طبقه‌بندی همدید الگوهای گردشی موثر بر آب و هوای ایران در تراز دریا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار اقلیم شناسی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری اقلیم شناسی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

  در این پژوهش با بکار گیری رویکرد گردشی به محیطی مهم ترین سامانه‌های تاثیر گذار تراز دریا، بر روی اقلیم ایران بررسی گردید. برای شناسایی الگوهای جوی داده‌های میانگین روزانه فشار تراز دریا از سری داده‌های باز کاوی شده مرکز پیش بینی‌های محیطی ایالات متحده از تاریخ 1364 تا 1388 برداشت گردید. سپس با انجام تحلیل طیفی بر روی داده‌ها بسامدهای کمتر از 10 روز از پایگاه داده ای فیلتر شدند و با بکارگیری تکنیک تحلیل مولفه مبنا و تحلیل خوشه ای الگوهای جوی طبقه بندی شدند. برای شناسایی تاثیر هر یک از خوشه‌ها بر روی آب و هوای ایران داده‌های دما و بارش از تاریخ مورد نظر با روش زمین آماری، با شبکه (7/18*7/18) کیلومتر میانیابی شده، سپس میانگین عناصر مورد نظر برای کل ایران به صورت روزانه محاسبه گردید و در هریک از خوشه‌ها بطور جداگانه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مهم ترین الگوهای تراز دریا تاثیر گذار بر روی ایران شامل الگوهای سرد بارشی، سرد کم بارش، معتدل کم بارش، بسیار سرد پربارش، و گرم بسیار کم بارش می باشند. همچنین زمانی که دو هسته پرفشار قوی در شرق و غرب ایران واقع گردند باعث رخداد بارش‌های سنگینی در ایران خواهند شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synoptic Classification of Effective Circulation Patterns on the Climate of Iran in Sea Level

نویسندگان [English]

  • Gh. Azizi 1
  • T. Alizadeh 2
1 Associated Professor of Climatology, Tehran University, Tehran, Iran
2 PhD Student of Climatology, Tehran University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Extended Abstract
1- Introduction

Classifications are an important tool in both general and applied climatology. The derivation and application of classifications have considerably increased in the climate research during the last decades, but already in earlier times of scientific evolution, we can find prominent and long-lived examples like the well-known global climate classification.This classification was based on threshold climatically regarding temperature and precipitation. Unlike the threshold classification for applying classification  by multivariate analysis the condition of classification should be done without considering objective threshold and base on the self-definitions. In This paper have been classified the sea level pressure and for achieving the most important circulation pattern on the sea level pressure on the climate of Iran. In Iran amply has studied about effective circulation pattern over Iran climatology.
 
2- Material and methods:
In this paper using circulation under environment approach, the most important of patterns which play key role over climate of Iran were classified. In the first step the mean daily sea level pressure from -10 to 100 degree eastern meridian and 10 to 80 degree northern latitude from reanalyze NCEP/NCAR database were collected. Then the spectrum analysis lower or 10 day changes from the principles data were removed and with applying principal component analysis the volume of database was reduced and a classified component was provided by cluster analysis.  Tow climate elements including temperature and precipitation data from Iran Meteorology Organization in 212 synoptic stations were extracted. Ultimately the mean, area, max as daily for both element precipitation and temperature were calculated.
 
3- Discussion:
Matrix-based filtering using principal component analysis was reduced and obtained 57 factors that have egis value greater than 1. This factor  explants 97 percent of all data variation. In these 57 factors were selected 14 factors that are1 percent of all data variation.  With objective and subjective approach were found  5 clusters which can display the circulation pattern on sea level.The results of these 5 types have indicated in the table 1.

 
Table 1: the clustering data by climatic factors
 
The mean of temperature and precipitation were calculated in each of cluster. Then the composited pattern of the each type was drawn as the circulation of pattern on Iran climate. At final five weather types including cold and rainy, cold and low rainfall, very cold and rainy, modest and rainy, warm and without precipitation was developed.
 
4- Conclusion
With applying the circulation under environment approach, the pattern circulation in sea level pressure was classified. At the first was identified the grid point data and the atmospheric circulation pattern and then was correlated this pattern over climate of Iran and obtained five weather types including cold and rainy, cold and low rainfall, very cold and rainy, modest and rainy, warm and without precipitation. The results showed that whenever tow high pressure placed on west and east of Iran formed, the dynamical low pressure on Iran caused the heavy precipitation with very low temperature. Azores high pressure is one of them that placed on west of Iran and high pressure tongue development until west of Iran. The other one is Siberian High Pressure that placed on north earth of Iran. This high pressure merges with Tibet high pressure and formed the potent high pressure that develop the tongue high pressure and to enter cold air and reinforcement the dynamical low pressure. The movement of this low pressure was intensified with Sudan low pressure, because of Sudan low passed over the warm sea and transfer the moisture of this seas and its cases that warm air from low pressure and cold air from high pressure formed the baroclinic air and front field.  It is noteworthy that the extensive precipitation will have occurred in Iran when synchronism was occurred all condition that mentioned above. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Circulation to environment approach
  • Composite pattern
  • Synoptic classification
  • Dynamical low pressure

