new5 free
حراج!

پيش¬بيني، مسيريابي و پهنه¬بندي توفان گرد و غبار با استفاده از مدل¬هايWRF و HYSPLIT و تصاوير ماهواره¬اي

49.000تومان 39.000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

 

 

 

دانشگاه صنعتي اصفهان

دانشکده منابع طبيعي

پيش­بيني، مسيريابي و پهنه­بندي توفان گرد و غبار با استفاده از مدل­هايWRF و HYSPLIT و تصاوير ماهواره­اي

 

پايان‌نامه کارشناسي ارشد مهندسي منابع طبيعي- بيابانزدايي

……………………….

 

اساتيد راهنما

دکتر رضا جعفري- دکتر خسرو اشرفي

 

 

1393

 

فهرست مطالب

 

عنوانصفحه

چکيده……………………………………………………………………………………………………………………………………… 1

فصلاول : مقدمه. 2

1-1- ضرورتواهميتبررسيپديدهگردوغبار. 2

1-2- اهدافتحقيق. 4

فصلدوم : مفاهيم،تعاريفوبررسيمنابع.. 6

2-1-آلودگيهوا 6

2-1-1- ترکيباتآلايندههوا 6

2-2- ذراتمعلقدرجو. 7

2-2-1- انواعذراتمعلقدرجو  7

2-3- پديدهفرسايشبادي.. 12

2-3-1- مقدمه  12

2-3-2- انتشارگردوغبار  14

2-3-3- انتقالگردوغبار  17

2-3-4- فرونشستگردوغبار  17

2-4- تعريفانواعپديدههايگردوغباري.. 17

2-5-2-مروريبرتحقيقاتانجامشدهدرداخلکشور. 19

2-5-3- مروريبرتحقيقاتانجامشدهدرخارجازکشور. 21

2-6- منابعگردوغبار. 24

هفت

2-6-1- پراکنشمنابعگردوغباردرسطحجهاني.. 24

2-6-2- منابعگردوغباردرغربوجنوبغربايران. 29

2-6-3- نقشهمناطقمستعدفرسايشباديدرآسيايجنوبغربيومرکزي.. 30

2-7- سيستمهايجويتوفانهايگردوغبار. 33

2-7-1- مشخصاتجويتوفانهايگردوغباردرجنوبغربيآسيا: 34

2-8- لايهمرزياتمسفريک… 36

2-9- روشهايمطالعهگردوغبار. 38

2-9-1- اندازه­گيريدرمحلزمين-پايه. 38

2-9-2- سنجشازدور  39

2-9-3- مدلسازيگردوغبار  44

2-10- معرفيمدل­هاوسنجنده­هايماهواره­ايمورداستفادهدراينمطالعه. 48

2-10-1- ساختارمدلهايعدديپيشبينيوضعهوا 48

2-10-2- معرفيمدلميانمقياسجويWRF. 51

2-10-4- معرفيمدلHYSPLIT  61

2-10-5- معرفيماهواره­هاوسنجنده­هايمورداستفادهدراينمطالعه. 75

2-10-6- اثراتگردوغبار    83

فصلسوم : موادوروش… 91

3-1- منطقهموردمطالعه. 91

3-1-1-کشورهايغربوجنوبغربايران. 91

3-1-2- استانخوزستان  97

3-3- مراحلانجامتحقيق. 100

3-3-1- سنجشازدور  100

3-3-2- مدلسازي   102

هشت

فصلچهارم”: نتايجوبحث… 114

4-1- نتايجپيش­بينيمدلHYSPLIT. 114

4-1-1- پيش­بينيباخطسيرمدل  114

4-1-2- پيش­بينيانتشارووضعيتارتفاعيذراتباالگوريتمانتشار. 118

4-2- ارزيابينتايجپيش­بينيمدلHYSPLIT. 124

4-2-1- نتايجآناليزهمديديرويدادگردوغبار 2 تا 7 جولاي 2009. 124

4-2-2- نتايجتصاويروداده­هايماهواره­ايرويدادگردوغبار 2 تا 7 جولاي 2009. 145

فصلپنجم : نتيجه­گيريوپيشنهادات.. 163

5-1- نتيجه­گيريکلي.. 163

5-2- مقايسهنتايجمطالعهبانتايجديگرمطالعات.. 166

5-3-پيشنهادها 167

منابعومآخذ. 169

 

 

 

 

 

نه

 

 

فهرست جدول­ها

عنوانصفحه

جدول2-1-انواعمختلفذراتمعلقموجوددرجوزمين،منشأتوليدآن­ها،ابعادآن­هاوتخمينميانگينسالانهجرميانتشارآن­ها 9

جدول 2-2- پارامترهايسطحياستخراجشدهازمدلهواشناسي.. 66

جدول 2-3- پارامترهايبالاييجواستخراجشدهازمدلهواشناسي.. 66

جدول2-4- مشخصاتباندهاوکاربردهايسنجندهMODIS. 80

جدول 2-5- ضرايبدرفرمولTDI. 81

جدول2-6- تعداديازپروازهاييکهدرماهژوئيه 2009 بهعلتديدکمترازحداقل،بهمقاصدفرودگاه­هايآبادانواهوازنرسيده­اند. 85

جدول 3-1- انواعمختصاتنقشهوپارامترهايوروديلازمبرايتعريفآن. 105

جدول 3-2- پارامترهايوروديبهمدلبرايتعريفمختصاتنقشه. 105

جدول 3-3- پارامترهايتعريف‌کنندهمکانواندازهآشيانه‌هاوتفکيک‌پذيري.. 106

جدول 3-4- تنظيماتبخشکنترلزمانيARW… 107

جدول 3-5- تنظيماتبخشدامنه‌هاARW… 108

جدول3-6- مدل‌هاوطرحواره‌هايبهکاررفتهدرفيزيکپيکربنديWRF. 108

جدول 3-7-تنظيماتشبکه­بنديدرمدلHYSPLIT. 110

جدول 3-8- تنظيماتمدلدرHYSPLIT. 110

جدول 3-9- چگونگيتعريفماتريسمنابعبيابانيدرمدل. 111

جدول 3-10- چگونگيتعريفماتريسمنابعبيابانيدرمدل. 112

جدول 4-1- مختصاتدونقطهبرداشترويدادگردوغباردر 2 تا 7 ماهجولاي.. 114

جدول 4-2- نسبت­هايارتفاعاختلاطبهکاررفتهدررويداد 2 تا 7 ماهجولايبهمتر. 115

ده

 

