Abstract:
پیشینه و هدف در سالهای اخیر، بحران ناشی از ورود گرد وغبارها در مناطق جنوب شرقی کشور یکی از ملموسترین حوادث طبیعی-انسانی موثر بر زندگی روزمره شهروندان و همچنین اقتصاد این منطقه بوده است. افزایش دسترسی به منابع مختلف پردازش داده، موجب گسترش مدل سازی گردوغبار در سطوح مختلف ازجمله سطوح محلی، منطقهای و جهانی شده است و باعث درک سازوکار سیستم های پیچیده طبیعی میشود. مدلسازی پدیده گردوغبار، به شناسایی عوامل اصلی ایجاد آن در یک منطقه و میزان اهمیت هر عامل کمک بسزایی میکند. یکی از این مدلها که برای تشخیص غلظت و شدت گردوغبار موجود در جو و نمایش محدوده دارای این پدیده و تعیین منشا آن استفاده میشود مدل گردوغبار (NMMB/BSC) است. هدف این مقاله نیز شناسایی و پایش گردوغبار موثر و متاثر از حوزه تالاب گاوخونی از دو روش تفسیر بصری و رهگیری در تصاویر ماهوارهای با استفاده از مدل مذکور است. شناسایی مناطق مستعد وقوع پدیده گردوغبار با این مدل و بررسی همدیدی آن میتواند گامی در جهت مدیریت این پدیده در منطقه باشد.
مواد و روش ها جهت تعیین مناطق مستعد وقوع غلظتهای بالای گردوغبار در منطقه ابتدا در دوره زمانی سالهای 2014-2016 طوفانهای فراگیر در منطقه به صورت ماهانه براساس پارامتر عمق نوری ذرات معلق در هوا (AOD) تعیین گردید و سپس توسط پارامتر میدان دید حداقل و تداوم وقایع گردوغبار حاصل از اطلاعات ایستگاههای سینوپتیک سازمان هواشناسی، روزهای با کمترین میدان دید و بیشترین تداوم در بازه ماههای تعیینشده (ماه های با بیشترین غلظت AOD) انتخاب گردید عمق نوری ذرات معلق در هوا با استفاده از حسگر مودیس و الگوریتم دیپ بلو محاسبه گردید. به منظور تعیین شناسایی مناطق با بیشترین استعداد وقوع گردوغبار در حوزه آبخیز گاوخونی از مدل MMB/BSC-Dust استفاده گردید. با استفاده از این مدل مسیرهای انتقال غلظتهای گردوغبار تا 72 ساعت بعد از وقوع به صورت بازههای سه ساعته رصد گردید. براین اساس درگام بعدی از بین 25 نقشه خروجی مدل برای هر مقطع زمانی، یک نقشه با بیشترین غلظت گردوغبار به وقوع پیوسته در حوزه مشخص گردید. سپس با نقشههای همدیدی و تصاویر طوفانهای گردوغبار سنجنده مودیس حاصل از پایگاه وردویو (worldview) مقایسه گردید. تا ارتباط این پارامترها بر غلظتهای بالای گردوغبار به وقوع پیوسته آزموده شود. در مطالعات همدیدی، هدف تبیین روابط کلیدی میان جو و محیط است. بهمنظور تعین الگوهای جوی حاکم بر حوزه در تاریخهای موردبررسی، محدوده جغرافیایی 20 تا 50 درجه شمالی و 40 تا 65 درجه شرقی برای دریافت دادههای رقومی تعیین شد. در ادامه دادههای ساعتی رقومی بادهای منطقهای ترازهای مختلف جوی 100، 500، 700 و 850 هکتوپاسکال برای روزهای با بالاترین غلظت گردوغبار از مرکز ملی پیشبینی محیطی آمریکا/ مرکز ملی پژوهش های جوی (NCEP/NCAR) دریافت گردید و نقشههای به دستآمده با هرکدام از الگوهای غلظت گردوغبار مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفت.
