تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

شناسایی الگوهای رودباد مؤثر در بارش های سیل خیز فصل سرد نیمه جنوبی ایران

نویسنده
دانشگاه خوارزمی تهران
چکیده
هدف از انجام این تحقیق شناسایی ارتباط نوع و پیکربندی‌های متفاوت رودباد با بارش های سنگین و فراگیر نیمه جنوبی ایران است. بدین منظور داده‌های بارش روزانه فصل سرد (آذر تا اسفند) طی دوره آماری 1970 تا 2014 از سازمان هواشناسی کشور اخذ شد. سپس با در نظر گرفتن دو شرط فراگیری بیش از 50 درصد و بارش‌های بیش از صدک 95 درصد هر ایستگاه، 61 روز بارش سنگین و فراگیر جهت بررسی همدید انتخاب گردید. داده های جو بالا نیز شامل باد مداری و نصف النهاری، ارتفاع ژئوپتانسیل، فشار تراز دریا، امگا و نم ویژه است که با تفکیک مکانی 5/2*5/2 درجه قوسی از مرکز پیش بینی های جوی آمریکا اخذ گردید. سپس با استفاده از روش تحلیل مؤلفه های مبنا بر روی داده های ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال طی 61 روز بارش منتخب، 12 عامل که بیش از 90 درصد پراش داده ها را تبیین می‌کند، استخراج شد و با اعمال روش تحلیل خوشه‌ای با روش ادغام وارد بر روی نمرات عامل‌ها، چهار الگوی مؤثر بر آرایش رودبادها شناسایی گردید. نتایج نشان داد که رودباد جنب حاره ای با تقویت همگرایی سطحی و میدان واگرایی در سطوح بالای وردسپهر و به تبع آن توسعه کم‌فشار سطحی و ناوه سطوح میانی وردسپهر، نقش مهمی در رخداد بارش‌های سنگین و فراگیر نیمه جنوبی کشور دارد و اندرکنش آن با رودباد جنب قطبی شدیدترین و فراگیرترین روزهای بارش را در منطقه موجب می شود. در الگوهای مورد بررسی استقرار رودباد از شمال عربستان تا نیمه شمالی ایران با انحنای مداری و نصف النهاری و همسویی نیمه چپ خروجی رودباد با کم فشار تراز دریا و نیمه شرقی ناوه تراز میانی وردسپهر، هوای گرم و مرطوب منابع آبی دریای سرخ، خلیج فارس و دریای عرب را به سمت نیمه جنوبی کشور فرارفت می‌کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Identification of the effective jet stream patterns in the heavy Precipitation of the cold season in the southern half of Iran

نویسنده English

farshad pazhoh
kharazmi university
چکیده English

Identification of the Effective Jet Stream Patterns In the Heavy Precipitation of the Cold Season In the Southern Half of Iran

Farshad Pazhoh[1], PhD in Synoptic Climatology, Department of Natural Geography, Faculty of Geographical Sciences, University Kharazmi, Tehran, Iran



Every year, important parts of a large part of our country are affected by the climatic hazards of heavy precipitation and lots of damages are done to the country. If the generating circulation patterns of heavy precipitation waves will identify, its occurrence can be predicted from at least one or two days before the beginning of the sequence of patterns ending in floods (Alijani, 2006, 156). Occurrence of heavy precipitation, so that its amount is more than the soil penetration capacity, causes runoff and floods. Now, if these heavy precipitations occur in urban areas, it is associated with more dangers, because the permeability in urban areas is less than in out-of-town areas, and a significant amount of such precipitation in urban areas has turned into runoff and floods. Cause damages to places, buildings and urban facilities (Taheri Behbahani and Bozorgzadeh, 1996, 2).

Two sets of data were used to conduct this research. One is surface data and the other is high atmospheric data. For this purpose, in the first category, the related precipitation data of the cold season of 8 synoptic stations in the southern half of Iran (Table 2) in the period from December 1, 1970 to March 31, 2014 were obtained from the Meteorological Organization. To identify the occurrence of heavy precipitation leading to major floods in the study area, considering that heavy precipitation has covered more than 50% of stations and the precipitation of each station is more than 95% during the study period.

