
مواد و روش
در این مطالعه به منظور بررسی و تحلیل الگوی روند رخداد آستانه-های بارش سنگین ایران دادههای روزانه بارش ایران از سال 1350 تا 1383 از پایگاه دادهای اسفزاری که توسط دکتر مسعودیان در دانشگاه اصفهان تهیه گردیده است استفاده شده است. تفکیک مکانی دادهها 15×15 کیلومتر است که در سیستم تصویر لامبرت مخروطی همشکل نگاشته شدهاند. بدین ترتیب تعداد یاختهها در سراسر ایران 8230 یاخته میباشد. به منظور افزایش تفکیک زمانی پایگاه داده مذکور مشاهدات روزانه بارش از سال 1383 تا انتهای 1390 با استفاده از همان روش و همان تفکیک مکانی، میان یابی و به پایگاه داده های مذکور افزوده شده است. در شکل 1 پراکنش ایستگاهها نشان داده شده است.
شکل :1 پراکنش ایستگاههای مورد استفاده در پایگاه داده اسفزاری - الف - و پراکنش ایستگاه های مورد استفاده برای تکمیل پایگاه اسفزاری - ب -
در این مطالعه آستانه بارش سنگین طوری تعریف شده است که ارزش آن برابر با صدک 95 باشد. بدین منظور برای هر سال و هر ماه آستانه بارش سنگین ایران طی 8230 پیکسل در سراسر ایران استخراج گردیده است،که در مجموع ماتریسی به ابعاد - 600×8230 - برای 50 سال دوره آماری تشکیل شده است. برای انجام محاسبات از امکانات برنامه نویسی در نرم افزار متلب1 و سامانه اطلاعات جغرافیایی2 بهره گرفته شده است. در ابتدا برای اینکه یک نمایی کلی از این آستانه ها بدست بیاید میانگین و ضریب تغییرات مکانی برای هر ماه ترسیم شده است. در ادامه به منظور تحلیل روند از روش ناپارامتری رگرسیون بهره گرفته شده است.
سپس برای تحلیل الگوی روند، داده های بدست آمده از تحلیل رگرسیون - شیب خط - به محیط نرم افزار GIS انتقال داه شده و درنهایت با اجرای شاخص فضایی موران، به الگوی روند در پهنه ایران زمین پرداخته شده است. این ابزار نشان می دهد که در کجاها مقادیر زیاد و یا کم این پدیده ها در فضا به طور خوشه ای توزیع شده اند و کدام عوارض، دارای مقادیر بسیار متفاوت از عوارض پیرامونشان هستند. این ابزار همچنین ناخوشه های فضایی را شناسایی می کند. آماره محلی موران I به صورت زیر به دست می آید:
یافتهها
در جدول 1 بعضی از مشخصات مکانی آستانههای بارش
سنگین ماهانه ایران را نشان میدهد. همان طوری که مشاهده می-شود در بین ماهها، بالاترین میانگین آستانه بارش سنگین به 7/8 میلیمتر مربوط به بهمن ماه میباشد. این درحالی میباشد که کمترین میانگین آستانه بارش سنگین با 0/741 میلیمتر در تیر ماه میباشد.
با این وجود مشاهده میشود که در ماههای سرد سال به دلیل اینکه سیستمهای بارش زا ایران را تحت تاثیر قرار میدهد میانگین آستانه بارشهای سنگین بالا میباشد - علیجانی :1385 . - 132 بر عکس در ماههای گرم سال به دلیل سیطره پرفشار پویشی بر ایران میانگین آستانه به طور قابل توجهی کاهش مییابد به طوری که میانگین آستانه بارشهای سنگین در فصل تابستان در بسیاری از مناطق ایران - به ویژه نواحی جنوب، مرکزی و شرق و شمال شرق کشور - به ندرت به یک میلیمتر میرسد
در تمام ماهها میانگین، میانه و مد اختلاف زیادی دارد که بیانگر این است که آستانههای بارش سنگین در تمام ماهها از توزیع غیر نرمال پیروی میکند. به عبارت دیگر دارای نانجاریهای زیاد میباشد. به طوری که ضریب تغییرات زیاد تایید دیگری بر گفته فوق میباشد. بنابراین میتوان گفت که آستانههای بارش سنگین ضمن تنوع مکانی، تغییرات روزانه را داشته است. به عبارت دیگر، ضریب تغییرات بالا معرف ناپایداری و افت و خیزهای روزانه آستانههای بارش سنگین می باشد - خسروی و همکاران . - 131-1393:121 حداکثر آستانه بارش سنگین با 166/4 میلیمتر در اسفند رخ داده است. اختلاف زیاد دامنه چارکی بیانگر این است که تغییرات مکانی آستانهها به شدت تغیر پیدا کردند.
