شناسایی الگوی همدیدی سامانه های بندالی موثر بر دمای ایران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری اقلیم شناسی دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات تهران، مرکز تحقیقات هواشناسی کاربردی استان لرستان

2 استاد دانشکده جغرافیا و مدیر قطب علمی تحلیل فضایی و مخاطرات محیطی دانشگاه خوارزمی ، تهران، ایران

3 دانشیار گروه جغرافیا دانشگاه تهران، ایران

چکیده

رخداد دماهای حدی بسیار سرد ومداوم در مقیاس ماه، فصل و یا سال می تواند با رخداد سامانه بندالی مرتبط باشد. به منظور آشکار سازی و تعیین الگوهای فشار مرتبط با رخداد سامانه های بندالی موثر بر دمای ایران، داده های روزانه مربوط به ارتفاع ژئوپتانسیلی سطح 500 هکتوپاسکال در محدوده N90-0 و E100-W90-، با تفکیک 5/2 درجه برای دوره 2013-1948 از سایتNCEP  دریافت شد. ابتدا بر اساس شاخص آشکار سازی دو بعدی، شرایط رخداد سامانه بندالی در محیط نرم افزار MAT LAB برنامه نویسی و موقعیت آنها مشخص گردید. در مرحله بعد به منظور تفکیک رخدادهای موثر بر ایران، منطقه مورد مطالعه به E100W-40- و N80-20 محدود شد.الگوهای فشار مربوط به سامانه های بندالی موثر بر آب و هوای ایران با استفاده روش تحلیل عاملی و خوشه بندی چندهسته ای K-means، در محیط نرم افزار SPSS تعیین شدندو از بین آنها الگوهای سامانه بندالی موثر بر دما استخراج گردید. که شامل الگوی امگا جلو محور ریج، الگوی امگا زیر محور ریج و الگوی دو قطبی بود. ارتباط هرکدام از الگوها از دیدگاه همدیدی در سطح زمین و hPa500 و ارتباط آن با دمای سطح زمین مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. ارتباط الگوهای سامانه بندالی با دمای سطح زمین نشان داد که رخداد دماهای بیش از نرمال و یا کمتر از نرمال ناشی از رخداد سامانه بندالی علاوه بر تداوم، با تاخیر زمانی یک روزه یا کمتر در سطح زمین همراه است.

 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synoptic analysis of blocking patterns affecting the temperature of Iran

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Dargahian 1
  • Bohloul Alijani 2
  • Hossin Mohammadi 3
چکیده [English]

1-Introduction:

On account of continuation nature and being quasi-stationary of blocking events, alternation in their abundance and duration can have a major effect on climatic conditions such as temperature and monthly and seasonal precipitation. The occurrence of very cold temperatures can be related to the blocking occurrence; a very cold temperature in winter (Europe 2009-2010) is connected to the blocking event and negative phase NAO. In our country many studies have been carried out on surveying the synoptic patterns of cold temperatures. In all these studies apart from two cases, the relationship of the blocking model with cold temperatures have not been considered directly, but so far have not been done a comprehensive and long-term research from the role of  blocking models on country’s temperature. In this research, the role of blocking on Iran’s temperature in cold season have been investigated in quantity way in order to use a long statistical period in a climatology scale, All the happenings be cleared and on the other hand, the double effects of the blocking event that lead to a temperature less and more than normal become distinct and analyzed and its prevailing models be used in order to necessary per-knowledge and prediction; because reconnaissance and detection of the  blocking happening can help to accuracy and carefulness of short-term prediction models. Iran according to its location has most abundance of the blocking event in this cold season, so in this research also only have been analyzed and detected the effective blocking patterns on temperature in these two seasons (fall and winter).

2-Data and Method:

Data related to geo-potential height of 500 hPa level in regard to two dimensions index of visible blocking, daily for cold season in year for a 65-year period from 1948 to 2013 in a 2/5 *2/5 network that is appropriate for studying the large-scale occurrences like the blocking was extracted from site NCEP-NCAR for limit 0 to 90 degrees northern latitude and 90 degrees western to100 degrees eastern longitude. Then the investigated zone was bounded according to the knowledge of the limit and the origin of the effective blocking on Iran’ weather from -40 degrees western to 100 degrees eastern longitude and 20 to 80 degrees northern latitude. To better revealing the effect of the blocking on temperature, was considered the maps of analogous temperature with each model in a smaller limit in longitude 20 to 70 degrees eastern and latitude 20 to 50 degrees northern.

The Blocking happening conditions were programmed based on two dimensions in software MAT LAB and all the 5-day events and more were extracted. Then in order to decrease the data and their classification was used an analysis way of main ingredients based on ornament S. Then using sorting in K-means way, the prevailing circulatory models of the blocking were extracted that totally 7 circulatory patterns were attained. Among these 7 models, 2 models were identified as effective blocking patterns on temperature that was including omega and double polar pattern. The synoptic Conditions each of the models on the level of ground and 500 hPa level were analyzed. The Temperature conditions on the level of ground were investigated for all the models, and for each of the patterns, an event has been showed on 500 hPa level daily. In this manner, the synoptic models of effective blocking happenings on Iran’ weather were identified to increasing accuracy and carefulness of the temperature predictions.

3-Results and discussion:

Atmospheric blocking with regard to its being quasi-stationary and large-scale nature can effect on the level of ground and with respect to the abundance of its happening can also have effect on monthly and seasonal temperature. In general the blocking event has a double-effect on temperature and can lead to a temperature less than normal (cold season) and more than normal (warm season) in the zone.

