تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

شبیه سازی و تحلیل عددی طوفان گرد و غبار شدید شرق ایران

نویسندگان
1 عضو هیئت علمی/دانشگاه محیط زیست کرج
2 عضو هیئت علمی/پژوهشکده هواشناسی تهران
3 عضو هیئت علمی/پردیس منابع طبیعی دانشگاه تهران
چکیده
قرار گرفتن کشور ایران در کمربند بیابانی سبب افزایش فرکانس رخداد طوفان های گرد و غبار بخصوص در نواحی شرقی و جنوبی آن و تاثیرات نامطلوب محیط زیستی شده است. هدف این تحقیق کاربرد مدل جفت شده پیش بینی عددی وضع هوا-شیمی) WRF-(Chem.3.6.1، برای شبیه سازی رخداد طوفان گرد و غبار (شرق ایران) و دستیابی به روشی جهت پایش، پیش بینی و هشدار وضعیت رخداد طوفان است. علاوه بر اجرای مدل با استفاده از داده های غلظت گرد و غبار سازمان محیط زیست، داده های سرعت و جهت باد سازمان هواشناسی و تصاویر ماهواره ای MODIS امکان تعیین مسیر حرکت ذرات و هشدار و ارائه پیش بینی بهتر بررسی شده است. نتایج مدل نشان داد که منطقه سیستان بخصوص بستر خشک تالاب هامون، چشمه اصلی طوفان گرد و غبار بوده است. هم چنین در طول رخداد، با همگرا شدن جریانات شمالی-جنوبی بر روی شرق ایران، ایجاد بادهای شدید در ترازهای زیرین جو، انتشار و افزایش غلظت گرد و غبار و انتقال آنها به نواحی جنوبی تا دریای عمان را در پی داشته است. مقایسه ها نشان داد که مدل WRF-Chem از نظر مقیاس زمانی، تا حدودی برآورد منطقی از گرد و غبار در محدوده مطالعاتی به دست می دهد. به دلیل استفاده از داده های پیش بینی جهانی بعنوان ورودی مدل وقوع خطا در برآورد غلظت امری بدیهی است. اجرای مدل با قدرت های تفکیک 10 و 30 کیلومتری بیانگر این واقعیت است که شکل گیری طوفان های منطقه سیستان بشدت از ویژگی های جغرافیایی محلی، بویژه توپوگرافی متأثر می گردد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Simulation and Numerical Analysis of severe dust storms Iran East

نویسندگان English

miss elham karegar
Javad Bodagh Jamali 1
Abbas Ranjbar Saadat Abadi 2
Mazaher Moeenoddini 3
Hamid Goshtasb 1
1 faculity member/university of environment
2 faculity member/Tehran Meteorological Institute
3 faculity member/university of tehran
چکیده English

Dust particles are important atmospheric aerosol compounds. The particles are resulting performance of strong winds at the soil surface desert areas. Sources of dust are 2 types: 1- Natural Resources 2- Human Resources. Iran is located in the desert belt which this problem cause increased the frequency of dust storms, especially in South East (Sistan) and South West. China Meteorological Administration Center classifies storms based on particles type, visibility and speed storms to 4 kind: Floating Dust, Blowing Dust, Sand/Dust Storm and Sever Sand/Dust Storm. In general, the effects of dust storms in 7 of Environment (particles into remote areas, the effect of dust particles on the material, climate, oceans and deserts), public health and health (increase of respiratory diseases , cardiovascular problems, digestive, eye, skin, reduced hearing, infections, reduced life expectancy and premature death, etc.), economic (unemployment, road accidents, damage to communication lines, air, land, sea, increase water turbidity in water utilities, creating uncertainty for all economic activities, etc.), Agriculture and Livestock (negative effect on the growth of plants and animals, reduced productivity and diversification, intensification of plant and animal pests and diseases, rising costs maintenance of livestock, etc.), socio-cultural (poverty and the loss of local jobs, destruction of subcultures, rural migration to the cities, closure of educational premises, industrial units, services, etc.) and military-security (disabling weapons, food and beverage contamination, the threat of sensitive electronics and power transmission systems, and reduce the useful life sitting on warehouse equipment, logistics cargo weight gain, etc.) can be evaluated. One way to identify, evaluate and forecast dust storm modeling. Dust cycle consists of 3 parts, dust emissions, dust and subsidence transfer dust that can be simulated by models.

