بررسی موردی چینش قائم باد سطوح پایین در فرودگاه مهرآباد

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی‌پژوهشکده هواشناسی

2 کارشناس ارشد هواشناسی و مشاور پیش بینی، مرکز پیش بینی و هشدار سازمان هواشناسی

3 کارشناس ارشد هواشناسی، مدیر مرکز پیش بینی و هشدار سازمان هواشناسی

چکیده

یکی از پدیده‌های هواشناسی که بویژه در هواشناسی هوانوردی مورد توجه پژوهشگران قرار می‌گیرد چینش قائم باد سطوح پایین است.‌این کمیت در نزدیکی سطح زمین در اثر اختلاف برداری باد افقی در یک لایه کم عمق در راستای افقی یا قائم‌ایجاد می‌شود.‌این اختلاف می‌تواند در اثر تغییر سمت یا سرعت و یا تفاوت همزمان هر دو کمیت‌ایجاد گردد. در‌این پژوهش با بکارگیری داده‌های دو ثانیه‌ای‌ایستگاه کاوش جو فرودگاه مهرآباد تهران در ماه‌های ژانویه و ژولای سال2010 میلادی، چینش قائم باد سطوح پایین در فرودگاه مهرآباد بررسی شد.‌این داده ها که برای اولین بار در‌ایران مورد استفاده قرار گرفت، از مرکز فن آوری اطلاعات سازمان هواشناسی گرفته شده است. برای محاسبه چینش قائم باد سطوح پایین در‌این پژوهش، ابتدا فاصله 620 متری از سطح آنمومتر(سطح 10 متری) به بازه‌های 30 متری(100 پائی) تقسیم شد و سپس. داده‌های سمت و سرعت باد در لایه‌های‌ایجاد شده بدست آمد. در ادامه چینش قائم بادسطوح پایین  محاسبه و بررسی شد. نتایج نشان داد که در ماه ژانویه چینش قائم باد سطوح پایین غیر همرفتی در اثر عبور جبهه‌های جوی و وارونگی دما‌ایجاد شده است. چینش قائم باد سطوح پایین در‌این ماه در‌ایستگاه مهرآباد، در لایه‌های مختلفی رخ داده است و فراوانی چینش قائم باد ضعیف در‌این ماه بیشتر می‌باشد. بیشترین مقدار‌این کمیت در‌این ماه به ساعت 0000 گرینویچ مربوط می‌شود که در روزهای چهارم و بیست و سوم ژانویه در لایه 71-10 متری با مقادیر به ترتیب 14.2 و 12.3 بر حسب2-10 بر ثانیه رخ داده است. از بررسی چینش قائم باد سطوح پایین در روزهای مختلف ماه ژولای دیده می‌شود که چینش قائم باد در‌این ماه در اثر وارونگی دما‌ایجاد شده است. در‌این ماه فراوانی رخداد چینش قائم باد در لایه 10-71 متری بیشتراست. . بیشترین مقدار‌این کمیت در‌این ماه در ساعت 1200 گرینویچ روز چهادهم ژولای در لایه 71-10 متری با مقدار 16.7 بر حسب2-10 بر ثانیه برآورد شده است. بررسی چینش قائم باد در ماه ژولای‌این سال نشان می‌دهد که در 35 درصد موارد، چینش قائم باد سطوح پایین رخ داده است که 22 درصد آن از نوع ضعیف، 11 درصد از نوع متوسط و 2 درصد از نوع شدید بوده است. شایان ذکر است که فراوانی چینش قائم باد متوسط در ماه ژولای  نسبت به ماه ژانویه بیشتر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A case study on low level vertical wind shear in Mehrabad Airport

نویسندگان [English]

  • M. Moradi 1
  • P. Rezazadeh 2
  • A. Vazifeh 3
چکیده [English]