مقدمه

طبقه‌بندی و به دست آوردن الگوهای گردشی همدید با پیشرفت علوم رایانه ای بطور فزاینده ای وارد علوم جوی شده است. استخراج و به کارگیری طبقه بندی در اقلیم شناسی در چند دهه اخیر افزایش پیدا کرده است. البته طبقه بندی پیش از انقلاب علمی در اقلیم شناسی مانند طبقه بندی معروف کوپن وجود داشته است که این گونه طبقه بندی‌ها بیشتر بر آستانه‌های آب و هوایی (دما و بارش) متکی بوده‌اند. بر خلاف طبقه بندی‌های آستانه ای به کار بردن طبقه‌بندی با استفاده از تحلیل‌های چند متغیره این شرایط را فراهم می‌آورد که بدون در نظر گرفتن آستانه‌های برون سو و بر اساس معیار‌های خود تعریف، به ویژه معیار‌های آستانه ای طبقه بندی انجام گیرد.(جی، جاکوبیت 2010) ادبیات مفصل کاربرد طبقه بندی‌های اقلیمی و روش شناسی آنها در آب و هواشناسی همدید در پژوهشی توسط (یارنال و همکاران، 2001) انجام گرفته است. از مهم ترین اهداف این نوشتار به دست آوردن الگوهای اصلی گردشی جو در تراز دریا است که بیشترین نقش را بر آب و هوای ایران ایفا می کنند. در مطالعات گوناگونی که توسط اقلیم شناسان ایرانی انجام گرفته هر کدام اهمیت الگوهای تراز دریا را بر عناصر آب و هوای ایران بررسی نموده‌اند. این بررسی عمدتاً با نگرش محیطی به گردشی و با تاکید بر دما و بارش فرین انجام گرفته‌اند و طبقه بندی فراگیر الگوهای تراز دریا به صورت اندک مطالعه شده است. (لشکری، 1381) مکانیزم و توسعه کم فشار سودان را و نقش آن را بر بارش‌های جنوب و جنوب غرب ایران مطالعه نمود. (مفیدی، 1381) مرکز همگرایی دریای سرخ را به عنوان عامل اصلی ریزش بارش‌های سیل زا در ایران دانسته است. (عزیزی، 1383) به شناسایی و زمانیابی ورود پرفشار سیبری به سواحل جنوبی دریای خزر پرداخت و بیشترین فراوانی ورود این پرفشار را در دهه سوم مهر دانسته است. وی در مطالعه دیگر همزمانی عوامل موثر در جو بالا و نیز تشدید حداکثر اختلاف حرارتی بین هوای سرد قطبی و سطح آب دریا را در فصل پاییز در نواحی دریای خزر، عامل‌های ایجادکننده بارش شدید و سیل آسا دانسته است (عزیزی،صمدی 1386). همچنین وی با مطالعه تغییر اقلیم دریای خزر دریافت که در اکثر ایستگاهها دمای حداقل روند مثبت و دمای حداکثر روند منفی نشان داده و بدین ترتیب از دامنه نوسان دما در طول دوره کاسته شده است (عزیزی، روشنی، 1387). (محمدی و مسعودیان، 1383) پرفشار گسترده اروپا- دریای سیاه و کم فشار عراق را مهم ترین عامل ریزش بارش‌های سنگین ایران دانسته آنها هم چنین نقش کم فشار سودان را عامل مهمی در ایجاد بارش‌های سنگین ایران ندانستند. (مسعودیان و دارند، 1390) مهم ترین الگوهای تراز دریا ایجاد سرماهای فرین در ایران را، 5 الگوی اصلی پرفشار سیبری- اروپا، پرفشار سیبری- ایسلند، پرفشار سیبری، پرفشار خزر- سیبری و الگوی پرفشار شمال دریای خزر دانسته‌اند. در سایر نواحی دنیا نیز مطالعات مختلفی در باره الگوهای تراز دریا با روش‌های گوناگون طبقه‌بندی انجام گرفته است. (آلپرت[1]، 2004) با نگرش طبقه بندی نیمه برون سو، سیستم‌های همدید روزانه را با کاربرد در تغییر اقلیم شرق مدیترانه مطالعه نمود. وی دریافت که فراوانی فرود عمدتاً خشک دریای سرخ تقریباً از دهه 1960 به بعد دو برابر شده که از 50 به 100 روز در هر سال رسیده است. (زوزان بلیک[2] 2010) تیپ‌های همدید همراه با وقوع پرفشار را در کارکوف لهستان را در دوره زمانی 1901 تا 2000 مطالعه نموده است. در واقع پژوهش وی ارتباط بین مهم ترین الگوی گردشی سامانه پرفشار قوی و آب و هواهای که با عناصر هواشناسی تعریف شده‌اند، است. (جان آلپرت لوپز[3] 2008) روند بارش‌های زمستانی جزیره ایبری را، برای شناسایی ارتباط الگوهای گردشی با شاخص‌های پیوند از دور داده‌های فشار تراز دریا با استفاده از تکنیک تحلیل مولفه مبنا به کار گرفتند. نتایج آنها نشان داد که بیشترین مقدار افزایش فشار شامل پرفشار روی مرکز اروپا است، که این پرفشار با فاز مثبتAO وNAO و با فاز منفیWMO همراه بوده است. (ایل هیون چو[4] 2011) تغییر در فشار تراز دریا در کره جنوبی و ارتباط آن با رخداد بادهای شدید خورشیدی را مطالعه نمودند. آنها در پژوهش خود دریافتند که تغییرات روزانه فشار تراز دریا با تغییرات شدید خورشیدی همراه است. (گلینا و همکاران[5]، 2010) گردش‌های جوی بزرگ مقیاس اقیانوس اطلس شمالی را بررسی نمودند، طبقه بندی آنها بر اساس ترکیب تحلیل مولفه‌های اصلی و تحلیل خوشه ای برای باز کاوی میدان فشار تراز دریا بود و بطور جداگانه برای هر فصل دو الگو به دست آوردند. از مزایای الگوهای جوی آنها تحلیل گردش‌های همراه با موج گرمایی و دوره‌های سرما در چندین شهر بلغارستان می باشد. (سینگ و همکاران[6]، 2001) تغییر پذیری فراوانی‌های حدی فصلی میانگین فشار تراز دریا را در شبه قاره هندوستان برای دوره 1951 تا 2007 انجام دادند. آنها دریافتند که روند کاهش فراوانی‌های حدی فشار پایین بر توزیع بارش‌های هندوستان تاثیر گذاشته و روند افزایشی آنها به طور معکوسی با افزایش میزان بارش در سراسر هندوستان در ارتباط است.(جیین[7] و همکاران، 2000) تغییرپذیری غیر فصلی میانگین فشار تراز دریا و بارش اروپا را با استفاده از تحلیل مولفه مبنا مطالعه کردند. آنها دریافتند که نوسات اقیانوس اطلس شمالی نقش مهمی در تغییر پذیری غیر فصلی بارش‌ها داشته ولی این تحلیل مهم ترین بسامد تغییر پذیری ریزش بارش‌ها در اروپا نبوده، در واقع مهم ترین عامل تغییر فشار تراز دریا تاثیر گذار بر روی بارش‌های اروپا تغییر پذیری الگوهای دریای شمال دانسته‌اند.

