شناسایی و تحلیل الگوهای فشار تراز دریای بارش های سنگین و فراگیر فصل پاییز نیمه غربی ایران

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه علوم انسانی و اجتماعی دانشگاه فرهنگیان، تهران.

2 دکترای تخصصی اقلیم شناسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران.

3 دکتری اقلیم شناسی، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

چکیده

بارش‌های سیل‌آسا به دلیل ناگهانی بودن آن خسارات سنگینی در بخش‌های مختلف تأسیسات زیربنایی، عمرانی و کشاورزی برای مناطق مختلف کشورمان به‌ویژه مناطق پربارش به بار می‌آورند. در پژوهش حاضر به شناسایی الگوهای فشار تراز دریا و تحلیل شرایط همدید و ترمودینامیک روزهای بارش ابرسنگین در نیمه غربی ایران پرداخته‌شده است. بدین منظور ابتدا با استفاده از داده‌های ایستگاه زمینی و در نظر گرفتن دو شرط آستانه بارش بالاتر از صدک 98 درصد و فراگیری بیش از 50 درصد، 20 روز بارش ابرسنگین طی فصل پاییز دوره آماری 1991- 2019 استخراج شد. داده‌های فشار تراز دریا بر روی یاخته‌هایی 2/5 در2/5 درجه­ی قوسی در 10 تا 70 درجه­ی عرض شمالی و 0 تا 80 درجه­ی طول شرقی از مرکز جوی- اقیانوسی آمریکا (NCEP/NCAR) استخراج شدند. بر روی ماتریس هم پراش داده‌های فشار تراز دریا در 20 روز بارش ابرسنگین، تحلیل خوشه‌ای با روش ادغام وارد انجام شد و بعد از تحلیل چشمی در نهایت 3 الگوی همدید فشار هنگام رخداد بارش‌های ابرسنگین پاییزه در نیمه غربی کشور مشاهده شد. نتایج حاصل از تحلیل همدیدی نقشه‌ها نشان داد که به هنگام رخداد بارش‌های ابرسنگین، در تراز دریا از یک‌سو با گسترش مراکز کم‌فشار از سمت جنوب دریای سرخ و شرق آفریقا، مدیترانه، عرض‌های شمالی اقیانوس اطلس و اروپا و از سوی دیگر بانفوذ زبانه‌هایی از پرفشارهای سرد مستقر بر روی سیبری، فلات تبت- هیمالیا، اروپا و روسیه باعث شکل‌گیری مناطق جبهه‌زایی فعال و به تبع آن شیو فشاری شدید در خاورمیانه و نیمه غربی ایران شده و منجر به رخداد روزهای بارش ابرسنگین در منطقه موردمطالعه گردیده است. نتایج حاصل از تحلیل نقشه‌های ترکیبی وزش رطوبت و ارتفاع ژئوپتانسیل نشان داد که با گسترش ناوه‌های عمیق از عرض‌های فوقانی و نفوذ آن تا عرض‌های جنوبی و استقرار بر روی منابع رطوبتی شرایط را برای تزریق رطوبت در ترازهای زیرین جو (1000 و 850 هکتوپاسکال) از منابع آبی عرب، عمان و خلیج‌فارس و در ترازهای میانی جو (700 و 500 هکتوپاسکال) با مداری شدن جریان‌های جوی از منابع آبی مدیترانه و سرخ به سمت نیمه غربی کشور را فراهم کرده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Identification and analysis of sea level pressure patterns of heavy and pervasive precipitation autumn season in the western part of Iran

نویسندگان [English]

  • Ali Sadeghi 1
  • Farshad pazhoh 2
  • Mohammad Rezaei 3
1 Assistant Professor, Department of Humanities and Social Sciences, Farhangian University, Tehran
2 PhD of Climatology, Kharazmi University, Tehran, Iran.
3 PhD in Climatology, Faculty of Literature and Human Sciences, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