The Blocking is a large-scale complication that its different parts have various synoptic events. This variation in the blocking models of omega kind is more; the zones that are located under influence of forward part, because of falling cold weather from high latitudes face with temperatures less than normal that according to blocking happening severity and its continuity especially in cold season lead to frigidity waves with different severities. Under influence of the zones of ridge axis benefit from a temperature more than normal which this subject has a special importance in cold season for continental zones of high latitude causes a temperature modification for several days and even several weeks in the zones. Two patterns of effective blocking on temperature consists omega pattern: including two sub-patterns in front of ridge axis and ridge sub-axis and Splite pattern model.

 

4-Conclusion:

The Blocking is a large-scale phenomenon with different models that each of its models also has different synoptic conditions. In cold season of year the blocking patterns that are effective on temperature are divided to two general patterns of omega and double-polar. The omega model has two subordinate patterns; one of them is the omega model in front of ridge axis which its under influence zones are together with cold temperatures and less than normal and a low-pressure system on the level of ground, but in the omega model, under influence zones of the model below ridge axis have a temperature more than normal and low-pressure on the level of ground. In the second pattern, the zones which were in front of above ridge with a high height on account of falling air from high latitudes were put under less than normal temperature happenings.

Ineffective blocking systems on falling, the block event and falling changes in terms of chronological have a harmony together, but studying relationship of the blocking models with the temperature on the level of ground showed that the events of the temperatures of more and less than normal resulting from the blocking event is together with a one-day chronological delay or less on the level of ground.

In general, studying the effective blocking models on the temperatures of less than normal showed that temperature decrease in the model in front of ridge axis of omega kind is usually more than the above high-height forward ridge in double-polar pattern. On grounds of blocking’s being quasi-stationary and continuation nature, the characteristics of resulting from it, there will not have a noticeable alternation in a zone for several days and sometimes several weeks; as a result, the knowledge of its various synoptic models and the different effects of resulting from them on ground can help to accuracy and carefulness of the short-term prediction models and temperature conditions in a way become predicted with a more confident for next several days.

 

 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Blocking system
  • two dimensions index
  • less than and over than normal temperatures

مقدمه

به دلیل ماهیت تداوم و شبه ایستور بودن سامانه های بندالی، تغییر در فراوانی و طول مدت آنها می تواند اثر عمده ای بر روی شرایط اقلیمی مانند، دما و بارش ماهیانه و فصلی داشته باشد (فریدریچ و همکاران 1993، تریگو و همکاران 2004). رخداد دماهای بسیار سرد می تواند با رخداد سامانه بندالی مرتبط باشد، دمای بسیار سرد زمستان 2010-2009 اروپا با رخداد سامانه بندالی و فاز منفی NAO  مرتبط می باشد (کاتیوکس و همکاران، 2010). بعلاوه رخداد سامانه بندالی نه تنها برروی دماهای حدی موثر است، بلکه میانگین اقلیم زمستان را نیز تحت تاثیر قرار می دهد (سیلمن و کروسی ماسپولی2009). درطول زمستان رخداد سامانه بندالی می تواند هسته هایی از هوای فوق العاده سرد را با خود بیاورد (هسکین وساردشموخ،1987) و بر روی دماهای حدی سرد و فوق العاده سرد موثر باشد. زمستان بسیار سرد 42-1941اروپا در طول جنگ جهانی دوم به دلیل وقوع رخداد سامانه های بندالی متوالی، سردترین زمستان قرن بیستم بود که منجر به از بین رفتن بسیاری از سربازان در شرق اروپا شد (لجانز،1989).

ارتباط آماری الگوهای اقلیمی زمستان با وقوع پدیده سامانه بندالی بر اساس شاخص آشکارکننده دو بعدی، در منطقه اطلس- اروپا آشکار شده؛ نتایج نشان داد که وقوع دماهای فوق العاده سرد و مداوم همزمان با استقرار جلو محور ریج سامانه بندالی امگا رخ می دهد (اسچرر و همکاران، 2006). سه موج سرمای متوالی در شرق و جنوب شرق آسیا در زمستان 2005 رخ داد، این امواج سرما که بعد از 18 زمستان گرم متوالی برای اولین بار ثبت شده بود، (لو و چانگ، 2009) با رخداد سامانه بندالی مرتبط بودند.

مطالعات زیادی ارتباط بین رخداد سامانه بندالی و دمای فوق العاده سرد را نشان داده اند؛ مطالعات مربوط به وضعیت حال و آینده سامانه های بندالی و اثرات آن بر روی میانگین و مقادیر حدی دما در اروپا (سیلمن و کروواسی، 2009) ، زمستان سرد2010 در اروپا در ارتباط با رخداد سامانه بندالی (کاتیوسکی و همکاران 2010)، ارتباط بین فراوانی سامانه های بندالی در فصل زمستان اطلس شمالی و رخداد هسته های سرد و خشک مرتبط با رخداد سامانه بندالی (بوهلر و همکاران)، تاثیر سامانه بندالی اطلس شمالی بر رخداد دماهای فوق العاده سرد اروپا (سیلمون و همکاران 2011)، بررسی کمی ارتباط بین سامانه بندالی و دماهای حدی در مقیاس های زمانی کمتر از روزانه در نیمکره شمالی (پفال و ورنلی2012).

در طول تابستان گاهی اوقات سامانه بندالی با خشکسالی شدید و امواج گرما مرتبط می باشد ( بندال و همکاران 2004) و می تواند منجر به رخداد های شدید آب و هوایی  مانند موج گرمای تابستان2003 اروپا و 2010 روسیه شود. بنابراین سامانه بندالی هم با دماهای حدی سرد و هم با دماهای حدی گرم می تواند مرتبط باشد. ارتباط سامانه بندالی با دماهای حدی روزانه و تغییر پذیری فضایی این روابط در نیمکره شمالی نشان می دهد که در قسمتهای بزرگی از نواحی قاره ای عرض های بالا، دماهای حدی گرم اغلب همزمان با سامانه بندالی اتفاق می افتد. شایان ذکر است که ارتباط  قوی بین دماهای حدی گرم و رخداد سامانه بندالی  باید در بررسی تغییرات دمای حدی با گرمایش جهانی مورد توجه قرار گیرد (پفال و همکاران 2012).

