بررسی ساختار فضایی ماهانه تابش موج بلند خروجی زمین (OLR) در ایران
محورهای موضوعی : اقلیم شناسی
تیمور جعفری
1
(دانشگاه کوثر بجنورد)
سید محمود حسینی صدیق
2
(دانشگاه زنجان)
کلید واژه: , تغییرات زمانی و مکانی, , OLR, , خودهمبستگی فضایی, ,
چکیده مقاله :
هدف از این مطالعه بررسی و پهنه بندی ماهانه تابش موج بلند خروجی سطح زمین ایران می باشد. بدین منظور داده های تابش موج بلند خروجی زمین (OLR) طی دوره آماری 1398-1354 از پایگاه داده ncep/ncar استخراج و مورد تجزیه تحلیل قرار گرفت. محاسبات مدل بر اساس میانگین دوره و تفکیک مکانی (°5/2*°5/2) درجه انجام شد. جهت استخراج موج بلند زمین ایران از امکانات برنامه نویسی در محیط نرم افزار گردس و برای بررسی و پهنه بندی از نرم افزار GIS بهره گرفته شده است. یافته ها نشان داد با بررسی شاخص فضایی آماره Gi بیشنه لکه های داغ تابش موج بلند خروجی ماهانه ایران در سطح 99%، 95% درصد در ماه مرداد، تیر، خرداد، شهریور و مهرماه می باشد. لکه های داغ مطابق با مناطق کمربند گرمسیری و در عرضهای جغرافیایی پایین تر از 30 درجه شمالی است؛ و همچنین بیشینه لکه-های سرد در سطح 99%، 95% درصد در ماه بهمن، آذر، دی، اسفند، فروردین می باشد و بیشینه لکه های سرد تابش موج بلند خروجی زمین به صورت کمربندی از شمال شرق به سوی شمال غرب کشیده می شود و شامل نواحی شمال شرق، شمال و شمال غرب کشور و همچنین نواحی ارتفاعات شمالی کوه های زاگرس کشور را شامل می شود.
The purpose of this study is to analysis monthly OLR of the Iranian surface. For this purpose, the ground OLR data was extracted and analyzed from the ncep/ncar database during the statistical period of 1354-1398. In order to extract the have been used in the Gards software and GIS. Findings showed that by examining the spatial index of Gi statistic, the hot spots of Iran's OLR are 99% and 95% in August, July, June, September and October. Hot spots correspond to areas of the tropics and to latitudes below 30 degrees north; Also, the maximum cold spots are at the level of 99%, 95% in February, December, January, March, April, and the maximum cold spots OLR from the northeast to the northwest. It includes the northeastern, northern and northwestern regions of the country, as well as the northern highlands of the Zagros Mountains.
حسینی صدیق، سید محمود (1399)، گسترش قطب سو چرخش سلول هدلی در نیمکره جنوبی، نشریه هواشناسی و علوم جو، حسینی صدیق، سید محمود (1400)، آب و هواشناسی دینامیک سلول هدلی، انتشارات سخن گستر، چاپ اول، ص 93.
حسینی صدیق، سید محمود (1400)، بررسی تغییرات و الگوی فضایی فصلی تابش موج بلند خروجی ایران، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، دانشگاه خوارزمی، بهار.
ذوالفقاری، حسن (1394)، مبانی سامانه اقلیمی زمین، انتشارات دانشگاه رازی کرمانشاه.
زرین، آذر، مفیدی، عباس (1391)، بررسی ماهیت، ساختار و وردایی زمانی گردش بزرگ مقیاس جو تابستانه، نشریه پژوهش های اقلیم شناسی، سال سوم، شماره یازدهم، پائیز.
زرین، آذر؛ ساری صراف، بهروز؛ رسولی، علی اکبر؛ نجفی، محمد سعید (1395)، شبیه سازی واداست های تابشی گردوغبار در غرب ایران، جغرافیا و مخاطرات محیطی، شماره بیست و دوم، تابستان. صص 140-123.
زرین، آذر؛ مفیدی، عباس، جانباز قبادی، غلامرضا (1386)، تعیین الگوهای همدیدی بارش های شدید و حدی پاییزه در سواحل جنوبی دریای خزر، مجله فیزیک زمین و فضا، دوره 33، شماره 3، صص 131-156.
