چکیده

خسارات ناشی از دما های سرد بحرانی بویژه در اکوسیستم های طبیعی و مناطق پرجمعیت شهری در حال افزایش است. ایران مرکزی سرزمینی خشک و مستعد رخداد سرما بویژه طی زمستان است و فاقد منابع تعدیل کننده تنش های دما مانند منابع آب و پوشش گیاهی انبوه است. در تحقیق حاضر برای تعیین امواج سرمای ایران مرکزی، داده های دمای بیشینه روزانه مربوط به مجموع هشت شهر شامل شاهرود، تهران، سمنان، کاشان، اصفهان، یزد، کرمان و بم تهیه و دماهای صفر و زیرصفر آنها به عنوان امواج سرما استخراج شد. بر این اساس، تعداد 47 موج سرما در بازه آماری (1980-2012) شناسایی شد و در دومین مرحله بر پایه 2 معیار زمانی و مکانی یعنی به ترتیب دو روز دوام و درگیری دو ایستگاه و بیشتر، 17 مورد سرمای بحرانی تعیین شد. گشایش پرونده های داده های ترازی هوا تهیه شده از بایگانی NCEP/NCAR، تبدیل آنها به پوشه های متنی طی تاریخ های سرماهای بحرانی و رسم نقشه های هوای روزانه و ترکیبی با استفاده از نرم افزار Surfer سه مرحله از کار بود که به طراحی الگوهای همدید برای تعیین تراز و سمت غالب فرارفت هوای سرد سیبری انجامید. نتایج نشان داد که فرارفت سرما بسوی ایران مرکزی طی 70 درصد مواقع در پایین ترین ترازها (ترازهای دریا و 1000 هکتوپاسکال) و در قالب زبانه های پرفشار سیبری رخ داده است و تنها در 12 درصد اثر پرفشار ارتفاعی تبت و 17 درصد اثر پرفشارهای سرد مهاجر (غربی) آشکار شد.

      تحلیل الگوهای های بردار باد و دما در تراز 1000 ه. پ برای  آزمون سمت فرارفت هوای سرد طی روزهای رخداد سرماهای بحرانی نشان داد که بردارهای باد در 70 درصد مواقع (12 مورد از 17 مورد)، از سمت جنوب شرق به عنوان دنباله بادهای شرقی از روی افغانستان و پاکستان و گاهی هم از سمت شمال شرق و شرق بر گستره ایران مرکزی راه یافته اند.

کلیدواژه ها: ایران مرکزی، سرمای بحرانی، فرارفت شرقی.

فهرست مندرجات

                 عنوان                                                                                                                                 صفحه

 چکیده فارسی n

 تشکر n

 تقدیم n

 فهرست مطالب ......................................................................................................................................الف

 فهرست شکل ها ح

 فهرست جدول ها د

1-1. بيان مسأله 2

n توده هوای عموما گرم وخشک ناشی از پرفشاره جنب حاره 2

 nتوده های هوای سرد و خشک ناشی از پرفشار سیبری 2

n توده های هوای اقیانوسی مدیترانه ای ناشی از ورود بادهای غربی 2

n توده هوای نسبتا گرم و مرطوب ناشی از ورود زبانه های کم فشار سودانی 3

1-1-1. اهمیت سرماهای بحرانی از نظر محققان 3

n به لحاظ مفهومی 3

n به لحاظ کمی 3

n به لحاظ پیامدها و زیان ها 4

1-1-2. اهداف تحقیق 5

1-2. پيشينه تحقیق 5

n تحقیقات مربوط به شرایط و چگونگی تشکیل پرفشار سیبری 6

n تحقیقات مربوط به روابط پویشی پرفشار سیبری با دیگر سامانه های دور در قالب پیوند از دور 6

