بررسی آماری- دینامیکی توفان‏های همرفتی قوی در اهواز

نوع مقاله : مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، ایران

2 استادیار، گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، ایران

3 استاد، گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، ایران

چکیده

باتوجه به اثر گاه مخرب رخداد توفان تندری و توفان‏ خاک در منطقه خوزستان، بررسی و تحلیل این توفان­ها از اهمیت خاصی برخوردار است. در این پژوهش، ابتدا با بررسی داده­های سطح زمین ایستگاه اهواز در دوره بلندمدت 36 ساله از سال 1981 تا 2016، توفان­های رخداده در منطقه مورد مطالعه شناسایی و تحلیل آماری شد. سپس پنج توفان قوی که از لحاظ تغییرات دما، فشار، سرعت باد و نوع ابر نسبت به بقیه توفان­ها مناسب‏تر بودند، انتخاب و با کمک مدل WRF شبیه­سازی شد.
    نتایج بررسی آماری در دوره زمانی مطالعاتی نشان می­دهد توزیع فراوانی رخداد بادهای با سرعت بالای 12 متر بر ثانیه روند کاهشی دارد. ماه آوریل بیشترین فراوانی و ماه اکتبر کمترین فراوانی را دارد و در مقیاس فصلی نیز وقوع بیشترین و کمترین فراوانی رخدادها به­ترتیب در بهار و پاییز است. بررسی توزیع فراوانی رخدادها در مقیاس ساعتی، زمان وقوع بادهای جستی را در ساعت­های بعدازظهر و در بازه ساعت­های 12 تا 15 گرینویچ نشان می­دهد. نتایج شبیه­سازی توفان­های انتخابی بیانگر وجود حدود 1 تا 3 ساعت جابه‏جایی زمانی بین بیشینه میدان­های باد، دما و فشار شبیه‌سازی­شده و مقادیر متناظر ثبت­شده در ایستگاه اهواز است. مدل در نشان دادن روند تغییرات تمام پارامترها به‌جز بیشینه باد جستی خوب عمل می­کند. موقعیت­های جغرافیایی مختلفی برای هسته اصلی هریک از توفان­ها در شبیه­سازی عددی یافت می­شود، به‌طوری­که در بین پنج توفان بررسی­شده، توفان­های اول تا سوم در شمال شرق و توفان­های چهارم و پنجم در شمال غرب ایستگاه اهواز تحول می­یابند.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A statistical–dynamical analysis of severe convective storms in Ahvaz

نویسندگان [English]

  • Bahareh Samadyar 1
  • Mohammad Mirzaei 2
  • Alireza Mohebalhojeh 3
  • Amir Tahmasebi Pasha 1
1 M.Sc. Graduate of Meteorology, Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Iran
3 Professor, Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Iran
چکیده [English]

