نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دکتری اقلیم شناسی، اداره کل و مرکز تحقیقات هواشناسی کاربردی استان آذربایجان شرقی، تبریز
2 سازمان هواشناسی کشور
3 گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم انسانی، دانشگاه تبریز
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Introduction
The ocean has an important role on climate variability. Most of the water that evaporates from oceans is precipitated back into them and continents. Because of its low annual mean precipitation, Iran is commonly regarded as an arid country. So it is important to understand the processes that govern on the moisture transport in atmosphere and how they are related to precipitation over Iran. Therefore the goal of the study is identifying the role of the adjacent Seas on the winter precipitation over the southern part of Iran.
Materials and Methods
Monthly precipitation data from 183 stations in the southern part of Iran were made available by the Iranian Meteorological Organization and Iranian water resource institute. The SST data used in the present study is obtained from the Hadley centre sea ice and sea surface temperature. It is monthly data with 1ºx1º horizontal resolution. The NCEP/NCAR reanalysis data is used for wind, specific humidity, geopotential height and sea level pressure. For all data, we adopted the period from December 1974 to February 2005. To capture the dominant mode of interannual variability, we have applied the EOF analysis to deterended monthly precipitation anomaly data from 183 stations. To characterize the dynamical features related to each precipitation regime composites of sea surface temperature, moisture flux and SLP were computed for wet and dry years. Wet (dry) years correspond to those years with the principle component of the first EOF mode for each month above 0.8 (below -0.8) standard deviation.
Results and discussion
Regional spatial precipitation on variability was identified by Empirical Orthogonal Function (EOF). The first 2 components represent more than 66% of total variance. In the first mode of EOF which represent 50% of total variance the positive (negative) sea surface temperature anomaly is in the Arabian Sea during wet (dry) years. The southeasterly moisture flux anomaly over the Arabian Sea turns anti-cyclonically and transport more moisture to the southern part of Iran from Arabian Sea, Red Sea, and Persian Gulf during wet years. On the other hand, the moisture flux has northerly anomaly over Iran during the dry years, which results in reduced moisture supply from the south. In the second mode of EOF the sea surface temperature anomaly over the Arabian Sea is positive in the wet years but it is not dominant for dry years. The displacement of Arabian anticyclone to eastward (westward) in wet (dry) years transport more moisture from Arabian Sea, Red Sea to south and east (west) part of Iran.
Conclusion
The results of this study showed that the Sea surface temperature variation over adjacent Seas causes the precipitation variation over southern part of Iran. The main source for the winter precipitation in the south part of Iran is Arabian Sea at the lower level and Red Sea at the middle level. In almost all precipitation regimes the trough and Arabian anticyclone have an important role to transfer moisture from southern water bodies to the southern part of Iran.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
یکی از عوامل مهم که در آب و هوای یک منطقه اثر می گذارد، توزیع خشکی ها و دریاهاست. هر نوع تغییری در موقعیت خشکی‍ها و دریاها نسبت به یکدیگر سبب تغییراتی در آب و هوای منطقه می‌شود (قائمی، 1373). حجم وسیعی از آب های کره زمین در دریاها و اقیانوس ها متمرکز شده است. اقیانوس‌ها یکی از مولفه‌های اساسی در سامانه اقلیمی محسوب می‌گردد. این منابع آبی مقادیر زیادی از گرما، آب، گازها، ذرات آئروسل و تکانه[1] را با آتمسفر مبادله می‌کنند و نقش مهمی در توزیع گرمای جهان از مناطق حاره به مناطق قطبی از طریق جریانات اقیانوسی و گردش های بزرگ مقیاس جوی دارند و بدین ترتیب سیاره را قابل سکونت می‌کنند (Bigg et al., 2003). در سالهای اخیر بررسی برهم‌کنش بین عوامل آب و هوایی در خشکی، اقیانوس و جو مورد توجه بسیاری از دانشمندان علوم هواشناسی و اقلیم شناسی