داده و روش شناسی

دو رویکرد عمده مطالعات آب و هواشناسی همدید، رویکردهای گردشی به محیطی و محیطی به گردشی می باشند، در این پژوهش به جهت طبقه بندی کلی الگوهای جوی تراز دریا از الگوی گردشی به محیطی استفاده گردید.(یارنال،1993) به همین منظور ابتدا داده‌های میانگین فشار تراز دریا از تاریخ 1364 تا 1388 یعنی 9131 روز از محدوده (-10 تا 100 درجه طول شرقی و 10 تا 80 درجه عرض شمالی) به تعداد 1305 شبکه از داده‌های باز کاوی شده NCEP/NCAR برداشت گردید و ماتریسی به ابعاد 1305*9131 شکل داده شد. در این پژوهش جهت شناسایی الگوهای اصلی حاکم بر محدوده مورد نظر لازم بود که الگوهای بررسی شوند که جز سامانه‌های اصلی حاکم بر منطقه باشند، سامانه‌های مهاجری که مدت دوام آنها در مقیاس ساعت و یا یک هفته باشند، در الگوهای ترکیبی قابل شناسایی نبوده و این امر خود باعث بی نظمی در شناسایی الگوهای غالب در نقشه‌های ترکیبی می‌شد. بنابراین با تحلیل طیفی و اجرای سری فوریه[8] بر روی ماتریس مورد نظر داده‌ها به حیطه فرکانس تبدیل شد و داده‌های فشاری بررسی شده که حداقل 10 روز در یک شبکه مستقر باشند، بنابراین با اجرای یک فیلتر بالا گذر[9] با فرکانس 1/0 و دوره بازگشت 10 روزه بر روی سری فوریه داده‌ها، تغییرات کم تر از 10 روز از ماتریس اصلی حذف شده و با تحلیل سری فوریه معکوس[10] داده‌های نهایی برای ایجاد واکاوی تهیه شدند. در مرحله دوم جهت کاهش حجم داده‌ها از تحلیل مولفه‌های اصلی استفاده گردید. نوشته‌های زیاد و متعددی در باره روش و قواعد مولفه‌های مبنا وجود دارد که عمده آنها در پژوهش‌های چند متغیره نوشته شده‌اند.( اندرسون[11]، 1958، لاولی و ماکثول[12]، 1971،‌هاریس[13]، 1975،‌هارمان[14] 1976، ماردینا[15] و همکار 1979،کندال[16] 1980، ریچمن[17] 1981، فامیر و‌هامرل[18]1984) با این وجود در اینجا مقدمه کوچکی از مهم ترین ابعاد مولفه‌های اصلی به کار گرفته در این پژوهش بیان شده است. برای طبقه بندی الگوهای نقشه ای در ماتریس با آرایش s از ماتریس همبستگی استفاده می‌شود. (یارنال، 1993) برای تحلیل ماتریس همبستگی حاصل از تحلیل مولفه مبنا (PCA) استفاده شد و مقادیر ویژه ماتریس همبستگی محاسبه گردید. جهت تعیین تعداد عامل‌ها مقادیر ویژه بزرگتر از یک انتخاب شدند ( جانسون و ویچرن، 1980) میزان دقت و تبیین پراش عامل‌های هر یک از ماتریس‌ها در جدول 1 نشان داده شده است. بعد از ایجاد عامل‌ها مهم ترین عامل تعیین کننده، دوران و نوع دوران است. چون در طبقه بندی الگوهای نقشه ای باید خروجی مولفه مبنا را در تحلیل خوشه ای وارد کنیم استفاده از دوران متعامد راه حل ساده تری است.( یارنال، 1993) بنابراین داده‌ها با دوران متعامد واریماکس چرخش داده شدند. بعد از محاسبه ماتریس ضرایب عامل‌ها و ضرب نمودن آن در ماتریس استاندارد شده داده‌ها، ماتریس نمرات عاملی که یک ماتریس p × n است (n تعداد روزها و p تعداد عامل‌ها) به دست آمد. درنهایت جهت انتخاب عامل‌های اصلی، تبیین پراش بیش از یک درصد مقدار بردارهای ویژه انتخاب شدند. بر این اساس بردارهای ویژه ای که کمتر یک درصد پراش کل را نشان می دادند، حذف گردیدند. نتایج به دست آمده در جدول 1 نشان داده شده است. یارنال شرح مبسوطی را در باره طبقه بندی الگوهای نقشه ای عنوان می کند، وی تحلیل خوشه ای را بر روی ماتریس نمرات جهت طبقه بندی الگوها لازم می داند.(یارنال،1993) بنابراین، یک تحلیل خوشه ای با محاسبه فواصل اقلیدسی و روش ادغام وارد بر روی مولفه‌های اصلی ماتریس p × nبه عمل آمد. در نهایت نقشه‌های میانگین هر یک از خوشه‌ها به عنوان الگوهای گردشی غالب تراز دریا در نظر گرفته شدند. در مرحله سوم نیاز بود میزان تاثیر الگوی هر خوشه بر آب و هوای ایران شناسایی گردد. بنابر این داده‌های روزانه دما و بارش روزانه از 212 ایستگاه همدید از دوره اول فروردین 1364 تا 29 اسفند 1388 از سازمان هواشناسی کشور تهیه گردید، سپس با میانیابی داده‌ها با ابعاد (7/18×7/18) کیلومتر، 4713 یاخته در کل مساحت ایران محاسبه شد. در نهایت ماتریسی به ابعاد (4713*9131) روز برای بارش و دما به دست آمد. با استفاده از ماتریس مذکور درصد پهنه بارشی، میانگین بارش، حداکثر بارش‌ها و میانگین دمای ایران به صورت روزانه محاسبه گردید. برای انتخاب الگوهای جوی میانگین فشار تراز دریا در هر خوشه، بهترین معرف الگوی خوشه بود. با ترسیم این الگوها و فراوانی روزانه آنها در نهایت ویژگی آب و هوای ایران از جمله میانگین بارش، میانگین مساحت بارشی، میانگین حداکثر بارش و میانگین دمای کشور در هریک از خوشه‌ها جداگانه محاسبه گردید و مبنای تفسیر و واکاوی پژوهش واقع شد. اطلاعات مورد نظر در جدول 2 نشان داده شده‌اند.

