تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

شناسایی الگوهای سینوپتیکی پدید آورنده بارش های سنگین حوضه آبخیز طالقان در استان البرز

نویسندگان
چکیده
بارش های سیل آسا از جمله پدیده های جوی می باشند که هر ساله خسارات جبران ناپذیری را به تاسیسات زیر بنایی، عمرانی، کشاورزی و همچنین صدمه به جان و مال انسان ها وارد می کنند. در این پژوهش به منظور شناسایی الگوهای سینوپتیکی پدید آورنده این نوع بارش ها با استفاده از رویکرد محیطی به گردشی و با استفاده ازآمار ایستگاه های موجود در حوضه آبخیز طالقان ( گته ده، دهدر، دیزان، سنکرانچال، آرموت، انگه، جوستان، زیدشت) و بهره گیری از روش های (PCA) و خوشه بندی (CA) و همچنین بارش سنگین در حوضه مورد مطالعه با استفاده از فراسنج صدک ها تعیین شد و الگوهای گردش روزانه بارش های فرین در مقیاس همدیدی مشخص گردید. به منظور طبقه بندی تیپ های هوای میانگین روزانه مربوط به تراز 500 هکتوپاسکال و فشار سطح دریا (SLP) طی دوره آماری 1980-2011 در تلاقی های 5/2 درجه از مجموعه داده های بازسازی شده NCEP استخراج شد. محدوده انتخاب شده شامل 608 نقطه از عرض 10 تا 60 درجه شمالی و از 10 تا 80 درجه عرض شرقی را پوشش می دهد. با استفاده از روش مولفه های اصل نقاط وابسته به هم ادغام و ابعاد ماتریس کاهش داده شد. به طوری که 13 مولفه اصلی باقی ماند که مجموعاً 93 درصد کل واریانس را شامل می شود. در این تحقیق از آرایه S و چرخش واریماکس برای شناسایی تیپ های هوا و برای طبقه بندی تیپ های هوای روزانه، از روش خوشه بندی K-Means استفاده گردید و در نهایت ماتریسی به ابعاد 608 × 118 برای 118 روز بارش مشترک بین ایستگاه ها ترسیم شد. همه روزها (118 روز) به چهار گروه تقسیم بندی شدند که ارائه دهنده متداول ترین الگوهای گردش جوی در ناحیه مورد مطالعه می باشند و در نهایت نقشه های ترکیبی فشار سطح دریا و تراز 500 هکتوپاسکال برای هر یک از تیپ های هوا ترسیم گردید.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Identifying the synoptic patterns of heavy rains in Taleghan Basin

نویسندگان English

alireza Hosseini
Hediyeh Akbari Ghamsari
چکیده English

Classifying daily climate circulation patterns has always been considered by climatologists. Investigating climate changes such as rainfall and the temperature in a same single time and place suggests that these changes are strongly influenced by atmospheric circulation patterns.

Regarding so, climate changes, known as variables here, such as rainfall, temperature, and other related phenomena, which are exemplified as flood, drought, glacial, and etc. are associated with special types of climate circulation patterns. The continuity and alternation of the systems are classified or identified climatically, therefore weather classification system is one of the main objectives of the synoptic climatology (Huth, 1996). Since every weather type creates its own special environmental condition, lack of identification in weather type frequencies leads to a difficult environmental explanation and alternation (Alijani, 1380: 64).

Identifying atmospheric circulation patterns different things that can be expressed inductively such as frequency, intensity, and spatial distribution of climate changes in rainfall and its physical causers (VicenteSerrano and LopezMoreno, 2006).

Heavy rainfall in many watersheds, particularly in the basin and sub-basin which involve less time exposure, causes floods and it also damages human, natural resources, infrastructure utilities and equipment. Before the occurrence of this kind of rainfall, it requires a deep understanding of the synoptic systems of their creator. This understanding is only possible through the classification and identification of rainfall patterns which used to cause floods in the studied basins.

The present study also aims at identifying and classifying the synoptic patterns of rainfall during the statistical stage of the study in the basin which caused flood in Taleqhan basin.

