Document Type : Research Paper
Authors
1 Ph.D., Department of Physical Geography, Faculty of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Associate professor, Department of Physical Geography, Faculty of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran
3 Professor., Department of Physical Geography, Faculty of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran
Abstract
Keywords
Main Subjects
مقدمه
بادهای غربی بهعنوان یکی از اجزای کلیدی سامانههای جوّی در عرضهای میانی شناخته میشود. این جریانها نقش تعیینکنندهای در شکلدهی به الگوهای سینوپتیکی دارد (Toggweiler, 2009, P. 1434؛ علیجانی، 1374). این بادها با توجه به جریانهای نصفالنهاری قویتر در زمستانِ نیمکرۀ شمالی با سامانههای همدیدی شرایط اقلیمی عرضهای میانی را به مناطق دیگر انتقال میدهند (Raziei et al., 2012, P. 1056). الگوی بادهای غربی در مقیاس سیارهای شامل سه موج بلندی است که شرق آمریکا، شرق آسیا و منطقۀ مدیترانه را تحتتأثیر قرار میدهد؛ بنابراین یکی از نقاط فعالیت و اثرگذاری بادهای غربی در تراز 500 هکتوپاسکال (Palmen & Newton, 1969; Harman, 1976) و ترازهای بالای وردسپهر روی دریای مدیترانه واقع شده است.
موج بلند مدیترانه که با برهمکنش پیچیده بین پرفشار جنبحاره و تاوۀ قطبی شکل میگیرد، تأثیر عمیقی بر دینامیکهای جوّی این منطقه دارد (حجازیزاده، 1376، ص. 23؛ مرادی و خیراندیش، ۱۳۸۰). این فرآیندها یک الگوی الاکلنگی دارد که نشاندهندۀ حرکات نصفالنهاری است (علیجانی و همکاران، 1391، ص. 263). در این حالت جریانهای نصفالنهاری با ناوههای عمیق و پشتههای قوی همراه میشود که از پدیدۀ عمدۀ بادهای غربی است (علیجانی و همکاران، 1391، ص. 255). یکی از دلایل اصلی تشکیل ناوه و عمیقشدن آن گسترش تاوۀ قطبی به عرضهای پایینتر در این منطقه است (علیدادی، ۱۳۸۹). عمیقشدن ناوه باعث ریزش هوای سرد عرضهای بالا به عرضهای پایین و ایجاد ناپایداری میشود که این فرآیند شرایط لازم را برای شروع دورۀ مرطوب فراهم می کند (کیانیان و همکاران، 1395؛ کیانیان و همکاران، 1397). هرچه شدت و محدودۀ ناوه عمیقتر باشد درمقابل، مرکز پرفشار جنبحاره به سمت عرضهای جنوبیتر (کمتر از ۲۵ درجه عرض جغرافیایی شمالی) منتقل میشود (مرادی، 1381، ص. 71). از سویی دیگر، با ضعیفشدن و جابهجایی شمالسوی تاوۀ قطبی و موقعیت جریانهای جت انتقال، انرژی از عرضهای جغرافیایی بالا به سمت عرضهای پایینتر کاهش مییابد و بهدنبال آن بادهای غربی از منطقه خارج و شرایط پایداری حاکم میشود (حجازیزاده و همکاران، 1386، ص. 147). در این شرایط انتقال هوای گرم از عرضهای پایین به سمت عرضهای بالاتر رخ میدهد و پشتههای قوی شکل میگیرد. این وضعیت بیشتر با پایداری هوا و عدم وقوع بارش و درنهایت، وقوع شدیدترین خشکسالیها همراه است (پروین، 1390، ص. 90؛ پروین، ۱۳۹۶، ص. 38).
تغییرات مکانی بادهای غربی با افزایش (کاهش) دامنه و عمق سامانههای فشاری همراه است (علیجانی، 1378الف، ص. 115). این تغییرات در قالب عمیقشدن جریانهای جوّی به سمت عرضهای پایینتر و یا کاهش دامنۀ امواج روی مدیترانه همراه با افزایش/کاهش فراوانی سامانههای جوّی ظاهر میشود. پژوهش Enfield et al. (2001) نشان میدهد که این تغییرات نقش اساسی در انتقال تودههای هوا و رطوبت از سطحهای آبی دارد. تغییرات یادشده در بُعد زمان و مکان نقش مهمی در بیهنجاریهای بارش و درنتیجه، بروز بارشهای فوق سنگین و خشکسالیهای گسترده در مناطق وسیع واقع در عرضهای میانی دارد (Huang et al., 2013, P. 3962). این شرایط برای مناطقی با تغییرپذیری بارشی بالا مانند جنوب غرب آسیا اهمیت زیادی دارد. علاوه بر آن، جنوب غرب آسیا بهعنوان یک منطقۀ مهم در تغییرات اقلیمی مطرح است. با توجه به تظاهرات گرمایش جهانی کاهش بارش در دهههای آینده در این منطقه پیشبینی شده است (حیدری و خوشاخلاق، 1397، ص. 91؛ Lilach & Yonaton, 2023). موقعیت جغرافیایی جنوب غرب آسیا در مرز بین اقلیم عرضهای میانه، مدیترانهای و خشک جنبحاره قرار دارد. ازجمله ویژگیهای مهم بارشی این منطقه تغییرپذیری زیاد بارش درطول سال است (Lockwood, 1988, P. 85). به همین دلیل، آن را مستعد وقوع خشکسالیهای شدید و طولانیمدت کرده است (Trewartha & Horn, 1980; Alpert et al., 2002, P. 4; Hasanean & Almazroui, 2015, P. 592). ایران یکی از کشورهای جنوب غرب آسیاست که در کمربند بیابانی نیمکرۀ شمالی واقع شده و یکی از بارزترین نمونههای جغرافیای-اقلیمی گفتهشده در بالاست. از ویژگیهای مهم اقلیمی ایران تغییرپذیری شدید بارش آن است.
