تحلیل ساختار امواج گرمایی در غرب و جنوب غرب ایران

مقدمه

مخاطرات اقلیمی از جمله پیامدهای تغییر اقلیم محسوب می‌شوند. امواج گرمایی و تعدد آنها از جمله شواهد تغییرات اقلیمی و مخاطرات مربوط به آن است که بر اثر رخداد عنصر اقلیمی با شدتی فراتر از نوسانات معمول آن پدیده در نظر گرفته می‌شود که شامل مجموع مقدار میانگین و انحراف از معیار باشد. این افزایش یا کاهش شدید در بازه آماری ذکر‌شده پاسخ‌های غیر‌معمولی نسبت به محرک از خود بروز می‌دهد. این ساختار محرک و پاسخ در مجموع اکوسیستم‌های طبیعی منجر به تغییرات می‌شود که اصطلاحاً به آنها نوسان گفته می‌شود. نوسانات افزایشی و کاهشی دما یکی از این ساختار‌‌های نظام‌مند است که با کنش‌های مختلفی در سطح بیوسفر همراه می‌باشد.

افزایش دما یکی از مهمترین شاخص‌های مطرح در مجموعه مباحث نوسانات اقلیمی است. بر اساس مطالعات متعدد صورت‌گرفته، نوسانات دما دارای روند افزایشی پیوسته بوده‌اند. نتایج به‌دست‌آمده از مطالعات پژوهشگران مختلف بیانگر آن است که دما‌ طی سالیان اخیر افزایش یافته است (مسعودیان :1383). تحلیل داده‌های آماری دمایی نیمکره شمالی نشان می‌دهد که روند افزایش دما در قرن بیستم، احتمالاً حداکثر دمایی است که در طی 1000 سال اخیر رخ داده است (کریستین کوپه[1] و همکاران: 2004). از سوی دیگر‌ دما به‌صورت مقطعی با افزایش ناگهانی (موج گرمایی) نیز همراه است.

موج گرمایی‌ به‌طور محلی در اقلیم یک ناحیه نیز رخ می‌دهد. کولاسینو[2] و همکاران (1994) و مارینا بالدی[3] (2004) و بالدی و همکاران (2006)، با تحلیل تراز 850 هکتوپا‌سکال در منطقۀ مدیترانه نقش رودباد اروپا و اتلانتیک‌، اسکاندیناوی را در ایجاد موج‌های گرمایی در منطقۀ مدیترانه‌ بررسی کردند و در رخداد آن مؤثر دانستند. طبق این پژوهش‌ها موج‌های گرمایی مدیترانه بیشتر در ماه‌های ژولای و آگوست اتفاق افتاده است و غالب آنها با سامانه‌های واچرخندی در سطح زمین و هماهنگی با ترازهای میانی همراه بوده‌اند. جولیو دیاز[4] و همکاران (2006) با انجام مطالعه‌ای اثرات موج گرمایی بر زندگی انسان را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که با استفاده از مطالعات همدید، امواج گرمایی و پیش‌بینی آن امکان‌پذیر است. موج‌های گرمایی به‌دلیل مخاطرات و تهدیداتی که برای سلامت انسان‌ها، تولیدات کشاورزی، افزایش مصرف انرژی، نیاز آبی و تولید برق آبی ایجاد می‌کند، در طی دهۀ اخیر، به‌صورت جدی‌ مطالعه شده است. مطالعات براند مکثول[5] 2007؛ دنیل کوزولووسکی[6] 2007؛ ولبرگمن[7] و همکاران 2007؛ فوجیبی[8] و همکاران 2007؛ لورنت[9] و همکاران 2007؛ تام‌ریزن[10] و همکاران 2008؛ اروپ[11] و همکاران 2009؛ اندرو[12] و همکاران 2009 از این جمله است. علاوه بر آن قوی‌دل (1390) موج ابر گرمایی ایران را‌ بررسی کرد و نتیجه گرفت‌،‌ وجود زبانه‌های کم‌فشار حرارتی از شبه‌جزیره عربستان و استیلای پرفشار‌ جنب حاره‌ای در رخداد این موج گرمایی مؤثر است. یزدان‌پناه و علیزاده (1390)‌ و فریدونی و همکاران (2015) احتمال رخداد امواج گرمایی را با استفاده از مدل مارکف در استان کرمان و نواحی شمالی ایران برآورد کردند.