فهرست شکل­ها

عنوانصفحه

شکل 2-1- طرحواره­ايازچگونگيتشکيلذراتمعلقنمکدرياييدراثرتبخيرافشانه­هايآب.. 11

شکل 2-2- انواعحرکتذراتدرفرسايشبادي.. 14

شکل2-3- سهمرحلهفرسايشبادي، انتشار،انتقالورسوب.. 15

شکل 2-4- مکانيسماصليانتشارگردوغبارونحوهبرهمکنشاوليهذراتخاک… 16

شکل 2-5- پراکنشمنابعگردوغبارجهانيدرمناطقخشکونيمهخشک… 25

شکل 2-6- پراکنشمنابعاصليتوفان­هايگردوغباردرجهانبراساسميانگينجهانيشاخصTOMSAIبرايمقاديرروزانهاينشاخصدرطولسال­هاي 1979 تا 2011  26

شکل2-7-مساحتمنابعگردوغباراصليدرکمربندغباريبراساستوزيعمقاديرروزانهTOMSAIدرطولسال­هاي 1979 تا 2011. 28

شکل 2-8- نقشهاندازهدانه­بنديخاکدرکشورهايغربوجنوبغربايران. 30

شکل 2-9-منابعمستعدتوليدگردوغباربرايحالت­هاياول،دوموسوم (3و 2و 1 (case. 33

شکل2-10-لايه­هايجوورابطهآنباارتفاع. 37

شکل 2-11- پوششجغرافياييايستگاه­هايشيدسنجخورشيديفعالزيرمجموعهAERONET. 41

شکل2-12-چارچوبکلييکمدلگردوغبار. 46

شکل2-13- طرحواره­ايسادهازپيش­بينيعدديوضعهوا 48

شکل 2-14- نمودارسامانهمدلسازيWRF. 54

شکل2-15- نحوهارتباطفايل­هاياجراييدرمدلWRF. 56

شکل2- 16- ديدگاهاويلريمدل (سمتراست) وديدگاهلاگرانژيمدل (سمتچپ) 64

شکل 2-17- سيستممختصاتسيگماارتفاعي.. 67

شکل 2-18- نمودارمقاديرسرعتاصطحکاکيآستانه­ايبرحسبزبريسطح.. 74

يازده

شکل 3-1- نقشهخاکشناسيمنطقهجنوبغربآسيا 92

شکل 3-2- مکانجغرافيايي­منابعاصليگردوغباردرکشورهايغربوجنوبغربايران. 93

شکل 3-3- موقعيتاستانخوزستاندرکشورايران. 97

شکل3- 4- نقشهپهنه­بنديبارندگياستانخوزستان. 98

شکل3- 5- نقشهپهنه­بنديدمايحداکثراستانخوزستان. 99

شکل 3-6- دامنهاولمدلWRF. 104

شکل 4-1- مسيريابيبافواصلراه­اندازيمجددبراينقطهاول (الف) ونقطهدوم (ب) درتاريخ 2 تا 7جولاي 2009 بافواصلزماني 24 ساعته. 116

شکل 4-2- مسيريابيدر 5 لايهارتفاعيبراينقطهاول(الف) ونقطهدوم (ب)درتاريخ 2 تا 7 جولاي 2009 بافواصلزماني 24 ساعته. 118

شکل4-3- وضعيتقرارگيريافقيذراتازساعت 12 روز 2 جولايتاساعت12 روز 7 جولايبافواصلزماني 24 ساعته. 122

شکل 4-4- وضعيتقرارگيريارتفاعيتودهگردوغباريدربازه­هاي 12 ساعتهدرروزهاي 2 تا 7 جولاي 2009 دردومحورطوليو عرضي.. 124

شکل4-5- سرعتوجهتبادشبيه­سازيشدهدرارتفاع 10 متريازسطحزمينبافاصلهزماني 6 ساعتهازساعت 12 روز 2 جولايتاساعت 12 روز 7 جولاي 2009  131

شکل 4-6- دمايسطحزميندرارتفاع 2 متريازسطحزمينبافاصلهزماني 6 ساعتهازساعت 12 روز 2 جولايتاساعت 12 روز 7 جولاي 2009. 135

شکل 4- 7- رطوبتنسبيسطحزميندرارتفاع 2 متريازسطحزمينبافاصلهزماني 6 ساعتهازساعت 12 روز 2 جولايتاساعت 12 روز 7 جولاي2009  139

شکل 4- 8- فشارمتوسطسطحدريابافاصلهزماني 6 ساعتهازساعت 12 روز 2 جولايتاساعت 12 روز 7 جولاي2009. 143

شکل 4- 9- تصويرماهوارهMODISازمنطقهموردمطالعهدرروز 2/7/2009. 147

شکل 4-10- تشخيصمحدودهتوفانگردوغباردرمنطقهموردمطالعهبراساسشاخصTDIدرروز 2/7/2009. 148

شکل 4-11- تصويرماهوارهMODISازمنطقهموردمطالعهدرروز 3/7/2009. 149

شکل 4- 12- تشخيصمحدودهتوفانگردوغباردرمنطقهموردمطالعهبراساسشاخصTDIدرروز 3/7/2009. 149

دوازده

شکل 4-13- نقشهپهنه­بنديرويدادگردوغباربراساسشاخصTDIبراياستانخوزستاندرروز 3/7/2009. 150

شکل 4- 14- تصويرماهوارهMODISازمنطقهموردمطالعهدرروز 4/7/2009. 151

شکل 4- 15- تشخيصمحدودهتوفانگردوغباردرمنطقهموردمطالعهبراساسشاخصTDIدرروز 4/7/2009. 151