شمسی پور، علی اکبر (1392)، مدلسازی آب وهوایی (نظریه و روش)، انتشارات دانشگاه تهران.
علی آبادی، کاظم؛ داداشی رودباری، عباسعلی (1394)، بررسی تغییرات الگوهای خودهم بستگی فشایی دمای بیشینه ی ایران، مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، سال ششم، شماره بیست و یکم. صص 104-86.
علیجانی، بهلول؛ کاویانی، محمد رضا (1395)، مبانی آب و هواشناسی، انتشارات سمت.
کاویانی، محمدرضا (1391)، میکروکلیماتولوژی، اتنتشارات سمت.
مسعودیان، ابوالفضل (1390)، آب و هوای ایران، انتشارات سمت.
نصر اصفهانی، محمد علی؛ محب الحجه، علیرضا؛ احمدی گیوی، فرهنگ (1387)، اثر نوسان اطلس شمالی (NAO) بر برخی کمیت های هواشناختی وردسپهر در خاورمیانه و جنوب غرب آسیا، مجله ژئوفیزیک ایران، جلد 2، شماره 2، صص 51-64.
Alijani Bohloul (2008). Effect of Zagros mountain on the spatial distribution of precipitation, Journal of mountain science, 5. Anselin L, Syabri I., Kho. Y. (2009). GeoDa: an introduction to Spatail data analysis. In Fischer MM. Getis A (Eds) Handbook of applied spatial analysis.Berlin, Heidelberg and New York: Springer: 73-89.
Charney, J. G., (1975), Dynamics of Deserts and Drought in the Sahel, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 101:193-202.
Chen JY, Carlson BE, Del Genio AD (2002) Evidence for strengthening of the tropical general circulation in the 1990s. Science 295:838–841. doi:10.1126/science.1065835.
Chen JY, Carlson BE, Del Genio AD (2002) Evidence for strengthening of the tropical general circulation in the 1990s. Science 295:838–841. doi:10.1126/science.1065835.
D. Hatzidimitriou., Vardavas K. G. Pavlakis., N. Hatzianastassiou., C. Matsoukas., E. Drakakis (2004). On the decadal increase in the tropical mean outgoing longwave radiation. Journal Atmos. Chem. Phys., vol 4, pp: 1419–1425.
E. S. Lim, C. J. Wong, K. Abdullah, W. K. Poon (2011), Relationship Between Outgoing Longwave Radiation and Rainfall in South East Asia by Using NOAA and TRMM Satellite. Colloquium on Humanities, Science and Engineering Research. pp 785-795.
Devasthale A, Sedlar J, Koenigk T, Fetzer EJ (2013) The thermodynamic state of the Arctic atmosphere observed by AIRS: comparisons during the record minimum sea ice extents of 2007 and 2012. Atmos Chem Phys 13(15):7441–7450.
F.Zhang,K.Wu,J.Li,Q.Yang,J.-Q.Zhao,andJ.Li,(2016), Analytical infrared delta-four-stream adding method from invariance principle, Journal of the Atmospheric Sciences, vol. 73, no.10,pp.4171-4188.
F.Zhang,K.Wu,P.Liu,X.Jing,andJ.Li (2017), Accounting for Gaussian quadrature in four-stream radiative transfer algorithms, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer,vol. 192,pp.1–13.
FERREIRA NJ & GURGEL H de C. (2002). Variabilidade dos ciclos annual e interanual da radiac¸˜ao de ondas longas emergentes sobreaAm´ericado Sulevizinhanc¸as. Rev. Brasileira de Engenharia Agr´ıcola e Ambiental,6: 440–444.
Graversen RG, Mauritsen, T, Drijfhout S, Tjernström M, M årtensson S (2011) Warm winds from the Pacific caused extensive Arctic sea-ice melt in summer 2007. Clim Dyn 36(11–12):2103– 2112. doi:10.1007/s00382-010-0809-z.
Hardy, john T (2003), Climate change: Causes, Effects, and Solutions, International Journal of Climatology, ISBN 047085191. DOI: 10.1002/joc.1225.