In this study using the WRF_Chem model with FNL[1] input data and GOCART schema, sever dust storm in Sistan region was simulated to date 14 & 15 July 2011. Satellite images of the event was received by the MODIS sensor. Dust concentration data was received from the Department of Environment. The dust storm code, minimum visibility data and maximum wind speed data was received from the, Meteorological Organization.

The results of the simulation for dust concentration which peak amount of dust was for 21Z14July2011 and 03Z15 July 2011. Model output showed maximum wind speed 20 m/s with North to South direction in the study area. The model predicts maximum dust concentration for the latitude 31 degree North and longitude 54 degree East to 66 degree East (Within the study area). MODIS sensor images showed clearly the sever dust storm. Simulated time series in Figure 3-1 Changes in dust concentration during the event show in the Sistan region. As can be seen from the peak of the concentration of dust in 21 hours on 14 July (350 micrograms per cubic meter) and 03 hours on 15 July (425 micrograms per cubic meter) 2011 was created. Model simulation and satellite images indicated which the Sistan region, especially dry bed of Hamoun wetland in East of Iran was main source of sand and dust storm. Also, based on the model output blowing wind direction from North to South on Iran which converging these currents in East Iran caused by strong winds in the lower levels (According to the meteorological data), arise dust, increasing the dust concentration (According to Department of Environment data), increasing the dust and being transferred to the Southern regions, especially Oman sea. To identify the source of the sand and dust storm, the path of the particle and anticipated this event cant actions and warned to stop and reduce effects its. . Simulation of dust particles in the resolution of 10 and 30 kilometers, the plains of Sistan in Iran's East region as the main source screen. The findings suggest that compliance with the maximum concentration limits on known sources of particles (especially Sistan plain dry bed of plain wetlands) is. Check drawings wear rate showed that the source of dust in the Sistan region, particularly the high potential of our wetlands dry bed of soil erosion in wind activity 120 days during the hot and dry conditions, and silt and clay up to thousands of kilometers away from their source transfers. Vector lines on maps wear rate, indicative of converging flow north-south and severe dust storms in history is this. It is better than models forecast dust events and rapid alert