قرار گرفته است. نتایج پژوهش‌های زیادی نشان داده اند که تغییرات دما در سطح گستره‌های بزرگ آبی می‌تواند تاثیر معنی داری بر نوسان‌های بارش در سطح خشکی های زمین داشته باشد. روشن شده است که تاثیر دمای سطح آب بر مقدار بارش محدود به نقاط ساحلی نبوده بلکه نواحی بسیار دور از دریا نیز می توانند تحت تاثیر تغییرات الگوهای دمای سطح گستره های آبی قرار گیرد (ناظم السادات و قاسمی، 1383). نتایج تحقیق روکا و همکاران (Rocha et al., 1997) برای بارش تابستان جنوب شرقی آفریقا توسط مدل گردش عمومی [2] GCMو با در نظر گرفتن تأثیر الگوهای نابهنجاری دمای سطح آب اقیانوس ها نشان داد که نابهنجاری مثبت دمای سطح آب در منطقه حاره اقیانوس آرام (معرف پدیده انسو[3]) و مرکز اقیانوس هند شرایط خشکسالی را در آفریقای جنوبی- شرقی ایجاد می‌کند. دمای سطح آب در اقیانوس اطلس اثر کمی روی بارش دارد. این تحقیق نشان داد که الگوهای نابهنجاری دمای سطح آب که قبل از فصل بارش گسترش یافته و در طول تابستان باقی می مانند، می توانند شرایط خشکسالی را روی آفریقای جنوب شرقی ایجاد کنند. لطیف و همکاران (Latif et al., 1999) نقش نابهنجاری دمای سطح آب اقیانوس هند را در ایجاد نابهنجاری بارش شرق آفریقا در ماههای دسامبر و ژانویه 98-1997 توسط مدل ECHAM3 مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که بارش‌های شدید شرق آفریقا در فصل پائیز مستقیما به تغییرات دمای سطح آب اقیانوس هند ارتباط دارد. [4]
تسچوک و همکاران (Tschuck et al., 2004) اثر نابهنجاری دمای سطح آب در غرب اقیانوس آرام و هند حاره‌ای را روی بارش مونسون تابستانی توسط سه مدل گردش عمومی جو ARPGE،ECHAM ، UGAMP مقایسه کردند. نتایج نشان داد که نابهنجاری مثبت دمای سطح آب در غرب اقیانوس آرام سبب حداکثر همرفت حاره ای و شروع زود هنگام مونسون می‌شود و همچنین نابهنجاری دمای سطح آب اقیانوس هند روی شدت مونسون تأثیر می‌گذارد. با توجه به آزمایشات مدل ECHAM، زمانی که دمای سطح آب دریای عرب و خلیج بنگال نابهنجاری‌های مثبتی به اندازه K°4 را تجربه می‌کند سبب افزایش بارش هند می‌شود. مطالعه شار رطوبتی عربستان توسط چاکرا بورتی و همکاران (Chakraborty et al., 2006) نشان داد که گرچه مقدار حجم آب قابل بارش در وردسپهر میانی بالاست ولی بارش در این منطقه نیمه خشک در طول فصل مونسون تابستان نیمکره شمالی بدلیل واگرایی شدید شار رطوبتی کمتر از مقدار قابل انتظار است. شار رطوبتی تروپوسفر در مناطق خشک و نیمه خشک عربستان تغییرات بین سالی را نشان می‌دهد. به طوری که انتقال شار رطوبتی در زمان رویداد ال نینو و فاز مثبت دو قطبی اقیانوس هند افزایش می یابد. در این شرایط شار ورودی به منطقه از دریای سرخ و غرب عربستان (سواحل دریای سرخ) افزایش و شار رطوبتی منطقه به دلیل افزایش شار خروجی از خلیج فارس (شرق عربستان) کاهش می‌یابد. نتایج مدل‌های تجربی نشان می‌دهد که شار رطوبتی در زمان النینو یا رویداد همزمان فاز مثبت دوقطبی اقیانوس هند و النینو نسبت به رخداد مستقل دو قطبی اقیانوس هند بیشتر تقویت می‌شود. ناظم السادات و قاسمی (1382) میزان تأثیر پدیده نوسان‌های جنوبی بر بارندگی شش ماهه فصل سرد استان‌های اصفهان، فارس، خوزستان، چهارمحال و بختیاری، بوشهر و کهگیلویه و بویراحمد (22 ایستگاه) را ارزیابی کردند. نتایج نشان داد که وقوع لانینا موجب کاهش 20 تا 50 درصدی بارندگی در استان‌های بوشهر، کهگیلویه و بویراحمد و جنوب فارس می‌شود. در دیگر استان‌های مورد بررسی، این پدیده تغییر چندانی در بارندگی شش ماهه سرد سال ایجاد نمی‌کند. بر خلاف لانینا، وقوع ال نینو موجب افزایش 20 تا 70 درصدی بارندگی در بیشتر ایستگاه‌ها می‌شود که مقدار این افزایش به موقعیت جغرافیایی ایستگاه‌ها بستگی دارد. در حالی که بیشترتر سالی‌های شدید در منطقه مورد بررسی در شرایط ال نینو بوده و احتمال وقوع خشکسالی شدید در این حالت در اکثر ایستگاه ها صفر تا 25 درصد می‌باشد. هم چنین، درصد وقوع خشکسالی شدید در شرایط لانینا در استان خوزستان و نواحی جنوبی استان فارس به 50% افزایش می‌یابد. ناظم السادات و شیروانی (1385) داده‌های بارش 9 ایستگاه سینوپتیک نواحی جنوب غربی کشور و نیز داده‌های دمای سطح آب خلیج فارس برای دوره‌های 93-1959 را مورد مطالعه قرار دادند. به منظور کاهش حجم داده ها و استخراج مؤلفه‌های اصلی، تحلیل توابع متعامد تجربی(EOF) انجام گرفت که دو مولفه اصلی بارندگی و چهار مولفه دمای سطح آب انتخاب گردید. مولفه‌های اصلی بارش و دمای سطح دریا به ترتیب 78% و 73% از کل واریانس داده‌های مشاهده شده را توجیه نمودند. نتایج تحقیق نشان داد که نوسان‌های دمای سطح آب در ناحیه مرکزی خلیج فارس، در مقابل سواحل بوشهر نقش مؤثری در توجیه نوسان‌های بارش ایستگاه‌های مورد مطالعه دارند. چهار مؤلفه اصلی دمای سطح دریا در مجموع حدود 27% از کل واریانس بارش زمستانه در مناطق مورد مطالعه را تعریف می‌نمایند. در استان‌های فارس و