محققان در مطالعات متعدّدی سازوکار و مسیرهای ناوه و چرخند مدیترانهای را بررسی کردهاند؛ از جمله: مسیرهای چرخندی ثانویه در غرب و شرق دریای مدیترانه (Nicolaides et al., 2004)، چرخندزایی (Bengtsson et al., 2006)، جابهجاییهای چرخندها در غرب مدیترانه (Campins et al., 2006)، مسیرهای چرخندی شرق مدیترانه (Flocas et al., 2010)، تغییرات مکانی-زمانی ارتفاع ژئوپتانسیل در تراز 500 هکتوپاسکال (Alijani, 2002)، چرخندهای مدیترانه (احمدیگیوی و نصراصفهانی، 1382)، مسیر توفان مدیترانه و نوسان اطلس شمالی (اسعدی و همکاران، 1390؛ رضائیان و همکاران، 1393)، تغییرات مکانی ناوه مدیترانه (علیجانی و نظاماتی، 1396) و تأثیر نوسانات اطلس شمالی بر ارتباط بین مسیرهای توفان اطلس شمالی و مدیترانه (ملاشریفی و همکاران، 1398). همچنین، مطالعاتی درزمینۀ پایش چرخندهای شرق مدیترانه و رابطۀ آنها با تغییرات دورۀ خشک و تر (Kutiel et al., 1998, P. 60)، مراکز فعالیت و الگوهای گردش جوّی زمستانه (رضیئی و همکاران، 1388)، فراوانی ورود چرخندهای مدیترانهای به ایران (عساکره و خجسته، 1400) و تغییرات گردشهای جوّی بر موقعیت مدیترانه (میرزایی و همکاران، 1402) انجام شده است.
همچنین، مطالعاتی نیز درزمینۀ علل همدید خشکسالی انجام شده است؛ اما در بیشتر آنها به نوع و چگونگی پیکربندی الگوهای همدیدی که به خشکسالیهای منجر میشود، توجه شده است. این پژوهشها شامل بررسی الگوهای ماهانۀ خشکسالی و ترسالی در ایران (خوشاخلاق و همکاران، 1376)، الگوهای سینوپتیکی منجر به خشکسالیهای پاییزه و زمستانه در استان خراسان رضوی (موسوی بایگی و اشرف، 1390)، الگوهای همدید خشکسالی و ترسالی زمستانه در جنوب غرب ایران (خوشاخلاق و همکاران، 1391)، تأثیر سامانههای مدیترانهای بر خشکسالی غرب ایران (محمدنژاد و همکاران، 1392)، الگوهای همدید بر دورههای ترسالی و خشکسالی ایران مرکزی (فاطمی و همکاران، 1394)، تحلیل همدید پرفشار جنب حارۀ عربستان و رودباد جنب حاره در خشکسالیهای شدید و جنوب غرب ایران (لشکری و همکاران، 1396)، آبوهواشناختی رژیم بارش غرب میانی ایران (خوشاخلاق و همکاران، 1399)، مکانیسم جوّی بر رخداد ناهنجاریهای شدید بارشی شرق ایران (گوهری و همکاران، 1401) و ناهنجاریهای همدیدی منجر به خشکسالیهای و ترسالیهای فراگیر ایران (محمودی و همکاران، 1401ب) است؛ با این حال باوجود پژوهشهای گستردۀ الگوهای کلی گردش جوّ و تأثیر آنها بر بارش مطالعات کمتری درزمینۀ نقش تغییرات مکانی و زمانی اجزای گردش جوّ (ناوهها و پشتههایی) در وقوع و شدت خشکسالی ایران انجام شده است. در این مطالعات هنوز شناخت کافی و دقیقی از تغییرات مکانی اجزای سینوپتیکی کلیدی مانند ناوهها و پشتهها و تأثیر آنها بر نوسانات بارشی و بهویژه خشکسالی در ایران وجود ندارد. با توجه به اینکه دریای مدیترانه بهعنوان یک منطقۀ گذرگاهی برای تودههای هوای ورودی از اقیانوس اطلس به سمت جنوب غرب آسیا عمل میکند (اسعدی و همکاران، 1390)، مطالعۀ دقیقتر روی تغییرات و دینامیکهای بادهای غربی برای درک ناهنجاریهای بارشی ازجمله خشکسالی و سیل بر این منطقه ضروری است. محققان در پژوهش حاضر برای پرکردن خلأهای موجود در مطالعات پیشین تمرکز خود را بر تغییرات مکانی اجزای موج بادهای غربی (ناوهها و پشتهها) و مؤثر بر خشکسالی ایران قرار دادهاند. برخلاف پژوهشهای قبلی که محققان در آن بیشتر به تحلیل گردش جوّ و الگوهای همدید پرداختهاند، پژوهشگران این مطالعه درنظر دارند که با هدف بررسی مکانمحور اجزای گردش جوّ (ناوهها و پشتهها) منطقه نقش تغییرات مکانی عمق ناوهها و بلندی پشتهها را در نوسانات بارشی و خشکسالیهای ماهانۀ ایران تا حد امکان روشن کنند. نتایج این مطالعه میتواند بهعنوان مبنایی برای بهبود مدلهای پیشبینی خشکسالی و نوسانات بارشی نیز استفاده شود. این امر به سیاستگذاران و برنامهریزان محیط زیست کمک میکند تا با اطلاعات دقیقتر و پیشبینیهای بهبودیافته استراتژیهای مؤثرتری را برای مدیریت بحرانهای آبی و مواجهه با شرایط اقلیمی پیش رو تدوین کنند.
