ارزیابی تاثیر طوفان گردوغبار بر روی شار گرمایی و بیلان تابش در حوزه هیرمند

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه احیا مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران

2 دانشگاه تهران

3 پروفسور گروه جنگل، مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ازاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.

4 پژوهشکده هواشناسی و علوم جو، تهران

5 سازمان جنگل ها، مراتع و آبخیزداری ، ایران

10.22069/jwsc.2022.19967.3539

چکیده

سابقه و هدف: طوفان گردوغبار پدیده ای است که عمدتا در مناطق خشک و نیمه خشک در نتیجه سرعت زیاد باد و تلاطم آن بر روی سطح خاک بدون پوشش و مستعد فرسایش بوجود می آید. گردوغبار، بودجه تابشی سطح زمین را تغییر داده و باعث تغییر دمای سطح زمین و جو می شود. بنابراین گردوغبار تبادل انرژی بین سطح و جو و همچنین دینامیک جو را تحت تاثیر قرار می دهد. شناخت و بررسی روند طوفان های گردوغبار در کشور و میزان ارتباط آن با نوسانات اقلیمی، یکی از مهم ترین راهکارهای کاهش خسارت ناشی از این پدیده است. هدف از انجام این پژوهش ارزیابی تاثیر طوفان های گردوغبار بر روی شاخص های تابشی و شار گرمایی با توجه به ترکیب اطلاعات سنجش از دور ماهواره ای و داده های بازتحلیل در حوزه هیرمند می باشد.
مواد و روش ها: در این تحقیق از داده های بازتحلیل ERA5 و داده های ماهواره ای برای رخداد 23 تا 26 آگوست 2010 در حوزه هیرمند استفاده شد. محصولات و داده‌های ماهواره ای مورد استفاده شامل تصاویر رنگی حقیقی و AOD، و داده‌های بازتحلیل شامل شار گرمای نهان سطحی (SLHF)، شار گرمای محسوس سطحی (SSHF)، تابش خورشیدی خالص سطحی (SSR)، تابش حرارتی خالص سطحی (STR) و بیلان تابش (Rn) می باشد. مسیریابی ذرات گردوغبار با استفاده از مدل HYSPLIT انجام شد و سرعت باد در منطقه مورد مطالعه نیز با استفاده از داده های بازتحلیل مورد بررسی قرار گرفت. همچنین جهت صحت سنجی داده های ماهواره و بازتحلیل از داده های دید افقی و دمای هوا در ارتفاع 2 متری ایستگاه هواشناسی زابل که نزدیکترین ایستگاه به منطقه مطالعاتی بود استفاده گردید.
یافته ها: بر اساس خروجی مدل HYSPLIT بیشتر ذرات گردوغبار از بیابان های ترکمنستان و سپس مناطق خشک اطراف دریاچه هامون و بخش هایی از مناطق شمال پاکستان برداشت شدند. مقادیر AOD نشان داد که از روز 21ام آگوست مقدار این شاخص به تدریج افزایش یافت به گونه ای که در روز 25ام بیشینه مقدار AOD به 25/1 رسید. بررسی مقادیر شاخص های تابشی و شار گرمایی نشان دهنده کاهش قابل توجه شاخص های SSHF، SSR، STR و Rn بود و مقادیر آنها در روز 26ام به کمترین مقدار رسید و شاخص SLHF با اندکی تفاوت در روز 25ام به کمترین مقدار خود یعنی 58 وات بر مترمربع رسید. بررسی همبستگی نشان داد که شاخص های SSR و Rn به ترتیب با مقدار 370/0- و 359/0- بیشترین و شاخص SLHF با مقدار 153/0- کمترین میزان همبستگی را با شاخص AOD نشان داد.
نتیجه گیری: نتایج این تحقیق نشان داد در قسمت های غربی حوزه هیرمند، باد لوار یا شمال باعث ورود ذرات گردوغبار به منطقه شده و جریان های چرخشی باعث پخش این ذرات در منطقه مطالعاتی می شود. نتایج حاصل از داده های ماهواره ای و بازتحلیل و تطبیق آن ها با تصاویر حقیقی نشان داد رخداد مورد بررسی باعث افزایش عمق نوری ذرات گردوغبار شد که به تبع آن شارهای گرمایی محسوس و سطحی، تابش های خورشیدی و حرارتی و همچنین بیلان تابش به مقدار زیادی کاهش یافت. ارزیابی داده های دید افقی و دمای هوا در ارتفاع 2 متری در ایستگاه زابل نیز نتایج حاصل از تصاویر ماهواره ای و داده های بازتحلیل را تایید نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the effect of dust storm on heat flux and radiation balance in Hirmand basin