با توجه به مقطعی و مکانی‌بودن موج گرمایی در این مقاله، دماهای روزانۀ تیرماه 1389 به‌عنوان یک مورد که دارای ویژگی‌هایی همچون فراگیر‌بودن و شدت بالاست، ‌مطالعه شده است. به‌گونه‌ای که این موج گرمایی منجر به این شد‌ که دمای 16 شهر در کشور در این ماه به بالای 50 درجه سانتی‌گراد برسد و‌ بعضی از شهرها و‌ کارخانجات به‌منظور ذخیرۀ برق کافی برای استفادۀ منازل تعطیل شوند. این میزان در بخش‌های کوهستانی کشور مانند شمال غرب و زاگرس مرکزی یک رکورد بوده است و به همین دلیل به‌عنوان پهنۀ مورد مطالعه انتخاب شد. بخش‌های غربی و جنوب غربی از کانون‌های مهم اقتصادی، جمعیتی، انرژی و آبی ایران محسوب می‌شود.

موقعیت منطقۀ مورد مطالعه‌

منطقۀ مورد مطالعه در برگیرندۀ مناطق غربی و جنوب غربی ایران، شامل استان‌های کردستان، کرمانشاه، ایلام، همدان، لرستان، چهارمحال و بختیاری، خوزستان و کهگیلویه و بویراحمد است (نقشۀ‌ 1). این منطقه از نظر هیدرولوژیکی بخشی از حوضه آبریز خلیج فارس و دریای عمان است که سرچشمۀ رودخانه‌های بزرگی مانند کرخه، دز، کارون، مارون و جراحی است. رودخانه‌های ذکر‌شده در برگیرندۀ حدود یک‌سوم آب‌های سطحی کشور هستند که بزرگترین سدهای برق آبی و پروژه‌های صنعتی، کشاورزی و تولید انرژی کشور را در بر می‌گیرند.

شکل 1. محدودۀ منطقه و موقعیت ایستگاه‌های هواشناسی غرب کشور

مواد و روش بررسی‌

مطالعات همدیدی با دو رویکرد عمده، محیطی به گردشی و گردشی به محیطی صورت می‌پذیرند. در روش اول، پژوهشگر ابتدا پدیده‌های سطح زمین را شناسایی‌ و سپس الگو‌های جوی آنها را شناسایی می‌کند و در رویکرد دوم پدیده‌های جوی مستقل از پدیده‌های محیطی شناسایی می‌شوند (مسعودیان 1385). در این روش از رویکرد مطالعاتی اول استفاده شده است. بدین منظور ابتدا واقعۀ رخ‌داده در سطح زمین در ایستگاه‌های هواشناسی ناحیۀ مطالعاتی شناسایی، سپس الگو‌های موجد آن‌ بررسی شد. داده‌های روزانۀ حداکثر دمای 36 ایستگاه هواشناسی، واقع در غرب کشور از سازمان هواشناسی دریافت شد (موقعیت ایستگاه‌ها شکل‌ 1). همچنین، پایگاه داده‌های جو بالا شامل ارتفاع ژئوپتانسیل، فشار تراز دریا، تاوایی قائم، باد‌مداری و باد نصف‌النهاری از سری داده‌های روزانۀ 6‌‌ساعته، واکاوی‌شده NCEP/NCAR ایجاد و به‌کمک داده‌های حداکثر دمای ‌ایستگاه‌های همدید شاخص موج گرمایی محاسبه گردید. ابتدا میانگین و انحراف معیار داده‌ها به‌کمک روابط زیر محاسبه شد:

در این رابطه m میانگین داده‌ها، xi دمای حداکثر ایستگاه‌‌ها، n و در رابطۀ (2) σ انحراف معیار دمای حداکثر روزانه ایستگاه‌هاست. برای تعیین آستانۀ روزهای توأم با موج گرمایی از شاخص بالدی (۲۰۰۴) استفاده شد.