 

تحلیل یافته‌ها

مشخصات ماتریس چرخه زدایی شده میانگین روزانه فشار تراز دریا که خروجی تحلیل مولفه مبنا است در جدول(1) آورده شده است. ماتریس اولیه مورد استفاده ماتریسی 1305*9131 بود که 57 مقدار ویژه بزرگتر از 1 به عنوان عامل اصلی در آن شناخته شده‌اند. این مقادیر در نهایت 97/0 پراش کل داده‌ها را تبیین می‌کنند. از بین این 57 عامل، عامل‌هایی که بیش از 1/0 پراش کل را نشان می‌دادند، شامل 14 عامل بود که 87/0 پراش کل را نشان می دهند و در نهایت ماتریسی 14*9131 حاصل شد. تحلیل خوشه‌ای بر روی ماتریس مورد نظر نشان داد که داده‌ها دارای یک تجانس درون گروهی هستند. بنابراین مشکل ترین مرحله این پژوهش انتخاب تعداد خوشه‌ها بود، که در نهایت یا یک بینش درون سو و برون سو (مبتنی بر تفسیر چشمی و انتخاب رایانه‌ای) 5 خوشه برای شناسایی الگوهای جوی تراز دریا استخراج گردید. در ادامه به بررسی و شناسایی این الگوها و فراوانی وقوع آنها پرداخته شده است.

 

 

جدول 1- مشخصات خروجی تحلیل مولفه مبنا

ماتریس اولیه

مقادیر ویژه >1

درصد تبیین پراش کل

تبیین مقادیر ویژه> 1 درصد

درصد تبیین پراش کل

ماتریس نمرات عاملی

1305*9131

57

97/0

14

87/0

14*9131

 

جدول 2- ویژگی رخدادهای خوشه‌ها و وضعیت آب و هوای ایران در هر یک از خوشه‌ها

خوشه

رخداد

درصد رخداد

میانگین بارش (م م)

مساحت(درصد)

میانگین بارش حداکثر(م م)

میانگین دما (°c)

