تحلیل ماهیت و ساختار باد سیستان

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 دانشکده جغرافیا، دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانشکده علوم جغرافیایی، دانشگاه خوارزمی، تهران

چکیده

در پژوهش حاضر با استفاده از داده‌های با توان تفکیک بالا در مقیاس 20 کیلومتر حاصل از ریزمقیاس‌نمایی دینامیکی داده‌های واکاوی NNRP1 با مدل دینامیکی RegCM طی یک دوره ده‌ساله (2010-2001) ماهیت و ساختار باد سیستان مورد بررسی قرار گرفت. نخست، ویژگی‌های باد براساس داده‌های سطح زمین ایستگاه زابل مطالعه شد. پس از آن داده‌های ریزمقیاس‌نمایی شده حاصل از مدل با داده‌های ایستگاه یادشده مورد ارزیابی قرار گرفت و با تایید عدم تفاوت معنی‌دار بین داده‌های خروجی مدل و داده‌های ایستگاه در سطح زمین، تحلیل ماهیت و ساختار باد انجام شد. به‌طور کلی مقاله به دو بخش ماهیت و ساختار باد سیستان تقسیم شده است. بررسی ماهیت باد نشان داد در مقایسه با داده‌های تفکیک 5/2 درجه‌ای، ریزمقیاس‌نمایی دینامیکی با توان تفکیک بالا، نتایج بیشتری در مورد آرایش فضایی سامانه‌های موثر بر باد سیستان و همچنین ساختار دقیق‌تری از نحوه وقوع این باد به نمایش می‌گذارد. انتخاب یک مقیاس مناسب در پژوهش حاضر نقش برجسته کم‌فشار سیستان و پرفشارهای کوه‌های خراسان را به عنوان سامانه‌های محلی در تشکیل و تکوین ویژگی‌های محلی باد سیستان آشکار ساخته است. بررسی ساختار باد بر اساس خروجی‌های مدل بیانگر آن است که باد سیستان دارای دو هسته بیشینه در حوالی خواف (دشت آتیشان) و حوالی دریاچه هامون (شهر زابل) است که هسته دوم از شدت بیشتری برخوردار است. یافته‌ها نشان داد که باد سیستان در ارتفاع تقریبی 500 متر از سطح زمین به بیشینه سرعت خود رسیده و سرعتی بالغ بر 17 متر بر ثانیه را به‌طور متوسط در این سطح تجربه می‌کند. وقوع بیشینه شدت باد در ساعات شب در مجاورت سطح زمین، همچنین چینش قائم بسیار شدید باد، حکایت از حضور یک جریان جتی تراز زیرین شبانه در قلمرو اصلی وزش باد سیستان در شرق فلات ایران دارد. بررسی اولیه ساختار لایه مرزی و تغییرات آن در طی شبانه روز، این نظریه را قوت می‌بخشد که پیدایش جریان جتی تراز زیرین در محدوده شرق فلات ایران (باد سیستان) بیش از آن که ناشی از اختلاف گرمایی و شیب فشار محلی بین مناطق پست و کوهستانی باشد و از نظریه هولتن پیروی کند، بیشتر از نظریه نوسان لختی بلک‌آدار و آزادشدگی لایه مرزی از نیروی اصطکاک در نتیجه کاهش تلاطم در شب پیروی می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of the nature and structure of Sistan wind

نویسندگان [English]

  • Mohsen Hamidian Pour 1
  • Abbas Mofidi 2
  • Mohammad Salighe 3
چکیده [English]

Analysis of the nature and structure of Sistan wind was carried out in this study using the 20×20km2 NNRP1 data dynamically downscaled by RegCM regional climate model and the observed data in the east of Iran Plateau during a 10-year period (2001–2010). Despite the fact that extensive studies have been devoted to the Sistan wind, but there are still many question and ambiguities about the nature and structure of the Sistan wind particularly in local and regional scale. This could be because most of the previous studies have consideredonly its large-scale structure. Indeed, they have used gridded data like NCEP/NCAR at 2.5° by 2.5°. Regional climate models are primary tools that can aid in our understanding of the many processes governing the climate system. For this purpose, the latest version of the model, RegCM4 (2010) was used. The model is flexible, portable and easy to use. It can be applied to any region of the world. In this article, at first, the statistical features of Sistan wind were studied in Zabol station. Then, the modeled data were compared with station data. With the confirmation of the lack of significant (at 5% significance level) difference between the model output and the station data, the nature and structure of the Sistan wind were analyzed using the model output. In general, the article is divided into two