جدول :1 مشخصات ماهانه آب قابل بارش طی دوره 1340 - 1389 در محدوده اقلیمی ایران
- منبع:یافتههای تحقیق -
شکل 1 توزیع مکانی میانگین و ضریب تغییرات ماهانه آستانه بارش-های سنگین را نشان می دهد. در این اشکال ضریب تغییرات به صورت طیفهای رنگی به صورت پس زمینه بر روی نقشهها قابل مشاهده میباشد. توزیع مکانی میانگین آستانههای بارش سنگین بیانگر این است که میانگین آستانه در ماههای مختلف متفاوت است و در فصل گرم سال توزیع مکانی میانگین آستانه بارشهای سنگین به شدت کاهش پیدا کرده است به طوری که از خرداد تا شهریور میانگین آستانه بارش سنگین در قسمت های زیاد از کشور به خصوص نواحی مرکزی، شرق، بخشهای از جنوب و جنوب غرب و همچنین بخشهای از شمال شرق تقریبا صفر میباشد. دلیل آن عقبنشینی بادهای غربی بهطرف شمال که در نتیجه آن از ورود عوامل صعود و رطوبت فراوان محروم شده است
با این وجود بالاترین آستانه بارشهای سنگین مربوطه به کرانههای دریای خزر میباشد. بهطوری که بنا به گفته علیجانی پربارانترین منطقه کشور در فصل تابستان در سواحل دریایی خزر میباشد که از 340 میلیمتر در انزلی تا 100 میلیمتر در گرگان تغییر میکند
اگر دقت کنید در فصل تابستان میانگین این آستانهها در گوشه جنوب شرق کشور بین 1 تا 2 میلیمتر در نوسان است که این وضعیت به دلیل تاثیر بارشهای موسمی بر این آستانهها میباشد. در فصل تابستان اثر بارش های موسمی هندوستان بر جنوب شرق ایران قابل مشاهده است. این بارشها تحت دو الگو قابل مطالعه هستند. در الگوی اول زبانه کمفشار موسمی در سطح زمین بخش های از کشور را در بر میگیرد و در شمال غرب یک سیستم پرفشار حاکم میگردد. در اثر برخورد و تقابل این دو سیستم فشار، جبهه نیمه ساکن روی ایران مستقر و نفوذ هوای سرد شمالی به سمت کمفشار موسمی باعث صعود آن میشود.
در الگوی نوع دوم زبانه کمفشار موسمی رطوبت را از اقیانوس هند و خلیج بنگال به جنوب شرق کشور حمل میکند و در اثر گرمایش زمینی، کم فشار حرارتی تشکیلشده در محل باعث صعود هوای مرطوب موسمی میگردد. هرچند که هر دو الگو نیازمند تمرکز کم ارتفاع در سطح 500 هکتوپاسکال و واگرایی در سطح 200 هکتوپاسکال هستند یا به عبارت دیگر بخار آب خلیج بنگال زمانی که یک سیستم فروبار بر روی پاکستان مستقر میشود در حاشیه شمالی آن و در امتداد دامنههای جنوبی هیمالیا بهطرف جنوب شرق ایران هدایت میشوند
با توجه به خصوصیات ترمودینامکی حاکم بر این سامانه و پتانسیل رطوبتی این سامانه در شرایط سینوپتیکی خاص، بارشهای فراگیر و قابلملاحظهای در کشور ایجاد میکند
علاوه بر اینکه سامانه کمفشار موسمی در تغذیه رطوبتی جنوب و جنوب شرق کشور نقش مهمی دارد، میتوان به نقش دریای سرخ و اقیانوس هند و دریای عمان در تغذیه رطوبتی اشاره کرد.