مطالعه اثر رخداد سامانه بندالی بر روی دماهای حدی حال و آینده نشان می دهد که با توجه به افزایش گرمایش جهانی و روند تغییرات اقلیمی در آینده تعداد رخداد سامانه های بندالی و در نتیجه اثرات اقلیمی که بر روی دماهای حدی سرد می توانند داشته باشند، کاسته شود و چه بسا محل رخداد آنها به عرض های بالاتر نیز منتقل شود. بر اساس شاخص دینامیکی چرخندگی پتانسیل آشکار کننده سامانه بندالی، بررسی اثر رخداد سامانه بندالی بر روی دماهای حدی حال و آینده در منطقه اطلس -اروپا  نشان می دهد که فروانی رخداد ها در اقلیم آینده کم می شود و به سمت شمال شرق مقداری تغییر مکان خواهند داد (سیلمون وکرواسی 2011).

آشکارسازی و ردیابی رخداد سامانه های بندالی با استفاده از داده های ERA-40 برای منطقه اروپا، ارتباط بین رخدادهای سامانه بندالی و وقوع هسته های سرد و خشک در فصل زمستان را نشان داه است به طوری که کاهش چشمگیری در فراوانی رخداد ها نمایان است. زمستانهایی که در آنها تعداد رخدادها افزایش می یابد با نابهنجاری های دما و شرایط خشک در مرکز و شرق اروپا مرتبط است و این در حالی است که در همین زمان جنوب اروپا شرایط گرمتر و مرطوب تری را تجربه می کند. آمار مربوط به مقادیر حدی نشان می دهد که هسته های سرد و برخی از هسته های خشک با مقادیر حدی رخداد سامانه بندالی شدیداٌ مرتبط می باشند. افزایش تعداد روزهای هسته سرد با طول مدت رخداد سامانه های بندالی نشان دهنده این واقعیت است که هسته های سرد برای استقرارشان در طول رخداد پدیده بندالی به زمان نیاز دارند اما این رفتار در رابطه هسته های خشک با سامانه های بندالی وجود ندارد (بوهلر و همکاران 2011).

وقوع دماهای منفی و پایین در فصل سرد پدیده ای کاملا طبیعی است، اما ماهیت شبه ایستور بودن سامانه بندالی منجر به تداوم دماهای کمتر از نرمال در یک منطقه برای چند روز و حتی بیش از یک هفته است که منجر به اثرات زیادی بر روی انسان و فعالیت های او و منابع سوخت و انرژی می شود. بویژه در سامانه های بندالی که از شدت بیشتری برخوردارند و قوی می باشند و هوای سرد را از عرض های جغرافیایی بسیار بالا (بالاتر از 60 درجه) به سمت عرض های پایین گسیل می دهند، منجر به خسارات و چالش های اقتصادی جبران ناپذیر می شود. سامانه بندالی از طریق ریزش هوای سرد از عرض های بالا، سبب کاهش دمای شدید در منطقه تحت نفوذ خود می شود که به علت ویژگی شبه ایستور بودن و حرکت بسیار کند شرق سوی سامانه بندالی سبب تداوم سرما شده و سرما های شدید و حدی را رقم می زند به طوری که سرمای شدید ژانویه 1964 ناشی از سامانه بندالی نوع امگا بوده و کشور در معرض ریزش هوای سرد از عرض های بسیار بالا بوده است.

سامانه بندالی یکی از پدیده های مهم عرض های میانی است که می تواند آثار متعددی بر روی اقلیم مناطق تحت تاثیر خود داشته باشد. این پدیده دارای دو ویژگی عمده می باشد؛ یکی بزرگ مقیاس بودن و در نتیجه وسیع بودن منطقه تحت تاثیر، و دیگری فراوانی رخداد کم آن، به طوری که در برخی سال ها ممکن است در برخی مناطق تعداد رخدادهای 5 روزه و بیشتر حتی به صفر برسد. هرچند که در تمام سال ها رخدادهای 3 تا 4 روزه در مناطقی نظیر منطقه مورد مطالعه ما (ایران) حتما وجود دارد، شناسایی این رخدادها هم اهمیت دارد؛ زیرا وجود شرایط رخداد سامانه بندالی حتی چند روز، برای وخیم کردن شرایط جوی و آلودگی هوا در شهر های بزرگ و صنعتی نظیر پایتخت ایران کافی می باشد.

