کاربست شاخص‌‌های دوشاخه‌شدگی جت و شکست موج راسبی برای بررسی دوره آلودگی حاد تهران در آذرماه 1389

نویسندگان

دانشگاه شهرکرد

چکیده

با توجه به اهمیت آلودگی هوای شهر تهران از نظر آسیب­رسانی آن به ساکنان این شهر، لازم است که عوامل هواشناختی متعدد مؤثر بر آن مورد بررسی قرار گیرد. این پژوهش اختصاص به بررسی ارتباط احتمالی شارش بزرگ­مقیاس در وردسپهر زبرین با ایجاد شرایط حاد آلودگی هوا در تهران دارد. برای این منظور، در مورد وضعیت بحرانی آذرماه 1389، با بررسی شارش در ترازهای زبرین جوّ، محل استقرار جریان جتی و نیز تحلیل نقشه­های دمای پتانسیلی  روی سطح هم­تاوایی پتانسیلی PVU2 (یک واحد PVبرابر با )، شاخص شارش دوشاخه موسوم به SFI، اختصار برای Split Flow Index، برای شناسایی دوشاخه­شدگی جت و شاخص شکست موج برای شناسایی رویداد بندال، موسوم به شاخص ، محاسبه می­شود. برای این منظور از داده‌های سامانه پیش­بینی جهانی (GFS)، شامل ارتفاع ژئوپتانسیلی، دما و سرعت باد برای 1 نوامبر 2010 تا 31 ژانویه 2011 استفاده شده است. بررسی نقشه‌های ارتفاع ژئوپتانسیلی، سرعت باد، تاوایی نسبی و تابع جریان در تراز hPa300 امکان تشخیص دوره دوشاخه­شدگی جریان جتی سطوح زبرین جوّ را فراهم می­کند. شاخص دوشاخه­شدگی شارش با استفاده از میانگین تاوایی برای هریک از جت‌های جنب­حاره و جبهه قطبی و همچنین ناحیه کمینه سرعت بین این دو (GAP) در تراز hPa300 محاسبه می‌شود. علامت و بزرگی این شاخص معیاری از قدرت و شدت هریک از نواحی نام‌ برده در دوشاخه­شدگی شارش است.مثبت بودن شاخص SFIدر نیمه اول آذر 1389 نشان از نبود دوشاخه‌شدگی جت دارد. بازه 18-23 آذرماه درحکم بازه‌ حضور بندال گذرای امگا بر فراز آسیای میانه شناسایی شده است و با حضور مقادیر منفی (مثبت) SFIدر ابتدای (انتهای) بازه، نشان از پیشرفت تدریجی بندال در این بازه دارد. از  سوی دیگر می­توان بندال را به واژگونی گرادیان نصف‌النهاری  روی PVU2 ارتباط داد. بر پایۀ این امر به موازات تحلیل شاخص SFI، به محاسبه شاخص  برای آشکارسازی و تعیین بندال برمبنای توزیع -PV پرداخته شده است. مثبت بودن شاخص  در یک طول جغرافیایی به معنای رخداد واژگونی گرادیان نصف­النهاری دمای پتانسیلی در آن طول جغرافیایی است. با تحلیل نقشه­های دمای پتانسیلی روی سطح PVU2 و محاسبه شاخص  مشاهده شد که با توجه به مثبت شدن شاخص در میانه آذرماه، یک بندال آنی محلی روی داده است. اما با توجه به تعریف کلاسیک بندال و به علت کوتاهی دوره­ بندال شناسایی شده، نمی­توان آن را به‌طور قطع به منزله یک بندال پذیرفت. بازه 20-25 آذرماه با مثبت شدن شاخص  و وجود بندالی گذرا با آنچه شاخص SFIمبنی بر دوشاخه‌شدگی شارش در بازه 18-23 آذرماه بر فراز آسیای میانه نشان می‌دهد، سازگاری دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of the split jet and Rossby-wave breaking indices to study the critical air pollution episodes in Tehran during Nov. and Dec. 2010

نویسندگان [English]

  • Mozhdeh Hafezi
  • Mozhgan Rezaeimanesh
  • Alireza Mohebalhojeh
  • Abbas Ali Ali Akbari Bidokhti
  • Mohammad Ali Nasr Esfahani
چکیده [English]

With regard to the adverse effects of air pollution in Tehran on its residents, it has become vital to investigate the meteorological factors that determine conditions favorable for the establishment of critical air-pollution episodes. Among these factors, the large-scale dynamical processes acting in the upper troposphere are particularly important, as they can provide a means of predicting the critical episodes using the medium-range weather forecasts. As a step in exploring such factors, this study focused on some aspects of the large-scale upper-tropospheric flow believed to have a significant impact on low-level flow. The upper-tropospheric jet stream with its possible split and the Rossby-wave breaking as a way of detecting and measuring blocking strength were examined using various diagnostics including the distribution of potential temperature  on the 2 PVU (a potential vorticity unit is equal to ) surface corresponding to the position of the dynamical tropopause. The analysis was carried out for a prolonged, acute episode of air pollution in Tehran.
    For quantification, the previously introduced Split Flow Index (SFI) and the Rossby-wave breaking index, referred to as  for brevity were employed to identify the jet split and blocking formation, respectively. The Global Forecast System (GFS) data consisting of geopotential height, temperature and horizontal velocity components were used for the three-month period of 1 Nov 2010 to 31 Jan 2011. The geopotential height at 500 hPa, and the wind speed, relative vorticity and streamfunction fields at 300 hPa were analyzed to determine the synoptic structure associated with the intense air-pollution in Tehran from 22 Nov to 22 Dec 2010 (the month of Azar 1389 in Iranian calendar). The synoptic structure indicates persistent blockings in the Northern Atlantic, and the formation of deep troughs in the southern Europe together with strong ridges in their downstream sides. The high values of the geopotential height field, the negative relative vorticity and low wind speed in the middle and upper troposphere were the dominant features over Iran.
    To compute the SFI, three regions had to be involved: the subtropical jet (STJ), the polar front jet (PFJ) and the gap between these two (GAP). The SFI was computed by subtracting the mean relative vorticity of GAP from the sum of mean relative vorticities of the STJ and PFJ regions. The sign and magnitude of the SFI were criteria for the occurrence and strength of a split jet. The results for the SFI were generally sensitive to the longitudinal and temporal interval used in computation of the SFI. By considering broader and longer longitudinal and temporal intervals, respectively, more accurate values for the SFI index could be obtained. With regard to the latter sensitivities, it was shown that within the positive values of SFI in the large part of Nov. and Dec. 2010 representing non-split flow, there was the period 9 to 14 Dec. 2010 during which the formation of a transient blocking over central Asia led to negative (positive) values of SFI at the beginning (end) of this period.The blocking formation was associated with the reversal of the meridional gradient of  on the 2 PVU surface. For this reason, the  index was used as a dynamical tool to detect and identify a blocking based on the distribution of  on potential vorticity surfaces. Results showed positive values of  over Iran for a few days in the middle of Azar (early Dec. 2010), indicting the the presence of a transient blocking. There was also a second case of positive values of  from 11 to 16 Dec., which closely followed the negative values of the SFI (split-flow regime) from 9 to 14 Dec. over central Asia.

کلیدواژه‌ها [English]

  • jet stream
  • blocking
  • jet split
  • Rossby-wave breaking
  • 2 PVU surface
  • reversal of meridional gradient of potential temperature