[1] Final Reanalysis

کلیدواژه‌ها English

Simulation of Dust
Sistan Storm
MODIS Sensor
WRF-chem
SDS
اردبیلی، لیلا. 1389. بررسی فرآیندهای موثر در تشدید گرد و غبار سال های اخیر ایران. مجموعه مقالات همایش ملی فرسایش بادی و طوفان های گرد و غبار، یزد-ایران، 27-28 بهمن، 2: 45-53.
توکلی، مرتضی و عبدالمجید رضایی کیخا. 1393. اثرات بادهای 120 روزه بر محیط زیست سیستان. همایش ملی افق های نوین در توانمندسازی و توسعه چایدار معماری، عمران، گردشگری، انرژی و محیط زیست شهری و روستایی، ایران-همدان، 9 مرداد، 1: 1-9.
رضازاده، مریم؛ پرویز ایران نژاد و یاپینگ شائو. 1392. شبیه سازی گسیل غبار با مدل پیش بینی عددی وضع هوا WRF-Chem و با استفاده از داده های جدید سطح در منطقه خاورمیانه. مجله فیزیک زمین و فضا، 1: 191-212.
رمضانی، نفیسه و رضا جعفری. 1389. تغییرات کاربری اراضی در ایجاد طوفان های گرد و غبار و تاثیر آن بر تغییرات اقلیمی. مجموعه مقالات همایش ملی فرسایش بادی و طوفان های گرد و غبار، یزد-ایران، 27-28 بهمن، 2: 100-110.
شاهسونی، عباس؛ مریم، یاراحمدی؛ نعمت ال... جعفرزاده حقیقی فرد؛ ابوالفضل نعیم آبادی؛ محمد حسن محمودیان؛ حامد صاکی؛ محمد حسین صولت؛ زهرا سلیمانی و کاظم ندافی. 1389. اثرات طوفان های گرد و غباری بر سلامت و محیط زیست. مجله دانشگاه علوم پزشکی خراسان شمالی، 2 (4): 45-56.
طاووسی، تقی و اکبر زهرایی. 1392. مدلسازی و پیش بینی پدیده گرد و غبار استان سیستان و بلوچستان بر اساس مدل برون یابی منحنی روند سری های زمانی. مجله کاوش های جغرافیایی مناطق بیابانی، 1 (1): 139-157.
عزیزی، قاسم؛ مرتضی میری و سید امیر نبوی. 1391. ردیابی پدیده گرد و غبار در نیمه غربی ایران. مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، 2 (7): 63-81.
علیدادی، حسین. 1390. منابع آلاینده هوا و اثر آن بر محیط زیست. چاپ 1. انتشارات دانشگاه علوم پزشکی مشهد.
علیجانی، بهلول و کوهزاد رئیس پور. 1390. تحلیل آماری، همدیدی طوفان های گرد و خاک در جنوب شرق ایران (مطالعه موردی منطقه سیستان). مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، 2 (5): 107-132.
فاضل نیا، غریب؛ اکبر، کیانی؛ محمود علی خسروی و میثم بندانی. 1390. بررسی انطباق الگوی بومی توسعه کالبدی-فیزیکی روستای تمبکاء شهرستان زابل با جهت حرکت طوفان های شن و ماسه. مجله مسکن و محیط روستا، 1 (136): 3-16.
کریمی، مرتضی؛ محمد حامد یزدانی و افشین نادری. 1392. تاثیر بادهای 120 روزه بر امنیت منطقه سیستان. مجله جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، 24 (2): 111-128.
نیکفال، امیرحسین. 1393. شبیه سازی غلظت ذرات PM10 توسط مدل جفت شده WRF-Chem در منطقه ایران. کنفرانس ژئوفیزیک ایران، ایران، 23-25 اردیبهشت، 16: 77-81.
Alizadeh Choobari, O.؛ Zawar-Reza, P. and Sturman, A. 2014. A global satellite view of the seasonal distribution of mineral dust and its correlation with atmospheric circulation. Journal of Dynamics of Atmospheres and Oceans, 68: 20-34.
Alizadeh Choobari, O.؛ Zawar-Reza, P. and Sturman, A. 2014. The global distribution of mineral dust and its impacts on the climate system: A review. Journal of Atmospheric Research, 134: 152-165.
Alizadeh Choobari, O.؛ Zawar-Reza, P. and Sturman, A. 2014. The wind of 120 days and dust storm activity over the Sistan Basin. Journal of Atmospheric Research, 143: 328-341.
Azizi, G.؛ Shamsipour, A.؛ Miri, M. and Safarrad, T. 2012. Synoptic and remote sensing analysis of dust events in southwestern Iran. Natural Hazards, 64: 1625-1638.
Baldasano, J.M. 2013. Mineral dust modeling from meso to global scale. Barselona Supercomputing Center, Evora-Portugal, 1-3 July, 1-77, Website: www.bsc.es.