منطقۀ مطالعهشده
ایران دومین کشور بزرگ در جنوب غرب آسیاست (شکل 1 الف). این سرزمین تنوع چشمگیری در ویژگیهای جغرافیایی و اقلیمی دارد که شامل اقلیمهای خشک تا مرطوب میشود (Azari et al., 2021). حدود 5/35% از مساحت آن بسیار خشک و تنها 10% آن مرطوب است (Saboohi et al., 2012). این تنوع جغرافیایی که از دو رشتهکوه اصلی زاگرس و البرز در شمال و غرب تا دو بیابان خشک دشت کویر و دشت لوت در مرکز و شرق گسترده است، منجر به توزیع ناهمگون بارش در سراسر ایران شده است. بارش سالانۀ ایران بسیار کمتر از میانگین جهانی است (شریف و همکاران، 1402) و بیشتر در فصلهای زمستان و بهار رخ میدهد (Kiany et al., 2018).
داده و روش پژوهش
در این مطالعه برای بررسی اثر موقعیت و تغییرات مکانی ناوه و پشته بر خشکسالیهای ایران از دو داده ماهانه بارش در محدودۀ سرزمینی ایران (شکل 1 پ) و ارتفاع ژئوپتانسیل (برحسب gpm) تراز 500 هکتوپاسکال در محدودۀ همدید مؤثر بر بارش ایران در محدودهای از ۴۰ درجۀ غربی تا ۷۰ درجۀ شرقی و از ۱۰ تا ۷۰ درجۀ شمالی (شکل 1 ب) استفاده شده است. انتخاب این تراز بهدلیل آن است که یکی از مهمترین مناطق فرود بادهای غربی بر فراز دریای مدیترانه در تراز 500 هکتوپاسکال قرار دارد (Palmen & Newton, 1969; Harman, 1976). تراز 500 هکتوپاسکال در مدل تکلایهای جوّ زمین بهعنوان لایۀ میانی جوّ شناخته شده و نیروی اصطکاک در آن ناچیز است (Holton, 2004, P. 12). این ویژگیها تراز 500 هکتوپاسکال را به سطحی ایدهآل برای مطالعۀ الگوهای جوّی تبدیل میکند. دادههای استفادهشده در مقیاس ماهانه از پایگاه (https://www.ecmwf.int) ECMWF-Era5 با دقت 25/0×25/0 درجه و در بازۀ زمانی 1979 تا 2021 برای ماههای سپتامبر تا می جمعآوری و تحلیل شده است.
خشکسالی ماهانه
برای پایش خشکسالی شاخصهای متعدّدی وجود دارد و یکی از چالشهای مطالعات خشکسالی استفاده از شاخص مناسب است. در پژوهشهایی که برای پیشنهاد شاخص مناسب با توجه به شرایط جغرافیایی-اقلیمی مانند ایران انجام شده شاخصهای مانند SPI (بروغنی و همکاران، 1394)،SPEI (یوسفی و همکاران، 1396) وRAI (خسروی و همکاران، 1391؛ حجازیزاده و همکاران، 1400؛ حیدری و همکاران، 1402) پیشنهاد شده است. در پژوهش حاضر برای شناسایی خشکسالیهای ماهانه از شاخص ناهنجاری بارشRAI (Rainfall Anomaly Index) که بهعنوان یکی از مناسبترین شاخصهای خشکسالی برای مناطق اقلیمی مانند ایران معرفی شده، استفاده شده است. این شاخص با رابطههای (1 و 2) به دست میآید (Van Rooy, 1965).
در این شاخص بارش مدنظر، میانگین بارش، میانگین ده نمونه از بیشترین مقدارهای بارش رخداده در دورۀ آماری، میانگین ده نمونه از کمترین مقدارهای بارش رخداده در دورۀ آماری است. طبقهبندی شدت خشکسالی در جدول 1 ارائه شده است.
