مطالعه بی‌هنجاری‌ دمای زمستان ایران با استفاده از داده‌های بازتحلیل NCEP/NCAR

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران

2 موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران

چکیده

در این پژوهش به بررسی تغییرپذیری زمانی و مکانی و بی‌هنجاری‌ دمای هوا در ارتفاع دو متر از سطح زمین در فصل زمستان‌ در سه مقیاس شامل کل ایران، شش منطقه مشخص شده بر اساس طول و عرض جغرافیایی و در مقیاس یاخته شبکه داده‌های بازتحلیل NCEP/NCAR به‌صورت میانگین ماهانه در سال‌های 1950 تا 2010 پرداخته شده است. نخست داده‌های بازتحلیل‌شده دما از نظر کیفیت، بررسی و سال‌های پیش از 1967 به‌دلیل کیفیت پایین از مطالعه حذف شد. بررسی‌ها نشان داد که تغییرات میانگین دمای زمستان ایران سنجه مناسبی برای بیان تغییرات بین‌سالانه میانگین زمستانی دمای مناطق مختلف است. از 44 سال مطالعه شده، بزرگ‌ترین بی‌هنجاری‌های مثبت دما در زمستان‌های 1970، 1979، 1999 و 2010 و بزرگ‌ترین بی‌هنجاری‌های منفی در زمستان‌های 1972، 1973، 1989 و 2008 رخ داده است. بررسی میانگین الگوی بی‌هنجاری میدان‌های ارتفاع ژئوپتانسیلی، دما و باد در زمستان‌های بی‌هنجار گرم و سرد در حوزه بین 10 تا 60 درجه شمالی و 10 درجه غربی تا 80 درجه شرقی نشان داد که مراکز بیشینه بی‌هنجاری این کمیت‌ها در سال‌های گرم و سرد ایران کاملاً عکس یکدیگرند. دو مرکز بیشینه بی‌هنجاری ارتفاع ژئوپتانسیلی در سال‌های بی‌هنجار سرد و گرم ایران، یکی در منطقه شمال‌غرب اروپا و دیگری در شمال‌شرق دریای کاسپین قرار دارند. بر اساس تفاوت بی‌هنجاری ارتفاع ژئوپتانسیلی تراز 250 هکتوپاسکال در این دو مرکز، شاخصی برای بیان بی‌هنجاری دمای زمستان در ایران معرفی شد. تحلیل همبستگی نشان داد که همبستگی مثبت معنی‌دار بین میانگین دمای زمستان ایران و هم‌چنین میانگین دمای زمستان مناطق مختلف کشور و شاخص معرفی شده وجود دارد. به‌دلیل شباهت الگوی دورپیوند به‌دست آمده در این پژوهش با دو دورپیوند EA/WR و NCP همبستگی بین شاخص‌های این دو دورپیوند و دمای زمستان ایران تحلیل شد. نتایج نشان‌دهنده توانایی بالاتر شاخص معرفی‌شده نسبت به دو شاخص دیگر برای بیان دمای زمستان ایران است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A study of winter temperature anomalies in Iran by using the NCEP/NCAR reanalysis dataset

نویسندگان [English]

  • Parviz Irannejad 1
  • Farhang Ahmadi-Givi 2
  • Nasim Nikouei 2
1 Institute of Geophysics, University of Tehran
2 Institute of Geophysics, University of Tehran
چکیده [English]