شکل 4-16- نقشهپهنه­بنديرويدادگردوغباربراساسشاخصTDIبراياستانخوزستاندرروز 4/7/2009. 152

شکل 4-17- تصويرماهوارهMODISازمنطقهموردمطالعهدرروز 5/7/200. 153

شکل 4- 18- تشخيصمحدودهتوفانگردوغباردرمنطقهموردمطالعهبراساسشاخصTDIدرروز 5/7/2009. 153

شکل 4-19- نقشهپهنه­بنديرويدادگردوغباربراساسشاخصTDIبراياستانخوزستاندرروز 5/7/2009. 154

شکل 4-20- تصويرماهوارهMODISازمنطقهموردمطالعهدرروز 6/7/200. 155

شکل 4- 21- تشخيصمحدودهتوفانگردوغباردرمنطقهموردمطالعهبراساسشاخصTDIدرروز 6/7/2009. 155

شکل 4-22-نقشهپهنه­بنديرويدادگردوغباربراساسشاخصTDIبراياستانخوزستاندرروز 6/7/2009. 156

شکل 4-23- تصويرماهوارهMODISازمنطقهموردمطالعهدرروز 7/7/200. 157

شکل 4-24- تشخيصمحدودهتوفانگردوغباردرمنطقهموردمطالعهبراساسشاخصTDIدرروز 7/7/2009. 157

شکل 4- 25- نقشهپهنه­بنديرويدادگردوغباربراساسشاخصTDIبراياستانخوزستاندرروز 7/7/2009. 158

شکل 4-26-حرکتوتمرکزگردوغباردرالگوريتمDeepBlueAODبرايرويدادگردوغباردرروزهاي 2 تا 7 جولاي 2009. 160

شکل 4-27-حرکتوتمرکزگردوغبارباAerosolIndexبرايرويدادگردوغباردرروزهاي 2 تا 7 جولاي 2009. 162

سيزده

 

 

 

 

 

چکيده

مطالعه توزيع زماني و مکاني بسيار متغير توفان­هاي گرد و غبار از طريق مدل­هاي عددي با مقياس منطقه­اي و جهاني مي­تواند ما را در پيش­بيني اين وقايع در مقياس منطقه­اي و جهاني و همچنين بهبود تصميم­گيري به موقع در اين زمينه کمک کند­. هدف از مطالعه حاضر ارزيابي و پيش­بيني گرد و غبار در استان خوزستان با استفاده از مدل ميان مقياس جوي WRF و مدل حرکت و پراکندگي ذرات HYSPLIT و تصاوير ماهواره­اي بود­. براي اين منظور تصاوير ماهواره­اي MODIS و داده­هاي ديد افقي از 2 تا 7 جولاي سال 2009 به کار گرفته شد­. بعد از جفت نمودن مدل­هاي WRF و HYSPLIT، دو بخش از مدل HYSPLIT شامل شبيه­سازي انتشار و شبيه­سازي مسيريابي مورد استفاده قرار گرفت­. سپس براي ارزيابي مدل HYSPLIT، خروجي­هاي مدل جوي WRF، شاخص گرد و غبار حرارتي- مادون قرمز(TDI)و محصولات MODIS Deep Blue AOD و OMI AIمورد استفاده قرار گرفتند­. با توجه به مدل HYSPLITاولين توده گرد و غبار به ترتيب 27 و 12 ساعت پس از انتشار از نقطه اول و دوم در سوم جولاي 2009 به استان خوزستان رسيده­اند­. گستره توده گرد و غبار به تدريج از 2 تا 5 جولاي با حرکت از شمال غرب به جنوب شرق و غرب به شرق عراق به غرب، جنوب غرب و مرکز ايران مي­رسند­. پروفيل­هاي طولي و عرضي مدل HYSPLITنشان مي­دهد که ذرات گرد و غبار توانسته­اند تا سطوح بالايي جو (تا تراز 8500 متري از سطح زمين) و توسط رودبادها مي­توانند تا دورترين نقطه شرقي ايران و خليج فارس منتقل شوند­. نقشه پارامترهاي جوي نشان داد که افزايش سرعت باد شمال از 2 تا 5 جولاي، فاکتوري براي انتشار و انتقال گرد و غبار از حوزه دجله و فرات است­. نتايج الگوريتم TDI و همچنين محصولاتMODIS Deep BlueAOD و OMIAI به طور کلي متناسب بودن مدل HYSPLITرا در پيش­بيني توفان­هاي گرد و غبار تأييد مي­کنند­. نتايج اين مطالعه نشان مي­دهد ادغام مدل­هاي عددي(WRFandHYSPLIT)و تصاوير ماهواره­اي گرد و غبارمي­توانند به عنوان يک سيستم مؤثر در ارزيابي و هشدار سريع بحران گرد و غبار استفاده شوند­.

واژگان کليدي : توفان گرد و غبار،مدلWRF، مدلHYSPLIT، تصاوير ماهواره­اي

 

 

 

 

 

فصل اول

مقدمه

 

 

 

 

 

 