n تحقیقات مربوط به قلمرو گسترش زبانه های هوای سرد پرفشار سیبری 7

n تحقیقات مربوط به شرایط زمانی و مکانی پرفشار سیبری در سرزمین ایران 8

2-1. بنیادهای پژوهش 10

2-1-1.  هوا 10

2-1-2. آب وهوا 11

2-1-3. دما 11

2-1-4. تغییرات دمایی 11

2-1-5. آستانه 12

2-1-6.  حداکثر دمای روزانه 12

2-1-7.  حداقل دمای روزانه 12

2-1-8.  روز سرد 12

2-1-9. دمای بحرانی 12

2-1-10. وزش هوا 12

2-1-11. فرارفت هوای سرد 12

2-1-12. فشار 13

2-1-13.  شیب تغییرات فشار 13

2-1-14.  توده های هوا 13

2-1-15.  مفهوم همدید 13

2-1-16.  نقشه های هوا 13

2-1-17. ایستگاه همدید 14

2-1-18. آب و هواشناسی همدید 14

2-1-19. ناوه (زبانه کم فشار) 14

2-1-20. پشته (زبانه پرفشار) 15

2-1-21. پرفشارها (آنتی سیکلون) 15

2-1-22. پرفشارهای گرمایی 15

2-1-23. پرفشار های پویشی 16

2-1-24. نقشه سطح متوسط دریا 16

2-1-25. نقشه های ترازهای بالای جو 16

2-1-26. نقشه های هم ارتفاع ژئوپتانسیل 16

2-1-27. پرفشار سیبری 17

2-1-28. عامل اصلی تشکیل پرفشار سیبری 18

2-1-29. گسترش پرفشار سیبری روی ایران 19

2-1-30. پرفشار جنب حاره 19

2-1-31. بادهای غربی 19

2-1-32. کم فشار سودان 19

2-1-33. واچرخند عربستان 20

2-2. سرزمین پژوهش 20

2-2-1. سیمای طبیعی ایران مرکزی 20

2-2-2. پهنه های آبی اثر گذار بر ایران مرکزی 22

< دریای مدیترانه 22

<دریای سرخ و خلیج عدن 22

<دریای سیاه 22

2-2-3. پراکنش دما 23

2-2-4. میانگین دمای ماهانه 24

2-2-5. دمای بیشینه مطلق ماهانه 25

2-2-6. دمای کمینه مطلق ماهانه 26

2-2-7. بارش سالانه 27

2-2-8. میانگین ماهانه بارش 28

2-2-9. پراکنش فشار 30

2-2-10. میانگین ماهانه سمت و سرعت باد غالب در هشت ایستگاه نمونه 32

3-1.  پرسش‌هاي پژوهش 36

3-2. فرضيات پژوهش 36

3-3. گزینش سرزمين پژوهش و ایستگاه های داده سنجی 36

3-4. منابع داده ها 38

3-5. تعيين ويژگي هاي عمومي آب‌وهوايي سرزمين پژوهش 38

3-6. مراحل شناسايي و استخراج موج های سرما 39

3-7. معیار تعیین موج های سرما 42

3-8. معیار تعيين موج سرماي بحرانی 42

3-9. معیار تعيين روز اوج سرماي بحرانی 42

3-10. مراحل آزمون فرضيه نخست تحقيق 43

3-10-1. تهیه داده های ترازی 43

3-10-2. تبدیل داده های فشرده به متن 43

3-9-3. تعیین محدوده طراحی الگوهای همدید 43

3-10-4. تبدیل داده های رقومی به نقشه 44

3-10-5. ترسیم نقشه های ارتفاعي 45

3-10-6. تعیین بیرونی ترین پربند بسته براي هر سرما 46

3-10-7. تعيين پربند پشتیبان پرارتفاع سیبری 47

3-11. مراحل آزمون فرضیه دوم 47

3-11-1. رسم نقشه هاي بردار باد 47

3-11-2. رسم نقشه هاي خطوط جریان باد 48

3-11-3. رسم نقشه هاي دما 48

3-11-4. کمی کردن نقشه هاي بردار باد 48

3-11-5. اسکریپت نویسی میانگین بردارهای باد 48

