بررسی عملکرد داده‌‌های باز تحلیل شبکه‌‌ای (GFS) برای شناسایی توفان‌‌های تندری عصرگاهی در ایران

نصراصفهانی, محمدعلی; قاسمی, احمدرضا

doi:10.22111/jneh.2023.42534.1906

بررسی عملکرد داده‌‌های باز تحلیل شبکه‌‌ای (GFS) برای شناسایی توفان‌‌های تندری عصرگاهی در ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار، گروه مهندسی آب، دانشگاه شهرکرد

² دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشگاه شهرکرد

10.22111/jneh.2023.42534.1906

چکیده

این پژوهش با هدف بررسی ویژگی‌‌های کلی توفان‌‌های تندری عصرگاهی در کشور براساس تعداد رخداد و همچنین بررسی توانایی داده-های بازتحلیل شبکه‌‌ای GFS در شناسایی توزیع مکانی آن‌‌ها انجام شده است. به این منظور در یک دوره 9 ساله (2015-2008) گزارش-های رعدوبرق ثبت شده در 361 ایستگاه همدیدی کشور در ماه‌‌های آوریل (فروردین) و می (اردیبهشت)، به عنوان ماه‌‌هایی که بیشترین توفان تندری در ‌‌آن‌‌ها رخ داده است، مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا روزها از نظر تعداد توفان‌‌های تندری به چهار چارک تقسیم شدند. در گام بعدی ده شاخص نشانگر ناپایداری جوی از داده‌‌های بازتحلیل ساعت 12 گرینویچ استخراج و یا محاسبه شدند. در نهایت نقشه پهنه-بندی میانگین این شاخص‌‌ها در هر چارک و انطباق نقطه‌‌ای در ایستگاه‌‌هایی که دارای رعدوبرق ثبت شده بوده‌‌اند، مورد بررسی دقیق‌‌تر قرار گرفت. نتایج نشان داد که بهترین عملکرد را شاخص CIN یا شاخص سرکوب همرفت داشته است. میزان دقت این شاخص در پیش-بینی ناپایداری‌‌ها حدود 90 درصد برآورد گردید. شاخص KI در ناپایداری‌‌های ضعیف عملکرد متوسطی داشته ولی با تشدید ناپایداری و سامان‌‌مندشدن آن در چارک چهارم عملکرد آن بهبود قابل ملاحظه‌‌ای پیدا کرده است. دو شاخص TT و 4LFTX نیز عملکرد مشابه به هم داشته و ناپایداری‌‌های شدید را در غرب کشور به خوبی آشکار کرده‌‌اند. سایر شاخص‌‌ها عملکرد مناسبی نداشته و نیاز است که مقادیر آستانه آن با توجه به وضعیت اقلیمی کشور بازتعریف شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مخاطرات محیط طبیعی

عنوان مقاله [English]

The Investigation of the Performance of Reanalyzed Global Forecast System (GFS( Data for Identifying evening thunderstorms in Iran

نویسندگان [English]

Mohammadali Nasr Isfahani ¹
Ahmad reza Ghasemi ²

¹ Assistant Professor, Department of Water Engineering, Shahrekord University, Iran

² Associate Professor, Department of Water Engineering, Shahrekord University, Iran

چکیده [English]

Thunderstorms, also known as electrical storms or lightning storms, are one of the most damaging weather hazards and often damaging to the environment, crops, cities, and property. Therefore, forecasting them is very important for decreasing the possible damages. To forecast these phenomena, investigating the thermodynamic structure of the atmosphere and analyzing instability indices is necessary. The purpose of this study is to investigate the general characteristics of thunderstorms and the ability of GFS reanalysis data in identifying the spatial distribution of thunderstorms in Iran. For this aim in addition to GFS data, 8-year thunderstorm reports (2008 to 2015) in 361 weather stations in Iran from April to May were also used. At first, based on the thunderstorm frequency, each data series was divided into 4 quarters. Then, 10 atmospheric instability indices were calculated for daily GFS data and the results were analyzed. The results showed that the CIN index has the best performance. However, this index showed more error in Quarter-4 which had strong instability. The KI index showed moderate performance in forecasting weak instabilities but showed better results as instability increased in the fourth quarter. Both TT and 4LFTX indices had the same results and showed strong instabilities in the western parts of the country. Investigation of the average ability of the indices, induced that the four indices, including CIN, TT, 4LFTX, and KI had good performance in detecting instability. This performance varies from 90% in the CIN index to 60% in the KI index. The other investigated indices did not have an acceptable performance. It is recommended to redefine the threshold values of the instability indices according to the climate type in the studied stations.