Considering the above two conditions, 61 heavy and pervasive precipitations were selected from the total precipitations above the percentile of 95% of the stations. In the second category, high atmospheric data obtained from the National Oceanic and Atmospheric Administration of the United States. The synoptic scale in order to tracking the troposphere synoptic patterns includes a longitude of 20 west degrees to 100 east degrees and a latitude of 0 to 80 north degrees. In the selected synoptic scale, 1790 cells are located; the distance between each cell is 2.5 by 2.5 arc degrees.

In order to identify the jet stream patterns, first the factor analysis method with Varimax rotation was applied on the geo potential height data of 500 hPa during the selected 61 days of heavy and pervasive precipitations and found that the first 12 factors explain more than 90% data’s diffraction. The first factor accounts for about 32% of geo potential height data diffraction (Table 4). In the next step, in order to reduce the data volume and identify the synoptic patterns, the cluster analysis method was performed on the scores of the first 12 factors by the integration method and 4 synoptic patterns affecting the arrangement of the winds were extracted. Then, for each of the identified patterns, a representative day that had the highest correlation with the desired pattern determined (Table 3) and appropriate maps for the representative days of the patterns were drawn and analysed.

The results showed that the merged jet stream patterns (subtropical-sub polar), tropical jet stream (ridge-trough), orbital subtropical jet stream and meridian subtropical jet stream were effective in the occurrence of heavy precipitation, which meridian subtropical jet patterns and merged have played the most important role. In the first pattern, the merged jet stream plays role in 16 days and 26.3% of the precipitation days. The merged jet streams core is generally located on the Red Sea, and the subtropical jet stream penetrates from North Africa, and after crossing the Red Sea and northern Saudi Arabia, the left half of the jet stream’s exit covers the whole of the southern and central half of the country. The sub polar jet stream in a northwest-southeast direction from central and the west of the Europe from the centre and west of Europe penetrate to the lower latitudes and from central and eastern part of the Mediterranean and at the entrance part of the left side merge with subtropical jet stream. In the merger pattern, the sub polar jet stream corresponding to the western half of the trough of the middle-level of troposphere plays the role of cold air Advection and transferring the western winds to the lower latitudes, and the subtropical jet stream, corresponds to the eastern half of the trough, play the role of the discharge and divergence of warm and southern humid air on the southern half of the country’s atmosphere. In the second pattern, the subtropical jet stream (ridge-trough structure) with 13 days and 21.3%, generally in Northeast Africa, the subtropical jet stream with a huge ridge structure in direction of northwest to south east extends to the centre of the Red Sea and Saudi Arabia and also the trough structure of jet stream stretches from north of Iraq to the centre of the Red Sea. This trough structure’s sinkhole of jet stream this subtropical sinkhole has caused the left half of the jet stream's outlet with meridian curvature cover the whole of the southern half and most of the country after crossing Saudi Arabia and the Persian Gulf. But in the third pattern of the orbital subtropical jet stream, which plays a role in 14 days and 23.4% of heavy and pervasive precipitation days, the jet stream core has the most stretching and range, mainly from the eastern Mediterranean and north of Saudi Arabia to the western half of Iran, and the jet stream structure is completely formed west to east with least meridian structure. The intensity and pervasiveness of precipitations in this pattern such as the second one is weaker than the other patter. However, in the fourth pattern, the meridian sub-tropical jet stream is present as the most frequent pattern with 18 days and 29% of the selected precipitations days. In this pattern the jet stream has a southwest to northeast direction and the jet stream's core, like the third pattern, generally extends from north of Saudi Arabia to centre of Iran and sometimes to northeast of Iran. The locating of this jet stream with a suitable curvature on the important water resources of the south of the country and corresponding to the north eastern half of the trough from north eastern of Africa to north eastern of Iran after the merged pattern, has caused the most pervasive and intensive precipitations days in the south of the country.