1

1290

1/14

0/1

4/24

4/34

8/11

2

1102

1/12

9/0

22

1/29

1/11

3

2122

2/23

9/0

9/23

7/28

5/15

4

1427

6/15

1/1

6/24

5/34

9/9

5

3190

9/34

2/0

3/7

5/17

1/26

الگوی ترکیبی خوشه اول و فراوانی رخداد آن

 

شکل 1- الگوی ترکیبی میانگین فشار تراز دریا خوشه اول

 

 

شکل 2- درصد فراوانی روزانه رخداد الگوهای خوشه اول

 

 

همان طور که در جدول 2 دیده می شود خوشه اول دارای 1290 رخداد است که در مجموع 4/14 درصد از کل رخداد‌ها را به خود ختصاص داده است. میانگین بارش کشور در این خوشه 1 میلیمتر است و به طور متوسط 4/24 درصد کشور بارش دریافت می کند. شکل 1 میانگین الگوی فشار تراز دریا این الگو را نشان می دهد. همان طور که در شکل دیده می شود، دو سامانه پرفشار در شمال شرق ایران قرار دارند که شامل پرفشار سیبری و پرفشار تبت می باشند. خط هم فشار 1020 هکتوپاسکال پرفشار سیبری از روی نیمه شمالی ایران گذشته و تا اروپای شرقی و شمال دریای مدیترانه رسیده است. سامانه مهم دیگر این الگو کم فشار ایسلند است که زبانه آن تا روی دریای مدیترانه کشیده شده همچنین کم فشاری بر روی دریای سرخ و کم فشار کوچکی نیز بر روی عراق دیده می‌شود. بنابراین در این خوشه نیمه شمالی کشور تحت تاثیر پرفشار سیبری و نیمه جنوبی تحت تاثیر کم فشاری با مرکزیت سودان و دریای سرخ قرار دارد. کشیدگی زبانه پرفشار و ورود هوای سرد بر روی ایران و تقابل با ناحیه کم فشار می‌تواند سبب افزایش شیو دما و مهیا شدن میدان جبهه زایی شود. میانگین بارش‌های حداکثر در این خوشه 4/34 میلیمتر بوده و نشان دهنده بارش فراوان و سنگین در این خوشه است. شکل 2 درصد فراوانی رخداد این خوشه را نشان می دهد. در این شکل پیداست که این الگو در اوایل پاییز شروع می شود و در ماههای آبان و آذر به اوج خود می رسد و تا اواخر خرداد ادامه دارد. بنابراین، این الگو را می توان الگوی سرد بارشی قلمداد نمود.

الگوی ترکیبی خوشه دوم و فراوانی رخداد آن

این خوشه با 1102 رخداد کمترین فراوانی را دارد و در مجموع 1/12 درصد از کل رخدادها را شامل می‌شود. میانگین بارش کشور 9/0 میلیمتر، میانگین مساحت بارشی 22 درصد و میانگین دما در این خوشه 1/11 درجه سانتگی گراد بوده است. شکل 3 الگوی میانگین فشار تراز دریای این خوشه را نشان می‌دهد. در این الگو نیز زبانه‌های پرفشار سیبری و تبت همچنان ایران را تحت تاثیر قرار داده‌اند. زبانه 1018 هکتوپاسکالی تا نیمه جنوبی ایران کشیده شده و یک سلول بسته ای از آن در شمال غرب کشور قرار گرفته است. میانگین دمایی کشور در این الگو پایین است. در این خوشه کم فشار سودانی و همگرایی دریای سرخ تا شمال دریای سرخ امتداد دارند. فراوانی درصد رخداد روزانه این خوشه از اوایل پاییز شروع شده و در آذر و دی به اوج خود می رسد این الگو را می توان یک الگوی زمستانی سرد و کم بارش قلمداد نمود.

 

 

شکل 3) الگوی ترکیبی میانگین فشار تراز دریا خوشه دوم

 

شکل 4- درصد فراوانی روزانه رخداد الگوهای خوشه دوم

 

 

 

الگوی ترکیبی خوشه سوم و درصد فراوانی رخداد آن

 

شکل 5- الگوی ترکیبی میانگین فشار تراز دریا خوشه سوم

 

شکل 6- درصد فراوانی روزانه رخداد الگوهای خوشه سوم

 

 

خوشه سوم الگوی فشار تراز دریا شامل 2122 رخداد است که شامل 2/23 درصد از کل رخدادها است. میانگین بارش کشور در این خوشه 9/0 میلیمتر و میانگین مساحت بارشی 9/23 درصد است. میانگین بارش‌های حداکثر در این خوشه 7/28 میلیمتر است که تقریباً می توان گفت که بارش‌های سنگینی در این خوشه رخ داده است. الگوی میانگین تراز دریا این خوشه در شکل 5 نمایش داده شده است. در این الگو سامانه غالب نسبتاً قوی پرفشار تبت در کنار پرفشار ضعیف تر سیبری نسبت به الگوهای قبلی است. در این الگو تقویت کم فشار پاکستان و کم فشار گنگ قابل توجه است و زبانه آنها شرق کشور و نیمه جنوبی ایران را تحت تاثیر قرار داده است. این کم فشارها با کم فشار تضعیف شده سودانی سامانه یکپاچه ای را شکل داده و یک ناحیه کم فشاری را از دره گنگ تا شمال افریقا به وجود آورده‌اند. در این ناحیه کم فشاری، کم فشار مدیترانه نیز با کم فشار سودان و ناحیه همگرایی دریای سرخ بهم آمیختگی دارند. میانگین دمای کشور در این خوشه 5/15 درجه سانتی گراد است و فراوانی رخداد آن در شکل 6 نشان می دهد که این الگو از میانه بهمن اوج می گیرد و قویاً در بهار و میانه اردیبهشت و خرداد حضور دارد. در این الگو به علت حضور دو ناحیه کم فشار و پرفشار در شمال و جنوب ایرن و افزایش شیو دمایی بر روی ایران و شکل گیری منطقه جبهه زایی بارش‌های بیشتری نسبت به خوشه قبل رخ داده است. بنابر این این الگو را می توان یک الگوی معتدل کم بارش نامید.