Taleqhan basin with area of (65/1242) per square kilometers is located in "36֯, 5', 20" to "36֯, 21', 30" north latitude and "50֯, 36', 26" to eastern longitude "51֯, 10', 18".

The study area is 120 kilometers away from North West of Tehran and located in a relatively high mountainous area in Alborz Mountain. This area is ranging from 1700 meters to 4400 meters above sea level. Average rainfall in this basin ara is 515/16 mm and its annual temperature fits 10.5 centigrade. About 79 percent of rainfalls occurs from the cold weather period in November to March. It is also know as semi-humid cold weather based on the De Martonne classification.

Circulation algorithm (CA) and pattern clustering algorithm (PCA) were determined based on the daily methods in synoptic scale by applying information from stations in Taleqhan basin (Gateh deh, Dehdar, Dizan, Snkranchal, armouth, Ange, Joostan, Zidasht). In order to classify the weather type, daily average rate of 500 HPa and the sea level pressure (SLP) were extracted and reconstructed over the period (1980-2011) at the 2.5 degree of NCEP. Selected range includes 608 points from latitude of 10 to the 60 of northern degree, and latitude of 10 to 80 of eastern degree.

Principal components method mixes the interrelated points and reduces the matrix size, so 13 main components are remained that they includes 93 percent of the total variance. This study employs S array and Varimax rotation to identify different types of weather. It also makes use of K-Means clustering method to classify daily weather types. And finally, a matrix was formed in 118×608 dimension for 118 common days of rainfall among stations. All days were divided into four groups. They offer the most common climate circulation patterns in the proposed area. At the end, and finally integrated maps of sea level pressure and 500 HPa were drawn for each weather type.

According to the results from factor analysis, 13 main elements were selected that they included 93% of the total variance of the data. According to the above mentioned method, all days (118 days) during the statistical period (1980-2011) were divided into 4 groups which provide the most climate circulation patterns in the study area. Then, integrated maps of sea level pressure and 500 HPa range were drawn for each of the types. Clusters were numbered according to the K-Means arrangement, and they were named based on the pressure patterns and the way circulation lines were ordered.

The classification shows two different resources for rainfall in this basin.

A: Those rain systems that are entered to the country from the West and South affect this basin. These systems humidity are caused by the Red Sea, the Mediterranean sea, the Black Sea, and the Atlantic Ocean. (B) Some parts of the Caspian coast rainfalls and the northern part of the Alborz mountain that has received their humidity from the Caspian Sea and it has infiltrated northern high-land, causes the rainfalls. It enters the basin from the wide valley of Sefid Rood. According to the rainfall measuring stations data, the least rainfall area is in western, which includes low-land areas. And the most rainfall area is its northern east. Rainfall in this area, in terms of rainfall time distribution in a year, is the Mediterranean. It does not involve a complete dry climate in summer and it takes 3 to 4 percent of the total rainfall. Rainfall in the basin, respectively, is distributed in winter, spring, fall, and summer.