Abstract Every two second Radio sound data of Mehrabad airport upper air station in Tehran for January and July 2010 is used in this research to investigate low level vertical wind shear (LLVWS) in the station. Results show in January non-convective LLVWS were caused by temperature inversion and front transitions. Vertical shear occurred in different layers and its weak vertical shear frequency is significant in this month. The highest shear values were observed on 4th and 23rd January at 0000UTC. Survey of the LLVWS on different days of the month show the phenomenon mainly caused by inversion and is greater in the layer 10 to 71m above the ground with different intensities. Frequency of moderate intensities in July is more than January. In this month 35% of cases had LLVWS, within those cases 22% are weak, 11% moderate and 2% are intense.  Introduction. Vertical wind shear is a complicated problem in aviation meteorology and tropical cyclone and has been on the center of attention of researchers. Based on the recommendation of WMO since 1960s; it was considered more drastically and publication No. 230 of WMO published in 1969 which is mainly devoted to results of investigations of world researchers. Among the researchers in the publication which investigated vertical wind shear in boundary layer are Kosano, Robert and Pettitt (1969). Later there have been many specialized studies on the subject which we can name Sinclier (1991), Arkell (2000). Sinklier et.al in a paper investigated wind shear in low level flights to reveal the phenomenon and for use in warnings. Arkell investigated types of wind shear and its forecast procedures from aeronautical meteorology view. The purpose of this study is to determine different layers LLVWS in the Mehrabad airport in July and January as a representative to warm and cold months to ease landing and take off operations.            Materials and methods. The Mehrabad airport station is located at the geographical position of 51.31° E and 35.69° N  and height of 1191m above mean sea level.  It is an aviation met station with twice daily soundings. To investigate wind shear, every 2 second wind data of the station at 0000 and 1200UTC is used. LLVWS is defined when the vertical wind speed difference is at least 5mps/100ft and is dominant from surface to 2000ft aloft[18],[11]. The surface wind speed is measured at 10m above the ground, so the height 0f 2030 is divided to 20 sub-layers of 100ft. Then, through routine meteorology procedures, data related to the base and top of the shallow layers is obtained. Typically the data is presented in Table 3. We computed vertical wind shear using the equation (1). The phenomenon is considered significant when. Results and discussion.The data Survey shows non convective vertical wind shear in January results from frontal movements and inversions. During the month, the phenomena occurred in different layers above the station with higher frequencies of weak LLVWS cases. The maxima of the phenomena were at 0000UTC on 4th and 23rd of January. The data Survey in July show inversions are the main reason for vertical wind shear and it occurred with different intensities and more frequent within the 10 to71 m layer above the ground. The survey indicate within July 35% of cases were LLVWS, 63% of them of weak intensity, 31% moderate and 6% severe.   Conclusion. January and July 2010 wind profile data in a 2030ft layer divided to 100ft sub-layers show that atmospheric fronts in January and inversions in July are the main reason for of LLVWSin the Mehrabad meteorology station. The maximum cold season wind shear occurs at 0000UTC and warm season at 1200UTC. Since in warm seasons the dominant heat low on Iran diminishes at 0000UTC and gets its maxima in 1800UTC, thus intensified afternoon easterly winds dominates Iranian plateau and transfers desert warm air toward Mehrabad airport. This mechanism causes low level convection in Mehrabad in mid-day.   

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low Level Vertical Wind Shear
  • Velocity shear
  • Directional shear
  • Mehrabad Airport
  • radio sound

مقدمه

یکی از مشکلات پیچیده‌ای که معمولا در بحث هواشناسی هوانوردی و بررسی توفانهای حاره‌ای مورد توجه پژوهشگران قرار دارد، چینش قائم باد است که از اوایل دهه 60 میلادی با توصیه سازمان جهانی هواشناسی به طور جدی به آن پرداخته شده است به گونه‌ای که نشریه شماره 230 سازمان جهانی هواشناسی که در سال 1969 منتشر شده است، عمدتاً به نتیجه تحقیقات پژوهشگران کشورهای مختلف در مورد چینش قائم باد اختصاص یافته است. از جمله پژوهشگرانی که در‌این نشریه چینش قائم باد را در لایه سطحی و لایه مرزی بررسی کرده اند میتوان به کوسانو (Kosano و همکاران، 1969) رابرت (Rebert،1969) و پتیت (Pettitt و همکاران، 1969) اشاره کرد. پس از انتشار نشریه فوق، مطالعات تخصصی زیادی در مورد چینش قائم باد ارائه شده است که می‌توان به چند نمونه از نتایج آخرین تحقیقات اشاره کرد.

بین و همکاران (Bin و همکاران، 2005) اثر چینش قائم باد بر روی توسعه چرخندهای حاره‌ای را به طور آماری بررسی کردند. آنها با بکارگیری داده‌های  NCEP/NCAR در دوره آماری 2002-1999 نشان دادند که چینش قائم باد بین دو تراز 500 و 200 هکتوپاسکال نسبت به چینش قائم باد در ترازهای 200و 850 هکتوپاسکال برای توسعه چرخندهای حاره‌ای از اهمیت بیشتری برخوردار می‌باشد. فرانک و همکاران (Frank و همکاران،2001) اثر چینش قائم باد روی توسعه چرخندهای حاره‌ای را به کمک مدل MM5 شبیه سازی کردند و نشان دادند که چرخندهای حاره‌ای در اثر چینش 5 و 10 متر بر ثانیه به ترتیب در مدت 36 و 24 ساعت پس از شروع شبیه سازی تضعیف می‌شوند. کاربوسیرو و همکاران (Corbosiero و همکاران،2002) در بررسی چینش قائم باد روی توسعه و شکل گیری چرخندهای حاره‌ای نشان دادند که عامل شکل گیری و توسعه‌ این سامانه ها بیشتر در اثر چینش قائم باد در ترازهای پایین می‌باشد. راپین و همکاران (Rappin و همکاران، 2012) اثر چینش قائم باد را در 349 مورد چرخندزائی مطالعه کردند و نشان دادند که در بیشتر موارد ‌این کمیت نقش عمده‌ای بر عهده دارد.

چینش قائم باد سطوح پایین در زمینه هوانوردی توسط پژوهشگران زیادی بررسی شده است. برخی از پژوهشگران هواشناسی هوانوردی چینش قائم باد که در اثر شرایط غیر همرفتی ‌ایجاد می‌شود را بررسی کرده‌اند که می‌توان به سینکلیر و همکاران (Sinclair و همکاران،1991) و آرکل (Arkell،2000) اشاره کرد. سینکلیر و همکاران در مقاله‌ای چینش باد را در پروازهای سطوح پایین برای آشکار کردن ‌این پدیده و اعلان هشدار بررسی کردند. آرکل اختلاف بین انواع چینش باد و نحوه پیش بینی آنها را از دیدگاه هواشناسی هوانوردی بررسی کرد.

