تعیین پتانسیل تولید گرد و غبار در کانون‌‌های داخلی استان خوزستان با استفاده از مدل عددی WRF و مدل جفت شده WRF-Chem

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار بخش تحقیقات بیابان، موسسه تحقیقات جنگلها و مراتع، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

2 استاد پژوهش، موسسه تحقیقات جنگلهاومراتع کشور، سازمان تحقیقات،آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

3 کارشناس ارشد هواشناسی اداره کل هواشناسی استان البرز، کرج، ایران

4 دانش آموخته کارشناسی ارشد هواشناسی دانشگاه آزاد تهران شمال، تهران، ایران

چکیده

هدف از این مطالعه تعیین حداکثر توان تولید گرد و غبار 4 کانون در تولید گرد و غبارهای بیشینه استان خوزستان است. با توجه به اطلاعات میدانی بافت خاک و کاربری اراضی، از مدل شیمیایی WRF-CHEM برای شبیه‌سازی وقوع طوفان‌‌های گرد و غباری شدید استفاده شد. به منظور شبیه‌‌سازی وقوع طوفان گرد و غبار و برآورد حداکثر توان تولید گرد و غبار در اوج فعالیت سامانه گرد و غباری چهار مرکز فرضی داخلی در استان خوزستان انتخاب شد. علاوه‌‌بر داده‌‌های غلظت گرد و غبار سازمان محیط زیست، در راستی آزمایی رویداد و انتخاب سامانه از داده‌‌های سازمان هواشناسی؛ سمت و سرعت باد و میدان دید افقی استفاده شد. ابتدا شبیه‌‌سازی در حالت واقعی و با فیزیک کامل مدل انجام شد و در مرحله بعد میزان تولید غبار و نقش هر کانون با فرض مرطوب‌سازی‌‌شدن لایه سطحی خاک و زمین بررسی شد. از بین 94 سامانه گرد و غبار با تعریف حداکثر شرایط رویداد، 39 سامانه اصلی انتخاب شد. نتایج نشان داد که هر یک از کانون‌‌ها به طور متوسط و مستقل در طوفان‌‌های رخ داده طی دو دهه (2003-2018) باعث افزایش گرد و غبار و تغذیه سامانه‌‌های مهاجر به منطقه شده‌‌اند. بیشینه سهم هرکانون به تفکیک و همزمان باهم در اوج فعالیت سامانه‌‌های گرد و غباری مشخص شد. نتایج نشان داد در اوج فعالیت سامانه‌‌های گرد و غباری بیشینه توان تولید منبع 1 (هورالعظیم و خرمشهر شمالی) به طور میانگین 14/65 درصد، منبع 2 (کانون ماهشیر، امیدیه و هندیجان) 91/59 درصد، منبع 3 (شهرستان اهواز شرقی) 27/52 درصد و منبع 4 (جنوب شرق اهواز) 74/55 درصد بوده است. سهم کل میانگین تولید گرد و غبار در چهار کانون استان 62.94 درصد بوده که در صورت کسر آن از  میزان گرد و غبار تولیدی در منطقه جنوب خوزستان که 83.30 درصد کل گرد و غبار خوزستان در زمان وقوع سامانه‌‌های مختلف است ، 36/20 درصد باقی مانده که این مقدار سهم منابع ناشناخته مانند منابع ثانویه است که پتانسیل تولید گرد و غبار را دارند یا گرد و غبار ایجاد شده از آنها حاصل تخلیه منابع عمده و بزرگتر است. آگاهی از سهم هر یک از کانون‌‌های متعدد گرد و غبار در دشت خوزستان می‌‌تواند به تصمیم‌‌گیران برنامه‌‌های عملیاتی برای کنترل کانون‌‌های ریزگرد داخلی کمک کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Determining the potential of dust production in the inner centers of Khuzestan province using the WRF numerical model and the WRF-Chem coupled model

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Dargahian 1
  • Adel Jalili 2
  • Alireza Balalan Fard 3
  • Tahereh Aghazadeh 4
1 Associate Professor, of Research institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran
2 Prof., Research Institute of Forest and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extention Organization (AREEO), Tehran, Iran
3 Senior expert in meteorology of Alborz Province Meteorological Department, Karaj, Iran
4 Graduated with a master's degree in meteorology from the University of Science and Research, Karaj, Iran
چکیده [English]