بوشهر تأثیر دمای سطح دریا در فصل زمستان بر بارش، بیشتر از استان خوزستان تشخیص داده شد. فرآیند تغییرات دمای سطح دریا در فصول بهار و تابستان یکی از عناصر قابل توجه در پیش بینی بارش زمستانه خوزستان تعیین گردید. کریمی (1386) بررسی نحوه انتقال رطوبت در سامانه‌های بارش‌زای ایران و شناسایی منابع تأمین رطوبت بارش‌های ایران پرداخت. نتایج نشان داد که منابع تأمین رطوبت بارش‌های ایران با توجه به زمان و مکان متفاوتند. بر همین اساس ترکیب دریاهای مدیترانه و عرب قسمت اعظم رطوبت بارش‌های مناطق شمال غربی و جنوب غربی را فراهم می‌سازد. همچنین بررسی ها نشان داد که دریای عرب به تنهایی بارش نواحی جنوب و جنوب شرق کشور را تأمین می نماید. بیشترین رطوبت بارش‌های سواحل جنوبی خزر نیز از ترکیب دریاهای مدیترانه، خزر و عرب فراهم می‌شود. بررسی فصلی منابع تأمین رطوبت بارش‌های ایران نشان داد که در فصول پاییز، بهار و زمستان دریاهای مدیترانه و عرب و در فصل تابستان دریاهای خزر، مدیترانه و سیاه بیشترین رطوبت را به ایران انتقال می‌دهند. فرج زاده و همکاران (2007) در مطالعه خود روی بارش‌های سنگین 7 روز ژانویه سال 1996 نشان دادند که منابع رطوبت اصلی برای بارش‌های غرب ایران دریای عرب و عمان در ترازهای پایین می‌باشد. دریای سرخ در ترازهای میانی و دریای مدیترانه در ترازهای بالا از نظر تأمین رطوبت نقش غالب را در بارش دارا می‌باشند. همچنین بررسی آنها نشان داد که بخش عمده رطوبت در سطوح پایین جو به کشور منتقل می‌شود. همچنین انتقال رطوبت به سوی ایران بیش از همه متأثر از جریانات هوای مرطوب منشأ یافته از سامانه‌های فشار مسلط در ترازهای پایین جو می‌باشد. قاسمی و خلیلی (2008) رابطه بین الگوی گردش جوی منطقه با الگوی بارش فصل زمستان ایران را مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق از روش تحلیل مولفه‌های اصلی، همبستگی و تحلیل نقشه‌های سینوپتیک دوره‌های خشک و مرطوب استفاده شده است. دو شاخص الگوی خزر شمالی و نوسان مدیترانه غربی دو شاخصی هستند که بیشترین معنی داری را با مولفه‌های اصلی بارش ایران دارند. بابائیان (1390) به منظور بررسی و شناخت ارتباط بین دمای سطح آبی منطقه با بارش‌های فصلی ایران و سنجش میزان حساسیت بارش فصلی کشور به افزایش دمای پهنه‌های آبی از روش تحلیل عاملی و مدل اقلیمی RegCM3 استفاده کرد. نتایج تحلیل ارتباط دمای سطح پهنه‌های آبی و بارش فصلی کشور 10 عامل را نشان داد که حداقل 90 درصد از واریانس داده‌های اولیه را توضیح می‌دهد. بر این اساس غرب اقیانوس هند، در مجاورت سواحل سومالی، سواحل جنوب هند، شرق مدیترانه- دریای سیاه و شمال دریای عرب کانون‌های تغییر تعیین شدند. بررسی فصلی کانون‌های تغییر نشان داد که در تمامی فصول، غرب اقیانوس هند و دریای مدیترانه مهمترین کانون‌های تغییر دما هستند که بیشترین درصد واریانس را در هر فصل تبیین می‌کنند. نتایج بررسی خروجی های مدل RegCM3 نشان داد که حساسیت بارش‌های ایران در فصل زمستان به دمای سطح پهنه‌های آبی مجاور کشور است. به طوری که افزایش دمای پهنه‌های آبی مجاور کشور عمدتا موجب افزایش بارش شده اما افزایش دمای پهنه‌های آبی دریای مدیترانه، دریای سیاه و غرب اقیانوس هند که کمی دوردست‌تر قرار گرفته‌اند موجب کاهش بارش ایران می‌شوند. همچنین افزایش دما موجب افزایش ناهمگنی بارش و حذف هسته‌های پر بارش در جنوب کشور می‌شود.
رضیی و همکاران (2011) رابطه بین انواع گردش جوی و رژیم بارش روزانه ایران را مورد بررسی قرار دادند. تغییرپذیری مدهای مکانی بارش روزانه با روش تحلیل مولفه اصلی و چرخش واریماکس1 برای بازه زمانی 2004-1961، 5 منطقه در فصول پاییز و زمستان و 4 منطقه در فصل بهار شناسایی نمود. نتایج تحقیق آنها نشان می‌دهد که توزیع مکانی بارش ایران به طور وسیع بوسیله موقعیت جغرافیایی ناوه وردسپهر میانی روی خاورمیانه و واچرخند تروی عربستان کنترل می‌شود. در حقیقت در همه طبقه بندی های رژیم بارش، توزیع مکانی بارش بر روی ایران توسط ناوه شرق مدیترانه که یک عامل اولیه برای حرکت صعودی در منطقه می‌باشد و واچرخند عربستان که سبب انتقال رطوبت از پیکره‌های آبی جنوبی از طریق لایه پایین وردسپهر می‌باشد ایجاد می‌گردد. با توجه به قرار گرفتن کشور ایران در ناحیه آب و هوایی خشک و نیمه خشک جهان، تغییرات بارندگی و وقوع خشکی و خشکسالی از ویژگی‌های اجتناب ناپذیر و زیانبار اقلیمی آن محسوب می‌شود. سیل‌های ویرانگر و نیز خشکسالی‌های پی در پی و طولانی نه تنها در قسمت‌های مختلف استان‌های جنوبی بلکه در سراسر کشور رخدادهایی هستند که در ایجاد رکود اقتصادی، کشاورزی و دامپروری نقش اساسی دارند. در طی چند سال اخیر پدیده خشکسالی با خزشی آرام ولی با تحمیل اثرات عمیق و مخرب گونه خود باعث از هم پاشیدن سیستم‌های اکولوژیکی، بیولوژیکی و اقتصادی بومی در سراسر سرزمین ایران و به ویژه در جنوب و شرق کشور شده است (نجار سلیقه، 1385 و کوثری و اسدی، 2011).