در‌ ایران به سبب نبود داده‌های مناسب،‌ این کمیت تا سال 1368 بررسی نشده است. طی سالهای 1368 و 1369 نصیرزاده (1989) و رزم زن (1990) با بکارگیری داده‌های برج هواشناسی سازمان انرژی اتمی که در امیرآباد تهران قرار داشت، چینش قائم باد را در تهران در لایه‌های مختلف 10-45، 10-80 و 10-100 متری و برای ماه‌های مختلف، بررسی کردند. ‌این بررسی‌ها که در قالب پایان‌نامه دانشجوئی کارشناسی ارشد رشته هواشناسی است، نشان داد که به علت وجود اثرات ناشی از مالش سطح زمین، چینش تندی باد در لایه 10-45 متری بیشتر از لایه‌های دیگر است. همچنین نتایج ‌این پژوهشگران نشان داد که چینش قائم باد در برج هواشناسی امیرآباد به سبب ساختار ویژه توپوگرافی و قوی بودن نسیم کوه به دشت و دشت به کوه برای شهر تهران قابل تعمیم نمی‌باشد.

چینش باد می‌تواند افقی و قائم باشد. چینش افقی باد آهنگ تغییر باد افقی در راستای محورهای افقی است و چینش قائم باد آهنگ تغییر باد افقی در راستای قائم می‌باشد. چینش قائم باد در سطوح بالاو پایین بطور مجزا بررسی می‌شود. چینش قائم باد سطوح بالا برای بررسی نحوه تشکیل و رهگیری توفانهای حاره‌ای و چینش قائم باد سطوح پایین در امور هوانوردی بکار گرفته می‌شود.

چینش قائم باد سطوح بالا عموما اختلاف برداری باد در دو تراز 850 و 200 هکتوپاسکال است و چینش قائم باد سطوح پایین در نزدیکی سطح زمین در اثر اختلاف برداری باد افقی در یک لایه کم عمق زیر 2000 پائی (حدود 610 متر) بالای سطح زمین در راستای قائم‌ ایجاد می‌شود (Arkell ،2000) و (Cole و همکاران،2000).‌ این کمیت هم در اثر عوامل همرفتی و هم در اثر غیر همرفتی‌ ایجاد می‌شود. چینش قائم باد سطوح پایین که در اثر عوامل همرفتی مانند توفانها ‌ایجاد می‌شوند، طول عمر کوتاهی دارند و فقط به کمک رادارهای هواشناسی آشکار می‌شوند (Bander ،1989). چینش قائم باد سطوح پایین که در اثر عوامل غیر همرفتی مانند عبور جبهه ها، وارونگی دما، جت سطح پایین و توپوگرافی‌ایجاد می‌شوند، طول عمرشان بیشتر از ساعت است و بوسیله رادیو سوند، پروفایلر باد و رادار هواشناسی می‌تواتند آشکار شوند (Rappin و همکاران، 2012). چینش قائم باد سطوح پایین بر اساس مستندات هوانوردی (NWS، 2005)، به صورت اختلاف برداری باد سطح زمین و ارتفاع 2000 پائی بالای سطح زمین تعریف می‌شود. اندازه‌ این کمیت به صورت زیر نوشته می‌شود (Bin و همکاران، 2005) :

(1)

در‌ این رابطه و به ترتیب نشانگر مولفه‌های مداری و نصف‌النهاری بردار باد، چینش قائم باد سطوح پایین، اندیس‌های و به ترتیب ترازهای بالا و پایین اشاره می‌کنند. نیز اختلاف ارتفاع بر حسب متر می‌باشد. از دیدگاه پژوهشگران هواشناسی هوانوردی چینش قائم باد سطوح پایین هنگامی‌ رخ می‌دهد که در لایه 2000 پائی بالای سطح زمین، اندازه سرعت باد بیش از 5 متر بر ثانیه و یا جهت آن بیش از 60 درجه تغییر کند (NWS، 2008) یا ‌این شرایط در هر زیر لایه 200 پائی درون لایه فوق وجود داشته باشد (UCAR، 2008). در رابطه (1) مولفه‌های افقی باد از رابطه‌های زیر بدست می‌آیند:

(2)       

( 3 )    

در‌این روابط اندازه بردار سرعت باد بر حسب متر بر ثانیه و جهت آن بر حسب درجه می‌باشد. با استفاده از ‌این روابط چینش قائم باد به صورت زیر دسته بندی می‌شود (NWS، 2004):

ضعیف

متوسط

شدید

از رابطه (1) نمی‌توان تشخیص داد که چینش قائم در اثر تغییر سمت است و یا ناشی از تغییر سرعت و یا در اثر تغییر همزمان هر دو عامل جهت و سرعت‌ ایجاد شده است. برای برطرف شدن ‌این مسئله، در ‌این پژوهش نحوه تغییرات سمت و سرعت باد با ارتفاع نیز بررسی می‌شود. برای محاسبه سرعت باد در لایه‌های مختلف با استفاده از سرعت باد در یک تراز، معمولا روشهای متفاوتی وجود دارد که ساده ترین نوع آن استفاده از رابطه لگاریتمی‌مربوط به دیکون[1] است که به صورت زیر نوشته می‌شود :

(4)        

در ‌این رابطه سرعت باد در ارتفاع ، سرعت باد در ارتفاع  و عدد ثابتی است که مقدار آن برای حالتهای مختلف جو متفاوت می‌باشد و به ناهمواری سطح زیرین و پایداری جوّ بستگی دارد. از‌ این رابطه برای ارتفاع‌های بین 10 تا 300 متری استفاده می‌شود است و توصیه شده است که برای ارتفاعات بالاتر ‌این معادله با احتیاط بکار برده شود (Brandon ، 2008).