 
Extended Abstract
Introduction
One of the important branches of synoptic climatology is identifying the extreme states of environmental features, such as severe storms and especially heavy rains and floods (Alijani et al., 2008, 107). Flood is the most common environmental damage. Every year, floods kill more than 2000 people and unfortunately affect 75 million of the world's population (Mohammadi and Masoudian, 2008, 70). Flood is considered as one of the most important natural disasters in our country, and what makes this natural disaster a disaster is the lack of awareness to deal with its consequences and prevent the adverse effects of natural events on the pillars of economic and environmental well-being. Therefore, since heavy and torrential rains are dangerous and damaging environmental phenomena that occur in most places, especially in areas with little rain, and cause a lot of damage, identifying the synoptic conditions that cause these rains can help in predicting the time of occurrence and implementing the necessary preparations.
 
Methodology
In this study, two categories of ground and upper atmosphere data are used as follows:

A) Use of daily rainfall data from October to December for 22 stations located in Kurdistan, Kermanshah, Hamedan, Lorestan and Ilam provinces, which were obtained from the National Meteorological Organization during the statistical period of 1991 to 2019.
B) Using high-level data. Includes reprocessed data for components of geopotential height, sea level pressure, zonal wind, meridional wind, specific humidity, and omega obtained from the US Environmental Prediction Database. The spatial resolution of this data is 2.5 by 2.5 arc degrees. TRMM satellite data with a spatial resolution of 1 x 1 degree was also used to analyze rainfall and runoff. To perform synoptic analysis, the environmental to circulation method has been used; In this way, first, the days of heavy rains were identified with the 98% percentile method, and then their synoptic dimensions in the space between 10 to 70 degrees north latitude and 0 to 80 degrees east longitude were investigated. By considering and applying the two conditions of rainfall threshold greater than 98 percent and covering more than 50 percent on the daily rainfall data of the autumn season (September 23 to December 21) during the period from 1991 to 2019 at selected stations in the western provinces of Iran, 20 days super heavy rain was extracted. The amount of precipitation on the mentioned days ranges from 22 to 81 mm; which shows the lower intensity of heavy rains in the autumn season compared to the winter season of the region. In this research, using the obtained data, maps of sea level pressure, combination of geopotential height and Omega, humidity advection, jet stream, precipitation rate, runoff and profile have been drawn and analyzed using Grads software. In the next step, in order to classify the patterns of sea level pressure on the days of heavy rain, the s-mode cluster analysis method was carried out using Euclidean distance and Ward technique.

Results and Discussion
Figure 2 shows the clustering tree of sea level pressure data during the days of heavy and pervasive rainfall in the western half of Iran. In this research, s-state cluster analysis method with Ward integration technique was used to classify pressure patterns during days of heavy rain. The obtained patterns were also checked by visual method and trial and error in order to select the best classes with the least intra-group difference and the most extra-group differences and changes. Finally, after the investigations, 4 pressure patterns were identified. But in this research, due to the similarity of patterns and the large number of maps, 3 final patterns were selected for analysis. The identified patterns are the first pattern of multi-core low pressures (Sudanese, Mediterranean and Saudi) with 8 days, the second pattern of Sudanese low pressure with 8 days and the third pattern of North European-Atlas, Mediterranean and Sudanese low pressures with 4 days (Table 1). In terms of time, the months of November, December and October have the highest number of rainy days. The slope of the heavy rainfall trend in all stations except Ilam shows a slight increasing trend. Only Ilam station has experienced a weak negative trend of heavy rainfall. This behavior of the trend of heavy rain actually indicates the increase of flood rains in this region of the country in the autumn season. Based on the frequency of days of heavy rain, the selected stations of Sanandaj and Hamedan are equal to each other with 26 days of heavy rain, Kermanshah and Khorramabad stations with 24 days and Ilam with 15 days. It can be seen that there is a slight difference between the stations in terms of the occurrence of this extreme and risky phenomenon, which can be an indication of the effects of circulation patterns on a synoptic scale that have created these conditions.
Conclusion
The statistical analysis of the days of heavy rain in the western part of Iran in the autumn season showed that the months of November, December and October have the most frequent days of heavy rain. Most of the stations in the region experience a weak positive trend of heavy rainfall on an annual scale, which indicates an increase in the occurrence of such extreme events in the autumn season of the last few years. Based on the 98% percentile threshold, the frequency of rainy days in the selected stations ranges from 15 to 26 days, and there is a slight difference
 
