بررسی الگوی گردش جوّ در طول دوره‌‌های خشک و مرطوب در سواحل جنوبی دریای خزر

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

گروه جغرافیا، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

چکیده

به‌منظور درک سازوکار حاکم بر وقوع دوره‌‌های خشک و مرطوب در سواحل جنوبی دریای خزر الگوی همدیدی غالب و ساختار گردش  منطقه­ای جوّ مورد بررسی قرار گرفت. بر‌این‌اساس، ابتدا داده‌‌های بارش ماهانه تعداد 20 ایستگاه هواشناسی واقع در خط ساحلی جنوب دریای خزر برای یک دوره30 ساله (1974-2003) مورد پردازش قرار گرفت. با بررسی توزیع زمانی بارش، تعداد 10 ماه خشک و 10 ماه مرطوب فراگیر برای منطقه خزری شناسایی شد. سپس به‌منظور تعیین ساختار گردش جوّ و شناسایی سازوکار حاکم بر وقوع دوره‌‌های خشک و مرطوب، از داده‌‌های بارش شبکه‌بندی شده پروژه بارش آسیایی (APHRODITE) با تفکیک افقی 5/0 درجه و داده‌‌های جوّی  بازتحلیل شده مراکز ملی پیش‌بینی محیطی/مرکز ملی تحقیقات جوّی (NCEP/NCAR) با تفکیک افقی 5/2 درجه استفاده شد. نتایج تحقیق بیانگر آن است که استقرار یک پشته قوی در ترازهای میانی جوّ به‌‌همراه شکل‌گیری واچرخندی قوی در ترازهای زیرین برجانب شمالی دریای سیاه، از ویژگی‌‌های اصلی دوره‌‌های مرطوب در سواحل جنوبی دریای خزر محسوب می‌‌‌شود. یافته‌‌ها همچنین مبین آن است که جهت وزش باد در ترازهای زیرین جوّ روی دریای خزر، می‌‌تواند معیار مناسبی برای تفکیک دوره‌‌های خشک و مرطوب در سواحل جنوبی دریا باشد. بدین‌ترتیب که جریانات شمالی غالب در طول دوره‌‌های مرطوب با جریانات جنوبی غالب در طول دوره‌‌های خشک جایگزین می‌‌‌شود. درعین‌حال، وقوع دوره‌‌های خشک و مرطوب در این منطقه با شکل‌گیری یک الگوی الاکلنگی یک‌سویه در مقادیر سرعت قائم روی دریای خزر قابل توضیح است. درحالی‌که در دوره‌‌های مرطوب، شکل‌گیری جریانات غالب پایین‌‌سو بر نیمه شمالی دریا منجر به تسلط هم‌زمان جریانات غالب بالاسو در حوضچه جنوبی می‌‌‌شود، در دوره‌‌های خشک، الگوی معکوسی از جریانات بالاسو و پایین‌سو در منطقه خزری تسلط می‌‌یابد. یافته‌‌های تحقیق نشان داد که می‌‌توان از تغییرات فشار تراز دریا در منطقه دریای سیاه به‌منزلة یک شاخص مناسب (پیش‌بین) برای تبیین تغییرات زمانی-مکانی بارش در سواحل جنوبی دریای خزر استفاده کرد. بدین‌ترتیب که در دوره‌‌های مرطوب، با افزایش فشار هوا در منطقه دریای سیاه، در نتیجه بروز یک سری بازخورد مثبت، گردش واچرخندی در منطقه دریای سیاه، شدت باد شمالی روی دریای خزر و صعود هوا در حوضچه جنوبی این دریا افزایش می‌یابد که در نهایت افزایش بارش در سواحل جنوبی دریای خزر را در پی دارد. همبستگی‌‌ها شرایطی معکوسی را برای دوره‌‌های خشک نشان می‌‌دهند. بررسی مسیر جابه‌جایی و فراوانی وقوع چرخندها و واچرخندها در طول دوره‌‌های خشک و مرطوب، بیانگر آن است که کریدور شمال دریای سیاه نقش بسیار مهمی در پیدایش دوره‌‌های خشک و مرطوب در سواحل جنوبی دریای خزر دارد. بدین‌ترتیب که در طول دوره‌‌های مرطوب، میزان فعالیت واچرخندها در کریدور شمال دریای سیاه به‌طور برجسته‌‌ای افزایش می‌‌یابد. درحالی‌که در طول دوره‌‌های خشک، کاهش میزان فعالیت واچرخندها در کریدور شمالی با افزایش محسوس فعالیت چرخندها در این منطقه همراه می‌‌‌شود. درعین‌حال افزایش میزان فعالیت واچرخندها در منطقه خاورمیانه و افزایش فعالیت پُرفشار سیبری بر جانب شرقی دریای خزر از نشانه‌‌های دوره‌‌های خشک محسوب می‌‌‌شود. یافته‌‌های تحقیق همچنین بیانگر آن است که افزایش فعالیت سامانه‌‌های بندالی در محدوده شرق اروپا، نقش بسیار مهمی در پیدایش دوره‌‌های مرطوب در سواحل جنوبی دریای خزر دارد.      

