الگوهای همدیدی و ترمودینامیکی رودخانه‌های جوی منجر به بارش سنگین دوره سرد کشور ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

2 دانشجوی دکتری آب وهواشناسی سینوپتیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

10.22111/jneh.2020.33830.1652

چکیده

رودخانه‌ی جوی پدیده‌ای تقریباً نوظهور در ادبیات علمی جهان هست که به سبب ارتباط با فرین‌های جوی بخصوص بارش‌های سنگین و سیل‌آسا مورد بررسی قرارگرفته است. روش کار این مطالعه گردشی به محیطی قلمداد می‌شود به این‌گونه که ابتدا برای شناسایی رودخانه‌های جوی از داده‌های یکپارچه‌شده شار قائم بخارآب استفاده گردید و معیارهایی برای تفکیک آن از شارش‌های روزانه تعیین شد. سپس صدک نودم بارش روزانه برای ایستگاه‌های همدید سراسر کشور به‌عنوان معیار بارش سنگین در نظر گرفته شد. تاریخ‌های مرتبط با بارش‌های سنگین به هنگام حضور رودخانه‌های جوی به دست آمد و الگوهای آن پس از تهیه ماتریسی ۱۱۹۰×۱۰۷ از ارتفاع ژئوپتانسیل ۱۰۰۰ هکتوپاسکالی به روش تحلیل عاملی و بررسی ارزش ویژه هر تاریخ استخراج شد. نتایج نشان داد ۳ عامل اول نزدیک به ۷۰ درصد پراش مجموع را تبیین می‌کنند. در یک جمع‌بندی کلی در تمام الگوها کم‌فشار سودان نقش غیرقابل‌انکاری در شکل‌گیری رودخانه‌های جوی و ایجاد بارش‌های سنگین داشته است. در الگوی ترکیبی کم‌فشار سودان و مدیترانه مناطق جنوب غرب و غرب کشور بیشترین اثرپذیری را داشته‌اند. الگوی ترکیبی کم‌فشار سودان و چرخند شرق اروپا بخش‌های گسترده‌تری از کشور را در برگرفته است. نفوذ این‌گونه سامانه‌ها بر روی کشور بیشتر از سایر الگوها بود. در الگوی ترکیبی کم‌فشار سودان و واچرخند مهاجر رودخانه‌ها و پهنه بارشی گسترش زیادی به عرض‌های شمالی کشور نداشتند. ازنظر ساختار شکل‌گیری، در تمام الگوها در ترازهای زیرین وردسپهر کم‌فشار سودان و پرفشار سیبری نقش اصلی در ایجاد شیو حرارتی و انتقال رطوبت به رودخانه‌های جوی داشتند و منابع رطوبتی در این لایه‌ها دریای عمان- عرب بودند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synoptic and thermodynamic patterns of atmospheric rivers associated to heavy precipitation in the cold period of Iran

نویسندگان [English]

  • Hassan Lashkari 1
  • Neda Esfandiari 2
1 Associate Prof. Department of Physical Geography, School of Earth Science, Shahid Beheshti University (SBU), Tehran, Iran
2 PhD Student of Synoptic Climatology, Department of Physical Geography, School of Earth Science, Shahid Beheshti University (SBU), Tehran, Iran.
چکیده [English]