Hu YY, Fu Q (2007) Observed poleward expansion of the Hadley circulation since 1979.Atmos Chem Physics 7:5229–5236. doi:10.5194/acp-7-5229-2007.
Kumar A, Perlwitz J, Eischeid J, et al. (2014) Contribution of sea ice loss to Arctic amplification. Geophys Res Lett 37(21):L21701. doi:10.1029/2010GL045022.
Lebmann, B., Hartman, DL, (1998). Interannual variations of outgoing IR associated with tropical circulation changes during. J.Atmos. Sci., vol 39., pp: 1153-1162.
Peng Li (2016),Temporal and Spatial Variability of Surface Solar Radiation over the South-West Indian Ocean and Reunion Island: Regional Climate Modelin, Solar and Stellar Astrophysics [astro-ph.SR]. Université de la Réunion. English. 〈NNT : 2015LARE0021〉.
Song H, Zhang M (2007) Changes of the boreal winter Hadley circulation in the NCEP-NCAR and ECMWF reanalyses: A comparative study, J Climate 20:5191–5200.
Stachnik JP, Schumacher C (2011) A comparison of the Hadley circulation in modern reanalyses. J Geophys Res 116:D22. doi:10.1029/2011jd016677.
Webster, P. J., Magana, V. O., Palmer, T. N., Shukla, J., Tomas, R. A., Yanai, M., and Yasunari, T., (1998), Monsoons: Processes, predictability and the prospects for prediction, Journal of Geophysical Research, 103(C4): 14451-14510.
Wielicki BA, Wong T, Allan RP, Slingo A, Kiehl JT, Soden BJ, Gordon CT, Miller Zhongping Shen, Jun Shi, Yadong Lei (2017), Comparison of the Long-Range Climate Memory in Outgoing Longwave Radiation over the Tibetan Plateau and the Indian Monsoon Region, Advances in Meteorology, Article ID 7637351, 7 pages https://doi.org/10.1155/2017/7637351.
بررسی ساختار فضایی ماهانه تابش موج بلند خروجی زمین (OLR) در ایران
تیمور جعفری1 - عضو هیات علمی گروه جغرافیا و برنامه ریزی شهری دانشگاه کوثر بجنورد، خراسان شمالی، ایران.
سید محمود حسینی صدیق - دانشجوی دکتری آب و هواشناسی دانشگاه زنجان و مدرس دانشگاه کوثر بجنورد، خراسان شمالی، ایران
محمد رسولی- دانشجوی دکتری آب و هواشناسی دانشگاه زنجان، زنجان، ایران.
تاريخ دريافت: 21/06/1399 | تاريخ پذیرش: 28/01/1400 |
چکیده
تابش موج بلند خروجی زمین یکی از پارامترهای مهم آب و هواشناسی است که دلیلی بر افزایش گرما در وردسپهر فوقانی گردیده است و این باعث افزایش خشکی و کاهش خفیف ابر شده است و همچنین باعث افزایش کمربند گرمسیری و چرخش هادلی به سمت عرض های جغرافیایی بالاتر شده است. بنابراین در این تحقیق به بررسی و پهنه بندی ماهانه تابش موج بلند خروجی سطح زمین ایران میباشد. بدین منظور دادههای تابش موج بلند خروجی زمین (OLR) طی دوره آماری 1398-1354 از پایگاه داده ncep/ncar استخراج و مورد تجزیه تحلیل قرار گرفت. محاسبات مدل بر اساس میانگین دوره و تفکیک مکانی (5°/2*5°/2) درجه انجام شد. جهت استخراج موج بلند زمین ایران از امکانات برنامه نویسی در محیط نرم افزار گردس و برای بررسی و پهنه بندی از نرم افزار GIS بهره گرفته شده است. یافتهها نشان داد با بررسی شاخص فضایی آماره Gi بیشنه لکههای داغ تابش موج بلند خروجی ماهانه ایران در سطح 99%، 95% درصد در ماه مرداد، تیر، خرداد، شهریور و مهرماه می باشد. لکههای داغ مطابق با مناطق کمربند گرمسیری و در عرضهای جغرافیایی پایین تر از 30 درجه شمالی است؛ و همچنین بیشینه لکههای سرد در سطح 99%، 95% درصد در ماه بهمن، آذر، دی، اسفند، فروردین میباشد و بیشینه لکههای سرد تابش موج بلند خروجی زمین به صورت کمربندی از شمال شرق به سوی شمال غرب کشیده میشود و شامل نواحی شمال شرق، شمال و شمال غرب کشور و همچنین نواحی ارتفاعات شمالی کوههای زاگرس کشور را شامل میشود.