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The investigation of atmospheric circulation patterns during wet and dry spells over the southern coast of the Caspian Sea

نویسندگان [English]

  • Abas Mofidi
  • Azar Zarin
  • Meisam Karkhaneh
چکیده [English]

The prevailing synoptic pattern and the characteristics of the regional atmospheric circulation were studied in order to understand the predominant mechanism which governs the dry and wet spells over the southern coast of the Caspian Sea (SCCS). Monthly precipitation data from 20 weather stations located in the SCCS were analyzed for a 30-year period (1974-2003). Over this period, 10 widespread dry and 10 widespread wet months were identified for the Caspian region by investigating the spatial and temporal distributions of precipitation. Gridded precipitation data for the Middle East, provided by Asian Precipitation-Highly Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation of the Water Resources (APHRODITE) on 0.5×0.5 degree grid along with the NCEP/NCAR reanalysis dataset on a 2.5×2.5 degree global grid were employed to determine the characteristics of the atmospheric circulation and to identify the predominant synoptic patterns during the dry and wet spells. The results indicated that the existence of a very strong ridge in the middle troposphere along with the formation of a strong anticyclone in the lower atmosphere over the northern-side of the Black Sea can be considered as the main features of the wet spells over the SCCS. The findings also indicated that the wind direction at the lower atmosphere over the Caspian Sea can be used as an appropriate criterion to separate the wet and dry spells over the SCCS so that the northerly prevailing wind during the wet spells is replaced with the southerly prevailing wind during the dry spells. Additionally, the occurrence of the dry and wet spells in the region is associated with the formation of a sea-saw pattern in vertical velocity values over the Caspian Sea. During the wet spells, formation of the descending prevailing motions over the north half of the Sea simultaneously leads to predomination of the ascending prevailing motions over the southern part. Meanwhile, during the dry spells, a reverse pattern resulting from the ascending and descending motions dominates over the Caspian region. The findings also show that it is reasonable to use the sea-level pressure changes in the Black Sea region as an appropriate index (predictor) to interpret the spatial and temporal variations of precipitation over the SCCS. In this way, during the wet spells, an increase in the sea level pressure over the Black Sea and its consequent positive feedbacks including an anticyclonic circulation over the Black Sea, northerly wind strengthening over the Caspian Sea, and air ascending over the southern part of the Caspian Sea will eventually cause an increase in precipitation over the SCCS. A reverse condition will be found in the dry spells. The investigation of the cyclones and anticyclones frequency and track during dry and wet spells indicates that the northern corridor of the Black Sea plays a very significant role in occurrence of the dry and wet spells over the SCCS. It is found that during the wet spells, the activity of the anticyclones in the northern corridor of the Black Sea is considerably increased. On the other hand, during the dry spells, a decrease in the activity of anticyclones in the north corridor is associated with a significant increase in the activity of cyclones in the region. In addition, an increase in the activity of anticyclones over the Middle East region and the Siberian high-pressure activity over the eastern-side of the Caspian Sea are taken into account as the main features of the dry spells.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Southern Coasts of the Caspian Sea
  • dry and wet spells
  • Black Sea corridor
  • spatial correlation
  • anticyclones track

افشار مقدم، ی.، 1373، آنالیز ورتیسیتی و دیورژانس بر روی دریای خزر: پایان نامه کارشناسی ارشد فیزیک دریا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال.