The atmospheric river is an almost emerging phenomenon in the modern scientific literature of the world that has been studied due to its association with weather extreme events, especially heavy rainfall and floods.In this study, the integrated vertical vapor transport data were used to identify atmospheric rivers, and the criteria were determined for its separation from daily fluxes. The 90th percentile of daily precipitation was then considered as the criterion for heavy precipitation across the country. Dates associated with heavy precipitation in the presence of atmospheric rivers were obtained, and its patterns were extracted by factor analysis after preparation of a 107×1190 matrix from 1000 level Geopotential height. The results showed that the first three factors account for nearly about 70% of the total variance. Overall, Sudan's low-pressure system has an undeniable role in the formation of atmospheric rivers and heavy precipitation. In Sudan's low-pressure and the Mediterranean combination pattern, the most effect was on south-west and west of the country. Sudan's low-pressure and Eastern Europe cyclone combination patterns encompass the wider parts of the country. The influence of such systems on the country was more than other patterns. In the low-pressure combination pattern of Sudan and the migratory cyclone, the rivers and heavy precipitation zones did not much extend to the northern latitudes. In terms of formation, in all patterns, the Sudan low-pressure and the Siberian High Pressure were played a major role in the gradient generation and moisture transfer to the atmospheric rivers, in the low levels of the troposphere. The sources of moisture in these layers were the Oman-Arabian Sea.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Synoptic Pattern
  • Atmospheric rivers
  • Heavy precipitation
  • Iran
احمدی محمود؛ جعفری فرزانه (۱۳۹۷). مسیریابی کامل و تحلیل سینوپتیک یک نمونه مطالعاتی از سامانه‌های منجر به بارش‌های سنگین بیش از ۵۰ میلی‌متر در جنوب ایران، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، سال پنجم. شماره ۳. صص ۱۰۲-۸۳.
اکبری زینب؛ نصیری فرناز؛ سیاه منصور مجتبی (۱۳۹۳). تحلیل الگوهای سینوپتیکی و شاخص‌های ناپایداری منجر به وقوع بارش‌های نیمه سنگین و سنگین استان لرستان، اولین همایش علوم جغرافیایی ایران (۳۰ اردیبهشت)، تهران، موسسه جغرافیا.
امیدوار کمال؛ ترکی مسلم (۱۳۹۱). شناسایی الگوهای ریزش بارش‌های سنگین در استان چهارمحال و بختیاری. برنامه‌ریزی آمایش و فضا، شماره ۴. صص ۱۶۹-۱۳۵.
امیدوار کمال؛ شفیعی شهاب؛ سپندار نساء (۱۳۹۶). تحلیل سینوپتیک و ترمودینامیک بارش سنگین و سیلابی روزهای ۵ تا ۸ آبان ۱۳۹۴ در استان کرمانشاه، فصلنامه علمی پژوهشی اطلاعات جغرافیایی (سپهر)، شماره ۱۰۷. صص ۲۵۲- ۲۳۷.
دارند محمد (۱۳۹۴). تحلیل همدیدی بارش‌های سیل‌آسای کردستان. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، شماره ۳۷. صص ۷۰-۴۷.
راستگو زهرا؛ رنجبر سعادت آبادی عباس (۱۳۹۷). مطالعه بارش‌های شدید و حدی استان بوشهر ازدیدگاه همدیدی- دینامیکی، نشریه هواشناسی و علوم جو، شماره ۱. ۹۶-۷۷.
روشنی احمد؛ پرک فاطمه (۱۳۹۷). تحلیل واگرایی شار رطوبت از منابع رطوبتی اطراف ایران و اثرات آن بر توزیع فضایی نابرابر بارش در نیمه جنوبی کشور، نشریه هواشناسی و علوم جو، شماره ۱. صص ۳۸-۲۵.
علیجانی بهلول (۱۳۹۰). تحلیل فضایی دماها و بارش‌های بحرانی روزانه در ایران. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، شماره ۲۰. صص ۳۰-۹.
سلیمی سعدون؛ سلیقه محمد (۱۳۹۵). تأثیر رودخانه‌های اتمسفری (ARS) بر آب‌وهوای ایران. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، شماره ۴۸. صص ۲۶۴-۲۴۷.
شادمانی ناهید (۱۳۹۵). بررسی وجود و نقش رودخانه‌های جوی در ایجاد بارش‌های سیل‌آسا در غرب و جنوب کشور (مطالعه موردی: سیل‌های ۹ و ۲۱ آبان ۱۳۹۴). پایان‌نامه کارشناسی ارشد وزارت علوم تحقیقات و فناوری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه شهرکرد.