معمولا از رابطه (4) برای ارزیابی کیفی نحوه پخش آلودگی در تاسیسات آلوده کننده استفاده می‌شود. در ‌این صورت در کلاسهای پایداری مختلف (Pasquill ،1974) و برای مناطق شهری و غیر شهری مقادیر سرعت باد با ارتفاع متفاوت است. در مناطق شهری برای جو ناپایدار 15/0 تا 2/0، برای جو خنثی 25/0 و برای جو پایدار‌ این کمیت 3/0 در نظر گرفته شده است. در مناطق غیر شهری برای جو ناپایدار 07/0 تا 1/0 ، برای جو خنثی 15/0 و برای جو پایدار ‌این کمیت 35/0 تا 55/0 در نظر گرفته شده است.

هدف از‌این تحقیق تعیین لایه‌های مختلف چینش قائم باد سطوح پایین در فرودگاه مهرآباد در ماه‌های ژانویه و ژولای به عنوان به ترتیب ماه سرد و ماه گرم برای تسهیل نشست و برخاست هواپیماهای مختلف می‌باشد.

 

مواد و روشها

ایستگاه مهرآباد تهران با موقعیت 31/51 درجه طول جغرافیائی شرقی، 69/35 درجه عرض جغرافیائی شمالی و ارتفاع 1191 متر از سطح متوسط دریا یکی از‌ایستگاه‌های فرودگاهی است که روزانه در دو نوبت عمل رادیوگمانه جو را انجام می‌دهد. برای بررسی چینش باد در‌ایستگاه مهرآباد از داده‌های دو ثانیه‌ای میدان باد که بطور روزانه در ساعتهای 0000 و 1200 گرینویچ در سال 2010 میلادی از گزارش رادیو گمانه‌ این ‌ایستگاه بدست آمده است، استفاده شد. نمونه‌ای از ‌این داده‌ها در جدول 2 نشان داده شده است.

از آنجائی که برای تعیین چینش قائم باد سطوح پایین اختلاف سرعت باد در زیر 2000 پائی بالای سطح زمین و در لایه‌های 100 پائی (30.5 متر) باید بیش از 5 متر بر ثانیه باشد (NWS، 2008) و (UCAR، 2008) و نیز باد سطح زمین در ارتفاع 10 متری (30 پائی) اندازه گیری می‌شود، از‌این رو در ‌این پژوهش برای محاسبه چینش قائم باد سطوح پایین، فاصله 620 متری (2030 پائی) بالای سطح زمین به لایه‌های 30 متری (100 پائی) تقسیم می‌شود. سپس داده‌های باد ‌ایستگاه رادیو گمانه جو مهرآباد بر اساس روشهای متداول هواشناسی به داده‌های کف و سقف‌ این لایه‌های کم عمق تبدیل شد. نمونه‌ای از ‌این داده‌ها در جدول 3 نشان داده شده است. برای محاسبه چینش قائم باد، ابتدا مولفه‌های افقی باد محاسبه شدند و سپس با بکارگیری رابطه (1) چینش قائم باد بدست آمد. در‌ این پژوهش چینش قائم باد سطوح پایین هنگامی‌رخ می‌دهد که رابطه  برقرار باشد.

 

 

جدول 2- نمونه‌ای از فایلهای 2 ثانیه‌ای‌ایستگاه رادیو گمانه جو مهرآباد تهران در روز یکم  مارس 2010 در ساعت 0000 گرینویچ.

زمان

فشار (هکتوپاسکال)

ارتفاع (متر)

سمت و سرعت باد

دقیقه

ثانیه

سرعت (متر بر ثانیه)

سمت (درجه)

0

0

9/879

1191

2

31

0

2

9/878

1200

2

27

0

4

7/877

1212

2

23

0

6

4/876

1224

2

19

0

8

2/875

1235

2

14

0

10

3/874

1244

2

10

0

12

2/873

1254

2

6

0

14

0/872

1266

2

2

0

16

7/870

1278

2

358

0

18

5/869

1290

2

354

0

20

3/868

1301

2

350

0

22

1/867

1313

2

347

0

24

6/865

1327

2

343

0

26

4/864

1338

2

339

0

28

5/863

1347

2

335

0

30

8/862

1354

2

332

0

32

8/861

1363

2

328

0

34

8/860

1373

2

325

0

36

7/859

1383

2

321

0

36

6/858

1394

2

318

0

40

6/857

1404

1/2

315

0

42

7/856

1413

1/2

312

0

44

8/855

1421

1/2

309

0

46

8/854

1431

1/2

306

0

48

7/853

1441

1/2

303

0

50

7/852

1452

2/2

300

0

52

4/851

1464

2/2

298

0

54

0/850

1477

2/2

295

0

56

7/848

1490

3/2

293

0

58

6/847

1501

3/2

291

1

0

4/846

1513

3/2

289

 

جدول 3- میدان باد در ارتفاعهای مختلف در ساعت 0000 گرینویچ مورخ دوم ژانویه 2010 در‌ایستگاه مهرآباد.