باقری، س.، 1372، بررسی سینوپتیکی سیستم‌‌های سیل زا در شمال ایران: پایان نامه کارشناسی ارشد هواشناسی، مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران.

براتی، غ.، و عاشوری، ف.، 1386، طراحی الگوهای همدید شدیدترین بادهای کرانه‌‌های جنوبی دریای خزر: پژوهش‌‌های جغرافیایی، 62، 80-67.

بیات، ع.، 1390، مطالعه نقش رشته‌کوه‌‌های البرز در توزیع بارش‌‌های منطقه خزری: پایان‌‌نامه کارشناسی ارشد جغرافیای طبیعی-گرایش اقلیم‌‌شناسی، دانشگاه فردوسی مشهد.

پورآتشی، م.، 1384، مطالعه همدیدی بارش‌‌های سنگین (200 میلی‌متر و بیشتر در مدت24 ساعت) ناشی از فرارفت گرمایی در لایه‌‌های میانی جوّ روی سواحل جنوبی دریای خزر: پایان‌‌نامه کارشناسی ارشد هواشناسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال.

جانبازقبادی، غ.، مفیدی، ع.، و زرین، آ.، 1390، شناسایی الگوهای همدید بارش‌‌های شدید زمستانه در سواحل جنوبی دریای خزر: مجله جغرافیا و برنامه‌‌ریزی محیطی، 22(2)، 40-23.

جهانبخش، س.، و کرمی، فریبا، 1378، تحلیل سینوپتیکی تأثیر پُرفشار سیبری بر بارش سواحل جنوبی دریای خزر: فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 54-55، 131-107.

خلیلی، ع.، 1350، منشأ بارندگی کرانه‌‌های خزر، نیوار، شماره فروردین 1350، 46-39.

خوشحال دستجردی، ج.، 1376، تحلیل و ارائه مدل‌های سینوپتیک کلیماتولوژی برای بارش‌های بیش از صد میلی‌متر در سواحل جنوبی دریای خزر: رساله دکتری جغرافیای طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس.

سازمان هواشناسی کشور، داده‌‌های بارش روزانه ایستگاه‌های سینوپتیک سواحل خزری.

سلطانی، م.، محمدی، ح.، و حنفی، ع.، 1388، تحلیل و برآورد خشکسالی در ایستگاه سینوپتیک گرگان: فصلنامه چشم‌‌انداز جغرافیایی، 15، 29-25.

رضیئی، ط.، مفیدی، ع.، و زرین، آ.، 1388، مراکز فعالیت و الگوهای گردش جوّ زمستانه تراز 500 هکتوپاسکال روی خاورمیانه و ارتباط آنها با بارش ایران: مجله فیزیک زمین و فضا، 35(1)، 141-121. 

رمضانی، ن.، 1380، تحلیل و پیش‌بینی خشکسالی‌‌ها و ترسالی‌‌های سواحل جنوبی دریای خزر: پایان‌‌نامه کارشناسی ارشد جغرافیای طبیعی-اقلیم‌‌شناسی، دانشگاه تربیت معلم. 

علیجانی، ب.، 1372، مکانیزم‌‌های صعود بارندگی‌‌های ایران، مجله دانشکده ادبیات و علوم انسانی دانشگاه تربیت معلم، تابستان1372، دوره جدید 101-85.

علیجانی، ب.، 1373، توزیع مکانی بارش در رشته‌کوه‌‌های البرز: مجله دانشکده ادبیات و علوم انسانی دانشگاه تربیت معلم، دوره جدید 5-4، 120-99.

علیجانی، ب.، 1374، نقش رشته‌کوه‌های البرز در توزیع ارتفاعی بارش: فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 38، 52-37.

علیجانی، ب.، 1376، آب‌‌وهوای ایران: انتشارات دانشگاه پیام نور، چاپ سوم، 221 صفحه.

علیجانی، ب.، 1380، تیپ‌های هوا و اثر آنها بر اقلیم ایران: کاوش نامه، 2(3)، 49-21.