الگوی ترکیبی خوشه چهارم و فراوانی رخداد آن

خوشه چهارم الگوی میانگین فشار تراز دریا شامل 1427 رخداد است که 6/15 درصد از کل رخدادها را به خود اختصاص داده است و یکی از خوشه‌های کم بسامد است. میانگین بارش در این خوشه از سایر خوشه‌ها بیشتر و 1/1 میلیمتر است. همچنین در زمان حاکمیت الگوی این خوشه درصد بیشتری از کشور بارش دریافت کرده است. میانگین بارش‌های حداکثر در این خوشه 5/34 میلیمتر است که از سایر خوشه‌ها بیشتر است. در زمان حضور این الگو میانگین دمای کشور 1/9 درجه سانتیگراد بوده، که سردترین خوشه شناخته می شود. بنابراین می توان نتیجه گرفت در زمان حاکمیت الگوهای این خوشه ایران بارش‌های فراگیر و سنگین همچنین سردترین دوره سال را سپری می کند. الگوهای ترکیبی شکل 7 نشان می دهد که الگوها نسبت به سایر خوشه‌ها متمایز هستند. بطوریکه زبانه پرفشار سیبری عقب نشینی کرده و هسته 1034 هکتوپاسکالی آن بر روی نصف النهار 90 درجه شرقی و مدار 50 درجه عرض شمالی واقع گردیده و با هسته‌های پرفشار تبت در بر روی مدار 35 درجه ادغام شده است.

 

 

شکل 7- الگوی ترکیبی میانگین فشار تراز دریا خوشه چهارم

 

 

شکل 8- درصد فراوانی روزانه رخداد الگوهای خوشه چهارم

 

بنابراین، در شرق ایرن یک ناحیه پرفشار قوی تشکیل شده که زبانه‌های آنها تا مرزهای شرقی ایران کشیده شده‌اند. در این تصویر یک ناحیه پرفشار دیگر بر روی مدار 35 درجه عرض شمالی و 5 درجه نصف النهار شرقی با هسته مرکزی 1026 هکتوپاسکال تشکیل شده است. این پرفشار، پرفشار اقیانوس اطلس شمالی (آزور) است که زمانی نقویت می شود به سمت شرق حرکت می کند و حتی در الگوهای روزانه درون خوشه مشاهده شده که تا شمال غرب ایران پیشروی می کند. همزمان با آن نیز کم فشار ایسلند قوی شده و با کم فشار قطبی ادغام شده است و کشیده شدن زبانه آن تا شمال دریای خزر، ریزش هوای سرد بر روی شمال ایران را فراهم کرده است. از نقشه‌های روزانه و میانگین دریافت می‌گردد که هرگاه پرفشار آزور تقویت شود(گاهی فشار در هسته آن به 1045 هکتوپاسکال می رسد)، زبانه آن تا شمال غرب ایران پیشروی نموده و همزمان با آن فشار در مرکز کم فشار ایسلند نیز تا 950 هکتوپاسکال کاهش می‌یابد. در این زمان هوای سرد از شمال و غرب وارد کشور می شود. همچنین در شرق ایران پرفشار تبت که هسته آن تا 1060 هکتوپاسکال می رسد نیز هوای سرد را از شرق وارد می کند. بنابر این با حضور دو پرفشار قوی در غرب- شمال غرب و شرق ایران، کم فشاری دینامیکی و سرد بر روی ایران به وجود می آورد. در این زمان شرایط برای ورود سامانه سودانی نیز فراهم می شود. با ورود این سامانه، چرخند مورد نظر تقویت شده و بارش‌های فراگیر و سنگینی در کشور رخ می دهد. همچنین دمای کل ایران در زمان ورود این سامانه‌ها به شدت افت می کند. فراوانی روزانه رخداد این الگو در شکل 8 نشان دهنده کاملا زمستانی بودن این خوشه است. این خوشه از اوایل پاییز ظاهر شده و در ماه‌های دی و بهمن به اوج خود می رسد و با درصد بسیار پایین تری تا خرداد ادامه می یابد. در کل می توان این الگو را یک الگوی زمستانی بسیار سرد و پر بارش نامید.