parts: the nature and structure of Sistan wind. In the part of nature, we make the conclusion that compared with 2.5 degrees resolution data, regional modeling provides more details of spatial distribution of effective systems acting withing the Sistan wind as well as a more accurate determination of its time of occurrence. Choosing an appropriate scale in this study revealed significant role of the Sistan low pressure and Khorasan mountains high pressure as the local systems responsible for the formation of local characteristics of the Sistan wind. Indeed, studying the temperature conditions of the region during the warm period (June, July, August and September) revealed that the Sistan plain and Loot plain experience the highest temperature and the region have high-temperature differences with the surrounding mountainous areas. The temperature conditions, along with the development of a local low-pressure system of thermal origin, over the Sistan and southwestern Afghanistan causes a cyclonic circulation over the region with strong positive values of relative vorticity together with an anticyclonic circulation in the mountainous regions.  Study of the wind structure shows that the Sistan wind has two maximum cores around Khaf (Atishan plain) and Hamoon lakes (next to Zabol city), and indicates that the second core is more intense. The results also indicate that the Sistan wind reaches its maximum speed of up to 17 m/s at an altitude of approximately 500 m. In fact, the vertical profile of the wind velocity over the Sistan is strongly related to local topography. The occurrence of maximum wind intensity at night in the vicinity of the ground level as well as rapid changes in the vertical profile of wind indicate the presence of a nocturnal low-level jet (LLJ) in the main area of the activity of the Sistan in the east of Iran plateau. The initial investigation of the boundary layer structure and its changes during the night times reinforce the theory that the appearance of LLJ is more compatible with the theory of “inertial oscillation” put forward by Blackadar rather than the Holton’s theory.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sistan wind
  • RegCM
  • Sistan low
  • Khorasan mountains high
  • LLJ
بابائیان، ا.، بداق جمالی، ج.، کاظمی، ع.، محمدی، م.، احمدی، م.، و علی‌آبادی، م.، 1382، تحلیل گرادیان فشار سطح متوسط دریا برای وقوع بادهای شدید تابستانه در شرق کشور: مجموعه مقالات همایش عددی وضع هوا.
حجازی زاده، ز.، 1372، بررسی سینوپتیکی نوسانات فشار زیاد جنب حاره، رساله‌ دکتری جغرافیای طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس.
حسین‌زاده، ر.، 1376، بادهای 120 روزه سیستان: فصل‌نامه تحقیقات جغرافیایی، سال دوازدهم، 46، 102–127.
حمیدیان‌پور، م.، 1392، بررسی نحوه‌ شکل‌گیری باد 120 روزه سیستان با ریزگردانی دینامیکی جریان‌های تراز زیرین در شرق فلات ایران: رساله دکتری رشته جغرافیای طبیعی گرایش اقلیم‌شناسی در برنامه‌ریزی محیطی، دانشگاه خوارزمی، دانشکده علوم جغرافیایی.
خسروی، م.، 1387، تاثیرات محیطی اندرکنش نوسان‌های رودخانه هیرمند با بادهای 120 روزه سیستان: فصل‌نامه ‌تحقیقات جغرافیایی، 2(91)، 49-19.
خسروی، م.، 1389، بررسی توزیع عمودی گردو غبار ناشی از طوفان‌ در خاورمیانه با استفاده از مدل NAAPS در منطقه‌ سیستان ایران: مجموعه مقالات چهارمین کنگره بین‌المللی جغرافیدانان جهان اسلام (ICIWG 2010)، ایران، زاهدان، 25 – 27 فروردین.
راشکی، ع. ر.، و زرین، ه.، 1386، پیامدهای بادهای 120 روزه سیستان در خشکسالی اخیر دشت سیستان: باشگاه پژوهشگران جوان، بیرجند، دانشگاه آزاد اسلامی واحد بیرجند.
سلیقه، م.، 1389، آثار مشترک تقابل حرارتی سیستم‌های جوی در کشورهای اسلامی مطالعه موردی: بادهای
120 روزه سیستان: مجموعه مقالات چهارمین کنگره بین‌المللی جغرافیدانان جهان اسلام (ICIWG 2010)، ایران، زاهدان، 25 – 27 فروردین.