کلیدواژه‌ها English

synoptic patterns
circulation weather types
PCA
classification
heavy rains
بلیانی، سعید؛ محمد سلیقه. 1395. تحلیل و استخراج الگوهای جوی منجر به بارش های سنگین روزانه منطقه شمالی خلیج فارس مورد مطالعه: حوضه های آبریز حله و مند، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 2: 98-79.
بابایی فینی، ام السلمه؛ ابراهیم فتاحی. 1393. طبقه بندی الگوهای سینوپتیکی بارش زا در سواحل دریای خزر. نشریه پژوهش های جغرافیای طبیعی ، 1: 19-42.
حجازی زاده، زهرا. 1372. بررسی سینوپتیکی نوسان پرفشار جنب حاره در تغییر فصل ایران. رساله دکتری جغرافیای طبیعی. دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
رحیمی، داریوش؛ جواد خوشحال؛ تیمور علیزاده. 1389. تحلیل آماری – همدیدی بارش های سنگین مناطق خشک ایران. مجله جغرافیا و توسعه ناحیه ای، 14: 69-51.
رضیئی، طیب؛ پیمان دانش کار آراسته؛ روح انگیز اختری؛ بهرام ثقفیان. 1386. بررسی خشکسالی های هواشناسی در استان سیستان و بلوچستان با استفاده از نمایه SPI و مدل زنجیره مارکف، مجله تحقیقات منابع آب ایران، 1: 25-34.
عساکره، حسین. 1391. تحلیل روند بارش های سنگین در شهر زنجان. جغرافیا و برنامه ریزی، 39: 88-73.
علیجانی، بهلول. 1380. اقلیم‌شناسی سینوپتیک، چاپ دوم. انتشارات سمت، تهران.
علیجانی، بهلول. 1378. نوسانات مکانی و زمانی ارتفاع سطح 500 هکتوپاسکال در مدیترانه و اثر آن بر اقلیم ایران در ماه فوریه. دومین کنفرانس منطقه ای تغییر اقلیم- سازمان هواشناسی کشور
علیجانی، بهلول. 1380. تیپ‌های هوا و اثر آن‌ها بر اقلیم ایران. فصلنامه کاوش نامه. 3.
علیجانی، بهلول. 1380. شناسایی تیپ های هوایی باران آور تهران بر اساس محاسبه چرخندگی، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 1 و 4: 64-63.
علیجانی، بهلول؛ مجید زاهدی. 1381. تحلیل آماری و سینوپتیکی بارندگی آذربایجان. فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 66 و 65: 217-202.
غیور، حسنعلی؛ ابوالفضل مسعودیان؛ مجید آزادی؛ حمید نوری. 1390. تحلیل زمانی و مکانی رویداد های بارشی سواحل جنوبی خزر. فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، :100 30-1.
فتاحی، ابراهیم. 1383. طبقه‌بندی همدیدی فضایی توده‌های هوا با تاکید بر دوره‌های خشک در حوضه‌های جنوب غربی ایران. رساله دکتری آب و هواشناسی. دانشگاه تربیت معلم، تهران.
مفیدی، عباس؛ آذر زرین؛ غلامرضا جانباز قبادی. ۱۳۹۰. شناسایی الگو های همدید بارش های شدید زمستانی در سواحل جنوبی دریای خزر، مجله جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، ۲: ۲۳.
Alijani, B. and Harman, J. R. 1985. Synoptic climatology of precipitation in Iran. Annals of the Association of American Geographers, 75: 404-416.
Bogardi, I.; Matyasovszky, I.; Bardossy, A. and Duckstein, L. 1994. A hydroclimatological model of areal drought. Journal of Hydrology, 153: 245-264.
Bardossy, A. and Plate, E. J. 1992. Space‐time model for daily rainfall using atmospheric circulation patterns. Water Resources Research, 28: 1247-1259.
Bryson, R. A. 1966. Air masses, streamlines and the boreal forest. Geographical Bulletin, 8: 228-269.
Duckstein, L.; Bárdossy, A. and Bogárdi, I. 1993. Linkage between the occurrence of daily atmospheric circulation patterns and floods: an Arizona case study. Journal of Hydrology, 143: 413-428.
Huth, R. 1996. An intercomparison of computer-assisted circulation classification methods. International journal of climatology, 16: 893-922.
Lamb, H. H. 2013. Climate: Present, Past and Future (Routledge Revivals): Volume 2: Climatic History and the Future. Routledge.
Lund, I. A. 1963. Map-pattern classification by statistical methods. Journal of Applied Meteorology, 2: 56-65.
Romero, R.; Sumner, G.; Ramis, C. and Genovés, A. 1999. A classification of the atmospheric circulation patterns producing significant daily rainfall in the Spanish Mediterranean area. International Journal of Climatology, 19: 765-785.
Richman, M. B. 1981. Obliquely rotated principal components: An improved meteorological map typing technique?. Journal of Applied Meteorology, 20: 1145-1159.
Santos, J. A.; Corte‐Real, J. and Leite, S. M. 2005. Weather regimes and their connection to the winter rainfall in Portugal. International Journal of Climatology, 25: 33-50.
Vicente‐Serrano, S. M. and López‐Moreno, J. I. 2006. The influence of atmospheric circulation at different spatial scales on winter drought variability through a semi‐arid climatic gradient in northeast Spain. International Journal of Climatology, 26: 1427-1453.