نتایج و بحث تصویر منتخب از بازه 72 ساعته در تاریخ 4/6/2014 نشان از متاثرشدن حوزه از مناطق جنوب غربی کشور و بهخصوص کانون های گردوغبار خوزستان و عراق است که در طی حرکت به سمت مناطق مرکزی کشور بهتدریج حوزه را متاثر میسازد. تصاویر سنجنده مودیس نیز وجود این توده گردوغبار برروی نواحی جنوب غربی کشور در این تاریخ و متاثر کردن حوزه را به اثبات رساند. تصویر متعلق به تاریخ 25/4/2015 وجود یک توده متراکم گردوغبار در نواحی جنوب غرب کشور و متاثر شدن حوزه گاوخونی از این توده را به اثبات رساند. در این تاریخ بخشهایی از حوزه ازجمله بخش شرقی تالاب گاوخونی و مرکز حوزه خود چشمه کوچک تولید گردوغبار بوده اند. واقعه گردوغبار رخ داده در تاریخ 1/10/2016 نشان از متاثر شدن حوزه از چشمههای گردوغبار در کویر مرکزی دارد بهطوریکه با حرکت تودههای متراکم گردوغبار از سمت کویر مرکزی و کویر سیاه شاهد تحت تاثیر قرار گرفتن حوزه بودهایم. و نواحی مرکزی حوزه خود بهصورت چشمه گردوغبار عمل کرده و در تشدید غلظت گردوغبار نقش داشت. بهمنظور بررسی میزان انطباق غلظت های گردوغبار با وضعیت بادهای منطقه از میان 25 تصویر در بازه 72 ساعت یک تصویر با بیشترین غلظت گردوغبار در منطقه انتخاب گردید و با وضعیت بادهای منطقه در فشارهای مختلف 100، 500، 700 و 850 پاسکال موردبررسی قرار گرفت. همانطوری که در تحلیل همدیدی گردوغبار مشاهده گردید به دلیل قرارگیری یککم فشار در مرکز ایران با توجه به چرخش سیکلونی (پادساعتگرد در نیمکره شمالی) در سمت شمالی و جنوبی به ترتیب باد شرقی و باد غربی تسلط یافته است. تسلط باد غربی با حرکت مداری در وقایع گردوغباری رخداده حوزه در بیشتر تاریخهای شناساییشده به اثبات رسیده است. در آخرین واقعه در سال 2016 شاهد گسترش یک مرکز پرفشار برروی کشور و تغییر این جریان و غالبیت باد شرقی در ترازهای بالایی جو بودیم. بررسی وضعیت بادهای رخداده در تاریخ 13/3/2014 در ساعت 0 تا 06 بهوقت گرینویچ نشاندهنده تشکیل مراکز با سرعتهای بالاتر از 12 متر بر ثانیه در محدوده شکلگیری کانونهای گردوغبار است. جهت وزش بادها از غرب به شرق است و گردوغبار عبوری از حوزه از نواحی غربی کشور ازجمله کانونهای گردوغبار استان خوزستان و عراق منشا گرفته است. در این واقعه شاهد حاکمیت مراکز کمفشار ناپایدار بر روی سطح حوزه بودهایم که خود میتواند یکی از عوامل اساسی در تشدید پدیده گردوغبار بر روی سطح حوزه باشد. بررسی بادهای امگا (بادهای عمودی در سطح زمین) نشان از شکلگیری یک مرکز صعود هوا بر روی محدوده شکلگیری هسته پرسرعت باد و کانونهای گردوغبار دارد. دومین واقعه موردبررسی در تاریخ 2/2/2015 در ساعت 3 به وقت گرینویچ به وقوع پیوسته است. بررسی نقشه های جهت باد نشانگر شکلگیری مراکز با سرعت بالاتر از 25 متر بر ثانیه با جهت غرب به شرق بر روی سطح مناطق غربی کشور و حوزه گاوخونی بودهایم که این وضعیت باعث تشدید تولید گردوغبار در کانون های حساس منطقه ازجمله خوزستان و حرکت آن به سمت حوزه گاوخونی و متاثر کردن حوزه است. بررسی وضعیت باد تا ترازهای بالایی جو نیز نشان از ثابت بودن رژیم باد در عین افزایش سرعت آن در تمامی ترازهای جو داشت. بررسی نقشههای بادهای امگا (بادهای عمودی در سطح زمین) و فشار سطح دریا نشان از شکلگیری یک مرکز صعود هوا (کمفشار) و ناپایدار بر روی منطقه درنتیجه کمک به تشدید وضعیت گردوغبار منطقه دارد. بررسی واقعه گردوغبار رخداده در تاریخ 1/10/2016 در ساعت 18 بهوقت گرینویچ نشان از شکلگیری هستههای با سرعتبالای باد بالاتر از 17 متر بر ثانیه در مناطق شرقی کشور داشت که در تراز 850 هکتو پاسکال دارای جهت شرقی-غربی است شکلگیری این هستههای پرسرعت و وزش بادها از سمت شرق به حوزه سبب متاثر شدن حوزه گاوخونی از گردوغبار تولیدشده از کویر مرکزی و کویر سیاه شده است. بادهای عمودی نیز نشاندهنده تقابل جریان صعودی و نزولی در یک راستا و حرکت از سمت پرفشار (شرق) به سمت کمفشار (غرب) و شکلگیری جریان شرقی- غربی دارد.