کلیدواژه‌ها [English]

Iran
Reanalysis
GFS
Thunderstorm
Instability indices

مراجع

برنا، رضا؛ فاخر نسب، احمد. (1391). بررسی شاخصهای ناپایداری LCL، LI و KI در وقوع توفانهای تندری در ایستگاه دزفول. اولین همایش ملی جغرافیا، مخاطرات محیطی و توسعه پایدار، دانشگاه آزاد اسلامی اهواز، 42-33. https://jm.um.ac.ir/article_29948.html

تاج بخش، سحر؛ غفاریان، پروین؛ میرزایی، ابراهیم. (1388). روشی برای پیش بینی رخداد توفانهای تندری با طرح دو بررسی موردی. مجله فیزیک زمین و فضا، 35(4)، 166- 147.

حسینی، سید اسعد؛ کربلایی، علیرضا (1400). واکاوی همدیدی و ترمودینامیکی وقوع طوفان‌های تندری در فلات ایران. نشریه جغرافیا و مخاطرات محیطی، 10(39)، 59-81.

خوش اخلاق، فرامرز؛ ماهوتچی، محمدحسن (1398). واکاوی همدیدی بارش‌های تندری مخرب مشهد. علوم و تکنولوژی محیط زیست، 21(91)، 235-249.

رسولی، علی اکبر؛ خدیجه، جوان (1391). تحلیـل رونـد وقوع توفانهای رعدوبرقی در نیمۀ غربی ایران با کاربرد آزمونهـای ناپـارامتری. فضـای جغرافیـایی، 12(38)، 111-1269.

زاهدی، مجید؛ چوبدار، اصغر. (1386). مقایسه شاخص های ناپایداری جوی حوضه آبریز آجی چای با استانداردهای ناپایداری جوی و تعیین الگو برای حوضه. جغرافیا و توسعه ناحیه ای، 5(9)، 44-23.

صادقی حسینی، علیرضا؛ رضائیان، مهتاب. (1385). بررسی تعدادی از شاخص های ناپایداری و پتانسیل بارور سازی ابرهای همرفتی منطقه اصفهان. مجله فیزیک زمین و فضا. 32(2)، 98- 83 .

صالحی، حسن؛ ثنایی نژاد، سید حسین؛ موسوی بایگی، محمد. (1393). بررسی شاخصهای ناپایداری هنگام وقوع پدیدههای آب و هوایی مخرب در مشهد. جغرافیا و مخاطرات محیطی، 9(3)،123 113.

عزیزی، قاسم؛ گرامی، محمد صالح؛ شریفی، لیلا (1396). تحلیل فضایی طوفان های تندری در گستره کشور ایران. تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 17(47)، 243-259.

عسگری، احمد؛ محبی، فرشته. (1389). مطالعه آماری، همدیدی توفان های تندری در استان خوزستان. چهارمین کنفرانس منطقهای تغییر اقلیم، 119 – 111.

علیزاده، امین؛ کمالی، غلامعلی؛ موسوی، فرهاد؛ موسوی بایگی، محمد (1391). هوا و اقلیم شناسی. انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، چاپ پانزدهم. 392 صفحه.

فلک، عسل؛ برنا، رضا؛ اسدیان، فریده (1399). تحلیل زمانی و مکانی توفان های تندری جنوب غربی ایران. جغرافیایی سرزمین، 17(67) 90-103.