در کشورمان مطالعات زیادی در مورد بررسی الگوهای همدیدی دماهای سرد انجام شده است: تحلیل سینوپتیکی موج سرمای فراگیر1382(لشگری، 1387)، تحلیل سینوپتیکی موج سرمای 8-15دیماه 1385 در ایران(لشگری و کیخسروی، 1387)، تحلیل همدید یخبندان های استان اردبیل (هژبرپور و علیجانی،1386 )، شناسایی الگوهای سینوپتیکی سرماهای  شدید شمال غرب ایران (علیجانی و هوشیار،1386)، ارتباط دماهای فرین پایین فراگیر دوره سرد آذربایجان با الگوهای گردشی تراز 500 هکتوپاسکال (قویدل رحیمی،1390)، تحلیل همدیدی امواج سرمایی در شمال شرق ایران (صادقی و همکاران،1391)، واکاوی ناهنجاریهای فشار تراز دریا در روزهای همراه با رخداد سرماهای فرین ایران (مسعودیان و همکاران،1391)، از جمله این مطالعات می باشد. در تمام این مطالعات ارتباط الگوی سامانه بندالی با دما های سرد مستقیما مورد توجه قرار نگرفته اما در مطالعه تحلیل همدیدی موج سرمای شدید دی ماه 1386 ایران، حاکمیت سامانه بندالی در زمان رخداد موج سرما در نظر گرفته شده است (عزیزی و همکاران، 1388).در مطالعه نقش سامانه بندالی در رخداد سرماهای فرین ایران ارتباط رخداد سامانه بندالی با دماهای حدی ژانویه 1964و ژانویه 2008 مورد بررسی قرار گرفته است اما تا به حال یک مطالعه جامع و بلند مدت از نقش الگوهای بندالی بر دمای کشور انجام نشده است. در این پژوهش برخلاف سایر پژوهش ها با استفاده از روش مطالعه گردش به محیط و روش کمی به مطالعه نقش سامانه بندالی بر دمای ایران در فصل سرد پرداخته شده است تا با استفاده از دوره آماری طولانی در مقیاس اقلیم شناختی کلیه رخداد ها آشکارشوند و از طرفی آثار دو گانه رخداد سامانه بندالی که منجر به دمای کمتر از نرمال و بیش از نرمال می شود مشخص و تجزیه و تحلیل شود و الگوهای غالب آن به منظور پیش آگاهی های لازم و پیش بینی مورد استفاده قرار گیرند؛ زیرا شناسایی و تشخیص به موقع رخداد سامانه بندالی می تواند به صحت و دقت  مدل های پیش بینی عددی کوتاه مدت کمک کند. در اروپا حداکثر شدت و فراوانی بلاکینگ در فصل زمستان و پاییز می باشد و بلاکینگ های با تداوم 5 روزه و بیشتر نسبت به جاهای دیگر بیشتر است که این امر به کوهستانی بودن و توزیع دریا و خشکی بستگی دارد و علاوه برآن توزیع پوشش برف یک نقش مهمی را در این مورد بازی می کند (شاکینا و ایوانا،2010 ). ایران نیز با توجه به موقعیتش بیشترین فراوانی رخداد سامانه بندالی را در این دو فصل دارد بنابراین در این پژوهش نیز تنها رخداد های سامانه بندالی مربوط به  فصل سرد موثر بر دما مورد مطالعه قرار گرفته شده است.

مواد و روشها

داده های مربوط به ارتفاع ژئوپتانسیلی 500 هکتوپاسکال با توجه به شاخص دوبعدی آشکار کننده سامانه بندالی، به صورت روزانه برای فصل سرد سال برای یک دوره 65 ساله از 1948 تا 2013 در یک شبکه 5/2×5/2 که برای مطالعه پدیده های بزرگ مقیاسی مانند سامانه بندالی مناسب است از سایتNCEP-NCAR  برای محدوده 0 تا° 90 عرض شمالی و °90 غربی تا °100 شرقی طول جغرافیایی استخراج گردید . سپس منطقه مورد مطالعه با توجه به شناخت محدوده و منشاء سامانه های بندالی موثر بر آب و هوای ایران به °40- غربی تا °100 شرقی طول جغرافیایی و ° 20تا °80 شمالی عرض جغرافیایی محدود شد. به منظور آشکار سازی بهتر اثر سامانه بندالی بر روی دما نقشه های دمای متناظر با هر الگو در محدوده کوچکتری در طول جغرافیایی °20 تا °70 شرقی و عرض جغرافیایی °20 تا°50 شمالی در نظر گرفته شد شکل(1).

 

 

 

شکل 1- محدوده مورد مطالعه

 


روش کار

به منظور آشکار سازی تمامی رخدادهای سامانه بندالی موثر بر دما از روش مطالعه گردش به محیط استفاده شده است. در این پژوهش برخلاف روش های قبلی که از روشهای آماری وتئوری مقادیر حدی برای شناسایی ارتباط سامانه بندالی و دما استفاده می شده، (روش استقرایی) و در نتیجه تمام رخدادها در آن آشکار نمی شده است، از روش کمی وگردش به محیط (روش قیاسی) برای آشکارسازی حداکثر رخدادها استفاده شده است زیرا به این روش می توان در مطالعات دیگر ارتباط این پدیده بزرگ مقیاس را با سایر پدیده ها از جمله بارش مورد مطالعه قرار داد. هرچند که وقوع این پدیده حتی برای چند روز به ویژه در نواحی صنعتی و شهر های پر جمعیت می تواند منجر به پدیده آلودگی هوا شود، اما در این پژوهش چون هدف آشکارسازی رخداد سامانه های بندالی 5 روزه و بیشتر موثر بر دما بود از شاخص آشکارکننده دوبعدی رخداد سامانه بندالی و معیار تداوم حداقل 5 روز استفاده گردید (باریوپدرو و همکاران2006). از بین شاخص های کمی آشکار سازی رخداد سامانه بندالی که برخی برای مطالعه ویژگی های دینامیکی و برخی برای مطالعه ویژگی های اقلیم شناختی به کار می روند، بر اساس شاخص دو بعدی که آخرین و کامل ترین شاخص آشکار کننده رخداد است، شرایط وقوع سامانه بندالی در محیط نرم افزارMAT LAB  برنامه نویسی شد. سپس موقعیت و منشاء سیستم های سامانه بندالی موثر بر آب و هوای ایران مشخص شد. در مرحله بعد به منظور مطالعه رخدادهای موثر بر ایران  منطقه مورد مطالعه به E100W-40- و N80-20 محدود شد سپس الگوهای فشار مربوط به سیستم های سامانه بندالی موثر بر آب و هوای ایران با استفاده روش تحلیل عاملی و خوشه بندی چندهسته ای K-means، در محیط نرم افزار SPSS تعیین شدند. نتایج نشان داد که 7 الگوی بدست آمده 80 درصد از واریانس داده ها را تبیین کردند.