between the stations in this regard. For the synoptic section, after classifying the sea level pressure patterns by cluster analysis method, a visual inspection of the pressure maps from a few days before the peak of rainfall was done to ensure the type of pressure systems and their main origin. Finally, after the investigations, 3 final patterns of super heavy rainfall in the west of the country during the autumn season were identified. The results of the analysis of sea level pressure patterns showed that in the first pattern, multi-core low pressure centers are located over the Middle East. In the second pattern, we see extensive changes in the pressure values in the Northern Hemisphere, in such a way that the Siberian high pressure with an east-west movement covers all of Russia, East and Central Europe, and North-East Africa, It has not allowed the penetration of low pressure systems from the Mediterranean and Europe, and in this case, only the Sudanese low pressure entered the studied area after passing through the Red Sea and Arabia from the south-west and south of Iran. But in the third pattern, the pressure changes in the Northern Hemisphere are the opposite of the other patterns, so that since the days before the peak of rainfall, the closed low pressure center from the north of the Atlantic Ocean has started to advance eastward and with the extension of its tongues on the southern latitudes, created the secondary Mediterranean low pressure in the west of this sea, and on the day of peak rainfall, it is located in the east of the sea, or it merges with the low pressure tongue of the North Atlantic, and it covers the western region of the country in a unified manner with the closed low pressure of Sudan and Arabia.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Super Heavy Rainfall
  • Cluster Analysis
  • Synoptic Analysis
  • Trough
  • Western Half of Iran
  1. احمدی، اسماعیل و علیجانی، بهلول (1393). شناسایی الگوهای همدیدی بارش های سنگین ساحل شمالی خلیج فارس، پژوهش های جغرافیای طبیعی، دوره 46، شماره 3، صص. 296-275. Doi:  22059/JPHGR.2014.52132
  2. احمدی، محمود و جعفری، فرزانه (1395). تحلیل سینوپتیک بارش سنگین 12 آوریل شهرستان قزوین، جغرافیا(فصلنامه علمی انجمن جغرافیایی ایران)، دوره 13، شماره 44، صص. 237-221. https://www.sid.ir/paper/150189/fa
  3. احمدی، محمود و جعفری، فرزانه (1395). تحلیل همدیدی سیل ویرانگر تیرماه سال 1394 شمال ایران، فصل نامهجغرافیای طبیعی، دوره 9، شماره 34، صص. 104-83. Dor: 1001.1.20085656.1395.9.34.5.3
  4. امیدوار، کمال؛ تنی، نظام؛ ابراهیمی، رضا و قیاثی، ابراهیم (1397). واکاوی همدیدی دینامیکی بارش ابر سنگین 4 آذر 1393 مطالعه موردی کهگیلویه و بویراحمد، فصل نامه جغرافیای طبیعی، دوره 11، شماره 41، صص. 36-11.Dor: 1001.1.20085656.1397.11.41.2.8
  5. امیدوار، کمال (1386). تحلیل شرایط سینوپتیکی و ترمودینامیکی رخداد بارش در منطقه شیرکوه، پژوهش‌های جغرافیایی، دوره 39، شماره 59، صص. 98-81. https://www.sid.ir/paper/5402/fa
  6. برنا، رضا (1396). شناسایی الگوهای همدید بارش‌های سنگین در حوضه مارون (مطالعه موردی: بارش 29 آبان 1392)، فصل نامه جغرافیای طبیعی، دوره 10، شماره 36، صص. 60- 47. https://jopg.iaularestan.ac.ir/article_536181.html