واژگان کلیدی: تغییرات زمانی و مکانی، OLR، خودهمبستگی فضایی.
نحوه استناد به مقاله: جعفری، تیمور، حسینی صدیق، سیدمحمود و رسولی، محمد (1400)، بررسی ساختار فضایی ماهانه تابش موج بلند خروجی زمین (OLR) در ایران ، پژوهشنامه جغرافیا و نظامهای فضایی، 2 (1)، 37- 53. http://jgss.ir/Article/15885
|
مقدمه
از آنجایی که سیاره زمین مانند سیاره خورشید به عنوان یک جسم سیاه عمل میکند (شمسی پور، 1394: 16) و همواره در حالت شبه ترازمندی است، در می‌یابیم به همان اندازه که از خورشید انرژی دریافت میکند، با تابش موج بلند خروجی زمین به فضا انرژی از دست میدهد. به این ترتیب، مناسب‌ترین شرایط برای زیست موجودات زنده در این کره خاکی فراهم میشود (Benestad, 2006: 90). تابش خورشیدی جذب شده در زمین، به حرارت تبدیل میشود؛ با این وجود به دلیل بازتابش زمین، زمین به طور مرتب داغ و داغ تر نمیشود. فرایند بازتابش انرژی توسط زمین را بازتابش زمینی یا تابش طول موج بلند مادون قرمز میگویند، که با وات بر متر مربع (w/m2) نشان داده میشود؛ زیرا طول موجهای تابش مادون قرمز بین 5 تا 50 میکرون را با یک بیشینه تابش در محدوده 4 تا 100 میکرومتر باز میتاباند (علیجانی، 1395: 63). در محدوده طول موج بین 4 میکرومتر و 10 میکرومتر، طیف پرتوهای طولانی مدت خروجی همپوشانی با تابش خورشید دارد (Kamide et al, 2007: 158 ). تابش موج بلند خروجی (OLR) تابش الکترومغناطیسی است که به عنوان اشعه مادون قرمز از طریق زمین، اقیانوسها و جو زمين به صورت تابش حرارتی به فضا خارج ميشود؛ به این ترتیب، یک جزء حیاتی از بودجه تابشی زمین است (Wu and et al, 2016: 254-262; Zhang et al, 2017: 4171-4188) توزیع بازتابش زمینی ارتباط نزدیکی با دماهای سطحی دارد و حداکثر میانگین سالانه آن در نواحی حاره است (Qian, 2016: 531).