نتیجهگیری نتایج این تحقیق نشان داد که منشا وقوع گردوغبار در حوزه گاوخونی کانونهای تولید گردوغبار خوزستان و عراق، کویر مرکزی و بخشهای کوچکی از مرکز حوزه و اطراف تالاب گاوخونی است. علاوه بر این بررسی همدیدی مناطق مستعد گردوغبار نشان داد که در تاریخهای وقوع گردوغبار مناطق کمفشار و هستههای با سرعتهای بالای باد (غالبا با سرعتبالای 12 متر بر ثانیه) در ترازهای مختلف جو بر روی منطقه تشکیلشده است که با جهت بادها و به حرکت درآمدن تودههای متراکم گردوغبار به سمت حوزه و درنتیجه وقوع طوفان گردوغبار همراه است.
Background and Objective In recent years, the crisis
caused by dust in the southeastern regions of the
country has been one of the natural-human events
affecting the daily lives of citizens and the economy of
the region. Increasing access to various data
processing sources has expanded dust modeling at
various levels, including local, regional, and global
levels, and has helped to understand the mechanism of
complex natural systems. dust Modeling helps to
identify the main factors that create it and the
importance of each factor. One of these models that
are used to detect the concentration and intensity of
dust in the atmosphere and the range of this
phenomenon and determine its origin is the dust
model (NMMB / BSC). The purpose of this paper is to
identify and monitor dust from the Gavkhoni basin by
two methods of visual interpretation and tracking in
satellite images using the mentioned model.
Identifying areas with the possibility of dust and its
synoptical study can be an important step in managing
this phenomenon in the region.
Materials and Methods In order to determine the
potential areas of high concentrations of dust in the
region, first in the period of 2016-2016, pervasive
storms in the region were determined on a monthly
basis based on the Aerosol optical depth parameter
(AOD). Then, by the parameter of the minimum
visibility and continuity of dust events obtained from
the information of synoptic stations of the
Meteorological Organization, the days with the lowest
field of view and the highest continuity in the
specified months (months with the highest AOD
concentration) were selected. The Aerosol optical
depth was calculated by using the Modis sensor and
the Deep Blue algorithm. The MMB / BSC-Dust
model was used to identify the most dust suscribted
areas in the Gavkhoni basin. With the help of this
model, dust transfer routes were monitored for three
hours within 72 hours after the occurrence.
Accordingly, in the next step of 25 model output maps
for each time period, a map with the highest dust
concentration in the basin was determined. To test the
relationship of these parameters to the high
concentrations of dust the output was then compared
with the Synoptical maps and dust images of the
Modis sensor dust storm from the Worldview
database.
In Synoptical studies, the goal is explaining the key
relationships between the atmosphere and the
environment. In order to determine the atmospheric
patterns in the basin on the studied dates, the
geographical range of 20 to 50 degrees north and 40 to
65 degrees east to receive digital data was determined.