جدول 1: طبقهبندی شدت خشکسالی شاخص
Table 1: Classification of drought severity according to the RAI index
شدت خشکسالی |
ارزش |
شدت خشکسالی |
ارزش |
بسیارشدید |
< -3 |
ضعیف |
-1.2 - -0.3 |
شدید |
-3 - -2.1 |
عدم خشکسالی |
-0.3 < |
متوسط |
-2.1 - -1.2 |
|
|
منبع: Van Rooy, 1965
در این مطالعه منظور از شدتهای مختلف خشکسالی شرایط خشکسالی است. در گام بعد با استفاده از رابطۀ زیر درصد گسترۀ خشکسالی ماهانه برای دورۀ مطالعاتی (1979-2021) محاسبه شد (رابطۀ 3).
(3) |
PDA = × 100 |
PDA درصد گسترۀ خشکسالی، gn تعداد گرههای تحت شرایط خشکسالی، n تعداد همۀ گرههای واقع در محدودۀ ایران است. درنهایت، برای بررسی ارتباط گسترۀ خشکسالیهای ماهانۀ ایران و موقعیت و تغییرات مکانی ناوه و پشتهها درصد مساحت خشکسالی در5 طبقه، صفر تا 20، 20 تا 40، 40 تا 60، 60 تا 80 و 80 تا 100 درصد دستهبندی شد.
موقعیت و تغییرات ناوه و پشتهها
موقعیت مکانی محورهای ناوه و پشته با استفاده از دادههای ژئوپتانسیل ماهانه تراز 500 هکتوپاسکال در محدودۀ 40 درجۀ غربی تا 70 درجۀ شرقی و 10 تا 70 درجۀ شمالی (شکل 1 الف) بهصورت دستی با ترسیم نقشهها در نرمافزار ArcGIS استخراج شد (بهصورت شماتیک در شکل 2 نشان داده شده است). با توجه به تعداد بالای محور و موقعیت شمالی جنوبی ناوه و پشتهها برای هر ماه میانگین محور ناوه و پشتههای هر ماه با توجه به درصد مساحت خشکسالی نمایش داده شده است. این باعث میشود که موقعیت محورها و تغییرات حد جنوبی (شمالی) ناوهها (پشتهها) در ارتباط با درصد مساحت خشکسالیها مشخص و قابل تفسیر باشد.
شکل 1: (الف) محدود همدید مطالعهشده، (ب) دادههای ارتفاع ژئوپتانسیل و (پ) پراکنش دادههای بارش ERA5 روی ایران (منبع: نویسندگان)
Figure 1: (a) Synoptic boundaries of the study area, (b) Geopotential height data, and (c) Spatial distribution of ERA5 precipitation data over Iran
روند تغییرات مکانی ناوه و پشتهها
در این مطالعه با هدف بررسی روند تغییرات مکانی ناوهها و پشتهها درطول زمان از رابطۀ رگرسیون خطی استفاده (رابطۀ 4) شد (Galton, 1886).
(4)
این معادله برای هر ماه از دورۀ مطالعهشده روند تغییرات حد جنوبی ناوهها و حد شمالی پشتهها را نشان میدهد. درصورتی که شیب خط رگرسیون مثبت باشد، نشاندهندۀ جابهجایی شمال و شرقسوی و درصورتی که شیب خط رگرسیون منفی باشد، نشاندهندۀ جابهجایی جنوب و غربسوی موقعیت حد شمالی ناوهها و حد جنوبی پشتههاست. پس از تعیین شیب خط رگرسیون با توجه به تعداد سالهای مطالعه میزان جابهجایی محاسبه شد.
شکل 2: طرح نمایشی استخراج محور، حد جنوبی و شمالی ناوه و پشتهها (منبع: نویسندگان)
Figure 2: Schematic representation of the extraction of the axis, southern, and northern limits of troughs and ridges
یافتههای پژوهش و تجزیهوتحلیل
ارتباط بین محور ناوه و پشته با گسترۀ خشکسالیهای ماهانه
شکل 3 میانگین موقعیت مکانی محور ناوهها و پشتهها را در منطقۀ فعالیت موج مدیترانهای نشان میدهد. با توجه به تعداد زیاد محورهای ناوه و پشته برای 42 سال دورۀ مطالعاتی (42 محور ناوه و 42 محور پشته) میانگین موقعیت این محورها با توجه به درصد گسترۀ (در 5 طبقه) خشکسالیهای هر ماه ارائه شده است. در نگاه کلی در همۀ ماهها محور پشتهها نسبت به محور ناوهها با توجه به گسترۀ خشکسالیها جابهجایی مکانی بسیار بیشتری داشته است. محور پشتهها در زمانهایی که مساحت خشکسالی در ایران اندک تا کمتر از 20 درصد بوده بهطور تقریبی در دو موقعیت مرکز تا غرب مدیترانه و گاه شرق اقیانوس اطلس شمالی و در ماههایی که خشکسالیهای فراگیر (بیش از 80 درصد مساحت) و نیمهفراگیر (بین 60 تا 80 درصد مساحت) در کشور رخ داده در سواحل شرقی مدیترانه تا غرب ایران بوده است. هرچقدر محور پشتهها شرقیتر (نزدیک به ایران و غرب ایران) استقرار یافته گسترۀ خشکسالیها بیشتر شده است. محور ناوهها بهطور واضح، برخلاف محور پشتهها در زمانهایی که کشور در خشکسالیهای وسیع قرار داشته، در مدیترانۀ مرکزی تا غربی مستقر بوده و درمقابل، در ماههای با گسترۀ خشکسالی کم در مدیترانۀ شرقی تا طول جغرافیایی 40 درجۀ شرقی استقرار داشته است. محور پشتهها در دورههای خشکسالیهای فراگیر به استثنای ماه ژانویه که در شرق مدیترانه مشاهده شده، در دیگر ماهها در غرب ایران و در ماههای بدون خشکسالی در غربیترین موقعیت خود در غرب مدیترانه دیده میشود. محمودی و همکاران (1401ب) در پژوهش خود اشاره کردهاند که در اکتبرها و نوامبرها ترسالیهای فراگیر هستههای همگرایی شار رطوبتی روی دریای مدیترانه قرار میگیرد.