3-11-6. اسکریپت نویسی تعیین جهت و سمت غالب بردارهای باد 49

3-11-7.  فراخوانی اسکریپت dat.gs به محیط  GrADS 50

3-11-8. کارتوگرافی و تکنیک رسم نقشه ها 52

4-1. تحلیل آماری 47 موج سرماهای بحرانی  53

4-1-1. سه ویژگی سرماهای بحرانی 55

<دوام 55

<شدت 56

<گسترش مکانی 56

4-1-2. نتایج آماری سرماهای بحرانی ایران مرکزی 57

4-2. نتایج همدید سرماهای بحرانی ایران مرکزی 58

4-2-1. نقش پرفشار سیبری در سرماهای بحرانی ایران مرکزی 58

<تراز دریا 65

<تراز 1000 ه.پ 67

<ترازهای 750 و 500 ه.پ 69

<تحلیل موقعیت پربند پشتیبان 73

<تحلیل الگوهای  همدید- تراز 1000 ه.پ 74

<تحلیل الگوهای همدید- تراز 750 ه.پ 75

<تحلیل الگوهای همدید- تراز 500 ه.پ 76

4-2-2. نقش فرارفت های شرقی در سرماهای بحرانی ایران مرکزی 77

<سمت باد، دما و خطوط جریان در ترازهای بالا 77

<تحلیل سرعت و سمت میانگین باد 87

<تحلیل الگوهای بردار باد در تراز 1000 ه.پ 88

5-1. آزمون فرض 90

5-2. نتیجه گیری 91

5-3. پیشنهادها 92

5-4. تنگناهای تحقیق 92

<سرچشمه ها 93

<چکیده لاتین 97

فهرست شکل ها

                 شماره و عنوان                                                                                                                    صفحه

شکل 1-1. میانگین فشار تراز دریا برای دوره آماری 1961-1990 8

شکل 2-1. جهت گردش واچرخند در نیمکره شمالی 15

شکل 2-2. ساختار قائم مراکز پر فشار دینامیک و حرارتی 16

شکل 2-3. موقعیت و کانون پرفشار سیبری در تراز دریا 17

شکل2-4. پراکندگی جغرافیایی ایستگاه های مورد مطالعه در سرزمین پژوهش 20

شکل 2-5. نقشه توپوگرافی منطقه مورد پژوهش 22

شکل 2-6. نقشه میانگین دمای سی و دو ساله سرزمین پژوهش 24

شکل 2-7. نمودار میانگین دمای ماهانه شهرهای منتخب.. 25

شکل 2-8. نمودار دمای بیشینه ماهانه شهرهای منتخب. 26

شکل 2-9. نمودار دمای کمینه ماهانه شهرهای منتخب 27

شکل 2-10. نقشه میانگین بارش سی و دو ساله سرزمین. 28

شکل 2-11. نمودارهای میانگین بارش ماهانه 32 ساله شهرهای منتخب 30

شکل 2-13. نمودار فشار هوای ماهانه شهرهای منتخب 32

شکل3-1. پراکندگی جغرافیایی ایستگاه های منتخب در سطح زمین. 37

شكل 3-2. نقشه پايه (محدوده تعريف شده ، براي شناسايي الگوها و رديابي سامانه ها). 44

شکل 3-3. نمونه ای از نقشه فشار تراز دریای آزاد تهیه شده در محیط سورفر. 45

شكل 3-4. نمونه مدل بيروني ترين پربند بسته سرماي بحرانی در تراز 1000. 46

شكل 3-5. نمونه مدل بيروني ترين پربند موثر (پشتيبان) سرماي بحرانی در تراز دریا. 47

شکل 3-7. نمونه اسکریپت نوشته شده برای اخذ میانگین از بردارهای باد. 49

شکل 3-8. نمونه اسکریپت نوشته شده تعیین جهت و سمت غالب بردارهای باد تراز 1000 ه.پ. 50

شکل 3-9. نمونه مراحل فراخوانی اسکریپت و اعداد میانگین بردارهای باد تراز 1000 ه.پ. 51