علیجانی، ب.، جعفرپور، ز.، و جانبازقبادی، غ.، 1384، تحلیل خشکسالی‌‌های دوره سرد سواحل جنوبی دریای خزر: سرزمین، سال دوم، 7، 23-11.

علیجانی، ب.، محمدی، ح.، و بیگدلی، آ.، 1386، نقش الگوهای فشار در بارش‌‌های سواحل جنوبی دریای خزر: سرزمین، سال چهارم، 16، 51-37.

عزیزی، ق.، و صمدی، ز.، 1386، تحلیل الگوی سینوپتیکی سیل 28 مهرماه 1382 استان‌‌های گیلان و مازندران: پژوهش‌‌های جغرافیایی، 60، 74-61.

قشقائی، ق.، 1375، بررسی اثر فرابار سیبری بر بارش‌‌های پاییزی سواحل جنوبی خزر: پایان‌‌نامه کارشناسی ارشد جغرافیای طبیعی، دانشگاه تربیت معلم.

کارخانه، م.، 1390، بررسی نقش دریای خزر در وقوع بارش‌‌های سواحل جنوبی آن (مدل‌‌سازی اقلیمی مقیاس منطقه‌‌ای): پایان‌‌نامه کارشناسی ارشد جغرافیای طبیعی-گرایش اقلیم‌‌شناسی، دانشگاه فردوسی مشهد.

مرادی، ح.، 1380، بررسی سینوپت یک سیلاب 21 آبان ماه سال 1375در نواحی مرکزی استان مازندران: رشد آموزش جغرافیا، 57، 41-33.

مرادی، ح.، 1383، نقش دریای خزر در شرایط بارشی سواحل شمال کشور: مجله علوم و فنون دریایی ایران، دوره دوم 3-2، 88-77.

مرادی، ح.، 1385، پیش‌بینی وقوع سیلاب‌‌ها براساس موقعیت‌‌های سینوپتیکی در ساحل جنوبی دریای خزر: پژوهش‌‌های جغرافیایی، 55، 131-109.

معصوم‌‌پور، ج.، 1384، مطالعه سینوپتیکی خشکسالی‌‌های فراگیر در سواحل جنوبی خزر‏‎: پایان‌‌نامه کارشناسی ارشد جغرافیای طبیعی-اقلیم‌‌شناسی، دانشگاه تهران، دانشکده جغرافیا.

مفیدی، ع.، 1379، بررسی همدیدی نقش دریای سیاه در بارش‌‌های ایران: پایان‌‌نامه کارشناسی ارشد جغرافیای طبیعی (گرایش اقلیم‌‌شناسی)، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکز.

مفیدی، ع.، زرین، آ.، و جانبازقبادی، غ.، 1385، بررسی سینوپتیکی بارش‌‌های شدید و سیل‌‌زای پاییزه در سواحل جنوبی دریای خزر: مجموعه مقالات همایش منطقه‌‌ای منابع طبیعی و توسعه پایدار در عرصه‌‌های جنوبی دریای خزر، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نور، 84-71.

مفیدی، ع.، زرین، آ.، و جانبازقبادی، غ.، 1386، تعیین الگوی همدیدی بارش‌‌های شدید و حدّی پاییزه در سواحل جنوبی دریای خزر: مجله فیزیک زمین و فضا، 33(3)، 154-131.

مفیدی، ع.، زرین، آ.، و جانبازقبادی، غ.، 1391، تبیین علل کاهش یافتن مقدار و شدت بارش‌‌های زمستانه در قیاس با بارش‌‌های پاییزه در سواحل جنوبی دریای خزر: مجله فیزیک زمین و فضا، 38(1)، 203-177.

وحیدی، ج.، 1376، مطالعه و بررسی سینوپتیکی-آماری بارندگی‌‌های سواحل جنوبی دریای خزر: پایان‌‌نامه کارشناسی ارشد هواشناسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال.

یوسفی، ح.، 1382، زمانیابی ورود پُرفشار سیبری به سواحل جنوبی دریای خزر و تأثیر سینوپتیکی آن بر بارش‌‌های پاییزی منطقه: پایان‌‌نامه کارشناسی ارشد جغرافیای طبیعی (گرایش اقلیم‌‌شناسی)، دانشگاه تهران.