ارتفاع از سطح زمین

سمت باد ( درجه )

سرعت ( متر بر ثانیه )

متر

پا

0/10

30

274

3/2

5/40

130

287

2/3

0/71

230

299

1/4

5/101

330

312

0/5

0/132

430

324

9/5

5/162

530

336

7/6

0/193

630

348

6/7

5/223

730

359

3/8

0/254

830

9

1/9

5/284

930

19

8/9

0/315

1030

29

5/10

5/345

1130

38

1/11

0/376

1230

46

7/11

5/406

1330

55

3/12

0/437

1430

59

6/12

5/467

1530

64

0/13

0/498

1630

69

2/13

5/528

1730

72

4/13

0/559

1830

74

5/13

5/589

1930

75

6/13

0/620

2030

74

5/13


نتایج و بحث

بررسی نتایج محاسبات نشان می‌دهد که از 47 مورد دیدبانی در ماه ژانویه سال 2010، در 7 مورد چینش قائم باد سطوح پایین در لایه‌های مختلف رخ داده است. ‌این موردها در جدول 4 نشان داده شده است. در‌ این جدول مقادیر چینش قائم باد سطوح پایین بر حسب آورده شده است. از ‌این جدول دیده می‌شود که در روز دوم ژانویه در ساعت 0000 گرینویچ، در هشت لایه متفاوت چینش قائم باد سطوح پایین رخ داده است که بر اساس دسته بندی شدت، همگی از نوع ضعیف می‌باشند ‌این شرایط در شکل 1 نشان داده شده است. از جدول 4 همچنین دیده می‌شود که در ساعت 0000 گرینویچ روز چهارم در لایه10 تا 71 متری از سطح زمین، چینش قائم باد سطوح پایین بسیار شدید است. شکل 2 چینش قائم باد سطوح پایین را در‌ این روز نشان می‌دهد. از ‌این جدول دیده می‌شود که در ساعت 0000 گرینویچ روز سیزدهم ژانویه در چند لایه مختلف چینش قائم باد ضعیف برآورد شده است. در ساعت 1200 گرینویچ روز هیجده ام، بیستم و بیست و پنجم نیز چینش باد ضعیف است ولی در ساعت 0000 گرینویچ روز بیست و سوم چینش قائم باد شدید برآورد شده است. این کمیت در لایه 10 تا 71 متری رخ داده است. از بررسی سمت و سرعت باد در ساعت 0000 گرینویچ روز چهارم ژانویه دیده می‌شود که در لایه 10-71 ، سرعت باد از 1.5 متر بر ثانیه به 8.7 متر بر ثانیه افزایش یافته است. جهت باد نیز از 350 درجه به 266 درجه پسگرد کرده است. در ‌این مورد اختلاف جهت با ارتفاع 84 درجه است. در ساعت 0000 گرینویچ روز بیست و سوم ژانویه دیده میشود که در لایه 10-71، سرعت باد از 2 متر بر ثانیه به 9.5 متر بر ثانیه افزایش یافته است. جهت باد نیز از 300 درجه به 291 درجه پسگرد کرده است.

 

 

جدول 4- چینش قائم باد سطوح پایین بر حسب در روزهای مختلف ماه ژانویه 2010 در‌ایستگاه مهرآباد.

لایه زیر 620 متری

ساعت 0000

روز دوم

ساعت

0000

روز چهارم

ساعت 0000

روز سیزدهم

ساعت

1200

روز هیجده ام

ساعت 1200

روز بیستم

ساعت

0000

روز بیست و سوم

ساعت

1200

روز بیست و پنجم

0/620-0/10

6/2

2/1

7/0

5/0

3/0

4/1

5/0

0/71-0/10

7/3

2/14

8/2

3/1

1/5

3/12

8/3

5/101-5/40

1/4

4/0

8/2

8/1

1/5

7/0

8/5

0/132-0/71

6/4

3/0

8/3

4/1

4/3

9/0

5/6

5/162-5/101

8/4

5/0

1/4

9/1

2/2

0/1

6/4

0/193-0/132

3/5

5/0

4/4

4/2

8/1

9/0

5/3

5/223-5/162

5/5

5/0

2/5

6/2

4/1

8/0

4/2

0/254-0/193

5/5

5/0

9/4

3/3

0/1

8/0

5/2

5/284-5/223

7/5

3/0

3/4

4/4

8/0

7/0

8/3

0/315-0/254

0/6

4/0

9/2

9/4

9/0

6/0

4/3

5/345-5/284

0/6

4/0

6/1

4/4

3/1

3/0

7/2

0/376-0/315

7/5

3/0

6/0

0/2

4/3

2/0

1/2

5/406-5/345

0/6

2/0

8/0

0/1

8/4

3/0

2/1

0/437-0/376

7/4

0/0

7/1

6/3

3/3

4/0

9/0

5/467-5/406

4/3

2/0

4/3

3/5

7/1

5/0

5/0

0/498-0/437

8/3

3/0

1/5

4/4

5/1

7/0

0/1

  5/528 – 5/467     

1/3

2/0

8/5

2/2

4/1

7/0

6/1

  0/559 – 0/498     

0/2

2/0

0/5

4/1

8/0

7/0

3/2

  5/589 – 5/528     

2/1

7/0

0/4

8/1

6/0

6/0

4/2

  0/620 – 0/559     

0/0

7/0

0/3

4/1

2/0

6/0

4/2

 

 

 

 

 

 

شکل 1- چینش قائم باد سطوح پایین( 2-10 بر ثانیه ) در ساعت 0000 گرینویچ روزهای دوم و سیزدهم و ساعت 1200 گرینویچ روزهای بیستم و بیست و پنجم  ژانویه 2010 در مهرآباد تهران.