The purpose of this study is to determine the contribution of the maximum dust production capacity of 4 centers in the maximum dust production of Khuzestan province. According to the field information on soil texture and land use, the WRF-CHEM chemical model was used to simulate the occurrence of severe dust storms. To simulate the occurrence of a dust storm and estimate the maximum power of dust production at the peak of the activity of the dust system of four hypothetical centers in Khuzestan province, in addition to the dust concentration data of the environmental organization, in the verification of the event and the selection of the system from the data meteorological organization; Wind direction and speed and horizontal field of view were used. First, the simulation was done in real mode with full physics of the model, and in the next step, the amount of dust production and the role of each dust center in the centers were checked with the assumption of moistening of the surface layer of soil and ground. Among the 94 dust systems by defining the maximum event conditions, 39 main systems were selected. The results showed that each of the foci, on average and independently, caused an increase in dust and feeding systems that migrated to the region during the storms that occurred over two decades (2003-2018). The maximum contribution of each center was determined separately and simultaneously at the peak of the activity of the dusting systems. The results showed that at the peak of the activity of the dust collection systems, the maximum production capacity of source 1 (Horal Azim and North Khorramshahr) is 65.14% on average, source 2 (Mahshahr Center, Omidieh and Hindijan) is 59.91%, source 3 (East Ahvaz city) was 52.27% and source 4 (southeast of Ahvaz) was 55.74%. The total share of the average dust production in the four centers of the province is 62.94%, which if it is deducted from the amount of dust produced in the southern region of Khuzestan, which is 83.30% of the total dust in Khuzestan during the occurrence of different systems. , the remaining 20.36 percent, which is the share of unknown sources such as secondary sources that have the potential to produce dust or the dust created from them is the result of the discharge of major and larger sources. Knowledge of the contribution of each of the numerous dust centers in the Khuzestan Plain can help the decision-makers of operational plans to control internal fine dust centers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • dust concentration
  • horizontal field of view
  • numerical modeling
  • Dynamic downscaling
  • dust generation potential