شکل 3-10. نقشه بردارباد موج سرمای تاریخ 09/01/1983. 52

شکل 4-1. نمودار دوام امواج سرمای 47 گانه طی بازه آماری 1980-2010. 56

شکل 4-2. نمودار شدت دمای امواج سرما 47 گانه طی بازه آماری 1980-2010. 56

شکل 4-3. نمودار شدت دمای امواج سرما 47 گانه طی بازه آماری 1980-2010. 57

شکل 4-4. مجموعه مدل های موقعیت بیرونی ترین پرفشارهای بسته پرفشار سیبری 66

شکل4-5. الگوی بیرونی ترین همفشار بسته پرفشار سیبری در تراز دریا 67

شکل 4-6. مجموعه مدل های موقعیت بیرونی ترین پربند بسته پرارتفاع سیبری تراز 1000ه.پ 68

شکل 4-7. الگوی موقعیت بیرونی ترین پربند بسته پرارتفاع سیبری در تراز 1000 69

 شکل 4-8. مجموعه مدل های الگوی موقعیت بیرونی ترین پربندهای بسته پرارتفاع سیبری و پرارتفاع های موثر بر دماهای بحرانی سرد ایران مرکزی 71

شکل 4-9. الگوی موقعیت و انحنای تراز 500 ه.پ برای 12موج سرمای بحرانی 72

شکل4-10. مجموعه الگوها خاستگاه کانون و مسیر حرکت زبانه های پرارتفاع سیبری در تراز 1000 75

شکل 4-11. مجموعه الگوهای خاستگاه کانون پرارتفاع در تراز 750 ه.پ 76

شکل 4-12. مجموعه الگوهای کانون پرارتفاع در تراز 500 ه.پ 77

شکل 4-13. مجموعه الگوهای سمت بردار باد در تراز 1000 ه.پ طی 12 موج سرمای بحرانی. 89

فهرست جدول ها

          شماره و عنوان                                                                                                                  صفحه

جدول 2-1. داده های میانگین دمای ماهانه ایستگاه های منتخب 24

جدول 2-2. داده های دمای بیشینه ماهانه ایستگاه های منتخب 26

جدول2-3. داده های دمای کمینه ماهانه ایستگاه های منتخب 27

جدول2-4. داده های میانگین بارش ماهانه ایستگاه های منتخب 29

جدول 2-5. داده های فشار ماهانه تراز دریا ایستگاه های منتخب 31

جدول2-6. میانگین ماهانه سمت و سرعت باد در هشت ایستگاه منتخب 33

جدول3-1. مشخصات ایستگاه های منتخب در سرزمین مورد پژوهش 37

جدول 3-2.  نمونه داده های میانگین دمای بیشینه ماهانه ایستگاه منتخب. 39

جدول3-3. نمونه داده های خام دمای حداکثر روزانه کاشان ژانویه 1982. 40

جدول3-4. نمونه داده های دمای استخراج شده کاشان فوریه 1980 در محیط اکسل. 41

جدول3-5.  نمونه داده های خام حداکثر دمای روزانه استخراج شده کاشان در محیط اکسل. 41

جدول3-6. نمونه داده های فیلترشده صفر و زیر صفر درجه 42

جدول 3-7.  نمونه خروجی تعیین جهت و سمت غالب باد در تاریخ 19/10/1361. 49

جدول 4-1. مشخصات آماری امواج سرما طی دوره آماری 1358 تا 1391. 54

جدول 4-2. مشخصات آماری سرماهای بحرانی دوره آماری 1358 تا 1391. 58

جدول 4-3. مشخصات پرفشار سیبری در ترازهای دریا و بالای جو 60

جدول4-4. مشخصات بیرونی ترین پربند بسته پرارتفاع سیبری در ترازهای جوی. 73

جدول 4-5. مشخصات بیرونی ترین پربندهای پشتیبان پرارتفاع سیبری 74

جدول 4-6. مشخصات نقشه های دما، بردار و خطوط جریان باد 79

جدول4-7. مشخصات میانگین سرعت و سمت میانگین باد. 88