از 7 الگوی بدست آمده سه الگو بر دمای ایران مهم و موثر بودند. شرایط همدیدی هر کدام از الگوها در سطح زمین و 500 هکتوپاسکال تجزیه و تحلیل شد. شرایط دما در سطح زمین نیز برای تمام الگوها بررسی شد. و برای هر کدام از الگوها یک رخداد به صورت روزانه در سطح 500 هکتوپاسکال نشان داده شده است. به این ترتیب الگوی سینوپتیکی رخداد سامانه های بندالی موثر بر دمای ایران به منظور افزایش صحت و دقت پیش بینی های دمایی شناسایی شد.

نتایج و بحث

سامانه بندالی با توجه به ماهیت شبه ایستور بودن و بزرگ مقیاس بودنش می تواند دمای سطح زمین را تحت تاثیر قرار داده و با توجه به فراوانی رخدادش دمای ماهانه و فصلی را نیز تحت تاثیر خود قرار دهد. به طور کلی رخداد سامانه بندالی اثر دوگانه ای بر روی دما دارد و می تواند منجر به دمای کمتر از نرمال و بیشتر از نرمال در منطقه تحت تاثیر خود شود. سامانه بندالی یک عارضه بزرگ مقیاس است که قسمتهای مختلف آن پدیده های همدیدی متنوعی را به همراه دارد. این تنوع در الگوهای سامانه بندالی نوع امگا بیشتر است؛ مناطقی که تحت نفوذ قسمت جلو ریج واقع شده اند به دلیل ریزش هوای سرد از عرض های بالا با دماهای کمتر از نرمال مواجه می شوند که با توجه به شدت رخداد سامانه بندالی و تداوم آن به ویژه در فصل سرد منجر به امواج سرما  با شدت های مختلف می شود. مناطق تحت تاثیر محور ریج از دمای بیش از نرمال برخوردارند؛ که این امر در فصل سرد برای مناطق قاره ای عرض های بالا از اهمیت ویژه ای برخوردار است و باعث تعدیل دما برای مدت چند روز و حتی بیش از یک  هفته در آن مناطق می شود.3 الگوی سامانه بندالی موثر بر دما شامل الگوی امگا جلوی محور ریج، الگوی امگا زیر محور ریج و الگوی دوقطبی می باشد:

 

الگوی امگا جلوی محور ریج  همراه با دمای کمتر از نرمال

در بین الگوهای سامانه بندالی، الگوی امگا از فراوانی بیشتری نسبت به سایر الگوها برخوردار است. از آن جایی که کشور ایران در شرق منطقه بیشینه رخداد سامانه بندالی یعنی، منطقه اطلس- اروپا واقع شده است، نیمه غربی آن به کرات تحت تاثیر قسمت جلو ریج سامانه بندالی امگا واقع می شود که منجر به ریزش هوای سرد از عرض های بالا به نیمه غربی و رخداد دماهای حدی کمتر از نرمال در مقیاس ماه، فصل، سال و حتی گاهی مواقع طی دوره آماری بلندمدت می شود (دی ماه 1364). سامانه های بندالی که جلو محور ریج آنها ایران به ویژه نیمه غربی را تحت تاثیر قرار می دهند، معمولا مرکزشان در منطقه اسکاندیناوی است. در شکل 2، تغییرات بسیار کند و شبه ایستا سامانه بندالی به صورت روزانه در سطح 500 هکتوپاسکال نشان داده شده است. در رخداد سامانه بندالی امگا 6 روزه ای که از 22/1/ 1992 بر روی اروپا رخ داده هوای سرد از عرض های بالا به نیمه غربی ایران ریزش کرده به طوری که حتی ریزش هوای سرد به قسمت شمال غرب کشور از عرض های تقربیا 60 درجه شمالی می باشد. همزمان با استقرار این الگو در سطح زمین زبانه هایی از یک پرفشار قوی با مرکزیت 1052 در شمال اروپا، نیمه غربی کشور را در بر گرفته به طوری که زبانه های 1032 به شمال غرب کشور نفوذ کرده و زبانه های 1020 تا عرض های پایین کشور کشیده شده است (شکل 3).

همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است در غرب و بویژه در شمال غرب کشور دماهای منفی وجو دارد و تمام نیمه غربی کشور همزمان با ریزش هوای سرد از عرض های بالا و واقع شدن در جلو محور ریج و استقرار زبانه های پرفشار با کاهش دمای قابل توجهی همراه است به طوری که در بسیاری از ایستگاه های سینوپتیک غرب و شمال غرب کشور دما به کمتر از20- درجه سانتیگراد رسیده و این کاهش دما با نوسان کمی برای 6 روز تداوم داشته اما می توان گفت که شروع کاهش دما تقریبا با تاخیر یک روزه ای نسبت به استقرار الگوی فشار مرتبط با سامانه بندالی در سطح 500 هکتوپاسکال، همراه بوده است.

 

   
   
   

شکل 2- نقشه ارتفاع سطح 500 هکتوپاسکال در سامانه بندالی امگا جلو محور ریج مورخ 22/1/1992 تا 27/1/1992

 

   

شکل 4- نقشه  میانگین 6 روزه فشار سطح زمین  22/1/1992 تا 27/1/1992

شکل 3- نقشه  میانگین 6 روزه دمای سطح زمین  22/1/1992 تا 27/1/1992

 

 

 

الگوی امگا زیر محور ریج  همرا با دمای بیش از نرمال

سامانه بندالی امگا با یک پشته بسیار قوی در سطوح بالای جو همراه است. به علت پایداری هوا و عدم صعود با آسمانی صاف و بدون ابر همراه است و همین امر در سطح زمین  شرایط را برای خروج  امواج بلند تابشی  بخصوص در طول شبهای زمستان فراهم می کند (تریگو و همکاران 2004). محور پشته در سطح زمین با یک زبانه کم فشار از عرض های پایین همراه می باشد.