الگوی ترکیبی خوشه پنجم و فراوانی رخداد آن

خوشه پنجم میانگین فشار تراز دریا از خوشه‌های پربسامد است. این خوشه 3190 رخداد را شامل شده و 9/34 درصد از کل رخدادها را تشکیل می دهد. میانگین بارش ایران در این خوشه 2/0 میلیمتر است و به طور میانگین 7 درصد ایران در زمان حاکمیت این رخداد بارش دریافت می کند اما ویژگی قابل توجه خوشه دمای بالای آن است. بطوریکه میانگین دمای ایران در این خوشه 1/26 درجه سانتی گراد است. میانگین الگوهای جوی این خوشه (شکل 9) نشان می دهند که کم فشار ایسلند و پرفشار آزور هر دو در این زمان ضعیف بود و به سمت عرض‌های بالاتر کشیده شده‌اند. الگوی بارز این خوشه کم فشار گنگ است که از دره گنگ تا شبه جزیره عربستان و شمال افریقا امتداد پیدا کرده است. هسته ای از این کم فشار بطور جداگانه بر روی خلیج فارس تشکیل شده و همراه با کم فشار گنگ الگوی گردشی غالب سراسر ایران را تشکیل داده‌اند، کم فشار گنگ یک کم فشار حرارتی است. بنابراین با تسلط بر روی ایران دمای سطح کشور را تا حد زیادی بالا می برد. با مشاهد نقشه‌های روزانه در صورت ورود زبانه پرفشار در شمال غرب و شمال ایران و همچنین عقب نشینی سامانه پرفشار آزور در تراز ورد سپهر میانی شرایط ناپایداری برای این سامانه مهیا شده و بارش‌های اندکی در جنوب شرق ایران به وجود می آورد. درصورت ورود زبانه پرفشار به کشور این سامانه گاهی بارش‌های رگباری گرم تابستانی را نیز در سایر نقاط ایران سبب می‌شود (خوشحال و علیزاده، 1389). فراوانی روزانه این الگو (شکل10) نشان می دهد که الگویی تماماً تابستانی است و در دوره مورد مطالعه الگوی غالب فصل تابستان ایران بوده است. لذا می‌توان آن را الگوی گرم بسیار کم بارش نامید. شکل 11 دارنمای 5 خوشه حاصله از الگوی‌های فشار تراز دریا همراه با نامگذاری آنها را ایران نشان می دهد.

 

 

 

شکل 9- الگوی ترکیبی میانگین فشار تراز دریا خوشه پنجم

 

شکل 10- درصد فراوانی روزانه رخداد الگوهای خوشه پنجم

 

شکل 11- دارنمای خوشه‌های میانگین فشار تراز دریا و نامگذاری هر یک از خوشه‌ها


نتیجه‌گیری

در این پژوهش با به کار بردن رویکرد گردشی به محیطی به طبقه بندی الگوهای گردشی جو در تراز دریا پرداخته شد. ابتدا با استفاده از داده‌های شبکه ای، الگوهای جوی شناسایی و سپس شرایط دما و بارش در هر یک از الگوهای ذکر شده بررسی گردید. با استفاده از تحلیل‌های طیفی تغییرات کمتر از 10 روز از داده‌ها حذف گردید و سپس با استفاده از تحلیل مولفه‌های مبنا حجم داده‌ها کاسته شد و در نهایت با بکار گیری تکنیک خوشه بندی الگوهای جوی طبقه بندی گردیدند. انتخاب تعداد الگوهای جوی از مهم ترین و مشکل ترین موارد در طبقه بندی الگوهای جوی است چرا که با بکار گیری روشهای دستی و یا رایانه ای نمی توان الگوهای کاملی را دسته بندی نمود. در این پژوهش سعی گردید با نگرش درون سو و برون سو همچنین با در نظر گرفتن تمایز آب و هوایی هر یک از خوشه‌ها، خوشه بندی مناسبی انتخاب گردد. لذا با تجزیه و تحلیل‌های به کار گرفته شده تعداد 5 خوشه برای الگوهای تراز دریا مناسب دیده شد. مهم‌ترین الگوهای تراز دریای تاثیر گذار بر روی ایران شامل الگوهای سرد بارشی، سرد کم بارش، بسیار سرد پربارش، معتدل بارشی و گرم بسیار کم بارش شدند. در کل می توان نتیجه گرفت هرگاه سامانه کم فشار ایسلند شدت داشته باشد و پرفشار آزور بر روی شمال غرب و غرب ایران واقع گردد و نیز در شرق ایران پرفشار تبت از شدت قابل توجهی برخوردار باشد، یک کم فشار دینامیکی قوی بر روی ایران تشکیل می‌گردد. این چرخند سرد سبب شکل گیری بارش‌های سنگین و فراگیری بر روی ایران می‌شود. در سایر شرایط از جمله زبانه پرفشار اروپایی، کم فشار مدیترانه‌ای، پرفشار سیبری و کم فشار سودان به تنهایی بارش‌های فراگیر و سنگینی را به وجود نمی آورند. بلکه شرایط بارش سنگین در ایران نیازمند قرارگیری دو هسته پرفشار قوی در شرق و غرب ایران می باشد. شرایط حرارتی از شرایط بارشی متجانس تر بوده بطوریکه سامانه گنگ از میانه خرداد ماه تا میانه مهر بر روی ایران تسلط دارد و باعث افزایش دمای ایران می شود.