 

 

 

شکل 2- چینش قائم باد سطوح پایین( 2-10 بر ثانیه ) در ساعت 0000 گرینویچ روزهای چهارم و بیست و سوم ژانویه 2010 در مهرآباد تهران.

 

 

شکل 3 نمودار ترمودینامیکی اسکیوتی را در ‌ایستگاه مهرآباد برای ساعت 0000 گرینویچ روز سیزدهم ژانویه 2010 نشان می‌دهد. از ‌این شکل دیده میشود که در ‌این روز وارونگی دما در لایه‌های زیرین‌ایجاد شده است. در ‌این روز گرته میدان فشار سطح متوسط دریا (شکل 4 ) و میدان ارتفاع تراز 500 هکتوپاسکال (شکل 5) نشان می‌دهد که پر فشار هماهنگ با پرارتفاع تراز میانی بر ‌ایران حاکم است.‌این شرایط نشان می‌دهد که چینش قائم باد سطوح پایین از نوع غیر همرفتی است که عامل ‌ایجاد آن وارونگی دمای شبانه بوده است.

در روزهای هیجده‌ام،  بیستم و بیست و سوم ژانویه نیز پشته فشاری به همراه پشته ارتفاع تراز میانی، منطقه مطالعاتی را تحت تاثیر قرار داده‌اند. در‌ این حالت موردی نیز مشابه روز سیزدهم ژانویه، وارونگی شبانه سبب ‌ایجاد چینش قائم باد سطوح پایین شده‌اند. برای کاستن از حجم مطالب ازآوردن الگوهای همدیدی اجتناب شده است.

 

 

 

شکل 3- نمودار ترمودینامیکی اسکیوتی در ساعت 0000 گرینویچ روز سیزدهم ژانویه 2010 در‌ایستگاه مهرآباد تهران.

 

 

شکل 4- میدان فشار سطح زمین بر حسب هکتوپاسکال در ساعت 0000 گرینویچ روز سیزدهم ماه ژانویه سال 2010. محورهای مختصات، طول و عرض جغرافیایی بر حسب درجه می‌باشد. خطوط هم فشار با فاصله 5 هکتوپاسکال رسم شده است.

منطقه رنگی در روی‌ایران استان تهران و دایره قرمزرنگ‌ایستگاه مهرآباد تهران را نشان می‌دهد.

 

 

شکل 5 :میدان ارتفاع تراز 500 هکتوپاسکال بر حسب متر در ساعت 0000 گرینویچ روز سیزدهم ماه ژانویه سال 2010. محورهای مختصات، طول و عرض جغرافیایی بر حسب درجه می‌باشد. خطوط هم ارتفاع به فاصله 40 متر رسم شده اند.

منطقه رنگی در روی‌ایران استان تهران و دایره قرمزرنگ‌ایستگاه مهرآباد تهران را نشان می‌دهد.

 


شکل 6 میدان فشار را در ساعت 1200 گرینویپ روز بیست و پنجم ژانویه 2010 نشان می‌دهد. از‌این شکل دیده می‌شود که کم فشار سراسر ‌ایران را تحت تاثیر قرار داده است و مرکز کم فشار با خط هم فشار 1010 هکتوپاسکال استان تهران را در بر گرفته است. با بررسی میدان ارتفاع تراز میانی مربوط به‌این ساعت، دیده می‌شود که بیشتر نقاط نیمه غربی‌ایران از جمله تهران در جلو ناوه ارتفاع قرار گرفته است که مرکز آن به طور بسته در شمال دریای سیاه می‌باشد(شکل 7). شکل 8 میدان دما و ارتفاع را در تراز 850 هکتوپاسکال نشان می‌دهد. از‌این شکل دیده می‌شود که فرارفت هوای سرد در جنوب غرب به همراه فرارفت هوای گرم در شمال شرق‌ایران وجود جبهه‌های مختلف جوی در منطقه را نشان می‌دهد. با رسم جبهه گرم و سرد، مشخص شد که جبهه سرد در‌این ساعت منطقه مطالعاتی را تحت تاثیر قرار داده است.‌این بررسی نشان می‌دهد که عبور جبهه‌های جوی عامل ‌ایجاد چینش قائم باد سطوح پایینی در‌این تراز می‌باشد.

بررسی چینش قائم باد سطوح پایین در حالت موردی دوم و چهارم ژانویه نیز نشان می‌دهد که یک جبهه سرد ناشی از عبور یک سامانه بارشی از روی تهران عبور کرده است. در‌ این دو حالت موردی نیز جبهه‌های جوی سبب‌ایجاد چینش قائم باد سطوح پایین شده است.

 

 

 

شکل6- میدان فشار سطح زمین بر حسب هکتوپاسکال در ساعت 1200 گرینویچ روز بیست و پنجم ماه ژانویه سال 2010. محورهای مختصات، طول و عرض جغرافیایی بر حسب درجه می‌باشد. خطوط هم فشار با فاصله 5 هکتوپاسکال رسم شده است. منطقه رنگی در روی‌ایران استان تهران و دایره قرمزرنگ‌ایستگاه مهرآباد تهران را نشان می‌دهد.