1-1- ضرورت و اهميت بررسي پديده گرد و غبار

گرد و غبارها که داراي منشأ طبيعي و انسان ساخت هستند علاوه بر اينکه يکي از منابع آلوده کننده هوا مي­باشند و سلامت افراد جامعه را به خطر مي­اندازند با تأثير بر تابش حرارتي و خورشيدي توازن تابشي زمين را بر هم زده و باعث تغيير آب و هوا و دماي منطقه شده و نهايتاً حيات موجودات زنده آن منطقه را دستخوش خطر مي­سازد­.با توجه به بررسي محققان مختلف در سال­هاي گذشته، سالانه حدود 500 تا 3000 ميليون تن غبار از رويدادهاي گرد و غبار در بخش­هاي مختلف زمين وارد اتمسفر مي­شود(55) براساس بررسي­هاي انجام گرفته توسط تاناکا و چيبا[1] (2006 ) مقدار کل گرد و غبار ورودي به اتمسفر 1817 ميليون تن در سال مي­باشد (57) که بيشترين مقدار از قاره افريقا وارد اتمسفر مي­شود­ و حدود 8/11 درصد اين گرد و غبار در منطقه آسياي جنوب غربي شکل گرفته و منتشر مي­گردد­. محققان ديگري مثل زندر[2](2003)، جينوکس[3] و همکاران(2004) نيز با استفاده از مدل­هايي با مقياس جهاني ميزان گرد و غبار منتشر شده در اين منطقه را در حدود 28% و 24% پيش­بيني نموده­اند که نشان دهنده سهم عمده اين منطقه در بودجه گرد و غبار جهاني مي­باشد(36، 34) به عبارت ديگر جدا از لزوم بررسي رويدادهاي گرد و غبار در منطقه آسياي جنوب غربي و تأثير آن بر محيط زيست کشورهاي منطقه و ايران به دليل نقش عمده اين منابع در توليد گرد و غبار جهاني و اثرات آن بر کرهزمين و پديده­هايي نظير اقليم و بر هم خوردن توازن تابشي اهميت بررسي اين پديده در اين منطقه به شدت افزايش مي­يابد­.

آلودگي ناشي از گرد و غبار در هواي بسياري از مناطق کشور به خصوص در مناطق جنوب شرقي، غربي و جنوبي مطرح است اما در سال­هاي اخير به ويژه از تابستان 1388 با وقايع متعدد و عظيم که به پايتخت و شهرهاي مرکزي نيز رسيد و تعطيلي ادارات و مدارس و ضررهاي اقتصادي و کشاورزي و کاهش کيفيت زندگي را به دنبال داشت، الگوي گرد و غبارهاي کشور وارد عرصه جديدي شد­. رويدادهاي گرد و غبار مهيبي که بخش­هاي عمده­اي از ايران را تحت تأثير قرار مي­دهند اغلب داراي مقياس منطقه­اي مي­باشند و منابع به وجود آورنده اين رويدادها اغلب در خارج از ايران و در کشورهاي همسايه غربي و جنوب غربي ايران وجود دارند­. از اين­رو براي بررسي اين رويدادها لازم است از ابزارها، داده­ها وروش­هايي که قابليت مطالعه ابعاد مختلف اين رويدادها را در مقياس بزرگ (منطقه­اي)، دارند استفاده شود­.

امروزه شبيه­سازي عددي به عنوان يکي از مناسب­ترين ابزار افزايش آگاهي نسبت به پديده­هاي گرد و غبار شناخته مي­شود و در بسياري از پژوهشکده­ها، سازمان­هاي اجرايي مانند هواشناسي­ها به خصوص هواشناسي کشاورزي و هواشناسي فرودگاه­ها مورد استفاده محققين و بهره­برداران قرار گرفته و مي­تواند براي پيش بيني زمان، شدت و ابعاد مختلف رويدادهاي گرد و غبار به صورت کوچک مقياس و بزرگ مقياس مورد استفاده قرار گيرد­. البته استفاده از اين گونه مدل­ها محدوديت­هايي نيز دارد و در اين مطالعه سعي مي­گردد با توجه به هدف مطالعه که بررسي پيش­بيني گرد و غبار است مدل مناسب انتخاب و قابليت آن براي شبيه­سازي رويدادهاي گرد و غبار در مقياس منطقه­اي براي محدوده آسياي جنوب غربي بررسي گردد، و از آن جا که سازمان هواشناسي کل کشور در پي دستيابي به ساز و کاري جهت پيش­بيني گرد و غبار براي اطلاع رساني به سازمان­هاو نهادهاي مختلف مانند هواشناسي فرودگاه­ها، بهداشت و درمان، هواشناسي کشاورزي، راه و ترابري و غيره اين موضوع را در سال­هاي اخير در صدر اولويت­هاي پژوهشي خود قرار داده است،لذا اين تحقيق در زمينه پيش­بيني گرد و غبار با قابليت پاسخ سريع[4]به جامعه علمي و اجرايي کشور به منظور مديريت اين پديده و اتخاذ تصميم به موقع ارائه مي­گردد­. با فرض کارايي مدل­هايWRF و HYSPLIT در پيش­بيني و مسيريابي توفان­هاي گرد و غبار، اهداف تحقيق به صورت زير انتخاب شدند­.

1-2- اهداف تحقيق

  • مدلسازي عددي انتقال، مسيريابي و پيش­بيني توفان گرد و غبار از طريق همبسته نمودن يک مدل ميان مقياس جوي با يک مدل انتقال ذرات
  • ارزيابينتايج مدلسازي انجام شده با استفاده از تصاوير و داده­هايماهواره­اي و الگوريتم­هاي سنجش از دور

فصل دوم

مفاهيم، تعاريف و بررسي منابع

2-1-آلودگي هوا

حضور يک يا بيش از يک آلاينده اعم از جامد، مايع و يا گاز مانند گرد و خاک، دود غليظ،گازمه­آلود و بوي نامطبوع به مقدار کافي، با خواص مشخص و تداوم که توسط منابع آلوده کننده هوا و يا توسط انسان وارد طبيعت مي­شود را آلودگي هوا مي­نامند­. آلودگي هوا مي­تواند حيات انسان، گياه و جانوران را به خطر اندازد(24).