Keywords: Heavy and Pervasive precipitation, Cluster Analysis, Subtropical Jet stream, Low Pressure, Trough, Southern half of Iran


[1] Corresponding Author: Email: climate.synoptic@gmail.com

کلیدواژه‌ها English

Heavy and Pervasive rainfall
cluster analysis
subtropical jet stream
Low pressure
trough
southern half of Iran
1- پروین، نادر. 1392. بررسی ارتباط موقعیت مکانی رودبادهای تراز میانی جو و وقوع سیل در حوضه آبریز دریاچه ارومیه. مجله تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 29: 235-250.
2- حلیبیان، امیرحسین و فرشته حسینعلی پورجزی. 1393. تحلیل فراوانی رودبادهای مرتبط با بارش های حدی و فراگیر در کرانه های غربی خزر. مجله تحقیقات جغرافیایی، 112: 205-220.
3- خسروی، محمود. 1381. تأثیر پدیده انسو بر ناهنجاری های بارش تابستانی و پاییزی منطقه جنوب شرق ایران. مجله تحقیقات جغرافیایی، 16(62): 141-174.
4- دارند، محمد. 1394. واکاوی بسامد رخداد رودبادها هنگام بارش های سیل آسای استان کردستان. مجله جغرافیا و مخاطرات محیطی، 13: 95-113.
5- ذکی زاده، میربهروز؛ محمد سلیقه، محمد حسین ناصرزاده و مهری اکبری. 1397. تحلیل آماری و سینوپتیکی مؤثرترین الگوی رودباد ایجاد کندده بارش های سنگین ایران. مجله مخاطرات محیط طبیعی، 7 (15): 31-48.
6- سعید آبادی، رشید؛ شعیب آب خرابات و محمد سعید نجفی. 1394. موقعیت رودباد جبهه قطبی در ارتباط با بارش های سنگین و شار رطوبت تراز های پایین غرب ایران. مجله محیط شتاسی، 41 (4): 783-798.
7- علیجانی، بهلول؛ محمود خسروی و مرتضی اسماعیل نژاد. 1389. تحلیل همدید بارش سنگین 6 ژانویه 2008 در جنوب شرق ایران، مجله پژوهش های اقلیم شناسی، 3: 1-12.
8- عزیزی، قاسم؛ سید امید نبوی و اسماعیل عباسی. 1389. تحلیل سینوپتیکی توزیع زمانی-مکانی بارش های شدید استان های خراسان رضوی و شمالی، مجله مطالعات برنامه ریزی سکونتگاههای انسانی، 5 (12): 62-79.
9- فرج زاده، منوچهر؛ حسن لشکری و اسد الله خورانی. 1388. تحلیل موقعیت رودباد در رابطه با سامانه های بارشی غرب کشور. مجله مدرس علوم انسانی، 11 (53): 239-256.
10- فلاح قالهری، غلامعباس. 1390. اصول و مبانی هواشناسی. چاپ اول. انتشارات پژوهشکده اقلیم شناسی، مشهد.
11- قائمی، هوشنگ؛ آذر زرین، مجید آزادی و منوچهر فرج زاده اصل. 1388. تحلیل الگوی فضایی پرفشار جنب حاره بر روی آسیا و آفریقا. مجله مدرس علوم انسانی، 13 (1): 219-245.
12- کاویانی، محمد رضا و بهلول علیجانی. 1386. مبانی آب و هواشناسی. چاپ پنجم. انتشارات سمت، تهران.
13- کیت، بوشر. 1385. آب و هوای کره زمین، جلد اول. ترجمه هوشنگ قائمی. انتشارات سمت، تهران.
14- مفیدی، عباس و آذر زرین. 1384. بررسی سینوپتیکی تأثیر سامانه های کم فشار سودانی در وقوع بارش های سیل زا در ایران. مجله تحقیقات جغرافیایی، 88: 113-139.
15- مسعودیان، سید ابوالفضل و بختیار محمدی. 1390. تحلیل فراوانی رودبادهای مرتبط با رخداد بارش های ابرسنگین ایران. مجله تحقیقات منابع آب ایران، 2: 80-91.
16- مسعودیان، سید ابوالفضل. 1390. آب و هوای ایران. چاپ اول. انتشارات شریعه توس، مشهد.
17- نوری، حمید و علیرضا ایلدرمی. 1391. تحلیل شرایط همدید و دینامیک رویدادهای بارشی سنگین سواحل جنوبی خزر در مقایسه با ایران زمین. مجله جغرافیا و برنامه ریزی، 41: 197-236.
18- Archer, C. L., and K. Caldeira. 2008. Historical trends in the jet streams. Geophys. Res. Lett, 35: L08803. DOI 10.1029/2008GL033614.
19- Eltantawy, A. I. 1960. Jet stream clouds in the Middle East. Pure, and Applied Geophysics, 46: 352-359.
20- Eicher, T. and W. Higgins. 2005. Climatology and ENSO-Related Variability of North American Extratropical Cyclone Activity. Journal of Climate, 19: 2076-2093.
21- Fu, Q. and P. Lin. 2011. Pole ward shift of subtropical jets inferred from satellite observed