نویسندگان [English]

  • Nahid Alipour 1
  • Tayebeh Mesbahzadeh 2
  • Hassan Ahmadi 3
  • Mohammad Jafari 2
  • Sara Karami 4
  • Alimohammad Tahmasebi Birgani 5
1 Department of Rehabilitation of Arid and Mountainous Regions, Faculty of Natural Resources, University of Tehran
2 Department of Rehabilitation of Arid and Mountainous Regions, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
3 Department of Forests, Range and Watershed Management, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
4 Atmospheric Science and Meteorological Research center, Tehran, Iran
5 Forests, Rangelands and Watershed Management Organization, Iran
چکیده [English]

Background and Objective: Dust storm is a phenomenon that occurs in arid and semi-arid regions due to high wind speed and turbulence on the surface of the soil without cover and prone to erosion. Dust changes the radiant budget of the earth's surface and changes the temperature of the earth's surface and atmosphere. Therefore, dust affects the energy exchange between the surface and the atmosphere as well as the dynamics of the atmosphere. Recognizing and studying the trend of dust storms and their relationship with climate change is one of the most important ways to reduce the damage caused by this phenomenon. This study amies to evaluate the effect of dust storms on radiation indices and heat flux according to the combination of satellite remote sensing information and re-analysis data in Hirmand basin.
Materials and Methods: In this research ERA5 re-analysis and Terra satellite data used for the August 23-26, 2010 event in Hirmand. Products and satellite data used including true color images and AOD and re-analysis data including Surface latent heat flux (SLHF), Surface Sensible Heat Flux (SSHF), Surface net Solar Radiation (SSR), Surface net Thermal Radiation (STR) and Balance Radiation (Rn). Dust particles were routed using the HYSPLIT model and wind speed in the study area was also assessed using the analysis data. Also, for validation of satellite data and re-analysis, visibility and air temperature data, at height of 2 meters, at Zabol Meteorological Station, closest station to the study area, were analyzed.
Results: According to the HYSPLIT model output, most of the dust particles were collected from the deserts of Turkmenistan and then the dry areas around Lake Hamun and parts of northern Pakistan. AOD values showed that from August 21, the value of this index gradually increased so that on the 25th day, the maximum AOD value reached 1.25. Examination of the values of radiation and heat flux indices showed a significant decrease in SSHF, SSR, STR and Rn indices and their values reached the lowest value on the 26th day and the SLHF index with a slight difference on the 25th day reached its lowest value of 58 w/m2. Correlation study showed that SSR and Rn indices with -0.370 and -0.359 respectively had the highest and SLHF index with -0.153 showed the lowest correlation with AOD index.
Conclusion: The results of this study showed that the western parts of Hirmand Basin, Lavar or North wind has emitted dust particles into atmosphere, and the region and rotational currents has caused the distribution of these particles in the study area. The results of satellite data and their re-analysis and matching with real images showed that the study event increased the optical depth of dust particles, which resulted in tangible and surface heat fluxes, solar and thermal radiation, as well as balance. Radiation was greatly reduced. Evaluation of horizontal visibility and air temperature data at a height of 2 meters at Zabol station also confirmed the results of satellite images and re-analysis data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dust
  • Heat flux
  • Radiation indices
  • Satellite data
  • Re-analysis data