شناخت عوامل مؤثر در ایجاد این تغییر پذیری نقش قابل ملاحظه‌ای در پیش‌بینی‌ها و برنامه‌ریزی‌های دقیق محیطی و اقتصادی دارد. با توجه به اینکه اکثر بارندگی‌ها در نیمه جنوبی ایران در فصل زمستان به وقوع می پیوندد و از آنجایی که پهنه‌های آبی مجاور جنوب کشور به عنوان وسیع ترین منابع رطوبتی نقش مهمی در تغییرات بارندگی این منطقه دارند. از اینرو بررسی شار رطوبتی در دوره‌های خشک و مرطوب برای استفاده در پیش‌بینی‌های هواشناسی و مدیریت منابع آب در منطقه ضروری به نظر می‌رسد.[5]
مواد و روش‌ها
پهنه‌های آبی مجاور جنوبی کشور بیشترین تأثیر را روی بارش‌های نیمه جنوبی کشور دارند. لذا در این مطالعه استان‌های ایلام، خوزستان، لرستان، چهارمحال و بختیاری، کهگیلویه و بویراحمد، بوشهر، اصفهان، یزد، کرمان، هرمزگان، فارس و سیستان و بلوچستان به عنوان محدوده نیمه جنوبی کشور در نظر گرفته شده‌اند. در این پژوهش به منظور بررسی بارش در ایستگاه‌های جنوبی کشور از اطلاعات ایستگاه‌های سینوپتیکی، اقلیم‌شناسی و باران‌سنجی سازمان هواشناسی و سازمان تحقیقات منابع آب ایران (تماب) برای دوره آماری 1974 الی 2005 استفاده گردید. خلاء‌های موجود در بعضی از ایستگاه‌ها توسط ایستگاه‌های مجاور بازسازی شده و با استفاده از آزمون تست همگنی (Run test) همگنی داده‌ها مورد بررسی قرار گرفت. بعضی از ایستگاه‌ها به علت کیفیت پایین داده‌ها و نیز داشتن داده‌های گم شده زیاد حذف شدند و تعداد 183 ایستگاه برای این تحقیق انتخاب گردید (جزایر مورد بررسی قرار نگرفتند) شکل (1). داده‌های دمای سطح آب از داده‌های ماهانه تولید شده بوسیله مرکز هدلی سازمان هواشناسی انگلیس [6]HadISST با قدرت تفکیک مکانی 1 درجه طول و عرض جغرافیایی و داده‌های جوی بازواکاوی شده NCEP[7]-NCAR[8] با تفکیک مکانی 5/2 درجه طول و عرض جغرافیایی برای مطالعه دمای سطح آب دریاها و شرایط جوی در ترازهای مختلف استفاده می‌گردد(Rayner et al., 2003, Kalnay et al., 1996).
مطالعه رژیم بارش در نیمه جنوبی کشور نشان داد که مقدار بارش در ماههای ژوئن، ژوئیه، اوت و سپتامبر ناچیز بوده و بارش سالانه این منطقه در ماههای اکتبر تا مه رخ می‌دهد که بیشترین مقدار آن در ماههای دسامبر، ژانویه و فوریه است. لذا برای بررسی تغییرات زمانی- مکانی بارش و ناحیه بندی بارش سه ماه فصل زمستان در نیمه جنوبی کشور از روش تابع متعامد تجربی EOF[9] که بطور گسترده در پژوهش های اقلیمی و اقیانوسی بکار برده می‌شود استفاده گردید (ناظم السادات و همکاران، 1383، 1385، کرمی و همکاران، 1388Brjornsson & Venegas, 1997, Rodriguez et al., 1998, Pritchard &Somerville, 2009). نتایج تحلیل‌های EOF بر روی داده‌های نابهنجاری بارش 183 ایستگاه برای ماههای دسامبر، ژانویه و فوریه چندین مد تغییرات را نشان می‌دهد که هر مد می‌تواند با چندین مکانیزم تغییرات همراه باشد. برای مطالعه دوره‌های مرطوب و خشک، سالهای مرطوب و خشک تعیین شدند. سالهای مرطوب (خشک) به سال‌هایی اطلاق می‌گردند که مولفه‌های اصلی [10](PC) مدهای EOF برای هر ماه بالاتر از 8/0 (پایین تر از 8/0-) انحراف معیار در هر ماه باشند. همچنین برای بررسی منابع رطوبت و شارش رطوبت از روش دینامیکی استفاده شد. بنا به تعریف آب قابل بارش عبارتست از مجموع جرم بخار آب موجود در جو در یک محل خاص از سطح زمین تا پایان جو می‌باشد (Tsing Chang, 1985).
1)
که g شتاب گرانش، q نم ویژه می‌باشد. Psurf فشار در 1000 میلی باری و Ptop فشار در 300 میلی باری می‌باشد. به طور مشابه، شار رطوبتی به صورت زیر محاسبه می‌شود.
2)
3)
که بردار باد به صورت می‌باشد. که به ترتیب جمله اول مد پایا[11] و مد دوم مد گذرا[12] را نشان می‌دهد. انتقال مداری و نصف النهاری شار رطوبت به صورت زیر محاسبه می‌شود.
4)
(5)
با توجه به اینکه جهت جریانات یا به طور کلی چگونگی گردش هوا در ترازهای مختلف ممکن است با یکدیگر متفاوت باشد و همچنین میزان بخار آب موجود در جو در ترازهای پایین بسیار بیشتر از ترازهای میانی و بالای وردسپهر است بنابراین شار رطوبتی در 3 لایه ترازهای پایین 700-1000، میانی 500-700 و لایه فوقانی 500-300 هکتوپاسکال به ترتیب با استفاده از روابط زیر محاسبه می‌گردد.
6)
7)
نقشه نابهنجاری[13] دمای سطح آب، شار رطوبتی و فشار سطح دریا برای دوره‌های مرطوب و خشک برای ماههای دسامبر، ژانویه و فوریه ترسیم گردید.
شکل 1- الف) محدوده مورد مطالعه به همراه توپوگرافی منطقه ب)موقعیت ایستگاه‌های مورد استفاده در تحقیق حاضر
نتایج و بحث
به منظور شناسایی رژیم بارش فصل زمستان در نیمه جنوبی ایران، بارش ماهانه طی بازه زمانی 1974 تا 2005 برای ماههای دسامبر تا فوریه مورد مطالعه قرار گرفت.با انجام روش توابع متعامد تجربی بر روی داده‌های بارش سری زمانی 183 ایستگاه، در هر ماه پنج مولفه اصلی بارش استخراج گردید. جدول 1 به ترتیب درصد واریانس پنج مؤلفه اصلی از کل واریانس بارش در هر ماه را نشان می‌دهد.