کریمی مصطفی؛ فرج زاده منوچهر (۱۳۹۰). شار رطوبت و الگوهای فضایی- زمانی منابع تأمین رطوبت بارش‌های ایران، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، شماره ۲۲. صص ۱۲۸-۱۰۹.
لشکری حسن؛ قائمی هوشنگ؛ حجتی زهرا؛ امینی میترا (۱۳۹۱). تحلیل سینوپتیکی بارش‌های شدید در استان اصفهان، پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، شماره ۴. صص ۱۱۶-۹۹.
لشکری حسن؛ متکان علی‌اکبر؛ آزادی مجید؛ محمدی زینب (۱۳۹۵). تحلیل همدیدی نقش پرفشار عربستان و رودباد جنب‌حاره‌ای در کوتاه‌ترین طول دوره بارشی جنوب و جنوب غرب ایران، فصلنامه علوم محیطی، شماره ۴. صص ۷۴-۵۹.
محمدی زینب؛ لشکری حسن (۱۳۹۷). نقش جابجایی مکانی پرفشار عربستان و رودباد جنب‌حاره‌ای در الگوهای همدیدی و ترمودینامیکی ترسالی‌های شدید جنوب و جنوب غرب ایران، پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، شماره ۳. صص ۵۰۹- ۴۹۱.
مزیدی احمد؛ کوشکی حسین؛ نصر آزادانی مهناز (۱۳۹۱). تحلیل سینوپتیکی بارش‌های بیش از ۳۰ میلی‌متر شهر خرم‌آباد از ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۵، اندیشه جغرافیایی، شماره ۱۱. صص ۱۲۰-۱۰۷.
مصطفایی حسن؛ علیجانی بهلول؛ سلیقه محمد (۱۳۹۴). تحلیل سینوپتیکی بارش‌های شدید و فراگیر در ایران، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، شماره ۴. صص ۷۶-۶۵.
Akbary, M., Salimi, S., Hosseini, SA., & Hosseini, M., (2019), Spatio-temporal changes of atmospheric rivers in the Middle East and North Africa region, Int J Climatol, Vol. 39, pp. 3976–3986. 
Bao, J. S., Michelson, A., Neiman, P., Ralph, F., & Wilczak, J., (2006), Interpretation of Enhanced Integrated Water Vapor Bands Associated with Extratropical Cyclones: Their Formation and Connection to Tropical Moisture, Monthly Weather Review, Vol. 134, pp. 1063–1080.
Blamey, RC., Ramos, AM, Trigo, RM., Tomé, R., Reason, CJC., (2018) The influence of atmospheric rivers over the South Atlantic on winter rainfall in South Africa, Journal of Hydrometeorology, Vol. 19. No. 1, pp. 127–142.
Dettinger, MD., Ralph, FM., Das, T., Neiman, PJ., Cayan, DR., (2011), Atmospheric Rivers, Floods and the Water Resources of California, Water, Vol. 3, No. 2, pp. 445–478. 
Dettinger, M., (2011), Climate change, atmospheric rivers, and floods in California - a multimodel analysis of storm frequency and magnitude changes, Journal of the American Water Resources Association, Vol. 47, No. 3, pp. 514–523. Dettinger, MD., (2013), Atmospheric Rivers as Drought Busters on the U.S. West Coast, Journal of Hydrometeorology, Vol. 14, No. 6, pp. 1721–1732.
Esfandiari, N., Lashkari, H., (2020), Identifying atmospheric river events and their paths into Iran, Theor Appl Climatol, [Online].
Espinoza, V., Waliser, DE., Guan, B., Lavers, DA., Ralph, FM., (2018), Global Analysis of Climate Change Projection Effects on Atmospheric Rivers, Geophysical Research Letters, Vol. 45, No. 9, pp. 4299–4308.
Eiras-Barca, J., Lorenzo, N., Taboada, J., (2018), On the relationship between atmospheric rivers, weather types and floods in Galicia (NW Spain), Nat Hazards Earth Syst Sci,Vol. 18, pp. 1633–1645.
Gimeno, L., Nieto, R., Vázquez, M., Lavers, DA., (2014) Atmospheric rivers: a mini-review, Frontiers in Earth Science, Vol. 2, (March), pp. 1–6.
Guan, B., Molotch, NP., Waliser, DE., Fetzer, EJ., Neiman, PJ., (2010), Extreme snowfall events linked to atmospheric rivers and surface air temperature via satellite measurements, Geophysical Research Letters, Vol. 37, No. 20, pp. 2–7.
Guan, B., Waliser, DE., (2015), Detection of atmospheric rivers: Evaluation and application of an algorithm for global studies, Journal of Geophysical Research, Vol.120, No. 24, pp. 12,514-12,535.