که: HW: موج گرمایی، ‌m: میانگین دمایی بلند‌مدت روزانه و: انحراف از معیار دماهای روزانه‌ برای تعریف موج گرمایی رابطۀ فوق به‌صورت نقطه‌ای برای هر ایستگاه به‌طور جداگانه محاسبه شده و روزهایی که آمار دمای حداکثر آنها از شاخص مورد نظر بیشتر بود، به دو دسته موج گرمایی کوتاه و موج گرمایی بلند تقسیم‌بندی شدند. دستۀ اول امواجی هستند که بین 1 تا 3 روز تداوم داشتند و دستۀ دوم امواجی هستند که 6 روز یا بیشتر تداوم داشتند (همان منبع‌: 2004).

نتایج‌

بررسی و مقایسۀ میانگین بلند‌مدت (از بدو تأسیس تا 25/6/1389)، فصل تابستان دمای حداکثر ایستگاه‌های مطالعاتی با حداکثر دمای روزانۀ تابستان 89 نشان داد که‌ میانگین حداکثر دمای تابستان 89 از میانگین بلند‌مدت حداکثر دمای ایستگاه‌ها در تمام ایستگاه‌ها بیشتر است. این روند در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2. مقایسۀ میانگین بلند‌مدت حداکثر دمای تابستانه و حداکثر دمای تابستان 89 ایستگاه‌های مطالعاتی

همچنین مقایسۀ میانگین بلند‌مدت حداکثر دمای ماه‌های تابستان با ماه‌های تابستان 89 نشان‌دهندۀ این امر است که دمای حداکثر ماه‌های سال 89 بیشتر از میانگین بلند‌مدت است. در تیر‌ماه این تفاوت دمایی اختلاف چندانی با هم ندارند، ولی در ماه شهریور تفاوت فاحشی بین سال 89 و میانگین بلند‌مدت وجود دارد. شکل (3-2) به نحو بهتری این اختلافات را نشان داده است. در کل تفاوت‌های بین دمای حداکثر تابستان 89 با میانگین بلند‌مدت فصل تابستان ایستگاه‌ها نشان‌دهندۀ افزایش دمای حدکثر این فصل در سال 89 است.

شکل 3. مقایسۀ ماهانۀ حداکثر دمای بلند‌مدت تابستانه و حداکثر دمای تابستان 89 ایستگاه‌های مطالعاتی

بر اساس شاخص بالدی (موج گرمایی) روز‌های همراه با موج گرمایی در این ایستگاه‌ها شناسایی شد. در این فصل، دمای حداکثر بیشتر ایستگاه‌ها افزایش زیادی داشته و باعث شکل‌گیری موج گرمایی کوتاه و بلند‌مدت در سطح ایستگاه‌ها شده است. مهم‌ترین آنها موج گرمایی بلند‌مدتی است که از 12/4/1389 تا 31/4/ 1389 ادامه داشته است. تداوم موج گرمایی مورد نظر در همۀ منطقۀ مطالعاتی به یک شکل نبوده است. به‌طوری‌که در شکل (4) دیده می‌شود، استان لرستان و حاشیۀ استان‌های چهار‌محال بختیاری، خوزستان، ایلام و کرمانشاه بیشترین تداوم موج گرمایی را داشتند و با دور‌شدن از آن تداوم موج گرمایی کاهش می‌یابد؛ به این دلیل‌ که استان‌های لرستان، همدان، چهار‌محال بختیاری، از حداکثر دمای پایین‌تری نسبت به سایر استان‌ها از جمله استان خوزستان برخوردار هستند. بنابر‌این موج گرمایی مورد نظر در این استان از تداوم بیشتری برخوردار است و خسارات بیشتری به این استان‌ها وارد می‌کند.