در شکل 5 نقشه هم ارتفاع  سطح 500 هکتوپاسکال تداوم استقرار یک رخداد الگوی امگا زیر محور ریج را از تاریخ 15/1/1979 تا 20/1/1979 به صورت روزانه نشان داده است. این الگو منجر به پایداری هوا در کل کشور برای 6 روز متوالی شده است. در این مدت استقرار محور ریج باعث افزایش دمای هوای روزانه نسبت به سایر روز های قبل و بعد از حاکمیت خود در نیمه غربی و مرکزی کشور شده است. و در این موقع از سال که سردترین ماه سال می باشد دمای اکثر ایستگاه ها سینوپتیک مثبت بوده و روند افزایش داشته اند به طوری که خط همدمای 285 درجه کلوین(12 درجه سانتیگراد) تا عرض های شمال کشور نفوذ کرده است (شکل7). این افزایش و تداوم دما در دی ما که سردترین ماه زمستان اکثر نقاط کشور است تنها می تواند ناشی از تداوم استقرار سامانه بندالی از نوع امگا زیر محور ریج باشد؛ در صورتی که نقشه های مربوط به روز های قبل و بعد از حاکمیت این سامانه دما های سرد و منفی را نشان می دهد. 

 

 

 

 

   
   
   

شکل 5- نقشه الگوی روزانه  سامانه بندالی امگا زیر محور ریج در سطح 500 هکتوپاسکال15/1/1979 تا 20/1/1979

 

   

شکل 7- نقشه میانگین 6 روزه دمای سطح زمین 15/1/1979 تا 20/1/1979

شکل 6- نقشه میانگین 6  روزه فشار سطح زمین 15/1/1979 تا 20/1/1979

 

الگوی دوقطبی

در زمان استقرا الگوی سامانه بندالی دوقطبی منطقه مورد مطالعه با توجه به موقعیت قرارگیریش نسبت به قسمتهای مختلف بندال با شرایط همدیدی خاصی همراه است. در سامانه بندالی دوقطبی اگر منطقه مورد نظر در جلو تراف کم ارتفاع پایینی واقع شود با بارش مداوم و گاهی سنگین همراه است، اما اگر در جلو ریج پرارتفاع بالایی قرار گیرد به علت ریزش هوای بسیار سرد از عرض های بالا با دمای کمتر از نرمال و سرد مداوم همراه است. با وجودی که رخداد این الگو از فراوانی کمی نسبت به الگوی امگا برخوردار است اما می تواند به رخداد سرماهای فرین در منطقه تحت نفوذ خود منجر شود. موج سرمای ژانویه 2008 ایران ناشی از چنین سامانه بندالی بوده است. در شکل8 تداوم ریزش هوای سرد از عرض های بالا در یک رخداد سامانه بندالی دو قطبی 6 روزه از 2/2/1984 تا 6/2/1984  بر روی ایران نشان داده شده است.

در شکل9،  میانگین  6 روزه فشار سطح زمین را در زمان رخداد بندال دوقطبی نشان می دهد. در طول این رخداد زبانه ای از پرفشار سیبری با مرکزیت 1050 نیمه غربی کشور را تحت تاثیر قرار داده است. میانگین فشار سطح زمین در شمال غرب 1032 در غرب 1024 و در عرض های پایین به 1020 میلیبار رسیده است که با ریزش هوای سرد به دلیل واقع شدن در جلو پر ارتفاع بالایی در الگوی دو قطبی هم خوانی دارد. در طول این مدت دما نیز نسبت به روز های قبل و بعد از استقرار این الگو افت قابل ملاحضه ای را نشان می دهد به طوری که در بیشتر مناطق تحت تاثیر دما ی هوا به 10- و کمتر رسیده است (شکل 10).

 

   
   
   

شکل 8- نقشه الگوی روزانه  سامانه بندالی امگا دو قطبی در سطح 500 هکتوپاسکال2/4/1984 تا 7/2/1984

   

شکل 10- نقشه میانگین 6 روزه  دما سطح زمین از 2/4/1984 تا 7/2/ دمای 1984

شکل 9- نقشه میانگین 6 روزه دما سطح زمین از 2/4/1984 تا 7/2/1984


نتیجه گیری

به دلیل بزرگ مقیاس بودن و ماهیت تداوم و شبه ایستور بودن رخداد سامانه های بندالی، تغییر در فراوانی و طول مدت آنها  می تواند اثر عمده ای بر روی پارامتر های اقلیمی مانند دما در مقیاس وسیع داشته باشد وجوامع انسانی را با مشکل مواجه و بار مالی زیادی را بر دولت ها  تحمیل کند.

شناسایی سامانه بندالی با استفاده از رویکرد محیط به گردش و استفاده از روش های آماری مانند تئوری مقادیر حدی منجر به عدم شناخت تمام رخداد ها و قلمداد نمودن برخی موارد که سامانه بندالی محسوب نمی شوند و ممکن است شبیه به سامانه بندالی باشند، می شود. در نتیجه در این پژوهش با استفاده از روش های کمی مناسب مانند شاخص دو بعدی اقلیم شناختی اقدام به شناخت تمام رخداد ها و تشخیص درست آنها از مواردی مانند ریج های باز شده است .