 

 

شکل 7- میدان ارتفاع تراز 500 هکتوپاسکال بر حسب متر در ساعت 1200 گرینویچ روز بیست و پنجم ماه ژانویه سال 2010. محورهای مختصات، طول و عرض جغرافیایی بر حسب درجه می‌باشد. خطوط هم ارتفاع به فاصله 40 متر رسم شده اند. منطقه رنگی در روی‌ایران استان تهران و دایره قرمزرنگ‌ایستگاه مهرآباد تهران را نشان می‌دهد.

 

 

شکل 8- میدان دما ( بر حسب درجه کلوین)  و  ارتفاع ( بر حسب متر) در تراز 850 هکتوپاسکال در ساعت 1200 گرینویچ روز بیست و پنجم ماه ژانویه سال 2010. محورهای مختصات، طول و عرض جغرافیایی بر حسب درجه می‌باشد. خطوط هم ارتفاع به فاصله 40 متر رسم شده اند. منطقه رنگی در روی ‌ایران استان تهران و دایره قرمزرنگ‌ایستگاه مهرآباد تهران را نشان می‌دهد. جبهه سرد با خط پر رنگ آبی و جبهه گرم با رنگ صورتی مشخص شده است.

 


از‌ این بررسی دیده می‌شود که در ماه ژانویه به سبب عبور متناوب سامانه‌های همدیدی و جبهه‌های جوی مختلف و نیز وارونگی شبانه دما در نزدیکی سطح زمین، چینش قائم باد سطوح پایین در‌ایستگاه مهرآباد تهران، در لایه‌های مختلفی‌ایجاد شده است.

از بررسی چینش قائم باد سطوح پایین در روزهای مختلف ماه ژولای دیده می‌شود که در‌این ماه از 54 مورد دیدبانی در 19 مورد چینش قائم باد سطوح پایین با شدتهای مختلف رخ داده است که در برخی روزها در ساعتهای 0000 و 1200 گرینویچ آشکار شده است. از‌این تعداد 14 مورد در لایه کم عمق 10-71 متر برآورد شده است. دسته بندی چینش قائم باد سطوح پایین در ‌این ماه یک مورد شدید، شش مورد متوسط و یازده مورد ضعیف برآورد شده است. ‌این شرایط در شکل 9 نشان داده شده است. از ‌این شکل دیده می‌شود که در ساعت 1200 روز چهاردهم ماه ژولای چینش قائم باد سطوح پایین به 16.7 واحد رسیده است که بیشینه مقدار در طول‌این ماه می‌باشد. در ‌این روز سرعت باد با ارتفاع 2 متر بر ثانیه افزایش و جهت باد با ارتفاع نیز 100 درجه افزایش پیشگردی یافته است.

شکلهای 10 و 11 نیمرخ قائم دما، نم نسبی و باد در ترازهای مختلف فشاری در ساعت 0000 گرینویچ روزهای دوم و نوزدهم ژولای 2010 را نشان می‌دهد. ‌این شکلها به عنوان نمونه‌ای از وارونگی دما در ‌این ماه ارائه شده است.

 

 

 

 

شکل 9- چینش قائم باد سطوح پایینبر حسب 2-10 بر ثانیه در روزهای مختلف ماه ژولای 2010 در‌ایستگاه مهرآباد تهران.

 

 

شکل 10- نمودار ترمودینامیکی اسکیوتی در ساعت 0000 گرینویچ روز دوم ژولای 2010 در‌ایستگاه مهرآباد تهران.

 

شکل 11- نمودار ترمودینامیکی اسکیوتی در ساعت 0000 گرینویچ روز نوزدهم ژولای 2010 در‌ایستگاه مهرآباد تهران.

 


این بررسی نشان می‌دهد که چون در ماه‌های گرم سال سامانه‌های همدیدی همراه با جبهه‌های جوی مختلف از روی تهران عبور نمی‌کنند، از‌این رو جبهه‌های جوی نمی‌توانند عامل ‌ایجاد چینش قائم باد سطوح پایین باشند و‌این پدیده غیر همرفتی بیشتر در اثر وارونگی دما پدید می‌اید. چون در ‌این ماه طول عمر وارونگی شبانه دما در نزدیکی سطح زمین بسیار کوتاه می‌باشد، بنابراین در ماه ژولای رخداد چینش قائم باد در لایه‌های نزدیک زمین از فراوانی بیشتری برخوردار می‌باشد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که در بیشتر موارد رخداد چینش قائم باد در ماه ژولای، جهت باد از شمالشرقی به جنوبشرقی تغییر یافته است.