جدول 1- واریانس (%) مولفه‌های اصلی مد اول تا پنجم EOF برای ماههای دسامبر تا فوریه
|
ماه |
EOF1 |
EOF2 |
EOF3 |
EOF4 |
EOF5 |
درصد واریانس مؤلفه‌های اصلی |
|
دسامبر |
6/54 |
9/21 |
5/4 |
5/3 |
6/2 |
1/87 |
|
ژانویه |
9/54 |
0/11 |
3/9 |
9/2 |
8/2 |
9/80 |
|
فوریه |
8/65 |
4/8 |
0/7 |
7/3 |
5/2 |
4/87 |
همانطور که نتایح جدول 1 نشان می‌دهد مولفه‌های اول و دوم ماههای دسامبر تا فوریه مجموعا به ترتیب 5/76، 9/66 و 2/74 بیش از 65 درصد کل واریانس بارش ماهانه را بیان می‌کنند. لذا مولفه‌های اول و دوم EOF برای مطالعه انتخاب شدند. نتایج حاصل از تابع متعامد تجربیEOF بر روی داده‌های نابهنجاری بارش ماهانه 183 ایستگاه امکان شناسایی مناطق با اقلیم‌های متفاوت را فراهم می‌سازد. شکل 2 توزیع مکانی طبقه بندی شده بارش ماهانه مد اول و دوم ماههای دسامبر تا فوریه را که با روش کریجینگ میانیابی شدند نشان می‌دهد. همانطوری که از شکل 2 مشاهده می‌شود مد اول EOF که بیش از 50 درصد کل واریانس بارش در ماههای دسامبر تا فوریه بیان می‌کند، بیشترین نابهنجاری بارش را در نواحی غربی و جنوب غربی (استان‌های ایلام، لرستان، چهارمحال و بختیاری، کهگیلویه و بویراحمد، خوزستان، بوشهر و فارس) نشان می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌شود ساختار بارش بر روی زاگرس با ساختار بارش در دیگر قلمرو بررسی شده متفاوت است به عبارتی ناهمواری‌ها نقش مهمی در توزیع نابهنجاری بارش دارد. مؤلفه دوم EOF در ماه دسامبر و ژانویه به ترتیب 9/21 و 11 درصد واریانس کل بارش را توصیف می‌نماید که بیشترین نابهنجاری بارش نواحی جنوبی کشور (جنوب بوشهر، فارس، هرمزگان و کرمان) می‌باشد. در ماه فوریه، مؤلفه دوم EOF این مد 4/8 درصد واریانس کل بارش را توصیف می‌کند که بیشترین نابهنجاری بارش مربوط به استان‌های فارس و بوشهر می‌باشد. بیشترین نابهنجاری بارش در این مناطق بیانگر مسیر ورود سامانه‌های جنوبی می‌باشد که از مسیر خلیج فارس وارد ایران می‌شوند. با مطالعه سری زمانی مؤلفه اصلی (PC) سال های خشک و مرطوب مؤلفه‌های اصلی مد اول و دوم برای ماههای دسامبر- فوریه شناسایی گردیدند (جدول 2 و 3). نقشه‌های ترکیبی نابهنجاری دمای سطح آب دریا، شار رطوبتی، ارتفاع ژئو پتانسیل و فشار سطح دریا بر اساس سال های خشک و مرطوب ترسیم شدند.
جدول 2- سال های خشک و مرطوب مولفه اصلی مد اول EOF در ماههای دسامبر- فوریه
|
ماه |
سال های مرطوب |
سال های خشک |
|
دسامبر |
2004و2001و1992و1991و1986و1974 |
1999و1998و1996و1993و1990و1983و1981 |
|
ژانویه |
2004و1996و1991و1979 |
2001و1995و1994و1989و1987و1986و1984 |
|
فوریه |
1999و1998و1995و1993و1988و1980و1976 |
2000و1997و1994و1987و1984و1979و1977 |
شکل 2- توزیع فضایی نابهنجاری های بارش برای مد اول (چپ) و دوم (راست) EOF برای ماههای دسامبر تا فوریه
جدول 3- سال های خشک و مرطوب مولفه اصلی مد دوم EOF در ماههای دسامبر- فوریه
|
ماه |
سال های مرطوب |
سال های خشک |
|
دسامبر |
2004و1995و1992و1986 |
1991و1987و1975 |
|
ژانویه |
1998و1997و1996و1992و1979و1977و1975 |
2004و1995و1991و1978و1976 |
|
فوریه |
1999و1998و1995و1990و1977و1976 |
1996و1993و1992و1986و1981و1980 |
نقشه ترکیبی دمای سطح آب اقیانوس هند
ابتدا برای بررسی تغییرات نابهنجاری دمای سطح آب پهنه‌های جنوبی کشور، نقشه‌های ترکیبی دوره‌های خشک و مرطوب برای هر مؤلفه اصلی EOF (مد اول و دوم) تهیه گردیدند. نقشه‌های ترکیبی امکان مطالعه تغییرات در دوره‌های خشک و مرطوب را فراهم می آورد. شکل 3 نقشه ترکیبی دمای سطح آب را در دوره خشک (سمت راست) و مرطوب (سمت چپ) ماههای دسامبر تا فوریه را نشان می‌دهد. همانطوری که از شکل مشاهده می‌شود نابهنجاری دمای سطح آب در دوره‌های خشک و مرطوب مولفه اول EOF در ماههای دسامبر، ژانویه و فوریه عکس هم می‌باشد به طوری که در دوره مرطوب در دریای عرب، خلیج عدن و غرب اقیانوس هند (شرق سومالی) نابهنجاری دما مثبت و در دوره خشک نابهنجاری منفی است. شکل 4 نابهنجاری دمای سطح آب را برای مد دوم EOF نشان می‌دهد.
شکل 3- نقشه ترکیب نابهنجاری دمای سطح آب در دوره خشک (سمت راست) و مرطوب (سمت چپ) برای مد اول EOF
شکل 4- نقشه ترکیب نابهنجاری دمای سطح آب در دوره خشک (سمت راست) و مرطوب (سمت چپ) برای مد دوم EOF
در ماه دسامبر در دوره خشک (مرطوب) شرق دریای عرب نابهنجاری منفی و در غرب آن نابهنجاری مثبت (نابهنجاری مثبت در دریای عرب) مشاهده می‌شود. در ماه ژانویه در دوره خشک (مرطوب) شرق دریای عرب نابهنجاری منفی و غرب آن نابهنجاری مثبت ضعیفی (نابهنجاری منفی در شمال و نابهنجاری مثبت در جنوب دریای عرب) مشاهده می‌گردد. همچنین در ماه فوریه در دوره مرطوب (خشک) نابهنجاری دما در دریای عرب مثبت (مثبت ضعیف) است.در دریای سرخ به جزدوره مرطوب ماه فوریه (نابهنجاری مثبت) در بقیه ماه ها نابهنجاری منفی و در خلیج فارس در دوره مرطوب ماههای دسامبر و فوریه نابهنجاری مثبت و در بقیه ماه ها نابهنجاری منفی مشاهده می‌گردد.