شکل 3: میانگین موقعیت مکانی ماهانه محور ناوه و پشتهها باتوجه به درصد گسترۀ (رنگها) خشکسالیهای ماهانۀ ایران (2021-1979)، خط توپر (محور پشته) و نقطه خطها (محور ناوه) است. (منبع: نویسندگان)
Figure 3: Monthly average location of the ridge and trough axes concerning the percentage extent (colors) of monthly droughts across Iran (1979–2021). The solid line represents the ridge axis, and the dashed lines represent the trough axis.
یکی از مهمترین سازوکار بارشهای ایران (بهجزء فصل تابستان) ناوههای شکلگرفته در جریان باد غربی در شرق مدیترانه است. تغییر موقعیت مکانی این ناوها به سمت غرب و پیامد آن قرارگیری محور پشته روی ایران است. به عبارت دیگر، جابهجایی پشته به سمت شرق دریا مدیترانه و شمال عراق باعث کاهش بارشها بر ایران میشود (خوشاخلاق و همکاران، 1376، ص. 136؛ خوشاخلاق، 1377؛ خوشاخلاق و همکاران، 1391، ص. 57). همانطور که نتایج پژوهش حاضر نشان داد شرایط گفتهشده باعث رخداد خشکسالیهای گسترده در کشور میشود؛ اما درمقابل، با تقویت و استقرار پشتۀ قوی در غرب مدیترانه و بر اروپای غربی با گسترش شاخۀ جنوبی جریانهای غربی روی مدیترانه ناوۀ شرق مدیترانه را شکل میدهد. این شرایط باعث تقویت و عمیقترشدن ناوۀ مذبور میشود (de Vries et al., 2013, P. 7087). پیامد این رخداد، بارشهای مناسب روی ایران است. همانگونه که پیشتر اشاره شد و در شکل 3 آورده شده است، رخداد و گسترۀ خشکسالی در ایران بهطور محسوسی کاهش مییابد.
موقعیت حد جنوبی ناوه و حد شمالی پشته در خشکسالیهای ایران
حد جنوبی ناوهها که نمایانگر عمق ناوه و گسترش جنوبسوی امواج بادهای غربی در منطقه است در شکل 4 آمده است. موقعیت جغرافیایی حد جنوبی ناوهها در زمان خشکسالیهای فراگیر و نیمهفراگیر در همۀ ماهها نسبت به ماههای با رخداد خشکسالی کموسعت کمی به سمت جنوب و بهطور واضح به سمت غرب جابهجا شده است (شکل 4). این شرایط بهجزء یکی دو رخداد در دو ماه ژانویه و آوریل در ماههای دیگر بهروشنی دیده میشود. در رخداد خشکسالیهای وسیع بر ایران، پراکندگی حد جنوبی ناوههای مدیترانه از 30 درجۀ غربی الی 30 درجۀ شرقی بوده که این پراکندگی در ماههای سرد سال بسیار محسوستر است. در ماههای دورۀ گذار، سپتامبر، آوریل و می (بهجزء دو، سه رخداد خاص در کشور) (در رخداد خشکسالیهای وسیع در کشور) پراکندگی موقعیت حد جنوبی ناوه کمتر بوده است و بیشتر در موقعیت مصر، لیبی و شمال سودان دیده میشود؛ اما حد جنوبی ناوهها در زمانهای بدون خشکسالی یا رخداد خشکسالیهای کموسعت نسبت به زمان رخداد خشکسالیهای فراگیر شرقی و تا حدودی شمالیتر بوده است. حد جنوبی ناوهها در این زمانها در سه موقعیت مشخص سواحل جنوبی دریای مدیترانه در شمال شرق آفریقا، شمال دریای سرخ و تعداد اندکتری حوالی خلیج فارس مشاهده شده است. رئیسی و محمودی (1402) موقعیت قرارگیری حد جنوبی ناوه را در ارتباط با ویژگی بارش تأیید کردهاند.