مراجع

آزادی, مجید؛ محمدی, سیده عاطفه. (1398). پیش بینی احتمالاتی دمای کمینه و بیشینه روزانه روی ایران با استفاده از سامانه همادی دو عضوی. نیوار،43(106-107)، 54-62.
اسعدی اسکوئی, ابراهیم, ؛ محمدپورپنچاه, محمدرضا؛ گودرزی, لیلا؛ شکوهی, مجتبی. (1400). ارزﻳﺎﺑﻲ عملکرد مدل WRF در پیش‌بینی تبخیر و تعرق گیاه برنج براساس داده‌های لایسیمتری در جلگه مرکزی گیلان. حفاظت منابع آب و خاک، 11(2)، 1-11.
اسماعیل‌پور, رضا؛ ملکوتی, حسین؛ عراقی‌زاده, محسن. (1393). ارزیابی انرژی باد بوسیله مدلWRF؛ مطالعه موردی برای استان کرمان. نیوار، 38(85-84)، 69-81.
اصغری, محمد؛ مشکوتی, امیرحسین؛ رنجبر, عباس؛ مرادی, محمد. (1399). مطالعه و ارزیابی طرحواره‌های گسیل گرد و خاک در مدل WRF-Chem توفان شرق و جنوب‌شرق کشور (مطالعه موردی 11 تا 13 آگوست 2018). پژوهش های اقلیم شناسی، (43)، 87-98.
اکبری, زینب؛ مسعودی, حسین؛ مرادپور, بهروز؛ داودی, روح اله. (1400). ارزیابی پس پردازش بارش در مدل پیش‌بینی عددی WRF در محدوده استان لرستان طی ماه‌های مارس و آوریل 2019. نیوار، 45(112-113)، 151-162.
انصاری, محمد رضا؛ نوروزی, آذین. (1400). بررسی تغییرات دمای سطح زمین با کاربری اراضی در کانون گرد و غبار جنوب شرق اهواز با استفاده از تصاویر ماهواره لندست 8. تحقیقات آب و خاک ایران، 52(7)، 1825-1840.
ایران منش, فاضل. (1400). نقش انسان بر مورفولوژی رودخانه‌ای هولوسن بالایی و شکل‌گیری کانون‌های گرد و غبار در جنوب‌غرب استان خوزستان. مجله آمایش جغرافیایی فضا، 11(40)، 71-82.
پهلوان, راضیه؛ مرادی, محمد؛ تاجبخش, سحر؛ آزادی, مجید؛ رهنما, مهدی. (1400). حساسیت‌سنجی شبیه‌سازی عددی دو رخداد مه در فرودگاه اردبیل به طرحواره لایه مرزی سیاره‌ای با استفاده از مدل WRF. نیوار، 45(114-115)، 70-83.
جلالی, مجتبی؛ تقوی, فرحناز. (1398). بکارگیری الگوریتم ژنتیک جهت پس پردازش پارامتر آب قابل بارش پیش بینی مدل عددی WRF با استفاده از داده های ماهواره زمین ایستای METEOSAT8 در نواحی فاقد ایستگاه جو بالای ایران. نیوار، 43(104-105)، 41-44.
جویباری, سیده اکرم؛ رضائی, پیمان؛ سلیمانی, فریدون؛ داوودی, حمید. (1398). ریزگرد و کانون های آن: مبانی و روش های شناسایی و تثبیت این کانون ها با نگرش ویژه به دشت خوزستان. دوفصلنامه رسوب شناسی کاربردی، 7(14)، 129-142.
حیدریان, پیمان؛ اژدری, علی؛ جودکی, محمد؛ درویشی خاتونی, جواد؛ شهبازی, رضا. (1396). شناسایی منشأهای داخلی توفان های گرد و غبار با استفاده از سنجش از دور، GIS  و زمین‌شناسی (مطالعه موردی: استان خوزستان). فصلنامه علمی علوم زمین، 27(105)، 33-46.
خان­سالاری, سکینه؛ آزادی, مجید. (1400). بررسی تاثیر تفکیک افقی و قائم مدل WRF بر پیش‌بینی بارش : چند مطالعه موردی. نیوار، 45(114-115)، 27-40.
خورشیددوست، علی محمد؛ اسدی, مهدی؛ حاجی محمدی, حسن. (1399). شبیه‌سازی توفان تندری با استفاده از مدل WRF در استان کرمانشاه مطالعه موردی: 31 مارس 2014. پژوهش های اقلیم شناسی، (43)، 73-86.
حمیدیان پور, محسن؛ مفیدی, عباس؛ سلیقه, محمد. (1395). تحلیل ماهیت و ساختار باد سیستان. مجله ژئوفیزیک ایران. 10(2)، 83-109.
حمیدیان پور, محسن؛ شجاع کلاته میرعلی، فائزه.(1401). مقدمه ای بر روش­ها و شگردهای مدل­سازی اقلیم و تغییر اقلیم. انتشارات دانشگاه سیستان و بلوچستان،  چاپ اول، 388 صفحه.
درگاهیان, فاطمه؛ تیموری, سارا؛ لطفی نسب اصل, سکینه؛ رضوی زاده, سمانه. (1398). بررسی تغییر کاربری زمین در هور منصوریه و ارتباط آن با رخ‌دادهای خشک‌سالی و گرد و غبار در کلان‌شهر اهواز. پژوهش های آبخیزداری، 32(4)، 94-104.
درگاهیان، فاطمه؛ خسروشاهی، محمد؛ لطفی نسب اصل، سکینه.(1400). خطرات احتمالی خشکیدگی تالاب شادگان و شناسایی مناطق تحت تاثیر ناشی از گرد و غبار آن. تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، ۸ (۲) :۱-۱۴.