نقشه ترکیبی نابهنجاری شار رطوبت
نقشه‌های شار رطوبت نشان دهنده انتقال رطوبت از منابع
رطوبتی به مناطق مختلف توسط گردش جو است.
مشخصات شار رطوبت برای لایه های مختلف جو به تفکیک هر ماه برای هر مولفه EOF در این بخش ارایه می‌گردد. شکل 5، نقشه ترکیبی نابهنجاری شار رطوبت را برای دوره مرطوب ماههای دسامبر، ژانویه و فوریه برای ترازهای پایین (700-1000)، میانی (500-700) و فوقانی (300-500) به همراه نابهنجاری ارتفاع ژئو پتانسیل تراز 850، 600 و 400 هکتو پاسکال را برای مد اول EOFنشان می‌دهد. در تراز پایین، نابهنجاری جنوب شرقی شار رطوبت با چرخشی واچرخند رطوبت را از دریای عرب، خلیج عدن به نواحی شرقی و شمالی شبه جزیره عربستان منتقل می‌نماید که با ادغام با نابهنجاری غربی- جنوب غربی شار رطوبت دریای سرخ به نواحی جنوب غربی و غربی کشور انتقال می یابد.
شکل 5- نقشه ترکیب نابهنجاری شار رطوبتی برای دوره مرطوب مد اولEOF در ماه دسامبر، ژانویه و فوریه الف) لایه 700-1000 ب)500-700 ج) 300-500 هکتوپاسکال و نابهنجاری ارتفاع ژئو پتانسیل الف) تراز 850 ب) تراز 600 ج) تراز 400 هکتو پاسکال. شار رطوبت با پیکان مشخص شده بر حسب Kg m-1s-1 و ارتفاع ژئو پتانسیل با کنتور بر حسب gpm
بیشترین شار رطوبتی انتقالی در این تراز از دریای عرب می‌باشد. نابهنجاری ارتفاع تراز 850 هکتوپاسکال نیز نشان می‌دهد که کم ارتفاع در شرق مدیترانه و شمال دریای سرخ و پر ارتفاع در روی دریای عرب در ماههای دسامبر- فوریه و در ماه ژانویه نابهنجاری بسیار ضعیف منفی ارتفاع در دریای عرب مشاهده می‌گردد شکل(5-الف). در تراز میانی جو (500-700) نابهنجاری ارتفاع تراز 600 هکتو پاسکال نشان می‌دهد که ناوه شرق مدیترانه و شمال دریای سرخ تقویت شده و جریان شار رطوبتی جلوی ناوه با جهت غربی- جنوب غربی از دریای سرخ به نواحی جنوب غربی کشور منتقل می‌شود. بیشترین رطوبت انتقالی در این تراز از دریای سرخ می‌باشد (شکل5-ب). در تراز سطوح فوقانی جو نیز نابهنجاری ارتفاع تراز 400 هکتو پاسکال نشان می‌دهد که ناوه شرق مدیترانه عمیق تر شده و نابهنجاری ضعیف شار رطوبتی در جلوی ناوه با جهت غربی- جنوب غربی به شرق- شمال شرقی منتقل می‌گردد (شکل5-ج). شکل 6، نقشه نابهنجاری شار رطوبت دوره خشک مد اول EOF برای ماههای دسامبر، ژانویه و فوریه نشان می‌دهد.
شکل 6- نقشه ترکیب نابهنجاری شار رطوبتی برای دوره خشک مد اولEOF در ماه دسامبر، ژانویه و فوریه الف) لایه 700-1000 ب)500-700 ج)300-500 هکتوپاسکال و نابهنجاری ارتفاع ژئو پتانسیل الف )تراز 850 ب) تراز 600 ج)تراز 400 هکتو پاسکال. شار رطوبت با پیکان مشخص شده بر حسب Kg m-1s-1 و ارتفاع ژئو پتانسیل با کنتور بر حسب gpm
در تراز پایین ماههای دسامبر تا فوریه نابهنجاری شرقی و شمال شرقی شار رطوبت با چرخشی چرخندی از جنوب ایران خارج می‌گردد. نابهنجاری ارتفاع تراز 850 هکتو پاسکال نیز نشان می‌دهد که پر ارتفاع در روی عراق، سوریه و شمال دریای سرخ و کم ارتفاع در روی دریای عرب مستقر هستند شکل (6-الف). در تراز میانی و فوقانی جو پر ارتفاع مستقر در روی عراق و سوریه تقویت گردیده و نابهنجاری شرقی و شمال شرقی شار رطوبت از جنوب ایران خارج می‌گردد شکل (6-ب و ج).
شکل 7، نقشه نابهنجاری شار رطوبت دوره مرطوب مد دوم EOF برای ماههای دسامبر تا فوریه همراه با نابهنجاری ارتفاع تراز 850، 600 و 400 هکتو پاسکال را نشان می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌شود در تراز پایین نابهنجاری جنوب شرقی- جنوبی شار رطوبتی از دریای عرب، خلیج عدن به نواحی شرقی شبه جزیره عربستان انتقال یافته و با ادغام با نابهنجاری غربی و جنوب غربی شار رطوبت دریای سرخ به جنوب ایران منتقل می‌گردد. نابهنجاری ارتفاع تراز 850 هکتو پاسکال نشان می‌دهد که کم ارتفاع در روی خلیج فارس (دسامبر و ژانویه)، شبه جزیره عربستان و شمال دریای سرخ (فوریه) و پر ارتفاع در روی دریای عرب مستقر هستند شکل (7-الف). در سطوح میانی و فوقانی جو کم ارتفاع مستقر در غرب ایران و خلیج فارس در ماههای دسامبر و ژانویه تقویت گردیده و جریانات جنوب غربی به شمال شرقی جلوه ناوه رطوبت دریای سرخ را به نواحی جنوبی- جنوب شرقی کشور منتقل می‌کند. در ماه فوریه با تقویت کم ارتفاع شمال دریای سرخ و شبه جزیره عربستان نابهنجاری شار رطوبت با جهت غربی- جنوب غربی به شرق – شمال شرقی به نواحی جنوبی و جنوب شرقی کشور انتقال می یابد.