کاویانی، م. ر.، و علیجانی، ب.، 1371، مبانی آب و هواشناسی: انتشارات سمت.
کاویانی، م. ر.، 1374، توربین‌های بادی و ارزیابی انرژی باد در ایران: فصل‌نامه ‌تحقیقات جغرافیایی، 36، 127-144.
کاویانی، م. ر.، 1380، میکروکلیماتولوژی: انتشارات سمت.
کمالی، س.، 1391، بررسی ساختار توفان‌های گرد و غباری در دشت سیستان، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، گروه جغرافیا، دانشگاه فردوسی مشهد، زمستان.
گندمکار، ا.، 1385، بررسی سینوپتیک انرژی باد در منطقه سیستان: پایان‌نامه دکتری رشته اقلیم‌شناسی دانشگاه اصفهان.
گندمکار، ا.، 1388، ارزیابی انرژی پتانسیل باد در کشور ایران: مجله جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، 6(36)، 85-100.
گندمکار، ا.، 1389، ‌‌‌تعیین گستره افقی باد سیستان با استفاده از تحلیل خوشه‌ای: فصل‌نامه جغرافیایی طبیعی، 10، 67-76.
گندمکار، ا.، کاویانی، م. ر.، و مسعودیان، ا.، 1386، بررسی انرژی باد در منطقه سیستان به‌منظور تولید انرژی بادی: مجله علوم انسانی دانشگاه اصفهان، جلد 27، 7(6)، 95-104.
علی‌اکبری بیدختی، ع. ع.، و برومند، ن.، 1385، مطالعه‌ای بر بادهای گپ منطقه دشت لوت: دوفصلنامه‌ بیابان، دوره 11، 2(1)، 28-13.
علیجانی، ب.، 1373، آب و هوای ایران: انتشارات دانشگاه پیام نور.
علیجانی، ب.، و رئیس‌پور، ک.، 1390، تحلیل آماری، همدیدی طوفان‌های گرد و خاک در جنوب شرق ایران، مطالعه موردی: منطقه‌ سیستان: مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، 7(5)، 132-107.
مسعودیان، ا.، 1389، آب و هوای ایران: انتشارات دانشگاه اصفهان.
مفیدی، ع.، 1386، تحلیل گردش جوّ تابستانه بر روی ایران و ارتباط آن با بارش های تابستانه فلات ایران: رساله دکتری، دانشگاه تربیت معلم، دانشکده علوم جغرافیایی، تهران.
مفیدی، ع.، حمیدیان پور، م.، سلیقه، م.، و علیجانی ب.، 1392، تعیین زمان آغاز، خاتمه و طول مدت وزش باد سیستان با بهره‌گیری از روش‌های تخمین نقطه تغییر: نشریه جغرافیا و مخاطرات محیطی، 6(8)، 112-87.
نجارسلیقه، م.، 1380، تاثیر آب و هوای پاکستان بر منطقه جنوب شرق ایران: طرح پژوهشی، معاونت پژوهشی، دانشگاه سیستان و بلوچستان.
هادربادی ، غ. ر.، 1379، پیش‌بینی سرعت و جهت بادهای فرساینده (مطالعه موردی منطقه‌ی زابل): دانشگاه شیراز.

Abiodun, B. J., Pal, J. S., Afiesimama, E. A., Gutowski, W. J., and Adedoyin, A., 2007, Simulation of West African monsoon using RegCM3 Part II: Impacts of deforestation and desertification: Theor. Appl. Climatol., 93, 245–261.
Alizadeh Choobari, O., Zawar-Reza, P., and Sturman, A., 2014, Mesoscale modelling of the “wind of 120 days” and associated mineral dust distribution over eastern Iran using WRF/Chem: Atmos. Res., 143, 328–341.
Bardossy, A., 1997, Downscaling from GCMs to local climate through stochastic linkages: J. Environ. Manage., 49, 7–17.
Barough, M. S., Kashani, S. S., Bidokhti, A. A., and Ranjbar, A., 2010, The numerical study of low level jets formation in south eastern of Iran: World Academy of Science, Engineering and Technology.