lower stratospheric temperature. American meteorological society, 24:5597-
5603.
22- Gong, T.; S. B. Feldstein, and D. Luo. 2010. The impact of ENSO on wave breaking and southern annular mode events. J. Atmos. Sci, 67:2854–2870. DOI 10.1175/2010JAS3311.1
23- Hudson, D. 2012. Measurements of the movement of the jet streams at mid-latitudes, in the Northern and Southern Hemispheres 1979 to 2010. Atmos. Chem. Phys, 12: 7797–7808
24- Johnson, D. H, and S.M. Daniels. 2006. Rainfall in relation to the jet stream. Journal of the
Royal meteorological, 80 (344):212-217.
25- Kidston, J.A.S.; D.W.J.Taschetto, M.H. Thompson, and M. England. 2011. The influence of southern hemisphere sea icr extent on the latitude of the midlattiude jet stream. Journal of Geophisical research letters, 38: 1-5.
26- Leroux .S.; M. Nicholas, J. Hall. 2009. On the Relationship between African Easterly Waves and the African Easterly Jet. Journal of Climate, 4: 14-28.
27- Lee, Y. C.; Y. Xun, W. Mark. 2010. Transport of dusts from East Asian and non-East Asian sources to Hong Kong during dust storm related events 1996e2007. Atmospheric Environment 44: 3728-3738.
28- Luo, x. and Y. Zhang. 2015. The Linkage between Upper-Level Jet Streams over East Asia and
East Asian Winter Monsoon Variability. Journal of Climate, 28: 9013-9028.
29- Li, C. and J. J. Wettstein. 2012. Thermally driven and eddy-driven jet variability in reanalysis. J. Climate, 25:1587–1596. DOI10.1175/JCLI-D-11-00145.1
30- Lu, R. Y. 2004. Associations among the components of the East Asian summer monsoon systems in the meridional direction. J. Meteor. Soc. Japan, 82:155–165. DOI 10.2151/jmsj.82.155.
31- Prezerakos, N.G. 2006. The role of the interaction between polar and subtropical jet in a case of depression rejuvenation over the eastern mediteranean. meteorol atmos phys, 92: 139-151.
32- Sergei, R. and A. Raymond. 2001. A New Look at the Pacific/North American Index. Geophysical Reserch Letters, 28(8):1519-1522.
33- Reiter, E.R. and L.F. Whitney.1969. Interaction between subtropical and polar - Front jet stream. Journal of Monthly weather review, 97(6): 432-438.
34- Strong. C. and R.E. Davis. 2007. Variability in the Position and Strength of Winter Jet Stream Cores Related to Northern Hemisphere Teleconnections. Journal of Climate, 21: 584-592.
35- Seager. R, N.; W. A. Harnik, Y. Robinson, M. Kushner, H. P. Ting, J. Huang.
2005. Mechanisms of ENSO-forcing of Hemispherically Symmetric Precipitation
Variability. Q. J. R. Meteorol. Soc, 131: 1501–1527
36- Thompson, D. W. J. and J. M. Wallace. 2000. Annular modes in the extratropical circulation. Part I: Month-to-month variability. J. Climate, 13:1000–1016. DOI 10.1175/1520-0442(2000)013.
37- Xie, Z.; Y.Du, and S. YANG. 2015. Zonal Extension and Retraction of the Subtropical Westerly Jet Stream and Evolution of Precipitation over East Asia and the Western Pacific. Journal of Climate, 28: 6783- 6798.
38- Yu, R. C. and T. J. Zhou. 2004. Impacts of winter-NAO on March cooling trends over subtropical Eurasia continent in the recent half century. Geophys. Res. Lett, 31: L12204. DOI10.1029/2004GL019814.
39- Zhang, Y. C. and D. Q. Huang. 2011. Has the East Asian westerly jet experienced a poleward displacement in recent decades. Adv. Atmos. Sci, 28:1259–1265. DOI10.1007/ s00376-011-9185-9.