سامانه بندالی یک پدیده بزرگ مقیاس با الگوهای متنوع می باشد که هر کدام از الگوهای آن نیز شرایط همدیدی متفاوتی دارند. در فصل سرد سال الگوهای سامانه بندالی که بر روی دما موثرند شامل سه الگو می باشد؛ الگوی امگا جلو محور ریج  که مناطق تحت تاثیر آن با دماهای سرد و کمتر از نرمال  و یک سیستم پرفشار در سطح زمین همراه است. الگوی امگا زیر محور ریج که مناطق تحت تاثیر آن با دما ی بیش از نرمال و کم فشار سطح زمین همراه است. در الگوی دو قطبی که مناطق تحت تاثیر جلو ریج پر ارتفاع بالایی با دمای کمتر از نرمال و سرد  به علت ریزش هوا از عرض های بالا همراه است.

 در سامانه های بندالی موثر بر دما، رخداد  بندال و تغییرات دما از نظر زمانی با هم هماهنگی ندارند به طوری که بررسی ارتباط الگوهای فشار مرتبط با سامانه بندالی و دمای سطح زمین نشان داد که رخداد دماهای بیش از نرمال و یا کمتر از نرمال ناشی از رخداد سامانه بندالی با تاخیر زمانی یک روز یا کمتر در سطح زمین همراه است.

به طور کلی بررسی الگوهای سامانه بندالی موثر بر دما های کمتر از نرمال نشان داد که معمولا در الگوی جلو محور ریج نوع امگا کاهش دما بیشتر از ریج جلو پر ارتفاع بالایی در الگوی دوقطبی است.  مقایسه سرماهای فرین ژانویه 1964ایران که ناشی از قرار گیری در جلو سامانه بندالی امگا می باشد، با سرمای شدید ژانویه 2008 که ناشی از قرار گیری در جلو پر ارتفاع بالایی سامانه بندالی دو قطبی بوده است، می تواند موید این موضوع باشد. به علت ماهیت تداوم سامانه بندالی برای چند روز متوالی در الگوی امگا زیر محور ریج که با کم فشار سطح زمین همراه است، دمای مناطق عرض های بالای کشور مانند شمال غرب در فصل سرد تعدیل شده و باعث گرم شدن هوا نسبت به روز های قبل و بعد ازاستقرار این الگو می شود . 

به دلیل ماهیت تداوم و شبه ایستور بودن سامانه بندالی ویژگی های ناشی از آن برای چند روز و گاهی چند هفته در یک منطقه تغییر محسوسی نخواهد داشت؛ در نتیجه  شناخت الگوهای همدید متنوع آن و اثرات متفاوت ناشی از آنها بر روی زمین می تواند به صحت و دقت مدلهای پیش بینی کوتاه مدت کمک کند و شرایط دمایی برای چند روز آینده با اطمینان بیشتری پیش بینی شود.

1. Anthony R. Lupo, Lance F. Bosart. 1991: An analysis of a relatively rare case of continental blocking, Journal of the Royal Meteorological Society,Volume 125, Issue 553, p.p 107–138. 

2. Alijani ,B., Hoshyarfrd, M. 2008: Identify Patterns Synoptic severe colds North West of Iran, Geography Research, No. 65. Pp. 1-16.

3. . Athar, Mansour Almazroui, H.,  Nazrul Islam, M.,  Adnan Abid, M. Azhar hsan, M.  2013: Effect of mid-latitude blocking anticyclones on the weather of the Arabian Peninsula, International Journal of Climatology,Volume 33, Issue 3, pages 585–598. 

4. Aziz ,GH., Khalil, M. 2011: Role of blocking in the occurrence of extreme temperatures of Iran, Geography Research, No. 77, pp. 39-55.

5. Aziz,GH., Akbari, T., Davudi, M.,  Akbari, M. 2009: Synoptic analysis of a severe cold wave in January 2007, Iran Geography Research,  No. 70, pp. 1-19.

6. Aziz ,GH., Shamsipour, A.A., Miri, M. 2012: Synoptic analysis Fires relationship in July 2010, Russia and floods in Pakistan, Geography and Development, No. 29, pp. 131-144.

7. Bernd Schalge, Richard Blender, Klaus Fraedrich. 2011: Blocking Detection Based on Synoptic Filters. Advances in Meteorology,p.p, 1-11.

8. Chris Weijenborg, Hylke Vries, Reindert J. Haarsma, 2012: On the direction of Rossby wave    breaking in blocking. Climate Dynamics 39:12, 2823-2831.

9.  Cattiaux, J., R. Vautard, C. Cassou, P. Yiou, V. Masson-Delmotte, and F. Codron 2010, Winter 2010 in Europe: A cold extreme in a warming climate, Geophys. Res. Lett., 37.

10.   Croci-Maspoli, M., and H. Davies, 2009: Key dynamical features of the 2005/06 European winter. Mon. Wea. Rev., 137, 644–678.

11.   David Barriopedro, Ricardo García-Herrera, Radan Huth, 2008, Solar modulation of Northern Hemisphere winter blocking, Journal of Geophysical Research.Volume 113, Issue D14, 27.

12.   Doblas-Reyes, F. J., Casado, M. J., Pastor, M. A, 2002: Sensitivity of the Northern Hemisphere blocking frequency to the detection index, Journal of Geophysical Research, Volume 107. 

13.   Ghavidel Rahimi, U, 2011: Related to extreme temperatures cool down, inclusive of Azerbaijan circulating level of 500 hPa, Research geographical space, No. 35, pp. 184-155.

14.   Ghavidel Rahimi, U, 2011: Determining the threshold for statistical and synoptic analysis of cold cloud temperatures Maragheh, Geographical Sciences and Applied Research, No. 22, pp. 45-62.