2-1-1- ترکيبات آلاينده هوا

آلاينده­هاي هوا بسته به ترکيب شيميايي خود به دو گروه آلييا معدني تقسيم مي­شوند:

  • ترکيبات آلي : ترکيبات آلي حاوي کربن و هيدروژن هستند و بسياري از آن­ها داراي عناصري مانند اکسيژن، نيتروژن، فسفر و گوگرد مي­باشند­. هيدروکربن­ها ترکيبات آلي هستند که تنها داراي کربن و هيدروژن هستند­. ساير ترکيبات آلي مهم در مورد آلودگي هوا عبارتند از کربوکسيليکاسيدها، الکل­ها، اترها و استرها، آمين­ها و ترکيبات آلي گوگرد­دار­.
  • ترکيبات معدني : ترکيبات معدني موجود در هواي غيرآلوده عبارتند از : کربن و مونوکسيدکربن، دي اکسيدکربن، کربنات­ها، اکسيدهاي سولفور، اکسيدهاي نيتروژن، ازن، هيدروژن فلورايد و هيدروژن کلرايد(24)­

همچنين ترکيبات آلوده­کننده هوا با توجه به نوع فاز مربوطه به دو دسته گاز­ها و ذرات طبقه بندي مي­شوند­:

  • گاز­ها: آلاينده­هاي گازي که سيال­هاي بي­شکل­اند، کاملاً فضاي آزاد شده در آن را اشغال مي­کنند و بسيار شبيه به هوا عمل نموده و از اتمسفر جدا نمي­شوند­. در ميان آلاينده­هاي معروف گازي از اکسيد­هاي کربن­، اکسيد­هاي سولفور، اکسيد­هاي نيتروژن و هيدروکربن­ها مي­توان نام برد­.
  • ذرات:ذراتآلاينده ذرات ريز جامد هستند که در مايع يا گاز به صورت معلق قرار دارند و تحت شرايط مناسب مي­توانند از اتمسفر جدا و ته­نشين شوند­. اين ذرات در شکل و اندازه­هاي متفاوتي با خصوصيات گسترده فيزيکي و شيميايي موجود هستند و شامل غبار، دود­هاي غليظ، دود، خاکستر، غبار مه­آلود و اسپري است(24).

2-2- ذرات معلق در جو

ذرات معلق در جو ذرات ريز جامد يا مايعي هستند که ابعاد آن­ها از چندين نانومتر تا چندين ده ميکرون متغير است و در کنار مولکول­هاي گاز و ابرها، جو زمين را تشکيل مي­دهند­. اغلب ذرات معلق در اثر عوامل طبيعي چون تبخير سطحي آب اقيانوس­ها و درياها، وزش باد در صحراها، سوختن جنگل­ها و چمنزار­ها و فوران آتشفشان­ها وارد جو مي­شوند­. عوامل انساني مانند فعاليت­هاي شهري- صنعتي­، کشاورزي و تغيير پوشش سطحي زمين نيز مسئول حدود 10% ذرات معلق در جو هستند(13)­.

توزيع زماني و مکاني هواويز­ها (برخلاف مولکول­هاي گازي موجود در جو) بسيار متغير است و به همين دليل بررسي تأثيرات ذرات معلق در جو، نيازمند مطالعه پيوسته و جهاني آن­ها است­.

2-2-1- انواع ذرات معلق در جو

ذرات معلق را مي­توان بر حسب منشأ، چشمه­هاي توليدکننده، چگونگي تشکيل وابعاد آن دسته­بندي کرد­، که ذرات معلق بر حسب منشأ آن­ها به دو نوع طبيعي و انساني طبقه­بندي مي­شوند­.

  1. ذرات معلق طبيعي : ذرات معلق غالب جو هستند و در اثر عوامل طبيعي چون تبخير سطحي آب درياها، وزش باد، سوختن جنگل­ها و چمنزار­ها، فوران­هاي آتشفشان و فعاليت موجودات زنده توليد مي­شوند­.
  2. ذرات معلق انساني : در اثر فعاليت­هاي انساني توليد و وارد جو مي­شوند­. دود­کش خانه­ها و کارخانجات، اگزوز اتومبيل­ها،تبديل جنگل­ها به اراضي کشاورزي، فرسايش خاک در زمين­هاي کشاورزي و معادن روباز، چراي بيش از حد مراتع، استفاده بيش از حد از منابع آب و خشکاندن درياچه­ها، رودخانه­ها و چشمه­هاي زير­زميني و آتش­سوزي زمين­هاي کشاورزي و جنگل­ها از عوامل اصلي ذرات معلق در جو با منشأ انساني است­.

ذرات معلق را برحسب چشمه­هاي توليدکننده آن­ها نيز مي­توان طبقه­بندي کرد­:

  1. ذرات معلق نمک دريايي ناشي از تبخير افشانه آب سطحي درياها و اقيانوس­ها
  2. ذرات غبار ناشي از وزش باد در نواحي خشک، صحرا­ها و زمين­هاي تحت تأثير فعاليت­هاي زياد انساني
  3. ذرات معلق آتشفشاني ناشي از فوران­هاي آتشفشاني
  4. ذرات معلق ناشي از سوختن مواد زيست توده در جنگل­ها و مراتع
  5. ذرات معلق زيستي ناشي از فعاليت موجودات زنده
  6. ذرات معلق ناشي از فعاليت­هاي انساني مثل غبار و دوده

ذرات معلق يا به طور مستقيم وارد جو مي­شوند(ذرات معلق اوليه) و يا در اثر تبديل گاز­هاي موجود در جو به ذره، ايجاد مي­شوند(ذرات معلق ثانويه)­. گازهاي ناشي از فوران­هاي آتشفشاني، فعاليت موجودات زنده و فعاليت انساني مي تواند در جو گرد هم جمع شده و به ذرات معلق در جو تبديل شوند(13).

ذرات معلق محدوده ابعادي خيلي گسترده­اي دارند و اندازه آن­ها از چندين نانومتر تا چندين ده ميکرون متغير است­. در حالت کلي ذرات معلق را بر­اساس ابعادشان به سه گروه زير تقسيم مي­کنند:

  1. ذرات معلق در مد هسته­دار با ابعاد تقريبي بين 5 تا 50 نانومتر­. اين نوع ذرات معلق از گرد­هم­آيي مولکول­

هاي گازي شکل حاصل مي­شوند؛ عمر کوتاهي دارند و به عنوان هسته چگالش ذراتمعلق بزرگتر عمل

 مي­کنند­.

  1. ذرات معلق در مد ريزدانه با ابعاد تقريبي بين 50 تا 500 نانومتر­. اين نوع ذرات معلق بيشترين زمان ماندگار-

يدر جو را دارند و بيشترين نوع ذرات معلق در اين بازه ابعادي جاي مي­گيرند­.