  7. حجازی زاده، زهرا؛ پژوه، فرشاد و جعفری همبری، فرزانه (1397). آشکارسازی شرایط همدید مؤثر بر خشک‌سالی و ترسالی‌های شدید و فراگیر در نیمه شرقی ایران،جغرافیا و مخاطرات محیطی، دوره 7، شماره 3، صص. 160- 135. Doi: 22067/GEO.V0I0.68353
  8. ذکی زاده اوماسلان علیا، میربهروز؛ سلیقه، محمد و ناصرزاده، محمد حسین (1397). تحلیل آماری و سینوپتیکی مؤثرترین الگوی رودباد ایجاد کننده بارش های سنگین، مخاطرات محیط طبیعی، دوره 7، شماره 15، صص. 48-31. Doi: 22111/JNEH.2017.3335
  9. طولابی نژاد، میثم؛ حجازی زاده، زهرا و سلیقه، محمد (1398). توزیع فضایی سامانه های بندالی و همزمانی آن با ترسالی های فصل های سرد در ایران، جغرافیا (فصلنامه علمی انجمن جغرافیایی ایران)، دوره 17، شماره 62، صص. 40-20. https://mag.iga.ir/article_246836.html
  10. علیجانی، بهلول (1381). آب و هواشناسی سینوپتیک، چاپ اول، تهران: انتشارات سمت.
  11. قدمی، فردین؛ حجازی زاده، زهرا و علیجانی، بهلول (1397). شناسایی سامانه های گردشی وردسپهر در ارتباط با بارش های مخاطره آمیز حوضه آبخیز کرخه، جغرافیا (فصلنامه علمی انجمن جغرافیایی ایران)، دوره 16، شماره 58، صص. 32-21. https://rimag.ricest.ac.ir/fa/Article/8828
  12. کیانیان، محمد؛ صالح پور جم، امین؛ حاجی محمدی، حسن و رسولی، فهیمه (1395). بررسی و ارتباط خشکسالی و ترسالی های غرب ایران با الگوهای سینوپتیک جو، مجله آمایش جغرافیایی فضا، دوره 6، شماره 22، صص. 191-175. http://gps.gu.ac.ir/article_44777.html
  13. لشکری، حسن (1382). مکانیسم تکوین، تقویت و توسعه مرکز کم‌فشار سودان و نقش آن بر بارش‌های جنوب و جنوب غرب ایران، پژوهش‌های جغرافیایی، دوره 35، شماره 46. صص. 18- 1. https://jrg.ut.ac.ir/article_10765.html
  14. محمدی، بختیار و مسعودیان، سید ابوالفضل (1388). تحلیل همدید بارش‌های سنگین ایران، فصلنامه جغرافیا و توسعه، دوره 8، شماره 19، صص. 70-47. http://ensani.ir/fa/article/166257
  15. محمدیاریان، محترم؛ طاوسی، تقی؛ خسروی، محمود و حمیدیان پور، محسن (1398). ناحیه‌بندی رژیم بارش‌های حدی ایران در دوره ۲۰ ساله، فصل‌نامه تحقیقات جغرافیایی. دوره 34، شماره 2، صص.۱۹۲-۱۸۳. https://georesearch.ir/article-1-612-fa.html
  16. محمودآبادی، مهدی؛ امیدوار، کمال؛ مظفری، غلامعلی؛ نارنگی فرد، مهدی؛ مزیدی، احمد و فاطمی، مهران (1395). تحلیل همدید اثرات پدیده بلاکینگ بر بارش های سیلابی فروردین ماه 1392 در نیمه جنوبی ایران، پژوهش های اقیم شناسی، دوره 7، شماره 25، صص.82-67. https://clima.irimo.ir/article_42077.html
  17. مسعودیان، سید ابوالفضل (1384). شناسایی الگوهای گردشی پدیدآورنده‌ی سیلاب‌های بزرگ در کارون، جغرافیا و توسعه، دوره 3، شماره ­5، صص. 182-161. https://www.sid.ir/paper/436505/fa
  18. مسعودیان، سید ابوالفضل (1391). آب و هوای ایران، چاپ اول، مشهد: انتشارات شریعه توس.
  19. مفیدی، عباس (1383). اقلیم‌شناسی همدیدی بارش‌های سیل زا با منشأ منطقه دریای سرخ در خاورمیانه، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، دوره 19، شماره 75، صص. 51- 25. https://www.sid.ir/paper/29946/fa
  20. مفیدی، عباس و زرین، آذر (1384). بررسی سینوپتیکی تأثیر سامانه های کم‌فشار سودانی در وقوع بارش‌های سیل زا در ایران، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، دوره 20، شماره 77، صص. 136-113. https://www.sid.ir/paper/29958/fa
  21. Ahmadi, I. & Alijani, B. (2014). Identification of Synoptic Patterns Causing Heavy Rainfall in Northern Coast of Persian Gulf, Physical Geography Research Quarterly, 46, No. 3, pp. 275-296. [Persian].