The hourly data of winds of different atmospheric
levels of 100, 500, 700 and 850 hectopascals for days
with the highest dust concentration were obtained
from NCEP / NCAR center and the obtained maps
were compared and analyzed with each of the dust
concentration patterns.
Results and Discussion The selected image of the 72-
hour period on 4/6/2014 shows that the basin is
affected by the southwestern regions of the country,
especially the dust centers of Khuzestan and Iraq,
which gradually affect the basin during the movement
towards the central regions of the country. Images of
the Modis sensor also confirmed the presence of this
dust mass on the southwestern regions of the country
and affected the basin on this date. The image of
4/25/2015 proved the existence of a dense dust mass
in the southwestern regions of the country and the
impact of the Gavkhoni basin from this mass. On this
date, parts of the basin, including the eastern part of
Gavkhoni Wetland and the center of the Little Spring
Basin, have been producing dust. On this date, parts of
the basin, including the eastern part of Gavkhoni
Wetland and the center of the basin, have been a small
source of dust. The dust event that occurred on
1/10/2016 shows that the basin is affected by dust
sources in the Central Desert so that by moving the
dense masses of dust from the central desert and the
Black Desert, the basin was affected by them. And the
central areas of the basin acted as a source of dust and
contributed to the intensification of dust
concentrations. As can be seen in the dust analysis,
due to the low pressure in the center of Iran due to
cyclonic rotation (counterclockwise in the northern
hemisphere) on the north and south sides, the east
wind and the west wind have dominated, respectively.
The dominance of the western wind with orbital
motion in dust storm events has been proven in most
of the identified dates. In the most recent case, in
2016, we witnessed the expansion of a high-pressure
center across the country and the change of this trend
and the dominance of the east wind in the high levels
of the atmosphere. An examination of the condition of
the winds that took place on 4/25/2015 at 0-06 GMT
shows the formation of centers with speeds higher
than 12 m/s in the formation of dust centers. The
winds blow from west to east and the dust passing
through the basin originates from the western parts of
the country, including the dust centers of Khuzestan
and Iraq provinces. In this case, we have witnessed the
dominance of unstable low-pressure centers on the
surface of the basin, which can be one of the main
factors in aggravating the dust phenomenon on the
surface of the basin. Examination of omega winds
(vertical winds on the ground) indicates the formation
of an air ascent center on the range of the formation of
high-speed wind nuclei and dust centers. The second
incident occurred on 2/2/2015 at 3:00 PM GMT.
Examination of wind direction maps shows the
formation of centers with a speed of more than 25
meters per second with west-east direction on the
surface of the western regions of the country and
Gavkhoni basin, which aggravates dust production in
sensitive areas such as Khuzestan and its movement
Towards the Gavkhooni basin and affecting the basin.
Examination of wind conditions to high atmospheric
levels also showed that the wind regime was constant
while increasing its speed at all atmospheric levels. An
examination of the maps of omega winds (vertical
winds on the ground) and sea surface pressure
indicates the formation of an airborne and unstable
(low pressure) center on the region, thus helping to
aggravate the dust situation in the region. An
examination of the dust storm that took place on
1/10/2016 at 6:00 PM GMT showed the formation of
high wind speeds above 17 m/s in the eastern regions
of the country, which are in the east-west direction at
850 ha Pascal level. he formation of these high-speed
nuclei and the blowing of winds from the east to the
basin have affected the Gavkhoni basin from the dust
produced from the central desert and the black desert.
Vertical winds also indicate the rising and falling
currents and the movement of winds from high
pressure (east) to low pressure (west) and the
formation of east-west currents.
Conclusion The results of this study showed that the
source of dust occurrence in Gawkhuni basin is the
Khuzestan and Iraq dust production centers, central
desert and small parts of the basin center and around
Gavkhuni Wetland. In addition, a synoptic
examination of suitable areas of dust occurrence
revealed that at the dates of the dust storms, lowpressure
zones and high-velocity cores are formed at
different levels of the atmosphere over the area, which
is associated with the direction of the winds and the
movement of dense masses of dust toward the basin