15.   Lashgari, H.,  økland, H. 1983: Characteristics of northern hemisphere blocking as determined from a long time series of observational dataTellus A Volume 35A, Issue 5, pages 350–362.

16.   Hzhabrpoor, G., Alijani, B. 2007, Synoptic analysis of frost Ardebil, Geography and Development, No. 10, pp. 106-89.

17.   Khoshakhlagh, F., Davoodi, M.,Roosta., E,Hahgihgi, E,2012: Synoptic analysis of North Severe colds,in North of Khorasan, Climatology Research Bulletin No. 9, pp. 2-12.

18.   Kingtse Mo,Michael Ghil, 1998,Cluster analysis of multiple planetary flow regimes, Journal of Geophysical Research,Volume 93, Issue D9, pages 10927–10952.

19.   Lejenäs, Harald,1989,The Severe Winter in Europe 1941-42 the large scale circulation cut off lows and blocking, Bulletin American Meteorological Society.

20.   Lashgari, H, 2008:  Synoptic analysis of cold wave sweeping in Iran in 2003, natural geographical research, No. 66, pp. 1-18.

21.   Lashgari, H., Keikhosravi, G, 2010: Synoptic Analysis 15-8 cold wave in January 2006, Journal of Humanities No. 65, pp. 151-178.

 

22.   Lejenäs, Harald, 1989: The Severe Winter in Europe 1941–42: The Large-scale Circulation, Cut-off Lows, and Blocking. Bull. Amer. Meteor. Soc., 70, 271–281.

23.   Luo, D., 2005: Why is the North Atlantic block more frequent and long-lived during the negative NAO phase? Geophys. Res. Lett., 32.

24.   Luo, D. and Wan, H.2005: Decadal variability of wintertime North Atlantic and Pacific blockings: A possible cause, Geophys. Res. Lett., 32, L23810.

25.   Masoudian, S. A.,Darand, M, 2012: Analysis of sea level pressure anomalies in the day along with the occurrence of extreme colds of Iran, Geography and Environmental Planning, No. 45.pp. 1-14.

26.   Naohiko Hirasawa, Hisashi Nakamura,Takashi Yamanouchi,  2000,Abrupt changes in meteorological conditions observed at an inland Antarctic Station in association with wintertime blocking,Geophysical Research,Volume 27, Issue13, pages 1911–1914.

27.   Pfahl, S., Wernli, H. 2012: Quantifying the relevance of atmospheric blocking for co-located temperature extremes in the Northern Hemisphere on (sub-)daily time scales, Geophysical Research Letters, Volume 39.  

28.   Ricardo García-Herrera, David Barriopedro. 2006: Northern Hemisphere snow cover and atmospheric blocking variability, Journal of Geophysical Research,Volume 111.  

29.   Rimbu, N., Lohmann, G., and Grosfeld, K.2007: Blocking signature in ice core records from northern Greenland, Geophys. Res. Lett., 34, L09704.

30.   Rimbu, N., Lohmann, G., and Grosfeld, K,  2007, Northern Hemisphere atmospheric blocking in ice core accumulation records from northern Greenland, Geophys Geophysical Research Letters. Volume 34, Issue 9, May 2007.

31.    Rimbu., N. and Lohmann, G. 2011:  Winter and summer blocking variability in the North Atlantic region – evidence from long-term observational and proxy data from southwestern Greenland. Clim. Past, 7, 543–555.

32.   Sadeghi,S.,  Hossein Zadeh, S. R, Doostan, R., Ahangarzadeh, Z, 2012: Synoptic analysis of cold wave in the North East of Iran, geography and environmental hazards, , No. 3, pp. 107-123.

33.    Shakina, N. P.  and Ivanova , A. R. 2010:The Blocking Anticyclones:the State of Studies and Forecasting, Russian Meteorology and Hydrology,  Vol. 35, No. 11, pp. 721–730

34.   Simon C. Scherrer, ,Mischa Croci-Maspoli, Cornelia Schwierz, Christof  Appenzeller,2006, Two-dimensional indices of atmospheric blocking and their statistical relationship with winter climate patterns in the Euro-Atlantic region, International Journal of Climatology,Volume 26, Issue 2, pages 233–249.

35.   Sillmann, J. and. Croci-Maspoli,M. 2009: Present and future atmospheric blocking and its impact on European mean and extreme climate, Geophys. Res. Lett., 36.

36.    Tibaldi, S., Buzzi, A.1983: Effects of orography on Mediterranean lee cyclogenesis and its relationship to European blocking, Tellus A ,Volume 35A, pges 269–286.

37.   Shabbar, A., Huang, J., and Higuchi, K. 2001: The relationship between the wintertime North Atlantic Oscillation and blocking episodes in the North Atlantic, Int. J. Climatol., 21, 355–369.

38.   - Swanson, K. L.  2000: Blocking as a local instability to zonally varying flows, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society,Volume 127, Issue 574, pages 1341–1355. 

39.   Tania Buehler, Christoph. C. Rarble, Thomas. F. Stocker,2011, The relationship of  winter season North Atlantic blocking frequencies to extreme cold or dry spells in the ERA-40, Tellus  A Volume 63, Issue 2, pages 212–222.

40.    Trigo, R., I. Trigo, C. D. Camara, and T. J. Osborn, 2004: Climate impact of the European winter blocking episodes from the NCEP/NCAR Re-analysis. Climate Dyn., 23, 17–28.

41.   Tyrlis, E., B. J. Hoskins, 2008: Aspects of a Northern Hemisphere Atmospheric Blocking Climatology. J. Atmos. Sci., 65, 1638–1652.

42.   Wang, C., H. Liu, and S. Lee, 2010: The record-breaking cold temperatures during the winter of 2009/2010 in the Northern Hemisphere. Atmos. Sci. Lett., 11, 161–168.