کاویانی، محمدرضا، علیجانی، بهلول (1391). مبانی آب و هواشناسی. انتشارات سمت، چاپ دوم. 592 صفحه.

مجرد، فیروز؛ کوشکی، سمیرا؛ معصوم پور، جعفر؛ میری، مرتضی. (1396). تحلیل شاخص های ناپایداری توفان های تندری در ایران با استفاده از داده های بازتحلیل. نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 4(4)، 33-48.

موسوی بایگی، محمد؛ اشرف، بتول. (1389). بررسی و مطالعه نمایه قائم هوای منجر به بارندگیهای مخرب تابستانه: مطالعه موردی، مشهد. نشریه آب و خاک، 24(3)، 1048 - 1036.

میرموسوی، سید علی؛ اکبرزاده، یونس. (1388). مطالعه شاخصهای ناپایداری در تشکیل تگرگ در ایستگاه هواشناسی تبریز، مجله فضای جغرافیایی. 25(9)، 108-95.

Barnes, G. M. (2010). Meteorological hazards in the Tropics, Severe convective storms and flash floods, Chapter in Tropical Meteorology, Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS) (www.eolss.net): sponsored by the UNESCO, 109 pp.

Florin Necula, M. (2010). Recent Changes in Thunderstorm Activity in Vaslui, Present Environment and Sustainable Development. 4, 407-414. http://pesd.ro/articole/nr.4/Necula%202.pdf

Galanaki, E., Lagouvardos, K., Kotroni, V., Flaounas, E., Argiriou, A. (2018). Thunderstorm climatology in the Mediterranean using cloud-to-ground lightning observations. Atmospheric Research, 207, 136–144. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169809517309948

Galway, J.G. (1956). The lifted index is a predictor of latent instability. Bulletin of the American Meteorological Society, 37, 528–529. https://journals.ametsoc.org/view/journals/bams/37/10/1520-0477-37_10_528.xml

Gottlieb, R. (2009). Analysis of stability indices for severe thunderstorms in the Northeastern United States. Cornell University, Ithaca, New York. 23pp.

Kalashinkov, D., Loikith, P., Catalano, A., Waliser, D. Lee, H. Abatzoglou J. (2020). A 30-year climatology of meteorological conditions associated with lightning days in the interior western United States. Journal of Climate, 33(9), 3771-3785. DOI:10.1175/JCLI-D-19-0564.1.

Miller, R. C. (1972). Notes on analysis and severe storm forecasting procedures of the Air Force Global Weather Central. Tech, Rep, 200 (Rev), AWS, USAF.

Nisi, L., Ambrosetti, P., Clementi, L., (2012). Combining satellite, radar, and NWP data for severe convection nowcasting over the Alpine area, The Seventh European Conference on Radar in Meteorology and Hydrology, France.

Stull, R. (2015). Practical Meteorology: An Algebra-based Survey of Atmospheric Science, The University of British Columbia, Vancouver, Canada, 880 pp.

Taszarek, M., Allen, J., Groenemeijer, Edwards, R., Brooks, H., Chmielewski, V. Enno, S. (2020a). Severe convective storms across Europe and the United States. Part 1: Climatology of lightning, large hail, 3 severe winds, and tornadoes. Journal of Climate, 33(23), 10239-10261. DOI:10.1175/JCLI-D-20-0345.1.

Taszarek, M., Allen, J., Púčik, T., Hoogewind, K. Brooks, H. (2020b). Severe convective storms across Europe and the United States. Part 2: ERA5 environments associated with lightning, large hail, severe wind, and tornadoes. Journal of Climate, 33(23), 10263-10286. DOI: 10.1175/JCLI-D-20-0346.1.

Tsenova, B., Bogatchev, A. (2020). On the use of atmospheric instability indices based on NWP model production for thunderstorm forecast. Bulgarian Journal of Meteorology and Hydrology. 24, 1-23. http://meteorology.meteo.bg/global-change/files/2020/BJMH_2020_V24_N2/BJMH_24_2_2.pdf.