شکل 4. پهنه‌بندی تداوم موج گرمایی در منطقه

تحلیل همدید‌

به‌منظور شناخت الگوهای همدید موجد موج گرمایی مورد بررسی از نقشه‌های چهار‌زمانه در تاریخ 12 تا 23 تیرماه 1389 و در محدوده مکانی 30 درجه طول غربی تا 120 درجه طول شرقی و 0 تا 90 درجه شمالی استفاده شد که با توجه به تعدد نقشه‌ها تنها نقشۀ روز 15 تیرماه در ساعت 12 ژولای به‌دلیل مناسب‌بودن الگوهای همدید ارائه می‌شود.

الگوی فشار سطح دریا (SLP): در فصل تابستان، غرب و جنوب غرب ایران به‌دلیل دریافت انرژی خورشیدی بیشتر، فقدان پوشش گیاهی و زاویۀ جهت تابش در محدودۀ مناطق پرانرژی محسوب می‌شوند. شرایط تابشی و توپوگرافی باعث شکل‌گیری کم‌فشار حرارتی در جنوب غربی ایران می‌شود (کم‌فشار خلیج فارس). این مرکز کم‌فشار با هسته مرکزی 996 هکتوپاسکال بر روی مرکز خلیج فارس در شکل‌ (5) مشخص شده است. علاوه بر آن مرکز کم‌فشار گنگ نیز بر بخش‌های جنوب شرقی ایران‌ تأثیر گذاشته است که به‌دلیل مهیا‌بودن شرایط زمینی با کم‌فشار خلیج فارس بر روی شبه‌جزیره عربستان ادغام شده‌اند.

تراز 850 و 700 هکتوپاسکال: تراز 850 هکتوپاسکال که حذف عوارض زمینی را نشان می‌دهد، به‌خوبی گسترش کم‌فشار گنگ در سراسر کشور را نشان می‌دهد؛ به نحوی که زبانه‌های آن تا شمال غربی ایران ‌‌کشیده شده‌اند. تسلط تراز 850 بیانگر انتقال گرما و رطوبت سیستم مونسون‌ها و تقویت اثر گلخانه‌ای آن بر روی منطقۀ مورد مطالعه و تداوم موج گرمایی است (شکل 7).

الگوهای تراز 700 هکتو‌پاسکال به‌طور نسبی همان الگوهای تراز 850 هکتو‌پاسکال هستند؛ با این تفاوت که در این تراز کم‌فشار حرارتی گنگ دیده نمی‌شود و زبانۀ پرفشار پویشی آزور بر روی ایران گسترش یافته است (شکل 8). طبق این تصویر سلولی از کم‌فشار ایسلند ضمن حرکت به سمت شرق و ایجاد فرود بر روی مدیترانه باعث آرایش موجی شکل پرفشار آزور و ایجاد سیستم مانع (بلوکینگ) بر روی غرب ایران در طول این موج گرمایی می‌شود.

شکل 5. الگوی ایزوباری تراز دریا روز 15 تیر 89

شکل 6. الگوی پربندی تراز 850 هکتوپاسکال روز 15 تیر 89

شکل 7. الگوی پربندی تراز 700 هکتوپاسکال روز 15 تیر 89

شکل 8. الگوی پربندی تراز 500 هکتوپاسکال روز 15 تیر 89

شکل 9. الگوی دمای تراز 500 هکتوپاسکال روز 15 تیر 89

شکل 10. الگوی دمای تراز 1000 هکتوپاسکال روز 15 تیر 89

شکل 11. رودباد تراز 250 هکتوپاسکال روز 15 تیر 89

شکل 12. الگوی تاوایی تراز 1000 هکتوپاسکال روز 15 تیر 89

شکل 13. الگوی جهت باد تراز 500 هکتوپاسکال روز 15 تیر 89

شکل 14. الگوی جهت باد تراز 1000 هکتوپاسکال روز 15 تیر 89