شکل 7: نقشه ترکیب نابهنجاری شار رطوبتی برای دوره مرطوب مد دوم EOF در ماه دسامبر، ژانویه و فوریه الف) لایه 700-1000 ب)500-700 ج)300-500 هکتوپاسکال و نابهنجاری ارتفاع ژئو پتانسیل الف )تراز 850 ب) تراز 600 ج)تراز 400 هکتو پاسکال. شار رطوبت با پیکان مشخص شده بر حسب Kg m-1s-1 و ارتفاع ژئو پتانسیل با کنتور بر حسب gpm
در شکل 8، در دوره خشک مد دوم EOF در سطوح پایین نابهنجاری شرقی- جنوب شرقی شار رطوبت در ماههای دسامبر و ژانویه از نواحی شمالی دریای عرب رطوبت را به شمال شبه جزیره عربستان منتقل و با ادغام با نابهنجاری غربی شار رطوبت شمال دریای سرخ به نواحی غربی- شمال غربی کشور انتقال می یابد. در ماههای مذکور کم ارتفاع در شرق مدیترانه، شمال دریای سرخ و پر ارتفاع به ترتیب در جنوب شرقی (دسامبر) و جنوب غربی ایران (ژانویه) مستقر می‌باشند. در ماه فوریه نیز نابهنجاری جنوب شرقی شار رطوبت با چرخشی چرخندی رطوبت را از دریای عرب، خلیج عدن به شرق شبه جزیره عربستان منتقل می نماید و با ادغام با نابهنجاری جنوب- جنوب غربی شار رطوبت دریای سرخ به نواحی جنوب غربی کشور انتقال می‌یابد. در تراز میانی ماههای دسامبر و فوریه نابهنجاری شرقی شار رطوبت با چرخشی چرخندی به نواحی شرقی شبه جزیره عربستان وارد و با ادغام با نابهنجاری جنوب غربی شار رطوبت دریای سرخ به نواحی غرب- جنوب غربی کشور منتقل می‌شود. نابهنجاری ارتفاع تراز 600 هکتوپاسکال نشان می‌دهد که کم ارتفاع در شرق مدیترانه و شمال دریای سرخ و پر ارتفاع در جنوب شرقی ایران تقویت گردیده است. در ماه ژانویه نابهنجاری ارتفاع نشان می‌دهد که کم ارتفاع در شرق مدیترانه و شمال دریای سرخ تقویت گردیده و نابهنجاری شار رطوبت در جلوی ناوه با جهت جنوب غربی-شمال شرقی وارد نواحی شمال غرب و غرب کشور می‌گردد. در تراز فوقانی جو انتقال رطوبت ضعیف می‌باشد به طوری که در ماه دسامبر نابهنجاری شرقی شار رطوبت با چرخشی چرخندی وارد شرق عربستان گردیده و با ادغام با نابهنجاری جنوب غربی شار رطوبت دریای سرخ به نواحی غربی- جنوب غربی کشور منتقل می‌گردد. در ماههای ژانویه و فوریه کم ارتفاع شرق مدیترانه و شمال دریای سرخ تقویت گردیده و نابهنجاری شار رطوبت در جلوی ناوه با جهت جنوب غربی- شمال شرقی به مناطق شمال غرب- غرب (ژانویه) و جنوب – جنوب شرق (فوریه) وارد می‌گردد.
شکل 8- نقشه ترکیب نابهنجاری شار رطوبتی برای دوره خشک مد دوم EOF در ماه دسامبر، ژانویه و فوریه الف) لایه 700-1000 ب) 500-700 ج) 300-500 هکتوپاسکال (واحد: Kg m-1s-1) و نابهنجاری ارتفاع ژئو پتانسیل الف) تراز 850 ب) تراز 600 ج) تراز 400 هکتو پاسکال (واحد:gpm )
نقشه ترکیبی نابهنجاری فشار سطح دریا
شکل 9 نقشه ترکیبی نابهنجاری فشار سطح دریا را برای دوره‌های مرطوب (چپ) و خشک (راست) مؤلفه اول EOF نشان می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌گردد الگوی نابهنجاری فشار سطح دریا برای دوره‌های مرطوب و خشک عکس یکدیگر می‌باشند. در دوره مرطوب ماههای دسامبر تا فوریه نابهنجاری منفی فشار سطح دریا در روی شبه جزیره عربستان و نابهنجاری مثبت (به جز ماه ژانویه) در دریای عرب و هند مشاهده می‌گردد. در دوره خشک نابهنجاری مثبت (منفی) فشار سطح دریا در روی شبه جزیره عربستان و جنوب غربی ایران (دریای عرب) مشاهده می‌گردد. شکل 10 نقشه ترکیبی نابهنجاری فشار سطح دریا را برای دوره‌های مرطوب (چپ) و دوره خشک (راست) مد دوم EOF را نشان می‌دهد. در دوره مرطوب ماههای دسامبر تا فوریه نابهنجاری منفی فشار سطح دریا در روی شبه جزیره عربستان و نابهنجاری مثبت در روی دریای عرب مشاهده می‌شود. در دوره خشکسالی نابهنجاری منفی فشار سطح دریا به سمت شمال عربستان، سوریه عراق و ایران جابه جا شده است.