الگوی پراکنش حد شمالی پشتهها در رخداد خشکسالیهای نیمهفراگیر و فراگیر ایران عکس پراکنش حد جنوبی ناوههاست (شکل 5)؛ اما الگوی پراکنش مداری و نصفالنهاری موقعیتها همانند پراکنش حد جنوبی ناوهها در جهت نصفالنهاری بسیار مشهودتر است. همانگونه که گفته شد در رخداد خشکسالیهای نیمهفراگیر و فراگیر حد شمالی پشتهها در شرق موقعیتشان در رخداد خشکسالیهای پراکنده و با گسترۀ کم دیده میشود که برعکس جابهجایی موقعیت حد جنوبی ناوه در این دو زمان است. در زمان رخدادهای خشکسالی نیمهفراگیر تا فراگیر موقعیت شمالی پشتهها بین دریای سیاه تا نصفالنهار 60 درجۀ شرقی متغیر بوده است. موقعیت مداری آنها نیز در همین شرایط خشکسالی اندکی جنوبیتر از شرایط بدون خشکسالی یا خشکسالی کموسعت است. پراکندگی حد شمالی پشتهها در دورۀ سرد برخلاف پراکندگی بیشتر نصفالنهاری حد جنوبی ناوهها کمتر و در ماههای دورۀ گذار (سپتامبر، آوریل و می) بیشتر بوده است.
محور ناوهها و حد جنوبی آنها بههمراه موقعیت محور پشتهها و حد شمالی آنها بهروشنی نشان میدهد که قرارگیری ناوهها در شرق مدیترانه تا غرب ایران و گسترش آنها تا نیمۀ دریای سرخ همراه باوجود پشتۀ بلند (حد شمالی از مرکز اروپا تا اسکاندیناوی) در مرکز و غرب مدیترانه میتواند باعث رخداد بارشهای مناسب روی ایران و درنتیجه، کاهش وقوع خشکسالی شود. برعکس، هرگاه محور پشتهها در شرق مدیترانه تا ایران و محور ناوهها در مرکز تا غرب مدیترانه قرار داشته باشد، شرایط برای رخداد بارش بر ایران نامساعد بوده است. در این میان، رخداد خشکسالیهای گاه وسیع در کشور دیده میشود. این نتایج میتواند گواه نقش بسیار اساسی اجزای گردش جوّ منطقۀ جنوب غرب آسیا و حوضۀ مدیترانه در اقلیم و بهخصوص بارش ایران باشد. همانگونه که در پژوهشهای قبلی بیان شده است، چرخندهای شرق مدیترانه و بهطور خاص در اطراف قبرس (محور و موقعیت ناوههای مشخصشده در زمان خشکسالیهای کم) نقش تعیینکنندهای در سالهای مرطوب ایران دارند (جعفربیگلو و همکاران، 1388، ص. 83؛ یاراحمدی و مریانجی، 1390، ص. 105؛ صلاحی و عالی جهان، 1392، ص. 73؛ خسروی و همکاران، 1393، ص. 83).
شکل 4: موقعیت مکانی حد جنوبی ناوهها با توجه به درصد گسترۀ (رنگ ها) خشکسالیهای ماهانه ایران در دورۀ (2021-1979) (منبع: نویسندگان)
Figure 4: Location of the southern boundary of troughs in relation to the percentage extent (colors) of monthly droughts across Iran during the period 1979–2021
عمق ناوهها تحتتأثیر تغییرات مداری پشتهها قرار دارد. تغییرات طولی و عرضی پشتهها منجر به تغییرات عرضی ناوۀ مدیترانه میشود؛ بهطوری که تشدید شیو فشار بین پشته و ناوه روی اروپا بر موقعیت مکانی ناوۀ مدیترانه تأثیرگذار است. زمانی که محور ناوه در تراز 500 هکتوپاسکال بر شرق مدیترانه چندان عمیق نباشد و دورتر از نصفالنهار 5/47 درجه طول شرقی واقع شود، بارشهای کمتری در کشور رخ خواهد داد (علیزاده و همکاران، 1391، ص. 1). وجود یک ناوۀ بزرگ و عمیق بر شرق مدیترانه و دریای سرخ موجب ایجاد جریانهای جنوب غربی روی ایران میشود. وجود واچرخند روی دریای عمان (عرب) در ترکیب با ناوۀ عمیق شرق مدیترانه ضمن ایجاد جریانهای هوا با رطوبت مناسب و گسترش گردش چرخندی، پتانسیل زیادی را برای ایجاد بارشهای فراگیر بر ایران ایجاد میکند (علیجانی، 1378ب، ص. 7؛ رضیئی و همکاران، 1388، ص. 17، کیانیان و همکاران، 1395، ص. 175؛ پوراصغر و همکاران، 1396، ص. 145؛ کریمی احمدآباد و همکاران، 1398ب، ص. 233؛ کاشکی و همکاران، 1401، ص. 208؛ دلدارزهی و همکاران، 1402، ص. 45؛ فروتن و صلاحی، 1402، ص. 352؛ جلیلیان و ذوالفقاری، 1403، ص. 240). چنین شرایطی باعث رخداد کمتر خشکسالی و حتی شرایط بدون خشکسالی در کشور میشود (کریمی احمدآباد و همکاران، 1398الف، ص. 563؛ Karimi et al., 2022, P. 959).