 

نتیجه گیری

بر اساس بررسی‌های بعمل آمده در بندهای پیش، نتایج موردی‌این پژوهش که برای اولین بار در‌ایران از داده‌های 2 ثانیه‌ای‌ایستگاه کاوش جو استفاده شده است، به شرح زیر بیان می‌شود:

بررسی داده‌های کاوش جو مربوط به ژانویه 2010 در ‌ایستگاه مهرآباد تهران نشان داد که در ماه ژانویه چینش قائم باد غیر همرفتی در اثر عبور جبهه‌های جوی و وارونگی دما رخ داده است. چینش قائم باد سطوح پایین در‌ این ماه در ‌ایستگاه مهرآباد، در لایه‌های مختلفی رخ داده است و فراوانی چینش قائم باد سطوح پایین ضعیف در‌ این ماه بیشتر می‌باشد. بیشترین مقدار‌ این کمیت در ‌این ماه به ساعت 0000 گرینویچ مربوط می‌شود که در روزهای چهارم و بیست و سوم ژانویه رخ داده است. از بررسی چینش قائم باد سطوح پایین در روزهای مختلف ماه ژولای دیده می‌شود که چینش قائم باد در ‌این ماه در اثر وارونگی دما‌ ایجاد می‌شود. در ‌این ماه فراوانی رخداد چینش قائم باد در لایه 10-71 متری بیشتر است و‌ این کمیت با شدتهای مختلفی رخ داده است. بررسی چینش قائم باد در ماه ژولای ‌این سال نشان می‌دهد که در 35 درصد موارد، چینش قائم باد سطوح پایین رخ داده است که 22 درصد آن از نوع ضعیف، 11 درصد از نوع متوسط و 2 درصد از نوع شدید بوده است. از آنجائی که در فصل گرم در ‌ایران کم فشار گرمائی ساعت 0000 گرینویچ تقریبا محو و در عصر تا ساعت 1800 گرینویچ به اوج خود می‌رسد، از‌این رو جریانهای شرقی در مناطق کویری شرق تهران، در بعد از ظهر شدیدتر می‌شود و نفوذ آن به مناطق غربی بیشتر می‌شود و سبب می‌شود تا هوای گرم از مناطق کویری به سمت فرودگاه مهرآباد انتقال یابد. ‌این مکانیسم سبب افزایش همرفت سطحی در ساعت 1200 گرینویچ در فرودگاه مهرآباد می‌گردد. از ‌این رو در ماه ژولای در ساعت 1200 گرینویچ چینش قائم باد نسبت به ساعت 0000 گرینویچ از شدت بیشتری برخوردار می‌باشد. به طوریکه بیشترین مقدار‌این کمیت در ساعت 1200 گرینویچ در روز چهاردهم ژولای برآورد شده است.



[1]. Deacon

  1. Razmzan, M.H. 1990 , A  study on Vertical wind shear in Tehran and its estimation from surface data. For thesis of M.Sc degree. Geophysics Institute of Tehran University.
  2. Nasirzadeh, M. 1989, Vertical wind shear over Tehran. For Final thesis of M.Sc degree. Geophysics institute of Tehran University.
  3. Arkell, R. 2000, Differentiating Between Types of Wind Shear in Aviation Forecasting. Natl. Wea. Dig., 24:3, 39-51.
  4. Bander,Julius 1989, Low-Level Wind Shear: a Critical Review, NOAA Tech. Memo. NWS FCST-23, Apr 1979, reprinted Feb 1989.
  5. Bin,Z.,Yihoung,D.,Hui,Y. and Du Bingyu, 2005, A Statistical analysis on the effect of vertical wind shear on tropical cyclone development. Acta Meteorologica Sinica. Vol 20,NO 3, 383-388.
  6. Brandon A. Storm, August 2008, Texas Tech University, Modeling of Low-Level Jets over the Great Plains: Implications for Wind Energy.
  7. Corbosiero,K.L., and J.Molonari,2002, The effect of vertical wind shear on distribution of convection in tropical cyclones. Mon.Wea.Rev.,134,2111-2123.
  8. Cole, R. E., S. S. Allan, and D. W. Miller, 2000, Vertical Wind Shear Near Airports as an Aviation Hazard, 9th Conference on Aviation Range and Aerospace, Sept 11-15, Orlando, FL,Amer. Meteor. Soc.
  9. Frank,W.M., and E.A.Ritchie,2001, Effects of vertical wind shear on intensity and structure of numerically simulated Hurricans. Mon.Wea.Rev.,129,2249-2269.
  10. Kosano,K.,Suzuki,y.and H.Takei.1969, Vertical wind shear in the lower layers at Tokyo.WMO-NO.230,169-183.
  11. National Weather Service, 2008, National Weather Service Instruction 10-813. Available at http://www.weather.gov/directives/sym/pd01008013curr.pdf.
  12. Operations and Services, Aviation Weather Services, NWSPD, 10-8, 2004, NWS Instruction 10-813, Terminal Aerodrome Forecasts, Feb. 1, 2004
  13. Pettitt,R.B. and R.G.Root,1969, Vertical wind shear in the boundary.WMO-NO.230,1-30.
  14. Pasquill, F.,1974, Atmospheric Diffusion, 2nd  Edition. Ellis Horwood Limited, Chichester. ISBN 0 85312 015 3.
  15. Rappin, E. D., and D. S. Nolan, 2012, The effect of vertical shear orientation on tropical
  16. 349 cyclogenesis. Q. J. Roy. Meteorol. Soc., DOI: 10.1002/qj.977.
  17. Reberts,C. F.,1969, A preliminary analysis of some observations of wind shear in the lower 100 feet of the atmosphere.WMO-NO.230,203-218.
  18. Sinclair, P. and Kuhn, P., 1991, Aircraft Low Altitude Wind Shear Detection and Warning System. J. Appl. Meteor., 30, 3-16.
  19. university Corporation for Atmospheric Research, 2008,Writing TAFs for Winds and Low-Level Wind Shear. Available at http://www.meted.ucar.edu/dlac2/mod3/index.htm.