شکل 9- نقشه ترکیب نابهنجاری فشار سطح دریا (واحد:mb) برای دوره خشک (راست) و مرطوب (چپ) مد اول EOF
شکل 10- نقشه ترکیب نابهنجاری فشار سطح دریا (واحد:mb) برای دوره خشک (راست) و مرطوب (چپ) مد دوم EOF
نتیجه گیری و جمع بندی
هدف از این تحقیق بررسی تأثیر منابع آبی مجاور روی بارش فصل زمستان در نیمه جنوبی کشور در دوره‌های مرطوب و خشک می‌باشد. در این پژوهش از داده‌های بارش مربوط به 183 ایستگاه همدید، اقلیمی و باران سنجی کشور استفاده گردید. از آنجایی که اکثر بارش ها در نیمه جنوبی کشور در فصل زمستان رخ می‌دهد به مطالعه تغییرات بارش در فصل زمستان پرداخته شد. بررسی تغییرات زمانی-مکانی بارش در نیمه جنوبی کشور با استفاده از تابع متعامد تجربی EOF بر روی داده‌های بارش، پنج مؤلفه اصلی بارش را نشان داد. با توجه به اینکه مؤلفه‌های اول و دوم ماههای دسامبر تا فوریه مجموعا بیش از 66 درصد واریانس بارش ماهانه را تبیین کردند لذا دو مؤلفه اصلی برگزیده شدند. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که در الگوی نابهنجاری دمای سطح آب دریاها در دوره‌های مرطوب و خشک مؤلفه اول EOF که بیش از 50 درصد واریانس بارش را در نیمه جنوب ایران بیان می‌کند عکس هم می‌باشد به طوری که در دوره مرطوب نابهنجاری مثبت و در دوره خشک نابهنجاری منفی در دریای عرب مشاهده می‌گردد و این بیانگر این مطلب است که افزایش دمای سطح آب دریای عرب سبب افزایش بارش در بخش های غربی و جنوب غربی منطقه مورد مطالعه می‌شود. برای مولفه دوم EOF در دوره مرطوب نابهنجاری مثبت دمایی در دریای عرب در ماههای دسامبر– فوریه مشاهده می‌شود و در دوره خشک نابهنجاری مثبت ضعیف می‌گردد. بررسی نابهنجاری شار رطوبت برای دوره‌های مرطوب و خشک نشان داد که الگوهای جریانات جوی حاکم در منطقه نقش مهمی در انتقال رطوبت از منابع رطوبتی به نواحی غربی، جنوب غربی، جنوبی، مرکزی و جنوب شرقی ایران دارد. مولفه اول EOF تغییرات بارش مناطق غرب، جنوب غرب و جنوب ایران را تبیین می نماید که دریای عرب و دریای سرخ بیشترین تأمین کننده رطوبت برای این مناطق هستند. وجود ناوه تقریبا ژرف در شرق مدیترانه به سبب ادغام کم فشار سودانی و کم فشار مدیترانه در جنوب غربی دریای سرخ (روی سودان و مصر) و عمیق شدن ناوه در روی دریای سرخ و همچنین الگوی پر فشار عربستان که در شرق عربستان استقرار دارد بارش مناسب را برای این مناطق فراهم می سازد. در دوره خشک پر فشاری که در روی عراق و عربستان قرار دارد و زبانه آن روی ایران نیز کشیده شده است به همراه کم فشار مستقر بر روی دریای عرب به خروج رطوبت از نواحی جنوبی ایران کمک می‌کند. به عبارتی گسترش پر فشار شرق مدیترانه و دریای سرخ و ارتباط آن با پرفشار جنب حاره عربستان، شمال آفریقا (چه در سطح و چه در ترازهای فوقانی) مقدمه آغاز دوره خشک در کشور است. مؤلفه دوم EOF نیز نشان داد که پر فشار عربستان نقش مهمی در کنترل توزیع مکانی بارش در جنوب ایران دارد به طوری که جا به جایی شرق سوی (غرب سوی) پر فشار عربستان در دوره مرطوب (خشک)، سبب انتقال رطوبت از دریای عرب و دریای سرخ به نواحی جنوبی و شرقی (غربی) ایران می‌شود. پر فشار شرق عربستان در حاشیه شرقی جریانات شمال شرقی بر روی دریاهای عمان و عرب ایجاد نموده و هوای خشک و سردتر عرض های بالاتر را بر روی دریاهای مذکور منتقل می‌کند. این جریانات در حاشیه جنوبی شبه جزیره عربستان به سمت داخل شبه جزیره تغییر مسیر داده و قسمتی از آن در خلیج عدن به سمت دریای سرخ جریان می یابد با ادغام با شار رطوبتی انتقالی از دریای سرخ در جلوی ناوه مستقر بر شرق مدیترانه که تا مرکز دریای سرخ گسترش یافته، به سمت ایران حرکت می‌کند. جریان مذکور حاوی رطوبت دریاهای عمان، عرب و سرخ می‌باشد. در چنین حالتی ریزش بارش در نواحی غربی کشور شروع شده و با حرکت شرقی سوی ناوه و پر فشار شرق عربستان بارش به سمت دیگر نواحی ایران گسترش می یابد. دریای عرب بدلیل وسعت خود دارای انرژی بالایی است و به دلیل قرار گیری در عرضهای پایین در دوره سرد سال اختلاف دمای بیشتری با دمای هوای روی خود دارد که این امر در ایجاد رطوبت در منطقه و انتقال آن به جو نقش مهمی دارد. بنابر این می توان نتیجه گرفت رخدادهای مرطوب و خشک و همچنین سیل در ایران به چگونگی الگوی گردش جو در منطقه و در نتیجه به میزان انتقال رطوبت از دریاهای جنوبی به ویژه دریای عرب مرتبط دانست. این نتایج ضمن تایید نظرات گذشته در خصوص سامانه‌های بارش زا نقش جریانات به ویژه جریان های ایجاد شده به وسیله پر فشار غرب دریای عرب و شرق شبه جزیره عربستان در انتقال رطوبت از دریاهای مجاور از طریق شبه جزیره عربستان، بر روی ایران مشخص تر کرده است (مفیدی و زرین، 1384، فرج‌زاده، 2007، قاسمی و خلیلی، 2008، کریمی، 1386 و رضییی، 2011).
1. Hadley center Sea Ice and Sea Surface Temperature data set
3. National Center for Atmospheric Research
5. Principle Component
[12]. Trensient Mode
)