 

Austin, J. F., 1980, The blocking of middle latitude westerly winds by planetary waves: Q. J. Roy. Meteorol. Soc., 106, 327–350.

Barriopedro, D., Herrera, R. G., Lupo, A. R., and Hern´andez, E., 2006, A climatology of Northern Hemisphere blocking: J. Climate, 19, 1042–1063.

Diao, Y., Li, J., and Luo, D., 2006, A new blocking index and its application: Blocking action in the Northern Hemisphere. J. Climate, 19, 4819–4839.

Kalnay, E., Kanamitsu, M., Kistler, R., Collins, W., Deaven, D., Gandin, L., Iredell, M., Saha, S., White, G., Woollen, J., Zhu, Y., Leetmaa, A., Reynolds, R., Chelliah, M., Ebisuzaki, W., Higgins, W., Janowiak, J., Mo, K.C., Ropelewski, C., Wang, J., Jenne, R., and Joseph, D., 1996, The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project: Bull. Amer. Meteor. Soc., 77, 437-471.

Khalili, A., 1973, Precipitation patterns of Central Elburz: Arch. Met. Geoph. Biokl., Seri. B 21(2-3), 215–232.

Lejenäs, H., and Øakland, H., 1983, Characteristics of northern hemisphere blocking as determined from long time series of observational data: Tellus, 35A, 350–362.

Namias, J., 1950, The Index cycle and its role in the general circulation, J. Meteo., 7, 130-139.

Pelly, J., and Hoskins, B., 2003, A new perspective on blocking: J. Atmos. Sci., 60, 743–755.

Raziei T., Mofidi A., Santos J. A., and Bordi I., 2012, Spatial patterns and regimes of daily precipitation in Iran in relation to large-scale atmospheric circulation: Int. J. Climatology, 32, 1226-1237.

Raziei, T., Bordi I., Santos, J. A., and Mofidi, A., 2013, Atmospheric circulation types and winter daily precipitation in Iran: Int. J. Climatology, 33, 2232-2246. DOI: 10.1002/ joc.3596.

Rex, D. F., 1950, Blocking action in the middle troposphere and its effect upon regional climate. Part I: An aerological study of blocking action: Tellus, 2, 196–211.

Rimbu, N., and Lohmann, G., 2011, Winter and summer blocking variability in the North Atlantic region – evidence from long-term observational and proxy data from southwestern Greenland: Clim. Past, 7, 543–555. Doi: 10.5194/cp-7-543-2011.

Schalge, B., Blender, R., and Fraedrich, K., 2011, Blocking detection based on synoptic filters: Advances in Meteorology, Article ID:717812, 1-11. Doi:10.1155/2011/717812

Tibaldi, S., and Molteni, F., 1990, On the operational predictability of blocking: Tellus, 42A, 343–365.

Walker, G., T., 1924, Correlation in Seasonal variations of weather, IX: A further study of world weather: Memoires of the Indian Meteorological Department, Calcutta, 24(9), 275–332.

Webster, P. J., and Yang, S., 1992, Monsoon and ENSO: selectively interactive systems, Q. J. Roy. Meteorol. Soc., 118, 877–926.

Yatagai, A., Xie, P., and Alpert, P., 2008, Development of a daily gridded precipitation data set for the Middle East: Advances in Geosciences, 12, 165-170.

Yatagai, A., Arakaw, O., Kamiguch A., Kawamoto K., Nodzu H., and Hamada M.I., 2009, A  44-year  daily  gridded  precipitation, dataset for Asia based on a dense network of rain gauges, SOLA, 5, 137-140

Yatagai, A., Kamiguchi, K., Arakawa, O., Hamada, A., Yasutomi, N., and Kitoh, A., 2012, APHRODITE: Constructing a long-term daily gridded precipitation dataset for Asia based on a dense network of rain gauges: Bull. Amer. Meteor. Soc., 93, 1401–1415. DOI: http://dx.doi.org/10.1175/BAMS-D-11-00122.1