Air temperature is one of the principal climate variables with important direct and indirect socio-economic impacts. Among different factors affecting the climate variability of different regions, the low-frequency atmospheric phenomena have attracted the attention of climatologists because of their role in the fluctuations of the climate system in time scales on the order of years and decades. Since these phenomena affect the atmospheric conditions of regions far from their sources, they are called teleconnection patterns. Teleconnection patterns cause large-scale changes in the atmospheric circulation and affect air temperature, precipitation, storm tracks and the position and intensity of jet streams. Therefore, they are of great significance for determining regional climate anomalies.
In this study, anomalies in the mean winter surface (2 m level) temperature of Iran are investigated for the period 1950 to 2010. Winter of each year is defined as January and February of that year and December of the previous year. The study is conducted in three different scales, including Iran as the whole, six different regions of Iran separated according to three latitude and two longitude bands and the grid scale, using the monthly mean NCEP/NCAR reanalysis data. First, the reanalysis data of temperature were quality controlled, and years before 1967 were excluded from the study because of the poor quality of the data. Statistical analysis showed that there are significant positive correlations between the mean winter temperatures of different regions and between the mean winter temperature of each region and that averaged over Iran. The largest positive temperature anomalies in the 44 winters occurred in 1970, 1979, 1999 and 2010 and the largest negative anomalies occurred in the winters of 1972, 1973, 1989 and 2008.
Analysis of the mean winter geopotential height fields at different pressure levels in a domain covering 10–60 °N and 10°W –80 °E showed that there is a center of positive (negative) height anomaly over North-West Europe (North-East Atlantic) and a center of negative (positive) height anomaly over North-East Caspian Sea when the mean winter surface air temperature of Iran is anomalously low (high). The correlation coefficient is higher for upper atmospheric levels, and stays significant at 95% confidence level down to the 700 hPa level.  In this regard, a new teleconnection index is introduced in the paper, to study the mean winter temperature anomalies in Iran, calculated as the mean winter 250hPa geopotential height anomaly over 50–60°E, 40–50°N minus that over 0–10 °E, 45–55 °N. This resembles a teleconnection pattern which is similar to that of the East Atlantic/West Russia (EA/WR: Barnston and Livezey, 1987; Krichak et al., 2012) and the North Sea–Caspian Pattern (NCP; Kutil and Benaroch, 2002). The new index has a significant correlation with the EA/WR, and particularly with the NCP index. We found a significant positive correlation between the average winter temperature in different regions of Iran and the introduced index which was much higher than those between the mean winter temperature of Iran and both EA/WR and NCP teleconnection indices. Comparison between the temperature and geopotential height anomalies at different levels reveals that the middle troposphere temperature is anomalously high (low) in winters that geopotential height is positively (negatively) anomalous. Also, the wind field shows a positive (negative) anomaly over the Caspian Sea and a negative (positive) anomaly over Europe when the mean winter air temperature in Iran is higher (lower) than normal.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Iran
  • Europe
  • Caspian Sea
  • temperature anomaly
  • geopotential height anomaly
  • teleconnection
  • EA/WR
  • NCP
پرهیزکار، د. و احمدی گیوی، ف.، 1388، بررسی اثر انسو بر توزیع بارش سالانه ایران در دوره 2000-1971: مجله فیزیک زمین و فضا، 35(4)، 95-113.
حسین‌پور، ف.، محب الحجه، ع. ر. و احمدی گیوی، ف.، 1391، دینامیک مسیرهای توفان در زمستان 2007-2008 از دیدگاه انرژی: مجله فیزیک زمین و فضا، 38(4)، 175-187.
محمد‌آبادی‌کمرئی، آ.، 1390، بررسی بی‌هنجاری‌های آب‌و‌هوایی زمستان 1388 از دیدگاه دینامیک بزرگ‌مقیاس و مقایسه با زمستان 1386: پایان‌نامه کارشناسی ارشد، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران.
نصر‌اصفهانی، م. ع.، احمدی‌گیوی ف. و محب‌الحجه، ع. ر.، 1387، اثر نوسان اطلس شمالی (NAO) بر برخی کمیت‌های هواشناختی وردسپهر در خاورمیانه و جنوب‌غرب آسیا: مجله ژئوفیزیک ایران، 2(2)، 51-64.
Barnston, A. G., and Livezey, R. E., 1987, Classification, seasonality and persistence of low frequency atmospheric circulation patterns: Mon. Wea. Rev., 115, 1083–1126.
Beranova, R., and Huth, R., 2008, Time variations of the effects of circulation variability modes on European temperature and precipitation in winter: Int. J. Climatol., 28, 139–158.
Chang, E. K. M., and Fu, Y., 2002, Interdecadal variations in Northern Hemisphere winter storm track intensity: J. Climate, 15, 642–658.
Holton, J. R., 2004, An Introduction to Dynamic Meteorology: Elsevier Academic Press, 535 pp.
Hurrell, J. W., 1995, Decadal trends in the North Atlantic oscillation: Regional temperatures and precipitation: Science, 269, 676–679.
Hurrell, J. W., and Van Loon, H. V., 1997, Decadal variations in climate associated with the North Atlantic Oscillation: Climate Change, 36, 301–326.
Inoue, T., and Matsumoto, J., 2004, A comparison of summer sea level pressure over East Eurasia between NCEP–NCAR reanalysis and ERA-40 for the period 1960–99: J. Meteor. Soc. Japan, 82, 951–958.
Kinter, J. L., Fennessy, M. J., Krishnamurthy, V., and Marx, L., 2004, An evaluation of the apparent interdecadal shift in the tropical divergent circulation in the NCEP–NCAR reanalysis: J. Climate, 17, 349–361.
Krichak, S. O., Kishcha, P., and Alpert, P., 2002, Decadal trends of main Eurasian oscillations and the Mediterranean precipitation: Theor. Appl. Climatol., 72, 209–220.
Kutiel, H., and Benaroch, Y., 2002, North Sea-Caspian Pattern (NCP) — an upper level atmospheric teleconnection affecting the eastern Mediterranean: Identification and definition: Theor. Appl. Climatol., 71, 17–28.
Orlanski, I., 2005, A new look at the Pacific storm track variability: Sensitivity to tropical SSTs and to upstream seeding: J. Atmos. Sci., 62, 1367–1390.
Pohlmann, H., and Greatbatch, J. R., 2006, Discontinuities in the late 1960’s in different atmospheric data products: Geophys. Res. Lett., 33, L22803, DOI: 10.1029/2006GL027644.
Thompson, D. W. J., and Wallace, J. M., 1998, The Arctic Oscillation signature in the wintertime geopotential height and temperature fields: Geophys. Res. Lett., 25, 1297–1300.
Wallace, J. M., and Gutzler, D. S., 1981, Teleconnections in the geopotential height field during the northern hemisphere winter: Mon. Wea. Rev., 109, 784–812.
Wu, R. J., Kinter, L., Kirtman, B. P., 2005, Discrepancy of interdecadal changes in the Asian region among the NCEP–NCAR reanalysis, objective analyses, and observations: J. Climate, 18, 3048–3067.
Yang, S., Lau, K. M., and Kim, K. M., 2002, Variations of the East Asian jet stream and Asian–Pacific–American winter climate anomalies: J. Climate, 15, 306–325.
Zhang, Y. Q., and Held, I. M., 1999, A linear stochastic model of a GCM’s midlatitude storm tracks: J. Atmos. Sci., 56, 3416–3435.