دانیالی, محمد؛ محمدنژاد, بایرامعلی؛ کریمی, نعمت الله. (1397). تحلیل مکانی گرد و غبار استان خوزستان به کمک تصاویر ماهواره‌ای. سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی. 9(1) 58-73.
ذاکری, زینب؛ آزادی, مجید؛ صحرائیان, فاطمه. (1393). راستی آزمایی برونداد مدل WRF برای بارندگی بر روی کشور ایران در دوره فوریه تا انتهای می سال 2009. نیوار, 38(87-86), 3-10.
ساسانیان, سوزان؛ آزادی, مجید؛ عسگری شیرازی, حسن؛ میرزائی, ابراهیم. (1394). ارزیابی عملکرد مدلWRFبا نُه پیکربندی فیزیکی مختلف برای پیش‌بینی بارش زمستانه جنوب‌غرب ایران. نیوار.39(90-91)، 15-26.
سلیمانی ساردو, فرشاد؛ مصباح زاده, طیبه؛ سلاجقه, علی؛ زهتابیان, غلامرضا؛ رنجبر, عباس؛ مارسلو میگیلتا, ماریو؛ کرمی, سارا. (1379). شناسایی کانون‌های گرد و غبار با استفاده از مدل WRF - Chem و طرح‌واره‌های فرسایش بادی GOCART و AFWA (طوفان شبیه سازی شده 2 خرداد 1397. فصلنامه علوم محیطی، 19(2)، 91-110.
سلیمانی ساردو, فرشاد؛ کرمی, سارا؛ وکیلی تجره, فرزانه. (1400). شبیه سازی و تحلیل عددی طوفان گرد و غبار 10 جولای 2014 با مدل های جهانی در ایران مرکزی. پژوهش های آبخیزداری، 34(4)، 2-15.
عزیزی, قاسم؛ میری, مرتضی؛ نبوی, سید امید. (1391). ردیابی پدیده گرد و غبار در نیمه غربی ایران. مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، 3(7)، 63-81.
فتحی, مائده؛ آزادی, مجید؛ کمالی، غلامعلی؛ مشکاتی, امیرحسن. (1398). استفاده از سامانه همادی با چند مدل برای پیش‌بینی بارش روی ایران. نیوار، 43(106-107)، 63-68.
مبارک حسن, الهام؛ غفاریان, پروین؛ ورشوساز, کتایون؛ آزادی, مجید. (1393). شبیه سازی گرد و غبار در استان خوزستان با استفاده از مدل WRF/Chem  (مطالعه موردی: 26 تا 28 مارس 2010). نیوار. 38(84-85)، 45-56.
مزیدی، احمد؛ جعفری زوج، سیده فاطمه؛ حیدری، سمیه. (2015). شبیه سازی طوفان گرد و غبار 7 بهمن 1387 در مدل WRF استان فارس. مجله اقلیم شناسی کاربردی، 2(2)، 49-68.
ملکوتی, حسین؛ علی محمدی, مهریار. (1393). مطالعه حساسیت شدت و مسیر طوفان حاره‌ای گونو به پارامترسازی های شارهای سطحی مدل Advanced Hurricane WRF. جغرافیا و مخاطرات محیطی، 3(1)، 97-112.
میری, مرتضی؛ پیله وران, راضیه؛ لشنی زند, مهران؛ نوروزی, علی اکبر. (1400). آشکارسازی ماهیت هواویزهای جوی با استفاده از مدل WRF-Chem و داده‌های سنجش از دور(مطالعه موردی: غرب و جنوب غرب ایران). حفاظت منابع آب و خاک. 10(4)، 81-94.
نصراصفهانی, مهرداد؛ یزدان پناه, حجت‏ الله؛ نصراصفهانی, محمدعلی. (1398). ارزیابی مدل WRF برای پیش‏ بینی دما و رخداد سرمازدگی در حوضۀ آبریز زاینده‏ رود. پژوهش های جغرافیای طبیعی.51(1)، 163-182.
نیک فال, امیرحسین؛ کرمی, سارا؛ رنجبر سعادت آبادی, عباس؛ صحت کاشانی, ساویز. (1396). قابلیت های مدل عددی Chem-WRF در برآورد غلظت گرد و خاک (مطالعه موردی طوفان گرد و خاک تهران). فصلنامه علوم محیطی، 15(1)، 115-126.
نوروزی، آذین؛ انصاری محمدرضا. (1400). ارزیابی کارایی مدل سلول‌های خودکار- مارکوف در پیش‌بینی تغییرات مکانی-زمانی کاربری اراضی در کانون ریزگرد جنوب و جنوب شرق اهواز. علوم آب و خاک.25(3)، 79-94.
Alizadeh Choobari, O., Zawar-Reza, P., and Sturman, A., 2014, Mesoscale modeling of the “wind of 120 days” and associated mineral dust distribution over eastern Iran using WRF/Chem: Atmos. Res., 143, 328–341.
Alizadeh-Choobari, O., Sturman, A., &Zawar-Reza, P. (2015). Global distribution of mineral dust and its impact on radiative fluxes as simulated by WRF-Chem. Meteorology and Atmospheric Physics, 127(6), 635–648.