  1. ذرات معلق در مد درشت دانه با اندازه تقريبي بين 5/. تا 10 ميکرون­. ذرات معلق نمک دريايي و غبار در

اين دسته جاي مي­گيرند(13).

البته در بيشتر منابع ذرات معلق را براساس اندازه تنها به دو نوع ذرات معلق ريزدانه و درشت­دانه طبقه­بندي مي­کنند­.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

منابع و مآخذ

[1] آزادي، م.، 1380، ارزيابي عملکرد مدل WRF براي پيش­بيني بارش بر روي ايران”، پروژه تحقيقاتي پژوهشکده هواشناسي و علوم جو کشور­.

[2] حميدي، م.، 1392، “مروري بر مدل­هاي عددي شبيه­سازي گرد و غبار”، اولين همايش بين­المللي ريزگردها، خرم­آباد­.

[3] جعفري، س.، 1390،”بررسي نقش گردش منطقه­اي جو بر روي خاورميانه در وقوع توفان­هاي گرد و غبار تابستانه در جنوب غرب ايران”، مجله مطالعات جغرافيايي مناطق خشک، شماره 5، صفحات 17- 45­.

[4] خسروي، م.، 1389،”بررسي توزيع عمودي گرد و غبار ناشي از طوفان در خاورميانه با استفاده از مدل NAAPS، مطالعه موردي : سيستان ايران”، چهارمين کنگره جغرافيدانان جهان اسلام.

[5] درويشي بلوراني، ع.، 1390، “تعيين کانون­هاي گرد و غبار هاي غرب مياني ايران با استفاده از تکنيک هاي سنجش از دور، “رهگيري باد و بررسي ويژگي­هاي محيطي منطقه”،اولين کنگره بين المللي پديده گرد وغبار و مقابله با آثار زيان بارآن، 26-28 بهمن ماه، اهواز­.

[6] ذوالفقاري، ح.، 1390، “بررسي همديد توفان­هاي گرد و غبار در مناطق غربي ايران طي سال­هاي 1384 تا 1388″، مجله جغرافيا و برنامه ريزي محيطي، شماره 3، صفحات 17- 34­.

[7] رسولي، ع.، 1387، “مباني سنجش از دور کاربردي با تاکيد بر پردازش تصاوير ماهواره اي”، انتشارات دانشگاه تبريز­.

[8] شمشيري،س.، 1391، “پهنه­بنديگردوغباربااستفادهازداده­هايماهوارهMODIS (مطالعهموردي: استانکرمانشاه)”،دانشکدهمنابعطبيعي،دانشگاهصنعتياصفهان، پايان­نامه کارشناسي ارشد­.

[9] طاهرزاده، م.، 1392، “هشدار جهاني براي جلوگيري از وقوع توفان­هاي گرد و غبار”، مجله پتاس، شماره 6 صفحات 23 – 46­.

[10] علويپناه، ک.، 1389،”کاربرد سنجش از دور در علوم زمين (علوم خاک)”، انتشارات دانشگاه تهران­.

[11] عليدادي، س.، جعفري، ر.، 1392، “بررسي پتانسيل داده­هاي ماهواره­هايMODIS، TOMS و OMI در پهنه­بندي ريزگردها”، اولين همايش بين­المللي ريزگردها، خرم­آباد­.

[12] معصومي، ا.، خالصي­فرد، ح.، 1392، “مطالعه آماري ويژگي­هاي هواويزهاي جو زنجان به روش سنجش از دور غير فعال”، سومين همايش ملي مديريت آلودگي هوا و صدا، تهران­.

[13] معصومي، ا.، خالصي­فرد، ح.، 1391،”مطالعه پارامترهاي فيزيکي هواويزهاي جو زنجان با استفاده از اندازه­گيري­هايشيدسنج خورشيدي، داده­هاي ماهواره­اي و داده­هايNCEP/NCAR”، دانشکده فيزيک، دانشگاه تحصيلات تکميلي زنجان، پايان­نامه دکتري­.

[14] مستثغايي، م.، 1389، “تجزيه و تحليل عوامل جوي مؤثر بر ايجاد و گسترش گرد و غبار با استفاده از مدل جويWRF”، دانشکده جغرافيا،دانشگاه شهيد بهشتي، پايان­نامه دکتري­.

[15] مشايخي، ر.، ايران­نژاد، پ.، بيدختي، ع.، 1388، “بررسي جزئيات فيزيکي طرحواره­هاي پارامترسازي تابش در مدل MM5″، ششمين همايش پيش­بيني وضع هوا، تهران­.

[16] مهرابي،ش.،1391، “پهنه­بندي توفان­هايگردوغباربااستفادهازتصاويرماهواره­اي (مطالعهموردي: استانخوزستان)”، دانشکدهمنابعطبيعي، دانشگاهصنعتياصفهان،پايان­نامهکارشناسيارشد.

[17] ميهن­پرس، م.، مشکوتي، ا.، رنجبر سعادت آبادي، ع.، 1389، “شبيه­سازي موردي سرعت اصطحکاکي سامانه­هاي گرد و غباري نيمه غربي کشور با استفاده از مدل MM5″، دومين همايش ملي فرسايش بادي، يزد­.

[18] Ackerman, S. A., 1989, “Using the radiative temperature difference at 3.7 and 11 μm to tract dust outbreaks”, Journal ofRemote Sensing of Environment, Vol. 27(2), pp. 129-133­.

[19] Alam, K., Qureshi, S., Blaschke, T., 2011, “Monitoring Spatio-temporal aerosol patterns over Pakistan based on MODIS, TOMAS and MISR satellite data and a HYSPLIT model”, Journal ofAtmospheric Environment, Vol. 45, pp. 4641-4651­.

[20] Ashrafi, K., Shafiepour-Motlagh, M., Aslemand, A.,Ghader, S., 2014, “Dust storm simulation over Iran using HYSPLIT”, Journal of Environmental Health Science and Engineering, Vol. 12(1), pp.29-38­.