COMET Program. 2012. Atmospheric Dust. University Corporation for Atmospheric Research, 1, Website: www.geos-r.gov/...dust/navmenu.php_tab_1_age_2.1.2_type.
El-Askary, H.؛ Gutam, R. and Kafatos, M. 2004. Remote sensing of dust storms over the Indo-Gangetic basin. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 32: 1-12.
Http://lance-modis.eosdis.nasa.gov/cgi-bin/imagery/realtime.cgi
Kaskaoutis, D.G.؛ Rashki, A.؛ Houssos, E.E.؛ Goto, D. and Nastos, P.T. 2014. Extremely hight aerosol loading over Arabian Sea during June 2008: the specific role of the atmospheric dynamics and Sistan dust storms. Journal of Atmospheric Environment, Doi. 10.1016/j.atmosenv. 2014.05.012: 1-27.
Kang, J.؛ Yoon, S.C.؛ Shao, Y. and Kim, S.W. 2011. Comparsion of vertical dust flux by implementing three dust emission schems in WRF-Chem. Journal of Geophysical Research, 116 (Do9202): 1-18.
Kok, J.F.؛ Parteli, E.J.R.؛ Michaels, T.I. and Bou Karam, Diana. 2012. The physics of wind-blown sand and dust. Journal of Rep. Prog. Phys, 75: 1-119.
Liu, Z.؛ Liu, Q.؛ Lin, H.C.؛ Schwarts, C.S. and Lee, Y.H. 2011. Assimilating MODIS aerosol optical depth using WRF-Chem and GIS: Application to a Chinese dust storm. 12th WRF Users Workshop, Boulder, USA, 20-24 June, 12 (12): 1-11.
Peckham, S.E.؛ Grell, G.A.؛ Mckeen, S.A.؛ Ahmadov, R.؛ Fast, J.D.؛ Gustafson, W.I.؛ Ghan, S.J.؛ Zaveri, R.؛ Schmitz, R. et al. 2014. WRF-Chem Version 3.6 Users Guide. NOAA, 8 July 2014, 6 Vols., Website: http://www.mmm.ucar.edu/wrf/users.
Rashki, A.؛ Kaskaoutis, D.؛ Rautenbach, C.J.D.؛ Eriksson, P. 2012. Changes of Permanent Lake Surface, and Their Consequences for Dust Aerosol and Air Quality: The Hamoun Lakes of the Sistan Area, Iran. Journal of Atmospheric Aerosol-Regional Characteristics-Chemistry and Physics, 6, 163-202, Website: http://dx.doi.org/10.5772/48776.
Rashki, A.؛ Kaskaoutis, D.G.؛ Rautenbach, C.J.D.؛ Eriksson, P.G.؛ Qiang, M.؛ Gupta, P. 2012. Dust storms and their horizontal dust loading in the Sistan region, Iran. Journal of Aeolian Research, 5: 51-62.
Rashki, A.؛ Eriksson, P.G.؛ Rautenbach, C.J.D.؛ Kaskaoutis, D.G.؛ Grote, W. and Dykstra, J. 2013. Assessment of chemical and mineralogical characteristics of airborne dust in the Sistan region, Iran. Journal of Chemosphere, 90: 227-236.
Rashki, A.؛ Kaskaoutis, D.G.؛ Gouide, A.S. and Kahn, R.A. 2013. Dryness of ephemeral lakes and cosequences for dust activity: The case of the Hamoun drainage basin, Southeastern Iran. Journal of Science of the Total Environment, 463: 552-564.
Shaw, P. 2008. Aplication of aerosol speciation data as an insitu dust proxy for validation of the Dust Regional Atmospheric Model (DREAM). Journal of Atmospheric Environment, 42: 7304-7309.
TaheriShahriayni, H.؛ Karimi, K. ؛HabibiNokhandan, M. and HafeziMoghadas, N. 2014. Monitoring of dust storm and estimation of aerosol concentration in the Middle East using remotely sensed images. Arab J Geosci, 1-9.
Yang, X.؛ Zhu, B.؛ Wang, X.؛ Zhou, L.Z.؛ Chen, J.؛ Yin, J. and Lu, Y. 2008. Late Quaternary environmental changes and organic carbon density in the Hunshandake Sandy land, eastern Inner Mongolia, China, Global and Planetary Change, 61: 70-78.
Zhang, P.؛ Lu, N.؛ Hu, X. and Dong, C. 2006. Identification and physical retrieval of dust storm using three MODIS thermal IR channels. Global and Planetary Change, 52: 197-206.