  22. Ahmadi, M. & Jafari, F. (2015). Synopsis analysis of the devastating flood of July 2014 in North Iran, Natural Geography Quarterly, Vol. 9, No.34, pp. 104-83. [Persian].
  23. Ahmadi, M. & Jafari, F. (2015). Synoptic analysis of heavy rainfall on April 12 Qazvin city, Geography, Vol. 13, No. 44, pp. 237-221. [Persian].
  24. Akbari,, Azizi, G., Asadi, A. & Davodi, M. (2016). The role of blocking system in heavy precipitation of Iran (a case study: southeast of Iran January 2008), Arab J Geosci, vol. 9, No. 591. pp. 591-606.
  25. Alijani, B. (2001). Synoptic Climatology, first edition, Tehran: Samt Publications. [Persian].
  26. Alijani, B., O’Brien, J. & Yarnal, B. (2008). Spatial analysis of precipitation intensity and concentration in Iran, Theoretical and Applied Climatology, Vol. 94, No. 2, pp. 107–124.
  27. Borna, R. (2016). Identifying the synoptic patterns of heavy rainfall in the Maroon Basin (case study: rainfall on November 29, 2012), Natural Geography Quarterly, Vol. 10, No. 36, pp. 47-60. [Persian].
  28. Chen, C. (2011). Orographic effects on localized heavy rainfall events over southwestern Taiwan on 27 and 28 June 2008 during the post-Mei-Yu period, Atmospheric Research, Vol. 101, No. 3, pp. 595–610.
  29. Chen, C., Lin, S., Chuang, C. & Yeh, Y. (2001). A Study of Afternoon Heavy Rainfall in Taiwan During the Mei-yu Season, Atmospheric Research, Vol. 65, No. 1, pp.129-149.
  30. Darand, M. & Pazhoh, F. (2019). Synoptic analysis of sea level pressure patterns and vertically integrated moisture flux convergence VIMFC during the occurrence of durable and pervasive rainfall in Iran, Dyn Atmos Ocean, Vol. 86, pp.10–17.
  31. Ghadami, F., Hejazizadeh, Z. & Alijani, B. (2017). Identifying the circulation systems of Troposphere in relation to the dangerous rainfall of the Karkheh watershed, Geography, Vol. 16, No. 58, pp. 21-32. [Persian].
  32. Ghassabi, Z., Fattahi, E. & Habibi, M. (2022). Daily Atmospheric Circulation Patterns and Their Influence on Dry/Wet Events in Iran, Atmosphere, vol. 13, 1, pp. 1-17.
  33. Ghavidel, Y. & Jafari Hombari, F. (2020). Synoptic analysis of unexampled super-heavy rainfall on April 1, 2019, in west of Iran, Nat Hazards, Vol. 104, No. 2, pp.1567–1580.
  34. Hejazizadeh, Z., Pazhooh, F. & Jafari, F. (2018). The Relationship between Severe and Pervasive Droughts and Wet Years in Half East of Iran with Synoptic Troposphere Condition, Journal of Geography and Environmental Hazards, 7, No. 3, pp. 135-160. [Persian].
  35. hellstrom, C. (2005). Atmospheric condition during extreme and non-extreme precipitation events in Sweden, International journal of climatology, Vol. 25. No. 5, pp. 631-648.
  36. Jessen, M. (2005). Analysis of heavy rainfall events in North Rhine–Westphalia with radar and rain gauge data, Atmospheric Research, Vol. 77, No. 1-4, pp. 337–346.
  37. Kayanian, M., Salehpour Jam, A., Haji Mohammadi, H. & Rasouli, F. (2017). Review and relationship between Western Iranian Wet years and drought and atmospheric synoptic patterns, Geographical Planning of Space 6, No. (22), pp. 175-192. [Persian].