Thunderstorms often appear with a strong, energetic and short-term air flow. These types of storm are caused by the ascent of hot and humid air in an unstable atmosphere and can lead to heavy rainfall if there is sufficient moisture, and otherwise they will lead to a dust storm. The purpose of this study was to investigate the storms in Khuzestan province, which usually experiences gusty winds, and convective storm events during spring and early summer. With regard to the frequent occurrence of dust storms in Khuzestan in recent years, it has become ever more important to study the convective storms. In order to identify the storm events in Khuzestan, Ahvaz station was selected due to much longer record of data and more accurate information than other stations in the province. A statistical analysis has been carried out on the long-term data of Ahvaz synoptic station between 1981 and 2016. After a thorough analysis of the long-term data, five cases of severe convective storms were selected. The cases include the 16th of October 1981 (case 1), the 27th of August 1985 (case 2), the 18th of December 1985 (case 3), the 24th of April 1992 (case 4) and the 8th of May 2000 (case 5). Finally, the characteristics of the cases were determined by numerical simulations using the Weather Research and Forecasting (WRF) model. The simulations were performed using four nested domains D1 to D4 with horizontal resolutions of 81, 27, 9 and 3km, respectively. The NCEP/NCAR reanalysis data were used for the boundary and initial conditions.
Statistical analysis shows a decrease in the intensity and frequency of occurrences of the convective storms with maximum wind speed of greater than 12m/s during the 36-year period. Monthly analysis reveals that the most (least) frequent severe convective storms occur in April (October). Another important finding is that the severe convective storms occur mainly in spring and in the interval between 12UTC and 15UTC. From the early hours of the day until 13:00 UTC, the percentage of events increases, and then until the end hours of the day, the percentage of events decreases as the surface heating is maximized in the afternoon. The low frequency of occurrence in autumn and winter is due to reduced surface heating as a result of reduced solar energy received from the sun. The results of numerical simulations demonstrate that the position of the maximum wind speed is different in the considered cases. The comparison of the results of simulation of the selected cases with observational data shows that the model of simulated storm has a time delay of about 1 to 3 hours with respect to the actual storm occurred in the area. Tracking the storms from 30 min before to 30 min after the occurrence of the maximum wind speed along the path in the fourth domain of the model points out that the cases 1 to 3 evolve in the northeast and the cases 4 and 5 evolve in the northwest of Ahvaz station.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • convective storm
  • Dust Storm
  • Simulation
  • WRF Model
  • Ahvaz
بیدختی، ع. ع.، بیوک، ن.، ثقفی، م. ع.، 1383، بررسی ساختار چند جریان جستناک توفان­های همرفتی تهران با استفاده از داده­های سودار: مجله فیزیک زمین و فضا، 30(2)، 93-113.
صمدیار، ب.، 1397، بررسی آماری- دینامیکی توفان‌های همرفتی قوی در خوزستان: پایان­نامه کارشناسی ‏ارشد، مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران.
طهماسبی­پاشا، ا.، 1399، مطالعه ارتباط بین شاخص­های همرفتی و دورپیوندی بر روی ایران: پایان­نامه کارشناسی ‏ارشد، مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران.
عبدالحسینی، ع.، 1390، مطالعه جریان‏‏های جستناک ناشی از توفان­های همرفتی در منطقه سمنان: پایان­نامه کارشناسی ‏ارشد، مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران.
علیجانی، ب.، رئیس‏پور، ک.، 1390، تحلیل آماری، همدیدی توفان­های گردوخاک در جنوب شرق ایران (مطالعه‌ موردی: منطقه‌ سیستان): مطالعات جغرافیای مناطق خشک، 2(5)، 107-129.
فیروزآبادی، م.، 1395، بررسی آماری- دینامیکی توفان‌های همرفتی قوی در تهران: پایان­نامه کارشناسی ‏ارشد، مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران.
Alexander, W. H., 1935, The distribution of thunderstorms in the United States, 1904–33: Monthly Weather Review, 63, 157–158.
Byers, H. R., and Braham, R. R., 1949, The thunderstorms: U.S. Govt. Printing Office, Washington D.C., USA, 287 pp.
Changnon, S. A., 2001, Damaging thunderstorm activity in the United States: Bulletin of the American Meteorology Society, 82, 597–608.
Cintineo, J. L., Pavolonis, M. J., Sieglaff, J. M., and Lindsey, D. T., 2014, An empirical model for assessing the severe weather potential of developing convection: Weather and Forecasting, 29, 639–653.
DeRubertis, D., 2006, Recent trends in four common stability indices derived from U.S. radiosonde observations: Journal of Climate, 19, 309–323.
Doswell, C. A., III, and Rasmussen, E. N., 1994, The effect of neglecting the virtual temperature correction on CAPE calculations: Weather Forecasting, 9, 625–629.
Easterling, D. R., and Robinson, P. J., 1985, The diurnal variation of thunderstorm activity in the United States: Journal of Applied Meteorology and Climatology, 24, 1048–1058.
Firouzabadi, M., Mirzaei, M., and Mohebalhojeh, A. R., 2019, The climatology of severe convective storms in Tehran: Atmospheric Research, 221, 34–45.
Furman, H. K. H., 2003, Dust storms in the Middle East: sources of origin and their temporal characteristics: Indoor and Built Environment, 12, 419–426.
Huntrieser, H., Schiesser, H. H., Schmid, W., and Waldvogel, A., 1997, Comparison of traditional and newly developed thunderstorm indices for Switzerland: Weather and Forecasting, 12, 108–125.
Kain, J. S., and Coauthors, 2008, Some practical considerations regarding horizontal resolution in the first generation of operational convection-allowing NWP: Weather and
 
Forecasting, 23, 931–952, doi:10.1175/WAF2007106.1.
Karami, S., Ranjbar, A., Mohebalhojeh, A. R., and Moradi, M., 2017, A rare case of haboob in Tehran: observational and numerical study: Atmospheric Research, 185, 169–185.
Kelly, D. L., Schaefer, J. T., and Doswell, C. A., 1985, Climatology of nontornadic severe thunderstorm events in the United States: Monthly Weather Review, 113, 1997–2014.
Lin, P.-F., Chang, P.-L., Jou, B. J.-D., Wilson, J. W., and Roberts, R. D., 2011, Warm season afternoon thunderstorm characteristics under weak synoptic-scale forcing over Taiwan Island: Weather and Forecasting, 26, 44–60.
Litta, A. J., Mohanty, U. C., and Idicula, S. M., 2012, The diagnosis of severe thunderstorms with high-resolution WRF model: Journal of Earth System Science, 1–20.
Madala, S., Satyanarayana, A. N. V., and Rao, T. N., 2014, Performance evaluation of PBL and cumulus parameterization schemes of WRF ARW model in simulating severe thunderstorm events over Gadanki MST radar facility—Case study: Atmospheric Research, 139, 1–17.
Mohee, F. M., and Miller, C., 2010, Climatology of thunderstorms for North Dakota, 2002–06: Journal of Applied Meteorology and Climatology, 49, 1881–1890.
Mojarrad, F., Koshki, S., Masoompour, J., and Miri, M., 2018, Analysis of thunderstorm instability indices in Iran using reanalysis data: Journal of Spatial Analysis of Environmental Hazards, 4, 33–48.
Shamsipour, A., Miri, M., and Safarrad, T., 2013, Analysis of spatial and temporal variations of dust events in the South West of Iran: AMS fifth Symposium on Aerosol-Cloud-Climate Interactions.
Wakimoto, R. M., 1982, The life cycle of thunderstorm gust fronts as viewed with Doppler radar and Rawinsonde data: Monthly Weather Review, 110, 1060–1082.