Barrow, E., Hulme, M., and Semenov, M. A., 1996, Effect of using different methods in the construction of climate change scenarios: Examples from Europe: Clim. Res., 7, 195–211.
Basit, A., Shoaib Raza, S., Irfan, N., and Avila R., 2012, Simulation of monsoon precipitation over South-Asia using RegCM3: International Scholarly Research Network, ISRN Meteorology, Article ID 754902, 14 pages, doi: 10.5402/2012/754902.
Blackadar, A. K., 1957, Boundery layer wind maxima and their significance for the growth of nocturnal inversion: Bull. Am. Meteor. Soc., 38, 283–290.
Bloom A., Kotroni, V., and Lagouvardos, K., 2008, Climate change impact of wind energy availability in the Eastern Mediterranean using the regional climate model PRECIS: Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 8, 1249–1257.
Byers, D. J., 1995, Synoptic and Mesoscale Influences on Refraction During SHAREM 110: M. Sc. Thesis, Dept. of Meteorology, Naval Postgraduation School, 126 pp.
Castero, C. L., Pielke, R. A. and Leoncini, G., 2005, Dynamical downscaling: Assessment of value retained and added using the regional atmospheric Modeling System (RAMS): J. Geophys. Res., 110, D05108, doi: 10.1029/2004JD004721.
Castero, C. L., Pielke, R. A. and Adegoke, J. O., 2007, Investigation of the summer climate of the contiguous United States and Mexico using the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS). Part I: Model climatology (1950–2002), J. Clim., 20, DOI: 10.1175/JCLI4211.1.
Dickenson, R. E., Errico, R. M., Giorgi, F., and Bates, G. T., 1989, A regional climate model for Western United States: Clim. Change, 15, 383–422.
Kaskaoutis, D., Rashki, A., Houssos, E., Goto, D., and Nastos, P., 2014, Extremely high aerosol loading over Arabian Sea during June 2008: The specific role of the atmospheric dynamics and Sistan dust storms: Atmos. Environ., 94, 374–384.
Kaskaoutis, D., Rashki, A., Houssos, E., Mofidi, A., Goto, D., and Bartzokas, A., 2015, Meteorological aspects associated with dust storms in the Sistan region, southeastern Iran: Clim. Dyn., 45:407–424. DOI 10.1007/s00382-014-2208-3.
Giorgi, F., 1989, Two-dimensional simulation of possible mesoscale effects of nuclear war fires, I: Model description: Journal of Geophysical Research Atmospheres 94(D1):1127-1144.
Giorgi, F., 1990, Simulation of Regional Climate Using a Limited Area Model Nested in a General Circulation Model: Journal of Climate, 3, 941-963.
Giorgi, F., and Bates, G. T., 1989, The climatological skill of a regional model over complex terrain: Mon. Wea. Rev., 117, 2325–2347.
Giorgi F., Bi, X., and Pal, J., 2004, Mean, interannual variability and trends in a regional climate change experiment over Europe. II: climate change senarios (2071–2100): Clim. Dyn., 23, 839–858.
Goudie, A. S., and Middleton, N. J., 2001, Dust storm in South West Asia: Acta Univ. Car., XXXV: 37–83.
Holton, J. R., 1967, The diurnal boundary layer wind oscillation above sloping terrain: Tellus, 19, 199–205.
Huntington, E., 1905, The depression of Sistan in eastern Persia: Bull. Am. Geographical Soc., 32(5), 221–281.
Leung L. R., Giorgi, L. O., and Wilby, R. L., 2003, Regional climate research — needs and opportunities: Bull. Am. Meteorol. Soc., 84, 89–95.
Liu, M., Douglas, L.W., Teddy, R. H., and Qin, X., 2000, Numerical simulation of a low-level jet over complex terrain in southern Iran: Mon. Wea. Rev., 128, 1309–1327.
Macklin, S. A., Bond N. A., Walker, J. P., 1990, Structure of a low-level jet over Lower Cook Inlet, Alaska: Mon. Wea. Rev, 118(12), 2568–2578.
Mcmahan, H., 1906a, Recent survey and exploration in Seistan: J. Roy. Geographical Soc., 28(3), 209–228.
Mcmahan, H., 1906b, Recent survey and exploration in Seistan: J. Roy. Geographical Soc., 28(4), 333–240.