[21] Baddock, C., Jonna, E., Bullard, G., 2009, “Dust source identification using MODIS : Acomparison of techniques applied to the Lake Eyre Basin”, Australia, Journal of RemoteSensing Environment, Vol. 113, pp. 1511-1528­.

[22] Bagnold, R. A., 1941, “The Physics of Blown Sand and Desert Dunes”, Methune, London­.

[23] Cakmur, R. V., Miller, R. L., Tegen, I., 2001, “A comparison of seasonal and interannual variability of soil dust aerosols over the Atlantic Ocean as inferred by the TOMS AI and AVHRR AOT retrievals”,Journal of Geophysical Research: Atmospheres(1984–2012), Vol. 106(D16), pp. 18287-18303­.

[24] Cooper, D., Alley, F. C., 2002,”Air Pollution Control”, MIAMI University­.

[25] Draxler, R., Gillette, A., Kirkpatrick, S., Heller, J., 2001., “Estimating PM10 air concentration from dust storm in Iraq, Kuwait and Saudi Arabia”, Journal of Atmospheric Environment, Vol. 35, pp. 4315-4330­.

[26]Draxler, R., Hess, G. D., 1998, “An overview of the HYSPLIT_4 modelling system for trajectories”, Journal of Australian Meteorological Magazine, Vol. 47(4), pp. 246-270 ­.

[27] Draxler, R. R., Hess, G. D., 1997,”Description of the HYSPLIT4 modeling system”­, Air Resources Laboratory, Maryland University.

[28] El-Askary, H., Gautam, R., Singh, R., Kafatos, M., 2006, “Dust storms detection over the Indo-Gangetic basin using multi sensor data”,Journal of Advances in Space Research, Vol. 4, pp. 728-733­.

[29] Engelstadler, S., Kohfeld, K. E., Tegen, I., Harrison, S. P., 2003, “Control of dust emission by vegetation and topografphic depressions : An evaluation using dust storm frequency data”, Journal ofGeophysics Research, Vol. 30, pp. 73-100­.

[30] Escudero, M., Stein, A., Draxler, R., Qerol, X., Alastuey, A., and Castillo, S., 2006, “Determination of the contribution of North Africa dust source areas to PM10 concentrations over the central Iberian Peninsula using the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model (HYSPLIT) model”,Journal of Geophysical research, Vol. 11, pp.456-479.

[31] Gillette, D. A., 1999, “A qualitative geophysical explanation for hot spot dust emitting source regions”, Journal ofContributions to Atmospheric Physics,Vol.72(1),pp.67-77­.

[32] Gillette, D.A., Passi, R., 1998, “Modeling dust emission causedby wind erosion”, Journal ofGeophys, Vol. 93, pp. 14233-14242­.

[33] Gillette, D.A., Hanson, k.J., 1989, “Spatial and temporal variability of dust production caused  by wind erosion in the United States”,Journal of Geophys, Vol. 93, pp. 2197-2206­.

[34] Ginoux, P., Torres, O., Nicholson, S., Gill, T., 2004, “Environmental characterization of Global sources of atmospheric soil identified with the NIMBUS 7 total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) Absorbing Aerosol Product”, Journal of Geophysical Research, Vol. 40, pp 275-298­.

[35] Ginoux, P., Torres, O., 2003, “Empirical TOMS index for dust aerosol: Applications to model validation and source characterization”,Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), Vol.108(D17(, pp. 141-153­.

[36] Goudie, A. S., Middleton, N., 2006,Desert dust in the global system”, Springer­.

[37] Hamidi, M., Kavianpour, M. R., Shao, Y., 2013, “Synoptic Analysis of Dust Storm in the Middle East”, Jornal of Atmospheric Sciense, Vol. 49, pp. 279-286­.

[38] Hutchison, K. D., Jackson, J. M., 2003, “Cloud detection over desert regions using the 412 nanometer MODIS channel”,Jornal of Geophysical research letters, Vol.30, pp. 258-269­.

[39] Jorba, O., Pérez. C., Rocadenbosch, F., Baldasano, J., 2004, “Cluster Analysis of 4-Day Back Trajectories Arriving in the Barcelona Area, Spain, from 1997 to 2002″, Jornal of American Meteorological Society,Vol. 43, pp. 887-901­.

[40] Lee,Y., C., Yang, X., Wenig, M., 2010, “Transport of dust from East Asian and non-East Asian sources to Hong Kong during dust storm related events 1996-2007”, Jornal of Atmospheric Environment, Vol. 44, pp.3728-3738.

[41] Legrand, M., N’doume, C., Jankowiak, I, 1994,”Satellite-derived climatology of the Saharanaeroso”, Paper presented at the Satellite Remote Sensing­.

[42] Li, Q., Wang, Q., Wang, W. j., He, L. m., Wang, C. z. 2006, “The ApplicationoftheOperationalSand Storm Monituringbased on Terra/MODIS”, Jornal of Remote Sensing for Land & Resources,Vol.1, pp. 412-430­.

[43] Marticorena, B., 2012, “Factors controlling threshold friction velocity in semiarid and arid areas of the United States”, Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012(,Vol. 102, pp. 23277–23287­.

 

[44] Mcgowan, H., Clark, A., 2008, “Identification of dust transport pathways from Lake Eyre, Australia using HYSPLIT”, Jornal of Atmospheric Environment, Vol. 42, pp. 368-382­.

[45] McTanish, G.H., Pitblado, J.R., 1987, “Dust Storm and related phenomena measured from meteorological records in Australia, Earth Surf Prcess Landforms”, Vol. 12, pp. 415-424­.

[46] Middleton, NJ., 1986, “A Geography of dust storms in south-west Asia”, Journal of Climatology, Vol. 6, pp. 183-196­.

[47] Middleton, NJ., 1986, “Dust storms in the Middle East”, Journal of Arid Environment, Vol. 10, pp. 83-96­.

[48] Miller, S., 2003, “A consolidated technique for enhancing desert dust storms with MODIS”,Journal of Geophysical research letters,Vol. 32(20), pp. 406-423.