با افزایش جابهجایی شمالسوی ارتفاع زیاد، جنبحارۀ پشته روی شرق مدیترانه و غرب ایران تقویت میشود، در این زمان تاوایی مثبت جریانات تراز فوقانی با شکلگیری ناوه روی شرق اطلس و غرب مدیترانه به دور از منطقۀ مؤثر بر بارش جنوب غرب آسیا افزایش مییابد و پشته در بازوی شرقی ناوۀ مذبور بهدلیل کاهش تاوایی مثبت و افزایش تاوایی منفی تشکیل میشود. این وضعیت نشاندهندۀ افزایش صعود و ناپایداری در منطقۀ شرق اطلس و غرب مدیترانه و خشکسالیهای فراگیر در شرق مدیترانه و ایران است. تعدادی از محققان نیز بهصورت همدیدی به این نتایج رسیدهاند (عطایی، 1388، ص. 57؛ کیانیان و همکاران، 1395، ص. 175؛ پروین، 1396، ص. 28).
شکل 5: موقعیت مکانی حد شمالی پشتهها با توجه به درصد گسترۀ (رنگ ها) خشکسالیهای ماهانه ایران در دورۀ (2021-1979) (منبع: نویسندگان)
Figure 5: Location of the northern limits of ridges concerning the percentage extent (colors) of monthly droughts across Iran during the period 1979–2021
روند تغییرات مکانی میانگین ماهانۀ حد شمالی پشته و حد جنوبی ناوه در خشکسالیهای ایران
در این مطالعه برای تبیین روشنتر ارتباط بین ویژگی موجهای باد غربی (ناوۀ شرق و پشتۀ غرب مدیترانه) و وسعت خشکسالیهای ایران میانگین موقعیت فضایی و تغییرات حد شمالی محور پشته و حد جنوبی محور ناوه در طی بازۀ زمانی 42 ساله برای هر ماه محاسبه و ترسیم شد (شکل 6). همانطور که در شکل مشاهده میشود، موقعیت مکانی حد شمالی محور پشته در ماههای سپتامبر، اکتبر، نوامبر، آوریل و می نسبت به قبل به سمت غرب و شمالغرب میانگین خود جابهجا شده است. درمقابل، در ماههای دسامبر، ژانویه، فوریه و مارس تمایل جابهجایی به سمت جنوب شرق، شرق و شمال میانگین موقعیت آنها بوده است (شکل 6). بیشترین جابهجایی مربوط به ماههای ژانویه، نوامبر، مارس و آوریل بهترتیب 13، 14، 9 و 6 درجه و درمقابل، کمترین جابهجایی مربوط به ماه می با 3 درجه است. در شکل 6 (سمت راست) مشاهده میشود که حد جنوبی محور ناوهها در ماههای سپتامبر، اکتبر، نوامبر، آوریل و می به سمت شمال شرق و شرق میانگین خود جابهجا شده است؛ درحالی که در ماههای دسامبر، ژانویه، فوریه و مارس جابهجایی به سمت جنوب غرب و غرب میانگین موقعیت آنها بوده است. بیشترین جابهجایی بهترتیب 11، 9، 7 و 6 درجه مربوط به ماههای ژانویه، آوریل، نوامبر و دسامبر بوده و کمترین جابهجایی در ماه اکتبر با 2 درجه مشاهده شده است.
با مشاهدۀ جابهجاییهای متفاوت موقعیت مکانی حد گسترش پشتهها و عمق ناوه در ماههای مختلف، بررسی ارتباط جابهجاییها با شرایط خشکسالیهای ایران مدنظر قرار گرفت. همانطور که در شکل 7 مشاهده میشود، بیشترین روند کاهشی گسترۀ خشکسالی در کشور در ماه نوامبر ثبت شده است. در همین ماه بیشترین جابهجایی غربسوی حد شمالی پشته و شمالسو و تا حدی شرقسوی ناوه مشاهده شده است. این شرایط در دو ماه آوریل و می البته با جابهجایی کمتر و نیز روند کاهشی مساحت خشکسالی کمتر دیده میشود. درمقابل، در ماههای بارشی اصلی کشور دسامبر، ژانویه و مارس جابهجایی شرقسو در حد شمالی پشتهها و جابهجایی غربسو در حد جنوبی ناوهها مشاهده میشود. این تغییر موقعیت با روند افزایشی درصد گسترۀ خشکسالی در کشور در همین ماهها توافق دارد.