Marcella, P. and Eltahir, A. B., 2008, Modeling the hydroclimatology of Kuwait: The role of subcloud evaporation in semiarid climates: J. Clim., 21, DOI: 10.1175/2007JCLI2123.1.
Marcella, P. and Eltahir, A. B., 2012, Modeling the summertime climate of South west Asia: The role of land surface processes in shaping the climate of semiarid regions: J. Clim., 25, DOI: 10.1175/2011JCLI4080.1.
Mearns, L. O., Bogardi, I., Giorgi F., Matyasovskey, I., and Paleski, M., 1999, Comparison of climate change scenarios
generated from regional climate model experiments and statistical downscaling: J. Geophys. Res., 104, 6603–6621.
Middelton, N. J., 1986, Dust storms in the Middle East: J. Arid Environ., 10, 83–96.
Murphy, J., 1999, An evaluation of statistical and dynamical techniques for downscaling local climate: J. Clim., 12, 2256–2284.
Pal, J. S., and Eltahir, E. A. B., 2003, A feedback mechanism between soil-moisture distribution and storm tracks: Q. J. Roy. Meteorol. Soc., 129, 2279–2297.
Pamperin, H., and Stilke, G., 1985, Nocturnal boundary layer and LLJ in the pre-alpine region near the outlet of the Inn Valley: Meteor. Rundsch., 38, 145–156.
Pasini, A., 2006, From Obsevation to Simulation: A conceptual introduction to weather and climate modelling: Translated by Francesca Sofri, Published by World Scientific Publishing Co. Inc., 216 pp.
Reiter, E. R., 1969, Tropopause circulation and jet streams: Climate of the Free Atmosphere, Vol. 4, World survey of Climatology. D. F. Rex, Ed., Elsevier, 85-193
Rockel, B., Castro, C. L., Pielke Sr., R. A., Storch, H., and Leoncini, G., 2008, Dynamical downscaling: Assessment of model system dependent retained and added variability for two different regional climate models: J. Geophys. Res., 113, D21107, doi:10.1029/2007JD009461.
Salon, S., Cossarini, G., Libralato, S., Gao, X., Solidoro, S., and Giorgi, F., 2008, Downscaling experiment for the Venice lagoon: I. Validation of the present-day precipitation climatology: Clim. Res,. 38, 31–41.
Stull, R. B., 1988, An Introduction to Boundary Layer Meteorology: Department of Meteorology, University of Wisconsian, Madison, U.S.A.
Sylla, M. B., Coppola, E., Mariotti, L., Giorgi, F., Ruti, P. M., Dell Aquila, A., and Bi, X., 2010, Multiyear simulation of the African climate using a regional climate model (RegCM3) with the high resolution ERA-interim reanalysis: Clim. Dyn., 35, 231–247, DOI 10.1007/s00382-009-0613-9.
Teadt, T. R., 1996, Studies in Satellite Multispectral Determination of Boundary Layer Depth: M. Sc. Thesis, Dept. of Meteorology, Naval Postgraduation School, 70 pp.
Walters, K. R., and Sjoberg, W. F., 1988, The Persian Gulf region: A climatological study: USAFETAC TN-88/002, USAF Environmental Technical Application Center, 62 pp.
Wilby, R. L., Wigley, T. M. L., Conway, D., Jones, P. D., Hewiston, B. C. Main, J., and Wilks, D. S., 1998, Statistical downscaling of general circulation model output: A comparison of methods: Water Resour. Res., 34, 2995–3008.
Washington, R., and Todd, M. C., 2005, Atmospheric controls on mineral dust emission from the Bodélé depression, Chad: Intraseasonal to interannual variability and the role of the low level jet: Geophys. Res. Lett., 32, L17701, doi: 10.1029/ 2005GL023597.
Wang, G. and Alo, C. A., 2012, Changes in Precipitation Seasonality in West Africa Predictedby RegCM3 and the Impact of Dynamic Vegetation Feedback: Int. J. Geophys., Article ID 597205, 10 pages, doi: 10.1155/2012/597205.
Wang, Y., Leung, L. R., McGrrgor, J. L., Lee, D-K., Wang, W-Ch., Ding, Y., and Kimura, F., 2004, Regional climate modeling: Progress, challenges, and prospects: J. Meteorol. Soc. Japan, 82(6), 1599–1628.