[49] Moon, Y., Lee, S., 2007,”Meteorological guideline for forecasting Asian dust using WRF in the Korean peninsula”, WRF users Workshop, http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/model.html­.

[50] Pérez, C., Nickovic, S., Baldasano, J. M., 2006, “A long Saharan dust event over the western Mediterranean: Lidar, Sun photometer observations, and regional dust modeling”, Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012),Vol. 111, pp. 1029-1046­.

 

[51] Prospero, J. M., 1999, “Long-range transport of mineral dust in the global atmosphere: Impact of African dust on the environment of the southeastern United States”,Journal of Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 96(7), pp. 3396-3403­.

[52] Prospero, J. M., Ginoux, P., Torres, O., Nicholson, S. E., Gill, T. E., 2002, “Environmental characterizationof global sources of atmospheric soil dust identified with the Nimbus 7 Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) absorbing aerosol product”,Journal ofReviews of geophysics, Vol.40(1), pp.221-231­.

[53] Roskovensky, J., Liou, K., 2005, “Differentiating airborne dust from cirrus clouds using MODIS data”,Journal ofGeophysical research letters, Vol.32(12)­.

[54] Shenk, W., 1974, “The detection of dust storms over land and water with satellite visible and infrared measurments” Journal ofReviewsWeather, Vol. 102, pp. 830-837.

[55] Shao, Y., 2008,”Physics and modelling of wind erosion”, Vol. 37, Springer.

[56] Shao, Y., Jung, E., Leslie, L. M., 2002, “Numerical prediction of northeast Asian dust storms using an integrated wind erosion modeling system”,Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012),Vol. 107(D24)­.

[57] Tanaka, T. Y., Chiba, M., 2006, “A numerical study of the contributions of dust source regions to the global dust budget”,Journal of Global and Planetary Change, Vol.52(1), pp. 88-104­.

[58] Varga, G.,2012, “Spatio-temporal distribution of dust storms – a global coverage using Nasa Toms aerosol measurements”,Hungarian geographical bulletin. 61(4), pp. 275-298­.

[59] Wang, Y., Ariel, F., Draxler, R., de la Rosa, J., Zhang, X., 2011,” Global sand and dust in 2008: Observation and HYSPLIT model verification”, Journal of AtmosphercEnvironment, Vol. 45, pp. 6368-6381­.

[60] Wang, J., Xu, X., Spurr, R., Wang, Y., Drury, E., 2010, “Improved algorithm for MODIS satellite retrievals of aerosol optical thickness over land in dusty atmosphere: Implications for air quality monitoring in China”,Journal of Remote Sensing of Environment,Vol.114(11), pp. 2575-25­.

[61] Wang, Y., Zhang, X., Arimoto, R., Cao, J., Shen, Z., 2005, “Characteristics of carbonate content and carbon and oxygen isotopic composition of northern China soil and dust aerosol and its application to tracing dust sources”,Journal of Atmospheric Environment, Vol. 39(14), pp. 2631-2642­.

[62] Wilkerson, D., 1991, Dust and sand forecasting in Iraq and adjoining countries­. USAF Environmental Technical Applications Center, pp. 72­.

[63] Xianjun, H., Qinhuo, L., Maofang, G., Liangfu, C., 2006,”Detection of dust storms by using daytime and nighttime multi-spectral MODIS images”, Paper presented at the Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2006. IGARSS 2006. IEEE International Conference on­.

[64] Zender, S., Bian, H., Newman, D., 2003, “Mineral Dust Entrainment and Deposition (DEAD) model: Description and climatology”, Jornal ofGEOPHYSICAL RESEARCH, Vol. 108, pp. 237-256­.

[65] Zhang, D. E., 1985, “Meteorological characteristics of dust fall in China since the historics times­ in : Liu TS (ed) Quaternery geology and environment of China”,Journal of ChinaOcean Press, Vol. 30, pp. 101-106­.

 

Dust prediction, trajector and mapping using WRF and HYSPLIT models and satellite images

 

Abstract

Study of temporal and spatial distribution of highly variable dust storms through numerical models can help us to forecast these events at regional and global scales and also improve timely decision making in this field. The purpose of this study was to assess and forecast dust storms in Khozestan province using WRF atmospheric mesoscale model and HYSPLIT simulation model of motion and dispersion particles and satellite dust images­. For this purpose, MODIS satellite images and horizontal visibility data were obtained­ from 2 to 7 July 2009 . After coupling WRF and HYSPLIT models two-part of HYSPLIT model was used including emission and trajectory simulation­. Then, forevaluating HYSPLIT model, the outputs of WRF atmospheric model, thermal-infrared dustindex(TDI), MODISDeep Blue AOD and OMI AI Products were used. According to the HYSPLIT model, the first dust plume arrived Khuzestan province 27 and 12 hours after entraining from the first andsecond points on the third of July 2009, respectively. The area of dust plume was gradually increased from 2 to 5 July moving towards the north-west, south- east, south-west and central parts of Iran. The longitudinal and latitudinal dust profiles of HYSPLIT model indicated that dust particles can reach the high levels of atmosphere (up to 8,500 m above ground level) and with help of Jetstreams can transport to the furthest eastern point of Iran and the Persian Gulf. The map of atmospheric parameters indicated an increase of wind speed in the Shamal Wind from 2 to 5 July as a factor for particle entrainment and transporting dust from the Tigris- Euphrates basin. The results of TDI algorithm and also Deep Blue AOD and OMI AI Products confirmed the appropriateness of the HYSPLIT model in forecasting dust storms in the region Overall, the results of this study showed that the integration of numerical models (WRF and HYSPLIT) and satellite dust images can be used as an effective system in assessment and early warning of dust crisis.

Key words: Dust Storm, WRF Model, HYSPLIT Model, Satellite Images

1.Tanaka and Chiba

2.Zender

3.Ginoux

  1. Emergency Response

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “پيش¬بيني، مسيريابي و پهنه¬بندي توفان گرد و غبار با استفاده از مدل¬هايWRF و HYSPLIT و تصاوير ماهواره¬اي”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

67 + = 71