بهطور خاص، نتایج برخی پژوهشها نشان داده است که در ماههای اکتبر و نوامبر بهدلیل فراهمشدن شرایط ناپایداری جوّی بارشهای پاییزی تمایل به افزایش دارد (حجازیزاده و همکاران، 1403، ص. 28). این افزایش بارش که در آن بهبود شرایط همزمان با جابهجایی غربسوی حد شمالی ناوهها و شرقسوی پشتهها رخ میدهد، میتواند نشاندهندۀ ارتباط میان این الگوهای جوّی و کاهش گسترۀ خشکسالی در ماه نوامبر باشد. این روند که نشاندهندۀ همسویی میان جابهجایی سامانههای جوّی و تغییرات بارش و خشکسالی است در ماههای آوریل و می هرچند با شدت کمتر مشاهده شد.
شکل 6: میانگین ماهانه موقعیت مکانی (دایره توخالی) حد شمالی پشته (چپ) و حد جنوبی ناوه (راست) بههمراه تغییرات مکانی آنها (دایره خاکستری) در دورۀ (2021-1979) (منبع: نویسندگان)
Figure 6: Monthly average location (hollow circles) of the northern boundary of ridges (left) and the southern boundary of troughs (right), along with their spatial variations (gray circles) during the period 1979–2021
شکل 7: روند تغییرات گسترۀ شدت ترسالی-خشکسالیهای ماهانۀ ایران (منبع: کریمی و حیدری، 1402، ص. 142)
Figure 7: Trend of changes in the extent of monthly wet-drought severity across Iran
نتیجهگیری
پژوهش حاضر با هدف بررسی ارتباط بین گسترۀ خشکسالیهای ایران و موقعیت مکانی ویژگیهای گردش جوّی سامانههای همدید با تأکید بر نقش ناوهها و پشتههای بادهای غربی در منطقۀ مدیترانه انجام شد. نتایج حاصل از تحلیل دادههای بارش و ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال ماهانه بهوضوح نشان داد که موقعیت مکانی این سامانهها بهطور چشمگیری بر شدت و گسترۀ خشکسالیها در ایران تأثیر میگذارد. هرگونه تغییر موقعیت و کاهش یا افزایش طول موج آنها در موج محل مدیترانهای بادهای غربی بر اقلیم و رخداد بارش در جنوب غرب آسیا و ایران اثرگذار است.
در راستای دستیابی به هدفهای پژوهش مشخص شد که در دورههایی که خشکسالیهای فراگیر در ایران رخ داده، ناوههای مدیترانه به سمت شرق اطلس و غرب مدیترانه جابهجا و عمیقتر شده است. این تغییرات ازطرفی، منجر به تشکیل پشتههای قوی در شرق مدیترانه شده و از طرف دیگر، از ورود سامانههای بارشی به ایران جلوگیری کرده و درنهایت، خشکسالیهای فراگیر را به دنبال داشته است. هرچقدر محور این ناوه به سمت مرکز مدیترانه جابهجا شود، محور پشتۀ شرقی به سمت غرب ایران گسترش بیشتری مییابد که این خود خشکسالیهای کاملاً فراگیر را برای ایران درپی خواهد داشت. در این حالت، مرکز پرارتفاع جنوب غرب آسیا در هنگام نفوذ به عرضهای بالا بهگونهای بهسوی غرب جابهجا میشود که منجر به ایجاد یک پشتۀ قوی روی ایران میشود.
درمقابل، در دورههایی که گسترۀ خشکسالی اندک بوده، محور ناوۀ مدیترانه در شرق (محلی با فراوانی بالای پیچانههای تراز میانی جوّ در منطقه است) و حتی روی خشکیهای جنوب غرب آسیا مستقر میشود. در چنین شرایطی محور پشته عکس رخداد خشکسالیهای گسترده در مدیترانۀ غربی فعّال میشود.
در نتایج پژوهش حاضر این نکته تأیید شد که روند موقعیت مکانی حد جنوبی و شمالی محور ناوه و پشته در ماههای مختلف حاکی از هماهنگی بالای این جابهجاییها با روند درصد گسترۀ خشکسالیهای ماهانه است. جابهجایی حد شمالی پشتهها در ماههای اکتبر، آوریل، می و بهطور ویژه، نوامبر به سمت غرب و تا حدودی شمال موقعیت میانگین خود بههمراه جابهجایی شرقسوی حد جنوبی ناوهها در همان ماهها با کاهش گسترۀ خشکسالی در ماههای مذبور هماهنگ است. این شرایط باعث نفوذ بیشتر بادهای غربی، عقبنشینی پرفشار جنبحاره و بهدنبال آن شار رطوبت مناسب با جریانهای جنوب غربی، رخداد بارش و درنتیجه، کاهش گسترۀ خشکسالی شده است. درمقابل، جابهجایی ناوه به غرب و جنوب غرب میانگین موقعیت خود ناوۀ شرق اطلس را عمیقتر کرده است که این شرایط باعث ایجاد پشتۀ قوی در شرق مدیترانه و عدم ورود سامانههای بارشزا به منطقۀ جنوب غرب آسیا و ایران میشود. این نتایج میتواند به درک روشتری از تأثیر خشکسالی ایران از موقعیت مکانی ناوهها و پشتههای بادهای غربی در منطقۀ مدیترانه که خود متأثر از رفتار گردش جوّ و نمایههای آن مانند NAO وAO است، کمک کند.