[1]- P Alpert

[2]-Zuzanna Bielec

[3]- J A Lopez

[4]- Il-Hyun Cho

[5]- Galina S. Guentchev

[6]- H.N. Singh

10- Budong Qian

[8]- Fast Fourier Transform(FFT)

11- High Pass Filter

[10]- Inverse Fast Fourier Transform(IFFT)

[11]- T W Anderson

[12] - D N Lawley and  A E Maxwell

[13] - R J Harris

[14]- H H Harman

[15] - K V Mardia, J T Kent and J M Bibby

[16]- M G Kendall

[17] -M B Richman

[18]- L Fahrmeir and A Hamerle

خوشحال دستجردی، جواد، علیزاده، تیمور (1389) بررسی همدید و ترمودینامیک رگبار موجد سیلاب 24/6/1388 در استان خراسان رضوی، مدرس علوم انسانی آمایش و فضا، دوره چهاردهم شماره چهاردهم صص 78-111

عزیزی، قاسم، روشنی، محمود، (1387) مطالعه تغییر اقلیم در سواحل جنوبی دریای خزر به روش من- کندال، پژوهش‌های جغرافیایی - شماره 64، تابستان 1387 28 – صص 13

عزیزی، قاسم، صمدی زهرا (1386) تحلیل الگوی سینوپتیکی سیل 28 مهرماه 1382 استان‌های گیلان و مازندران، پژوهشهای جغرافیایی – شماره 60، تابستان 1386، 74 – صص 61

عزیزی، قاسم، یوسفی، حسن، (1384) زمانیابی ورود پرفشار سیبری به سواحل جنوبی دریای خزر، فصلنامه مدرس علوم انسانی، دوره 9، شماره 4، صص 193-213

لشکری حسن، (1381)، مسیریابی سامانه کم فشار سودانی ورودی به ایران، مدرس دوره 6، شماره 2، صص 133-156

محمدی بختیار، مسعودیان ابوالفضل، (1389)، تحلیل همدید بارش‌های سنگین در ایران، مجله جغرافیا و توسعه، شماره 19، پاییز 1389

مسعودیان، ابوالفضل،(1389) شناسایی و پهنه بندی نواحی سرد فرین در ایران، جغرافیا و توسعه، شماره 22، صص 43-54

مفیدی عباس، (1383)، اقلیم شناسی سینوپتیکی بارش‌های سیل زا با منشا مرکز همگرایی دریای سرخ در خاورمیانه، فصل نامه تحقیقات جغرافیایی، شماره 75، صص 71-93

یارنال، برنت(1385) اقلیم شناسی همدید با کاربرد در مطالعات محیطی، ترجمه سید ابوالفضل مسعودیان، انتشارات دانشگاه اصفهان، 1385

Alpert P. osetineski,a B. Ziv and H. Sharir, 2004, Semi-Objective Classification For Daily Synoptic Systems: Application To The Eastern Mediterranean Climate change. Int. J. Climatol. 24: 1001–1011 (2004)

Anderson, T. W ,1958, An Introduction to Multivariate Statistical Analysis, Wiley, New York

Bielec-Bakowska Zuzanna, Katarzyna Piotrowicz, 2010, Weather types accompanying very high pressure in Krakow in the period1901–2000.International Journal of Climatology.

Cho Il-Hyun and etal, 2011, Changes in sea-level pressure over South Korea associated with high-speed solar wind events. Advances in Space Research xxx (2011) xxx–xxx

Fahrmeir, L. and Hamerle, A ,1984, Multivariate statistics Verfahren, W. de Gruyter, Berlin, New York

 Galina S. Guentchev a, Julie A. Winkler, 2010, A two-tier atmospheric circulation classification scheme for the European–North Atlantic region. Physics and Chemistry of the Earth 35 (2010) 341–351

Harman, H. H , 1976,Modern Factor Analysis, 3rd edn, University of Chicago Press, Chicago

Harris, R. J , 1975,A Primer of Multivariate Statistics, Academic Press, London

Jacobeit. J, 2010, Classifications in climate research. Physics and Chemistry of the Earth 35 ,2010, 411–421

Kendall, M. G, 1980, Multivariate Analysis, Griffin, London.

Lawley, D. N. and Maxwell, A. E, 1971, Factor Analysis as a Statistical Method, 2nd edn, Butterworths, London.

Lopez-Bustins Joan-Albert, Javier Martin-Vide, Arturo Sanchez-Lorenzo, 2008, Iberia winter rainfall trends based upon changes in teleconnection and circulation patterns. Global and Planetary Change 63 (2008) 171–176

Mardia, K. V., Kent, J. T. and Bibby, J. M ,1979, Multivariate Analysis, Academic Press, London

Qian Budong, Jo&o Corte-Real, Hong Xu, 2000, Nonseasonal Variability of Monthly Mean Sea Level Pressure and Precipitation Variability. over Europe. Phys. Chem Xarth (B), Vol. 25,No. 2, pp. 177-181,200

Richman, M. B. 1986, Rotation of principal components. International Journal

of Climatology, 6: 293–335. doi: 10.1002/joc.3370060305

Singh H.N., S.D. Patil, S.D. Bansod, Nityanand Singh, 2011, Seasonal variability in mean sea level pressure extremes over the Indian region. Atmospheric Research 101 (2011) 102–111

Yarnal B and et al, 2001, Developments and Prospects in Synoptic Climatology, International Journal Of Climatology. Int. J. Climatol. 21: 1923–1950 (2001)