Bian, H., Tie, X., Cao, J., Ying, Z., Han, S. and Xue, Y. (2011). Analysis of a Severe Dust Storm Event over China: Application of the WRF_Dust, Aerosol Air Quality Research, Vol. 11, 419–428.
Han, T., Pan, X., & Wang, X. (2021). Evaluating and improving the sand storm numerical simulation performance in Northwestern China using WRF-Chem and remote sensing soil moisture data. Atmospheric Research, 251, 105411.
‏Hamzeh, N. H., Karami, S., Kaskaoutis, D. G., Tegen, I., Moradi, M., & Opp, C. (2021). Atmospheric dynamics and numerical simulations of six frontal dust storms in the Middle East region. Atmosphere, 12(1), 125.
Hossein Hamzeh N, Fattahi E, Zoljodi M, Ghaforian P, Ranjbar A. Synoptic-dynamic analysis of dust storm and its simulation in the southwest of Iran in summer 2005. jsaeh. 2016; 3 (1):91-102.
Karegar M E, Bodagh Jamali J, Ranjbar Saadat Abadi A, Moeenoddini M, Goshtasb H. Simulation and Numerical Analysis of severe dust storms Iran East. jsaeh. 2017; 3 (4):101-119.
Ledari, D. G., Hamidi, M., & Shao, Y. (2022). Numerical simulation of the 18 February 2017 frontal dust storm over southwest Iran using WRF-Chem, satellite imagery, and PM10 concentrations. Journal of Arid Environments, 196, 104637.
Mesbahzadeh, T., Salajeghe, A., Sardoo, F. S., Zehtabian, G., Ranjbar, A., Marcello Miglietta, M., & Krakauer, N. Y. (2020). Spatial-temporal variation characteristics of vertical dust flux simulated by WRF-chem model with GOCART and AFWA dust emission schemes (case study: central plateau of Iran). Applied Sciences, 10(13), 4536.
Parajuli, S. P., Stenchikov, G. L., Ukhov, A., & Kim, H. (2019). Dust emission modeling using a new high‐resolution dust source function in WRF‐Chem with implications for air quality. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 124(17-18), 10109-10133.
Saroei, J., Mobarak Hassan, E., Mohammadi, N. (2020). The Effect of the Zagros Mountain Range on Transporting Iraqi Dust to Western Iran using the WRF/Chem Model (Case Study). Journal of Geography and Environmental Hazards, 8(4), 119-134.
Shukla, K. K., Attada, R., Khan, A. W., & Kumar, P. (2022). Evaluation of extreme dust storm over the northwest Indo-Gangetic plain using WRF-Chem model. Natural Hazards, 110(3), 1887-1910.‏
Singh, C., Singh, S. K., Chauhan, P., & Budakoti, S. (2021). Simulation of an extreme dust episode using WRF-CHEM based on optimal ensemble approach. Atmospheric Research, 249, 105296.
Wang, J., Su, S., Yin, Z., Sun, C., Xie, X., Wang, T., & Yang, Y. (2022). Quantitatively Assessing the Contributions of Dust Aerosols to Direct Radiative Forcing Based on Remote Sensing and Numerical Simulation. Remote Sensing, 14(3), 660.‏
Zhao, J., Ma, X., Wu, S., & Sha, T. (2020). Dust emission and transport in Northwest China: WRF-Chem simulation and comparisons with multi-sensor observations. Atmospheric Research, 241, 104978.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 11 بهمن 1402
  • تاریخ بازنگری: 27 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش: 19 خرداد 1403
  • تاریخ اولین انتشار: 19 خرداد 1403
  • تاریخ انتشار: 01 دی 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار