نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 استادیار گروه پژوهشی پیشآگاهی مخاطرات جوی، پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، تهران، ایران
2 دکترای تخصصی هواشناسی، سازمان هواشناسی کشور، تهران، ایران
3 کارشناسی ارشد هواشناسی، اداره کل هواشناسی چهارمحال و بختیاری، شهرکرد، ایران
4 کارشناسی ارشد هواشناسی، سازمان هواشناسی کشور، تهران، ایران
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
The climatic history of Chaharmahal and Bakhtiari province in the Central Zagros region shows a huge amount of snowfall in the cold season. In recent years, the tendency of precipitation from snow to rain has increased in autumns and winters and wintertime snowfall has decreased compared to the long-term average of the province, while sometimes springtime snowfall can be seen in the province. In spring, dynamic systems that stimulate atmospheric instability are still present in the region, and sometimes the combination of dynamic-thermodynamic conditions causes heavy rainfalls. In the present study, the dynamic and thermodynamic conditions for three springtime snowfalls were analyzed and the effective moisture sources in springtime snowfall were obtained.
Methodology
Precipitation and temperature values in synoptic stations of Chaharmahal and Bakhtiari province in the period of 2000 to 2018 were provided by the Meteorological Organization. To select abnormal springtime precipitation, the anomaly of temperature, precipitation, and geopotential height at the level of 500-hPa were analyzed. The ERA5 analysis of the data from ECMWF with a horizontal resolution of 0.25° was used to calculate moisture flux, perceptible water and vorticity advection, the monthly anomaly of precipitation, height and temperature of 500-hPa, and instability indices. To analyze the causes of snowfall in spring and also to investigate the sources of moisture, the monthly anomalies of rainfall, the temperature at a height of 2 meters above the ground and height, and temperature of 500-hPa level were compared to the 30-year average (1981-2010). In a dynamic study, vorticity advection at the level of 500-hPa was measured. To identify the trajectory of atmospheric moisture, moisture flux at the level of 850-hPa and perceptible water were calculated. To investigate the thermodynamic conditions and atmospheric instability, Skew-T diagram and atmospheric instability indices including KI, TT, PW, and CAPE were used at Shahrekord station at 00 UTC on the day of snowfall.
Discussion
Snowfall is a climatic feature of Chaharmahal and Bakhtiari province that also occurs in spring, but in recent years, due to warmer weather and reduced snowfall in winter, snowfall in spring seems somewhat unexpected. Precipitation is one of the quantities whose prediction of location and intensity is associated with uncertainty. Therefore, in this study, for more accurate prediction, the moisture sources, and the dynamic and thermodynamic conditions of spring snowfall in the province were investigated. To select unusual springtime precipitation, anomalies of temperature, precipitation, and geopotential height at 500-hPa were examined. As a result, snowfalls were selected in the spring of 2004, 2009, and 2016, which were different from normal compared to the long-term 30-year average.
Examination of the dynamic conditions of the mentioned systems showed that at the level of 500-hPa with the formation of a deep trough in the eastern Mediterranean to the Red Sea, the location of the study area in the east of this trough has caused instability and upward movements. In addition, there is a positive vorticity at the level of 500-hPa. Given that these conditions have occurred for all three systems, it can be concluded that the occurrence of snowfall in spring is due to a dynamic process. It is noteworthy that in April 2016, when the amount of snow was more than the other two cases, the trough formed in the area was much deeper than the other two ones, and the vorticity advection was higher. Analysis of the quantities of moisture flux and perceptible water showed that these systems supplied their moisture from the Arabian Sea, the southern Red Sea, the Sea of Oman, and the northern Indian Ocean. The sources of moisture for precipitation in the region are mainly the Arabian Sea, the Red Sea, the Sea of Oman, and the North Indian Ocean are located more than 2000 km far from the southwest of Iran.
Moisture flux continues from a few days before the operation of the system with south and the southwest winds from the Arabian Sea and south of the Red Sea to the southwest of Iran. In addition, the amount of perceptible water on the day of the event increases sharply. Temperature analysis showed that the decrease in temperature on the days of the phenomenon was more severe than the previous days and compared to the climatic average, and the coldness of the entire air column illustrates snowfall in spring. Examination of climatic conditions including anomaly analysis of precipitation showed that their values in all cases were much higher than the long-term and the normal average of the region, and is consistent with prominent temperature and height anomalies at the level of 500-hPa. 15 to 30 decameter drop in height and more than 1° drop in temperature were observed at this level compared to the long term. Cooling of the atmospheric column due to the process of evaporation or melting along the path and especially in the adjacent layers of the earth's surface has an important role in precipitation in snow form. Examination of the values of instability indices in Shahrekord station also showed that these indices were prominent in the hours before the event and intensified the activity and convective cooling of the system.
Conclusion
The results showed that the sources of moisture for precipitation in the region are mainly the Red Sea, Arabian Sea, Oman Sea, and the North Indian Ocean, which were associated with a positive vorticity advection. Examination of thermodynamic conditions also showed that the instability indices in the hours before the onset of precipitation were favorable and intensified the convective activity of the systems. Convection cooling along with a severe decrease in temperature has shifted rain to snow. A significant decrease in temperature compared to the long-term average and the atmospheric cold column justifies the snowfall occurrence in spring.
Keywords: Springtime Snowfall, Moisture Sources, Dynamic Analysis, Precipitation Anomaly, Chaharmahal and Bakhtiyari Province.
References
- Banacos, P. C., & Schultz, D. M. (2005). The Use of Moisture Flux Convergence in Forecasting Convective Initiation: Historical and Operational Perspectives. Journal of Weather and Forecasting, 20, 351- 366.
- Dayan, U., Nissen, K., & Ulbrich, U. (2015). Atmospheric Conditions Inducing Extreme Precipitation Over the Eastern and Western Mediterranean. Natural Hazards Earth System Sciences Journal, 15, 2525- 2544.
- Dyer, J. L., & Mote, T. L. (2006). Spatial Variability and Trends in Observed Snow Depth Over North America. Journal of Geophysical Research Letters, 33, 16503.
- Frei, A., & Robinson, D. A. (1999). Northern Hemisphere Snow Extent: Regional variability. International Journal of Climatology, 19, 1535- 1560.
- Gutzler, D. S. (2000). Covariability of Spring Snowpack and Summer Rainfall Across the Southwest United States. Journal of Climate, 13, 4018- 4027.
- Holton, J. R. (2004). An Introduction to Dynamic Meteorology. Fourth Edition, San Diego, California, USA: Elsevier Academic Press.
- Panziera, L., & Hoskins, B. (2014). Weather Developments Leading to Heavy Snow in the South- Eastern Lpine Region. National Weather Science.
- Perry, B., & Konrad, C. E. (2006). Synoptic Patterns Associated with the Record Snowfall of 1960 in the Southern Appalachians. 63rd Eastern Snow Conference, Newark, Delaware USA.
- Quiring, S. M., & Kluver, D. B. (2009). Relationship Between Winter/Spring Snowfall and Summer Precipitation in the Northern Great Plains of North America. Journal of Hydrometeorology, 10, 1203- 1217.
- Stander J. H., Dyson, L., & Engelbrecht, C. J. (2016). A Snow Forecasting Decision Tree for Significant Snowfall Over the Interior of South Africa, South African. Journal of Science, 112.
- Vuille, M., & Ammann, C. (1997). Regional Snowfall Patterns in the High, Arid Andes. Journal of Climate Change, 36, 413-423.
- Zhang, Y., Li, T., & Wang, B. (2004). Decadal Change of the Spring Snow Depth Over the Tibetan Plateau: The Associated Circulation and Influence on the East Asian Summer Monsoon. Journal of Climate, 17, 2780- 2793.
کلیدواژهها [English]
. مقدمه
بارش برف از ویژگیهای اقلیمی مناطق سردسیر است. پوشش برف به توازن انرژی سطح زمین، نگهداشت آب زمستانی و رواناب سالیانه کمک میکند و اهمیت فراوانی در مدیریت آب بهویژه در بخش کشاورزی دارد. کاهش بارش برف در زمستان و رخداد آن در فصل بهار بهویژه پس از بهاریشدن درختان، رویدادی مهم است که تحلیل و شناسایی آن برای واکنش بهنگام و کاهش خسارات جانی و مالی مفید خواهد بود. به دلیل کوهستانیبودن منطقة غرب ایران، تغییرات زمانیمکانی بارش در این منطقه زیاد است و بارش برف بهاره، یکی از مشخصههای اقلیمی آن محسوب میشود؛ بهطوری که استان چهارمحال و بختیاری سهم زیادی از بارشهای فصلی و سالیانه دارد. به این دلایل، رخداد بارش برف در فصل بهار اهمیت دارد و بررسی میشود. در فصل بهار سامانههای دینامیکی محرک ناپایداری جوّ هنوز در منطقه وجود دارد و در بعضی مواقع ترکیب شرایط دینامیکیوترمودینامیکی موجب رخداد بارشهای سنگین در این فصل میشود.
ویلی و آمان[1] (1997) دلیل بارش برف را در آند طی زمستان نیمکرة جنوبی (مه- سپتامبر)، جابهجایی شمالسوی کمفشارهای بریدة تودههای هوای سرد از اقیانوس آرام دانستند. برهمکنش هوای سرد همراه با بادهای غربی با هوای گرم و بسیار مرطوب روی قاره سبب افزایش فراوانی بارش برف میشود. الگوهای همدیدی بارش برف در جنوب آلپ نشان داد این پدیده براثر جبههزایی و همسو با شارش غالب است. ارتفاع تراز 500 هکتوپاسکال خیلی کمتر از میانگین بلندمدت بود و ناهنجاری دمای تراز 850 هکتوپاسکال به حدود 8- درجة سانتیگراد رسید (Perry and Konrad, 2006: 61).بررسی ارتباط بین بارش برف بهاره با بارش فصل تابستان در شمال آمریکا نشان داد نابهنجاری برف بهاره شرایط رطوبت تابستان را متأثر میکند؛ بهطوری که نابهنجاری مثبت (منفی) برف با شرایط مرطوبتر (خشکتر) از نرمال طی تابستان همراه است و به نابهنجاری رطوبت خاک، دمای سطح و تبخیر منجر میشود؛ به گونهای که نابهنجاری مثبت (منفی) برف با تأخیر (تعجیل) در ذوب برف، خاک مرطوبتر (خشکتر)، دمای هوای خنکتر (گرمتر) و تبخیر بیشتر (کمتر) در بهار و تابستان همراه است (Quiring & Kluver, 2009: 1213).
پانزرا و هاسکینز[2] (2014) چهار الگوی همدیدی را برای بارش فرین در منطقة اروپا- آتلانتیک معرفی کردند؛ در الگوی اول، ناوه در غرب و مرکز اروپاست، گردش چرخندی در وردسپهر پایین باعث فرارفت هوای گرم و مرطوب از جنوب ایتالیا بهسوی جنوب شرق آلپ میشود و از آن صعود میکند؛ در الگوی دوم، ناوة پهناوری روی مرکز اروپا بین واچرخند قوی اطلس و واچرخند شرق اروپا قرار دارد و بادهای جنوب غربی در وردسپهر بالا و پایین سبب شار رطوبت به منطقة آلپ میشود؛ در الگوی سوم، بادهای شمال غربی هوای سرد را به پشتة آلپ هدایت میکند و روی اطلس واچرخند قوی دیده میشود. گردش چرخندی به فرارفت هوای گرم از جنوب شرق به شرق و جنوب آلپ منجر میشود؛ در الگوی چهارم، واچرخند بندالی در وردسپهر بالایی در شمال غرب اسکاتلند، هوای با تاوایی پتانسیل زیاد را از شمال شرق به سوی آلپ میراند؛ بخش چرخندی بندال سبب شارش شدید گرم و مرطوب جنوبی بهسوی ایتالیا میشود و شرایط مناسب را برای بارش سنگین برف روی پشتة آلپ ایجاد میکند.
دیان و همکاران[3] (2015) عوامل دینامیکی و ترمودینامیکی بارشهای فرین را در غرب و شرق دریای مدیترانه، فرایندهای جوّی در مقیاسهای مختلف مانند همرفت محلی، ناوة تراز بالا در مقیاس همدیدی و سامانههای همرفتی میانمقیاس عنوان کردند. سامانههای گردش همدیدی وابسته به بارش برف در آفریقای جنوبی همراه با ناوههای عمیق در تراز 500 هکتوپاسکال و فرارفت شدید هوای سرد در سطح بهسوی شبهقاره است (Stander et al., 2016: 8).
در ایران نیز پژوهشهایی دربارة بارش برف انجام شده است. این پژوهشها بیشتربرتحلیلهای همدیدیهواشناسیویافتنالگوهایجوّیمؤثربر اینگونهبارشهامتمرکزبودهاست.
علیجانی و همکاران (1389) شرایط همدیدی بارش سنگین را در جنوب شرق ایران در تاریخ 6 ژانویة 2008 بررسی کردند. نتایج نشان داد رخدادبارش سنگینمطالعهشدهباشرایطمطلوبهمدیدینظیروجود رطوبتزیاددرترازپایینجوّبهویژهتخلیة رطوبتیشدید ازخلیجفارس،بیهنجاریهایمنفیشدیددرترازهای میانیجوّواستقرارجریان جتیجنبحارهایدرغربمنطقه مرتبطاست. مطالعة دینامیکی ناوة فشاریدریایسرخ نشان میدهد اگرفرارفتتاوایینسبی درشرقدریایمدیترانهیاشمالدریایسرخمثبتباشد،ناوة فشاریدریایسرخبهسویشرقدریایمدیترانهحرکتو سامانة بارشی غربوشمال غربایرانرامتأثرمیکندوچنانچه فرارفتتاوایینسبیمثبتدر شمال شرقدریایسرخصورتگیرد،سلولهایکمفشار کوچکی ازناوة فشاریدریایسرخجدامیشودوبهسویشمال شرقحرکتمیکند؛ در این حالتغرب،جنوب غرب وجنوبایرانمتأثرمیشوند (مشکواتیومرادی،1383: 64). رخداد بارشهای سنگین و سیلآسا در جنوب ایران براثر تقویت و گسترش مرکز کمفشار شمال شرق آفریقا و منطقة همگرایی دریای سرخ و در مواقعی ناشی از ادغام کمفشار سودان با کمفشار مدیترانه است (پرندهخوزانی و لشکری، 1389: 71).
در پژوهشی دیگر، کریمی و فرجزاده (1390)مهمترینمنابعرطوبتیبارشهایایران رادریاهایعربومدیترانهبیان کردند. دریاهای سرخ،خزر،عمانوخلیجفارس،دیگر منابع رطوبتی هستند؛ همچنینالگویانتقالرطوبتمتأثر از الگویجریانوگردشجوّی منطقهدرروزهای مختلفسال است؛ بهطوری کهپرفشارشرقشبهجزیرةعربستان و پرفشارشمالآفریقا، تزریقکنندههایاصلیرطوبتهستند.
نوری و همکاران (1392) در تحلیل همگرایی شار رطوبت و منابع تأمین رطوبت بارشهای سنگین و فوق سنگین سواحل جنوبی خزر نشان دادند دریای خزر، نخستین تأمینکنندة منابع رطوبتی بارشهای سنگین و فوق سنگین (بهویژه در ترازهای 1000 تا 850 هکتوپاسکال) در سواحل خزر است. دریاهای مدیترانه و سیاه در بارشهای سنگین نقش مؤثرتری دارند.
رضاییبنفشهوهمکاران (1395) بااستفادهازرویکردمحیطیبهگردشی،فراوانی تابعهمگراییشاررطوبت رادرزمانرخدادبارشهای سنگینشمال غربایران در 6 تراز 1000، 925، 850، 700، 600 و 500 هکتوپاسکال بررسی کردند. نتایج نشان داد سطح 850 هکتوپاسکال بهدلیلداشتنبیشترینفراوانیتابعهمگراییشاررطوبت رویایرانبهویژهشمال غربایراناهمیت بیشتری دارد. ریزش هوای سرد از کمربند پرفشار ناشی از گسترش پرفشار سیبری به نیمة شمالی ایران و پرفشار سرد شرق اروپا، همزمان با فعالیت کمفشار دینامیکی مدیترانهای جفتشده با کمفشار حرارتی دریای سرخ، سبب همایش دو تودة هوای سرد قطبی و گرم و مرطوب حارهای و درنتیجه بارش برف سنگین در غرب و جنوب غرب ایران میشود که با گسترش ناوة قوی در شرق اروپا تا دریای سرخ در تراز میانی جوّ همراه است (فتاحی و شیراوند، 1393: 10).
شادمانی و همکاران (1397) منابعرطوبتومسیرحرکتتودههایهوایمرطوببربارشهایسیلآسا رادرغربوجنوبایران مطالعه کردند. آنها نشان دادند برایسیلغربایران،دریایعربودریایسرخسهمیکسانیدرتأمینمنبعرطوبتبارشرخدادهدارندو مسیر حرکتبیانکنندةایناستکهمنبعاصلیومسیرحرکترطوبتازسویدریایسرخاست. برایسیلجنوبایران،منبعاصلیتأمین رطوبتدرروزهایپیشازبارش،نواحیجنوبیدریایسرخاست؛ولیدرروزهاییکهبابارشهمراهبودهاست،خلیجفارسنقشی اساسیدرتأمینرطوبتآندارد.
روشنی و پرک (1397) در بررسی شار رطوبت بارشهای نیمة جنوبی کشور در دورههای خشک و تر نشان دادند درزمانترسالی، میزان بارشمنطقهبسیاربیشترازمیانگیناست و میزانرطوبت واگراشدهازمنابعرطوبتیباتوجهبهشرایطجوّی و سامانههایبارانزا حدود 4برابردورههایخشکبوده است. در این زمینهغرباقیانوسهند (دریایعربوعمان)، اصلیترینمنبعرطوبتیبارشهاینیمة جنوبی کشورشناختهشد.
هدف از انجام این پژوهش، دستیابی به منابع رطوبت مؤثر بر ریزش برف در فصل بهار و همچنین بررسی شرایط دینامیکی و ترمودینامیکی بارش برف در استان چهارمحال و بختیاری است. پژوهشهای انجامشده دربارة دلایل رخداد بارش برف بیشتر به فصل سرد سال مربوط است یا پژوهشگران پوشش برف و عمق برف و ارتباط آن را با ذوب برف در فصل بهار بررسی کردهاند (Dyer & Mote, 2006: 1; Frei & Robinson, 1999: 1542; Gutzler, 2000: 4019; Zhang et al., 2004: 2782). داده و روش پژوهش در بخش 2 آورده شد که در آن، چگونگی شرایط تبدیل بارش باران به برف در فصل بهار بررسی شد. برای بررسی اقلیمی، نابهنجاریهای دما، بارش و ارتفاع ژئوپتانسیلی محاسبه شد. بخش 3 به بررسی نتایج مربوط است و در انتها نتیجهگیری آورده شده است.
2. روششناسی پژوهش
استان چهارمحال و بختیاری با متوسط بارش سالیانة حدود 591 میلیمتر، در ارتفاعات زاگرس واقع شده است (آمار ادارة کل هواشناسی استان چهارمحال و بختیاری)[4] و سرچشمة اصلی کارون و زایندهرود است. شکل 1 محدودة پژوهش را نشان میدهد.
شکل 1. محدودة پژوهش (استان چهارمحال و بختیاری)؛ (منبع: نویسندگان، 1399)
مقادیر بارش و دما در ایستگاههای همدیدی استان چهارمحال و بختیاری در دورة 2000 تا 2018 از سازمان هواشناسی کشور دریافت شد. برای انتخاب بارشهای غیرمعمول بهاره، نابهنجاری دما، بارش و ارتفاع ژئوپتانسیلی در تراز 500 هکتوپاسکال بررسی شد. در ادامه سه رویداد بارش برف در فصل بهار سالهای 2004، 2009 و 2016 برای مطالعه انتخاب شدند؛ این سه رویداد بیشترین مقدار بارش را داشتند و درمقایسه با میانگین بلندمدت 30ساله متفاوت از نرمال بودند.
از دادههای باز تحلیل ERA5 از مرکز اروپایی پیشبینی میانمدت جوّی[5] (ECMWF) با تفکیک افقی 25/0 درجه برای محاسبة شار رطوبت، آب قابل بارش، فرارفت تاوایی، نابهنجاری ماهانة بارش، ارتفاع و دمای تراز 500 هکتوپاسکال و شاخصهای ناپایداری استفاده شد.
برای تحلیل دلایل بارش برف در فصل بهار و همچنین بررسی منابع رطوبت، نخست نابهنجاری ماهانة بارش، دما در ارتفاع 2متری از سطح زمین و ارتفاع و دمای تراز 500 هکتوپاسکال نسبت به میانگین 30ساله (1981- 2010) با استفاده از دادههای باز تحلیل ERA5 بررسی شد.
در بررسی دینامیکی کمیت فرارفت تاوایی تراز 500 هکتوپاسکال براساس رابطة 1 (Holton, 2004: 152) و برای شناسایی مسیر حرکت رطوبت جوّ کمیتهای شار رطوبت تراز 850 هکتوپاسکال براساس رابطة 2 (Banacos and Schultz, 2005: 352) و آب قابل بارش براساس رابطة 3 محاسبه و تحلیل شد. محدودةپژوهشبهگونهای درنظرگرفتهشده استکههمةپهنههایآبیمؤثربرایران شاملدریایمدیترانه،دریایسرخ، دریایعرب، اقیانوس هند و دریای عمان را دربرگیرد. اینپهنههاازمنابعمهمرطوبتیبارشهستند.
|
رابطة (1) |
|
|
رابطة (2) |
,
|
در رابطة 1، دو جملة سمت راست به ترتیب فرارفت تاوایی نسبی و تاوایی سیارهای را نشان میدهد. در رابطة 2، MFC[6] همگرایی شار رطوبت (گرم بر کیلوگرم بر ثانیه)، در سمت راست رابطه نیز جملة اول، فرارفت افقی رطوبت ویژه و جملة دوم، همگرایی افقی رطوبت ویژه را نشان میدهد.در مقیاس همدیدی با مقیاس زمانی از مرتبة یک روز و مقیاس فضایی از مرتبة 1000 کیلومتر، جملة اول (فرارفت افقی رطوبت ویژه) از مرتبة و جملة دوم (همگرایی افقی رطوبت ویژه) از مرتبة هستند. جملة دوم یک مرتبه کوچکتر از جملة اول است و از این رو فقط جملة فرارفت افقی در محاسبة همگرایی شار رطوبت در نظر گرفته شد (Banacos and Schultz, 2005: 352).
|
رابطة (3) |
در رابطة 3، q رطوبت ویژه برحسب گرم بر کیلوگرم و و میانگین شتاب جاذبة زمین برحسب متر بر مجذور ثانیه است.
برایبررسیشرایطترمودینامیکیوناپایداری جوّاز نمودار skew-T و شاخصهایناپایداریجوّشامل KI[7]،TT[8]، PW[9] و [10]CAPE درایستگاه شهرکرد درساعت UTC00 در روز رخداد بارش برف استفاده شد.
3. یافتههای پژوهش
الف. بررسی آماری
جدول 1 مجموع بارش را در ایستگاههای استان در سه رویداد انتخابی و نیز میانگین بارش یک سال زراعی همان ایستگاه (از بدو تأسیس تا سال 2019) را نشان میدهد. بارش این سامانهها در ایستگاههای استان درمقایسه با بارش سالیانه جالب توجه است که یک علت آن، کاهش چشمگیر بارش برف زمستانی استان در سالهای اخیر است. بارش برف در بهار سالهای 2004، 2009 و 2016 پس از تغییر فصل، خسارات زیادی به کشاورزی استان، عشایر منطقه و حملونقل دروناستانی وارد کرد. براساس جدول 1 در ایستگاه شهرکرد، میانگین بارش سالیانه 325 میلیمتر است؛ اما در بهار سالهای 2004، 2009 و 2016 به ترتیب 27، 3/52 و 77 میلیمتر طی چند روز بوده که نسبت به میانگین سالیانه مقدار چشمگیری است. در دیگر ایستگاههای استان نیز، همین شرایط برقرار است.
جدول 1. مجموع بارش در ایستگاههای استان چهارمحال و بختیاری در سه رویداد پژوهش
|
ایستگاه |
شهرکرد |
بروجن |
کوهرنگ |
لردگان |
اردل |
فارسان |
سامان |
بن |
دزک |
آورگان |
|
مجموع بارش (mm) 11- 15 آوریل 2016 |
77 |
41 |
147 |
72 |
116 |
87 |
77 |
76 |
94 |
73 |
|
مجموع بارش (mm) 8- 13 آوریل 2009 |
3/52 |
12 |
123 |
2/30 |
5/32 |
37 |
6/54 |
5/28 |
5/34 |
3/15 |
|
مجموع بارش (mm) 3- 5 آوریل 2004 |
27 |
36 |
160 |
9/29 |
30 |
6/60 |
36 |
43 |
7/69 |
- |
|
میانگین بارش سالیانه زراعی (mm) |
325 |
247 |
1380 |
537 |
550 |
524 |
346 |
360 |
450 |
532 |
ب. تحلیل اقلیمی
الگوهای نابهنجاری ماهانة بارش در سه نمونة پژوهش (شکل 2، «الف» تا «ج») نشاندهندة بارش بیش از نرمال در منطقه است؛ به علاوه الگوهای نابهنجاری ماهانة ارتفاع ژئوپتانسیل و دمای تراز 500 هکتوپاسکال (شکل 2 «د» تا «و») بیانکنندة افت ارتفاع و کاهش دماست؛ بهطوری که در الگوی نابهنجاری ماهانة ارتفاع ژئوپتانسیل در آوریل 2016، 2009 و 2004 بهترتیب 15، 25 تا 30 و 20 دکامتر افت ارتفاع داشتهاند. نابهنجاری ماهانة دما در آوریل 2016، 2009 و 2004 به بیش از 1- درجه در منطقه رسید و در دورة رخداد بارش برف، کاهش دما بیش از 5 درجه بوده است. سردبودن کل ستون هوا سبب میشود فرایند تبخیر یا ذوب در طی مسیر به حداقل برسد و نقش مهمی در ریزش بارش بهصورت برف دارد.
|
الف)
|
ب)
|
ج) |
|
د)
|
ه) |
و)
|
شکل 2. نابهنجاری بارش؛ الف. آوریل 2016، ب. آوریل 2009، ج. آوریل 2004 و نابهنجاری ارتفاع ژئوپتانسیل (رنگی) و دما (مشکی) تراز 500 هکتوپاسکال، د. آوریل 2016، ه. آوریل 2009، و. آوریل 2004
در شکل 3، نابهنجاری دمای 2متری در آوریل الف. 2016، ب. 2009 و پ. 2004 نشان داده شده است. شکل الف نشان میدهد در ماه آوریل سالهای 2016، 2009 و 2004 بهترتیب کاهش دمای 2متری نسبت به میانگین بلندمدت 1، 2 و 5/1 درجه است؛ بنابراین حضور استخر هوای سرد[11] روی مناطق غربی کشور در هر سه سامانه آشکار است.
|
الف)
|
ب)
|
پ)
|
شکل 3. نابهنجاری دمای 2متری در آوریل الف. 2016، ب. 2009 و پ. 2004
پ. تحلیل دینامیکی
در تحلیل دینامیکی از کمیتهای فرارفت تاوایی، شار رطوبت و آب قابل بارش استفاده شد. در آوریل 2016، بیشینة فرارفت مثبت تاوایی در بعدازظهر روز 14اُم و طی روز 15اُم در منطقه مشاهده شد (شکل 4، «الف» تا «پ»). بیشینة همگرایی شار رطوبت تراز 850 هکتوپاسکال به روزهای 12 تا 14 آوریل مربوط است. شار رطوبت همراه با بادهای جنوبی و جنوب غربی از دریای عرب و دریای سرخ بهسوی جنوب غرب ایران بود (شکل 4، «ت» تا «ج»). استقرار ناوه در راستای نصفالنهاری از شرق مدیترانه تا دریای سرخ به همراه همگرایی در سطح زمین و حرکات صعودی ناشی از آن و انتقال رطوبت از دو روز پیش از رخداد بارش بهسوی جنوب غرب کشور سبب تقویت سامانه و تشدید بارش در روزهای 14 و 15 آوریل در منطقه شده است. آب قابل بارش (شکل 4، «چ» تا «خ») نیز مقادیر درشتی را نشان میدهد (جدول 2).
|
الف)
|
ب)
|
پ)
|
|
ت)
|
ث)
|
ج)
|
|
چ) |
ح) |
خ) |
شکل 4. الف، ب و ج. فرارفت تاوایی تراز 500 هکتوپاسکال 14 و 15 آوریل 2016، ج، د و ه. شار رطوبت (همگرایی به رنگ آبی و واگرایی به رنگ قرمز) تراز 850 هکتوپاسکال 12 تا 14 آوریل 2016 و چ، ح و خ. آب قابل بارش (کیلوگرم بر مترمربع) 12 تا 14 آوریل 2016 (منبع: نویسندگان، 1399)
جدول 2. مقادیر آب قابل بارش (کیلوگرم بر مترمربع) در آوریل 2016
|
14 آوریل 2016 |
13 آوریل 2016 |
12 آوریل 2016 |
منطقه |
|
42 |
42 |
42 |
جنوب دریای سرخ |
|
28 تا 42 |
30 تا 40 |
32 تا 42 |
عربستان |
|
30 تا 40 |
36 تا 42 |
40 تا 42 |
خلیج فارس |
|
22 تا 34 |
30 تا 38 |
30 تا 38 |
منطقة پژوهش |
در آوریل 2009، بیشینة فرارفت مثبت تاوایی در بعدازظهر روز 8اُم و روز 9اُم در منطقه مشاهده شد (شکل 5، «الف» تا «پ»). بیشینة همگرایی شار رطوبت تراز 850 هکتوپاسکال در منطقه به بعدازظهر 8 آوریل مربوط است. شار رطوبت با بادهای جنوب غربی از جنوب دریای سرخ بهسوی جنوب غرب ایران بود (شکل 5، «ت» تا «ج») و آب قابل بارش (شکل 5، «چ» تا «خ») نیز روند افزایشی در منطقه داشته است (جدول 3).
|
الف) |
ب) |
پ) |
|
ت) |
ث) |
ج) |
|
چ) |
ح) |
خ) |
شکل 5. الف، ب و پ. فرارفت تاوایی تراز 500 هکتوپاسکال 8 تا 9 آوریل 2009، ت، ث و ج. شار رطوبت (همگرایی به رنگ آبی و واگرایی به رنگ قرمز) تراز 850 هکتوپاسکال 7 و 8 آوریل 2009 و چ، ح و خ. آب قابل بارش (کیلوگرم بر مترمربع) 6 تا 8 آوریل 2009؛ (منبع: نویسندگان، 1399)
جدول 3. مقادیر آب قابل بارش (کیلوگرم بر مترمربع) در آوریل 2009
|
8 آوریل 2016 |
7 آوریل 2016 |
6 آوریل 2016 |
منطقه |
|
34 تا 40 |
30 تا 42 |
30 تا 40 |
جنوب دریای سرخ |
|
18 تا 32 |
18 تا 32 |
22 تا 32 |
عربستان |
|
20 تا 28 |
16 تا 28 |
18 تا 24 |
خلیج فارس |
|
18 تا 26 |
10 تا 18 |
8 تا 16 |
منطقة پژوهش |
در آوریل 2004، بیشینة فرارفت مثبت تاوایی طی روز 4اُم و روز 5اُم در منطقه مشاهده شد (شکل 6، «الف» تا «پ»). بیشینة همگرایی شار رطوبت منطقه در تراز 850 هکتوپاسکال طی روز 4 آوریل رخ داد. شار رطوبت با بادهای جنوبی و جنوب غربی از دریای عرب و جنوب دریای سرخ بهسوی جنوب غرب ایران است. شکل 6، «ت» تا «ج» فرایند انتقال رطوبت از چشمهها را در رخداد بارش بهسوی جنوب غرب کشور نمایان میکند. جریانهای ضعیف جنوب غربی، انتقال رطوبت را به عرضهای شمالی در روز دوم آوریل نشان میدهد که برای روزهای بعد تقویت میشوند و در چهارم آوریل همگرایی شدید شار رطوبت در منطقة زاگرس مشهود است که مؤید تشدید بارش در این روز است.آب قابل بارش (شکل 6، «چ» تا «خ») نیز در این روز بهشدت افزایش داشته است (جدول 4).
چشمههای رطوبت برای رخداد بارش در منطقه، عمدتاً دریای عرب و دریای سرخ هستند که با توجه به فاصلة بیش از 2000کیلومتری آنها، انتقال رطوبت باید از چند روز پیش از فعالیت سامانه شروع شود.
|
الف)
|
ب)
|
پ)
|
|
ت)
|
ث)
|
ج)
|
|
چ)
|
ح)
|
خ)
|
شکل 6. الف، ب و پ. فرارفت تاوایی تراز 500 هکتوپاسکال 4 و 5 آوریل 2004، ت، ث و ج. شار رطوبت (همگرایی به رنگ آبی و واگرایی به رنگ قرمز) تراز 850 هکتوپاسکال 2 تا 4 آوریل 2004 و چ، ح و خ. آب قابل بارش (کیلوگرم بر مترمربع) 3 تا 4 آوریل 2004؛ (منبع: نویسندگان، 1399)
جدول 4. مقادیر آب قابل بارش (کیلوگرم بر مترمربع) در آوریل 2004
|
14 آوریل 2016 |
13 آوریل 2016 |
12 آوریل 2016 |
منطقه |
|
30 تا 40 |
30 تا 42 |
30 تا 36 |
جنوب دریای سرخ |
|
22 تا 34 |
22 تا 30 |
18 تا 30 |
عربستان |
|
30 تا 40 |
24 تا 30 |
16 تا 26 |
خلیج فارس |
|
20 تا 38 |
18 تا 28 |
18 تا 24 |
منطقة پژوهش |
ت. بررسی شرایط ترمودینامیکی
برایبررسیشرایطترمودینامیکیوناپایداری جوّاز نمودار skew-T و شاخصهایناپایداریجوّشامل TT،KI ، PW و CAPE درایستگاه شهرکرداستفاده شد (شکل 7). با توجه به شکل 7 الفدرساعت UTC00 روز 14اُم آوریل 2016، مقادیرشاخصهای ناپایداری °CTT= 49، °CKI= 33، cape= 2129 J/kg و PW= 3.2inches به دستآمدکه حاکی از شرایطمساعدبرایتشدید بارشهمرفتی در ساعات آینده است؛ همچنین در شکل 7 ب در ساعت UTC00 روز 8اُم آوریل 2009، مقادیرشاخصهای ناپایداری °C TT= 54، °CKI= 33، cape= 3142 J/kg و PW= 3.25 inches و در شکل 7 ج درساعت UTC00 روز 4اُم آوریل 2004، مقادیرشاخصهای ناپایداری °CTT= 47، °C KI= 29، cape= 1910 J/kg و PW= 3.43 inches به دستآمدکه گویای شرایطمناسب برای بارششدیداست.
|
ج)
|
ب)
|
الف)
|
شکل 7. نمودار skew-Tو شاخصهای ناپایداری در الف. آوریل 2016، ب. آوریل 2009 و ج. آوریل 2004
(منبع: نویسندگان، 1399)
4. نتیجهگیری
بارش برف، ویژگی اقلیمی استان چهارمحال و بختیاری است که در فصل بهار نیز وجود دارد؛ اما در سالهای اخیر با توجه به گرمشدن هوا و کاهش بارش برف در فصل زمستان، بارش برف در فصل بهار غیرمنتظره به نظر میرسد. بارش ازجمله کمیتهایی است که پیشبینی مکان و شدت آن با خطا همراه است؛ از این رو در این پژوهش برای پیشبینی با دقت بیشتر، منابع رطوبت و شرایط دینامیکی و ترمودینامیکی بارش برف بهاره در استان بررسی شد. برای انتخاب بارشهای غیرمعمول بهاره، نابهنجاری دما، بارش و ارتفاع ژئوپتانسیلی در تراز 500 هکتوپاسکال بررسی شد؛ در نتیجه بارش برف در فصل بهار سالهای 2004، 2009 و 2016 برای بررسی انتخاب شد. این بارشها درمقایسه با میانگین بلندمدت 30ساله متفاوت از نرمال بود.
بررسی شرایط دینامیکی سامانههای یادشده نشان داد در تراز 500 هکتوپاسکال، شکلگیری ناوة عمیق در منطقة شرق مدیترانه تا دریای سرخ و استقرار منطقة پژوهش در شرق این ناوه باعث ایجاد ناپایداری و حرکات صعودی در منطقه شده و همچنین همراه با فرارفت تاوایی مثبت در تراز 500 هکتوپاسکال است. با توجه به اینکه این شرایط برای هر سه سامانه رخ داده، وقوع بارش برف در فصل بهار براثر فرایند دینامیکی رخ داده است. شایان توجه است که در آوریل 2016 که مقدار برف بیش از دو سامانة دیگر بوده است، ناوة ایجادشده در منطقه بسیار عمیقتر از دو سامانة دیگر بوده و فرارفت تاوایی نیز مقدار بیشتری داشته است.
تحلیل کمیتهای شار رطوبت و آب قابل بارش نشان داد این سامانهها رطوبت خود را از دریای عرب، جنوب دریای سرخ، دریای عمان و شمال اقیانوس هند تأمین کردند. چشمههای رطوبت برای رخداد بارش در منطقه عمدتاً دریای عرب، دریای سرخ، دریای عمان و شمال اقیانوس هند هستند و در فاصلة بیش از 2000کیلومتری از جنوب غرب ایران قرار دارند و شار رطوبت از چند روز پیش از فعالیت سامانه با بادهای جنوبی و جنوب غربی از دریای عرب و جنوب دریای سرخ بهسوی جنوب غرب ایران ادامه دارد؛ همچنین کمیت آب قابل بارش در روز رخداد بهشدت افزایش دارد.
تحلیل دما نشان داد کاهش دما در روزهای رخداد پدیده نسبت به روزهای قبل و همچنین نسبت به میانگین اقلیمی شدید است و سردبودن کل ستون هوا، بارش بهصورت برف را در فصل بهار توجیه میکند.
بررسی شرایط اقلیمی ازجمله تحلیل نابهنجاری کمی بارشها نشان داد مقدار آنها در همة رویدادهای بارشی خیلی بیشتر از میانگین بلندمدت و نرمال منطقه بود و با نابهنجاری برجستة دما و ارتفاع در تراز 500 هکتوپاسکال هماهنگ است؛ بهطوری که 15 تا 30 دکامتر افت ارتفاع و بیش از 1 درجه افت دما در این تراز نسبت به بلندمدت مشاهده شد. سرمایش ستون جوّ ناشی از فرایند تبخیر یا ذوب در طی مسیر بهویژه در لایههای مجاور سطح زمین نقش مهمی در نزول بارش بهصورت برف دارد.
بررسی مقادیر شاخصهای ناپایداری در ایستگاه شهرکرد نیز نشان داد شاخصهای ناپایداری در ساعات پیش از رخداد پدیده برجسته بوده و باعث تشدید فعالیت و سرمایش همرفتی سامانهها شدهاند.
)