  38. Lana, (2007). Atmospheric patterns for heavy rain events in the Balearic Island, International journal of climatology, Vol. 12, No. 4, pp. 27-32
  39. Lashkari, H. (2003). Mechanism of formation, strengthening and development of low pressure center in Sudan and its role on rainfall in South and Southwest of Iran, Geographical Researches, Vol. 35, No. 46. pp. 1-18. [Persian].
  40. Mahmoodabadi, M., Omidvar, K., Mozafari, G.A., Narangi Fard, M., Mazidi; A. & Fatemi, M. (2015). Synoptic analysis of the effects of the blocking phenomenon on the flooding rains of April 2012 in the southern half of Iran, Meteorology Research, Vol. 7, No. 25, pp. 67-82. [Persian].
  41. Masoudian, S. A. (2005). Identifying circulation patterns causing large floods in Karun, Geography and Development, Vol. 3, No. 5, pp. 182-161. [Persian].
  42. Mofidi, A. (2004). Colloquial Climatology of Flooding Rainfalls Originating in the Red Sea Region in the Middle East, Geographical Research Quarterly, Vol. 19, No. 75, pp. 25-51. [Persian].
  43. Mofidi, A. & Zarin, A. (2005). Synoptical investigation of the influence of Sudanese low pressure systems on the occurrence of flood-causing rains in Iran, Geographical Research Quarterly, Vol. 20, No 77, pp. 113-136. [Persian].
  44. Mohammadi, B. & Masoudian, S.A. (2008). Synoptic analysis of Iran's heavy rains, Geography and Development Quarterly, Vol. 8, No. 19, pp. 47-70. [Persian].
  45. Mohammadyarian, M., Tausi, T., Khosravi, M. & Hamidianpour, M. (2018). Regionalization of Iran's extreme rainfall regime in a 20-year period, Geographical Research Quarterly. Vol. 34, No. 2, pp. 183-192. [Persian].
  46. Nishiyama, K., Schneider, S. & Chen, C.H. (2007). Identification of typical synoptic patterns causing heavy rainfall in the rainy season in Japan by a Self-Organizing Map, Atmospheric Research, Vol. 83, No. 2-4, pp.185–200.
  47. Omidvar, K. (2016). Analysis of synoptic and thermodynamic conditions of precipitation in Shirkoh region, Geographical Researches, Vol. 39, No. 59, pp. 81-98. [Persian].
  48. Omidvar, K., Nezam, T., Ebrahimi, R. & Qiyasi, E. (2017). Analyzing the dynamics of heavy cloud precipitation on December 4, 2013, a case study by Kohgiluyeh and Boyer Ahmad, Natural Geography Quarterly, Vol. 11, No. 41, pp. 11-36. [Persian].
  49. Rousta, I., Khosh Akhlagh, F., Soltani, M. & Modir Taheri, S. (2014). Assessment of blocking effects on rainfall in northwestern Iran, e-book of proceedings, Vol. 3, No. 14, pp. 127-132.
  50. Tulabinejad, M., Hejazizadeh, z. & Saligheh, M. (2018). Spatial distribution of Blocking systems and its coincidence with cold seasons in Iran, Geography, Vol. 17, No. 62, pp. 20-40. [Persian].
  51. Wang, H., Sun, J. & Zhao, S. (2016). The Multiscale Factors Favorable for a Persistent Heavy Rain Event over Hainan Island in October 2010, J Meteorol Res, Vol. 30, No. 4, pp. 496-512.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded.www.ndmo.ir
  52. Zaki Zadeh, M. B., Saligheh, M., Nasserzad, M. H. & Akbari, M. (2018). Statistical analysis and synoptic most effective jet stream pattern creating the precipitation of Iran, Journal of Natural Environmental Hazards, Vol. 7, 15, pp. 31-48. [Persian].