تابش موج بلند خروجی زمین (OLR) وابسته به میزان تابش سطحی زمین، دمای جو، مشخصات بخار آب جو و پوشش ابر است. میزان تابش موج بلند خروجی از سطح به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی سطح بستگی دارد. مهمترین پارامتر مؤثر بر میزان تابش موج بلند خروجی، دمای سطح میباشد. دمای سطح به دلیل تأثیر بر میزان تشعشعات بازتاب شده از سطح و تبادل انرژی بین سطح و اتمسفر اهمیّت بسیار داشته و گاهی در اکثر مطالعات زیست محیطی، فعالیتهای کشاورزی، منابع زمینی، انرژی و برنامهریزی در امور مختلف کاربرد دارد (Peng li, 2016:111). مقدار تابش موج بلند خروجی علاوه بر دمای سطح با نوع پوشش و کاربری اراضی مربوط به سطح نیز ارتباط مستقیم دارد. سه خصوصیت سبزینگی، رطوبت و روشنایی بیانگر ویژگی های اصلی بیوفیزیکی سطح و تعیین کننده نوع پوشش سطح میباشند. سطح زمین امواج تابیده شده از خورشید را دریافت میکند، سپس با افزایش دمای سطحی با افزایش موجهای بلند خروجی به صورت شبانهروزی از خود بازتابش میدهد که اندکی از آن از راه پنجره جوی گذر میکند که این فرایند سبب ثبات نسبی رژیم گرمایی سیاره زمین میشود (شمسی پور، 1392: 14). تغییرات در تابش موج بلند خروجی (OLR) میتواند به عنوان یک شاخص حیاتی سینوپتیکی دگرگونی و مخاطرات آب و هوایی در نظر گرفته شود؛ که طبق تحقیقات صورت گرفته از سوی (Kouskyve et al, 1988; Ferreira & et al, 2002) از سال 1985 تابش طول موج بلند خروجی زمین افزایش یافته و دلیلی بر افزایش گرما در تروپوسفر فوقانی گردیده است و این باعث افزایش خشکی و کاهش خفیف ابر در ترپوسفر فوقانی شده است (Chen & et al, 2002) و همچنین باعث افزایش چرخش هادلی به سمت عرضهای جغرافیایی بالاتر شده است (Wielicki & et al 2002 ;Qian, 2016). از سویی دیگر، ابرها نقش مهمی در تغییرات موج بلند خروجی زمین دارند و به اندازه کافی در مقیاس جهانی انرژی در تمام مقیاسهای فضایی و زمانی، ارزیابی میشوند (گوولا، 2018: 2). تابش موج بلند خروجی زمین (OLR) اغلب به عنوان شاخصی برای شناسایی و مطالعه خصوصیات ابرهای همرفتی مورد استفاده قرار میگیرد (کاروالهو و همکاران 2000)؛ به طوری که مقادیر بالای تابش موج بلند خروجی زمین به معنای آسمانهای صاف و مقادیر کم آن نشانگر آسمانهای ابری است (ذوالفقاری، 1393: 42)؛ به طور عمده به مشخصات درجه حرارت (سطوح فوقانی ابر و یا سطوح زیرین ابر در آسمان روشن) بستگی دارد (ژانگ وو همکاران، 2017: 1-13؛ شی و همکاران؛ 2017: 430-419). تابش موج بلند خروجی زمین یک جزء بحرانی از بودجه انرژی زمین است و نشان دهنده تابش کُلّ فضا است که توسّط جو زمین منتشر میشود (کاویانی، 1391: 24-23). تابش موج بلند خروجی توسط ابرها و گرد و غبار در جو تحت تأثیر قرار میگیرد، که تمایل دارد آن را کاهش دهد. گازهای گلخانه ای مانند متان (CH4)، اکسید نیتروژن (N2O)، بخار آب (H2O) و دی اکسید کربن (CO2)، طول موج های خاصی از OLR را جذب میکنند که بعضی از این اشعه حرارتی به سوی زمین هدایت میشود و دمای متوسط سطح زمین را افزایش میدهد (ذوالفقاری، 1392: 30؛ شمسی پور،1392: 17). بنابراین، افزایش غلظت یک گاز گلخانه ای میتواند به افزایش گرمایش جهانی با افزایش میزان تابش جذب شده و از طریق اجزای اتمسفر انتشار یابد. اگر جذب گاز بالا باشد و گاز در یک غلظت به اندازه کافی بالا باشد، پهنای باند جذب اشباع میشود. در این حالت، گاز موجود به اندازه کافی جذب انرژی اشعه در پهنای باند جذب قبل از رسیدن به اتمسفر بالا است و اضافه کردن یک غلظت بالاتر این گاز هیچ تأثیری بر بودجه انرژی جو ندارد (Hardi, 2008, 21).
پیشینه تحقیق
زرین و همکاران (1386) گستردگی منطقه حداقل موج تابش بلند خروجی زمین (OLR) را در ایران بر دینامیکی/جبهه ای بودن بارشها تأکید دارند. تابش طول موج بلند خروجی (OLR) عمدتا در حکم شاخصی برای تعیین میزان فعالیت همرفتی در نظر گرفته میشود، به طوریکه مقادیر کمتر از 220 وات بر متر مربع نشانگر منطقه دارای همرفت و مقادی