Groisman, PY., Knight, RW., Karl, TR., (2001) Heavy Precipitation and High Streamflow in the Contiguous United States: Trends in the Twentieth Century, Bulletin of the American Meteorological Society, Vol. 82, No. 2, pp. 219–246.
Haylock, MR., Cawley, GC., Harpham, C., Wilby, RL., Goodess, CM., (2006) Downscaling heavy precipitation over the United Kingdom: a comparison of dynamical and statistical methods and their future scenarios, International Journal of Climatology, Vol. 26, No. 10, pp. 1397–1415.  
Junker, NW., Grumm, RH., Hart, R., Bosart, LF., Bell, KM., Pereira, FJ., (2008) Use of normalized anomaly fields to anticipate extreme rainfall in the mountains of northern California, Weather and Forecasting, Vol. 23, No. 3, pp. 336–356.
Knippertz, P., Wernli, H., Gläser, G., (2013) A global climatology of tropical moisture exports, Journal of Climate, Vol. 26, No. 10, pp. 3031–3045.
Lavers, DA., Villarini, G., Allan, RP., Wood, EF., Wade, AJ., (2012) The detection of atmospheric rivers in atmospheric reanalyses and their links to British winter floods and the large-scale climatic circulation. Journal of Geophysical Research Atmospheres, Vol. 117, No. 20, pp. 1–13. 
Lavers, DA., Villarini, G., (2013), The nexus between atmospheric rivers and extreme precipitation across Europe, Geophysical Research Letters, Vol. 40. No. 12, pp. 3259–3264.
Lavers, DA., Villarini, G., (2015), The contribution of atmospheric rivers to precipitation in Europe and the United States, Journal of Hydrology, Vol. 522, No. 1, pp. 382–390.
Nayak, MA., Villarini, G., Lavers, DA., (2014) On the skill of numerical weather prediction models to forecast atmospheric rivers over the central United States, Geophysical Research Letters, Vol. 41, No. 12, pp. 4354–4362.
Neiman, PJ., Ralph, FM., Wick, GA., Lundquist, JD., Dettinger, MD., (2008) Meteorological Characteristics and Overland Precipitation Impacts of Atmospheric Rivers Affecting the West Coast of North America Based on Eight Years of SSM/I Satellite Observations, Journal of Hydrometeorology, Vol. , No. 1, pp. 22–47.
Paltan, H., Waliser, D., Lim, WH., Guan, B., Yamazaki, D., Pant, R., Dadson, S., (2017), Global Floods and Water Availability Driven by Atmospheric Rivers, Geophysical Research Letters, Vol. 44, No. 20, pp. 10,387-10,395. 
Ralph, FM., Neiman, PJ., Wick, GA., (2004), Satellite and CALJET Aircraft Observations of Atmospheric Rivers over the Eastern North Pacific Ocean during the Winter of 1997/98, Monthly Weather Review, Vol. 132, No. 7, pp. 1721–1745.
Ralph, FM., Dettinger, MD., Cairns, MM., (2018), Defining “atmospheric river”: How the Glossary of Meteorology helped resolve a debate, Bull Am Meteorol Soc, Vol. 99, pp. 837–839.
Ramos, AM., Trigo, RM., Liberato, MLR., Tomé, R., (2015), Daily Precipitation Extreme Events in the Iberian Peninsula and Its Association with Atmospheric Rivers, Journal of Hydrometeorology, Vol. 16, No. 2, pp. 579–597. 
Ryoo, J.M., Waliser, DE., Fetzer, EJ., (2011), Trajectory analysis on the origin of air mass and moisture associated with Atmospheric Rivers over the west coast of the United States, Atmos Chem Phys Discuss, Vol. 11, pp.11109–11142. 
Vitart, F., Waliser, DE., DeFlorio, MJ., Ralph, FM., Guan, B., Lavers, DA., (2018), Global Assessment of Atmospheric River Prediction Skill, Journal of Hydrometeorology, Vol. 19, No. 2, pp. 409–426.
 Waliser, D., Guan, B., (2017), Extreme winds and precipitation during landfall of atmospheric rivers, Nature Geoscience, Vol. 10, No. 3, pp. 179–183.
Zhu, Y., Newell RE., (1998), A Proposed Algorithm for Moisture Fluxes from Atmospheric Rivers, Monthly Weather Review, Vol. 126, No. 3, pp. 725–735