بررسی اثرهای نوسان اطلس شمالی بر شرایط هواشناختی کیفیت هوای شهر تهران در دوره 2006 تا 2017

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

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

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

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

چکیده

در مقاله حاضر، اثرهای احتمالی نوسان اطلس شمالی (NAO) بر کیفیت هوای شهر تهران بررسی شده است. به این منظور، ابتدا با استفاده از شاخص روزانه NAO و شاخص کیفیت هوای مربوط به دوره‌های با هوای آلوده و سالم از سال 2007 تا 2016، تأخیر زمانی تأثیر این دورپیوند در هر دوره به‌دست آمده است. سپس برای بررسی موردی شرایط همدیدی و دینامیکی، داده‌های روزانه ERA-interim مربوط به ECMWF در بازه زمانی 1979 تا 2017 به‌کار رفته است.
    بررسی ارتباط بین شاخص روزانه NAO و شاخص کیفیت هوای شهر تهران با محاسبه ضریب همبستگی بیانگر آن است که در دوره‌های هوای آلوده، به‌طور نسبی فاز مثبت NAO و در دوره‌های هوای سالم فاز منفی غالب است. نتایج بررسی‌های موردی در شرایطی که بیشترین همبستگی بین شاخص کیفیت هوای تهران و شاخص روزانه NAO وجود دارد، نشان می‌دهد در مواردی که فاز NAO مثبت است، با انحراف جریان‌های جوی به سمت شمال اروپا، فرارفت هوای گرم و مرطوب به این منطقه رخ می‌دهد، حال آنکه خاورمیانه شرایط سرد و خشک همراه با حرکت‌های نزولی دارد که می‌تواند باعث وارونگی دما و انباشت آلاینده‌ها در این منطقه شود. از سوی دیگر، زمانی که فاز NAO منفی است، مداری و قوی‌تر شدن جریان‌ها که با انتقال رطوبت و دمای کمتر از اقیانوس اطلس به سمت شرق همراه است، به بهبود کیفیت هوا کمک می‌کند.
    از دیگر نتایج پژوهش حاضر این است که مکان استقرار کم‌فشار ایسلند و پرفشار آزورز روی اقیانوس اطلس، جهت محور آنها و مشارکت با پدیده‌های دیگر به‌خصوص پرفشار سیبری، تأثیر مستقیم بر مسیر جریان‌های جوی، ایجاد پشته‌ها و ناوه‌ها و همچنین مکان قرارگیری جت‌های جنب‌حاره‌ای و جنب‌قطبی دارند و به‌صورت غیرمستقیم بر کیفیت هوا اثر می‌گذارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Impacts of NAO on the meteorological conditions of air quality in Tehran during 2006-2017

نویسندگان [English]

  • Elham Momenzadeh 1
  • Farhang Ahmadi-Givi 2
  • Samaneh Sabetghadam 3
1 M.Sc. Student, Space Physics Department, Institute of Geophysics, University of Tehran
2 Associate Professor, Space Physics Department, Institute of Geophysics, University of Tehran
3 Assistant Professor, Space Physics Department, Institute of Geophysics, University of Tehran
چکیده [English]

In this research, the possible effects of NAO, on Tehran air quality during 2007-2016 were investigated. First, the daily indices of air quality of Tehran in the autumn and winter seasons for the study period were applied to identify polluted and unpolluted periods. The 1th ,5th and 9th deciles of the air quality indices were chosen as the indicator for good, middle and bad air qualities. Based on these indices, five polluted and eight unpolluted periods were identified. Then, the daily indices of NAO and air quality of Tehran were used to calculate the Pearson correlation coefficients and discuss the relationships between air quality and the NAO indices. In this regard, we attempted to find out the optimum time lag for each case by examining different times that there was maximum correlation between air quality index and the NAO indices. For dynamical study, the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) (ERA- Interim) reanalysis data set including mean sea level pressure, wind, temperature, geopotential height, and specific humidity in a time period from 1979 to 2017 were used. The horizontal resolution of the initial data is 0.75°×0.75° in longitudinal and latitudinal directions prepared operationally every six hours at 60 levels.
     The statistical analysis of the NAO indices shows that in the polluted periods, the positive phase of NAO is dominant, while there is no significant statistical difference between the positive and negative phases of NAO in the unpolluted periods. In general, the unpolluted periods (five cases) are associated mostly with the negative phase of NAO. Because of this limitation, we decided to analyze the synoptic-dynamic situations of all cases using the anomaly maps of the quantities relative to their long means. Thus, it is possible to improve the reliability of the results concerning the the effects of NAO on air quality in Tehran.   
    Synoptic-dynamic analysis of the cases with the highest correlation between Tehran air quality index and NAO daily indices indicates that in the positive phase of NAO, there was advection of warm and humid air to the study area, while the Middle East region had a cold and dry conditions. On the other hand, when NAO was in the negative phase, advection of moist and colder air from the Atlantic Ocean toward the east occurred, thereby existing better air quality in the region. Besides, when polluted air period coincided with the negative phase of NAO, in contrast to the normal situation, the deviation of the Siberian high-pressure axis into the meridian and adhering to the Azores high-pressure created a barrier against the westerly winds causing their meridional deviations. In the unpolluted air periods associated with the positive phase of NAO, in contrast to the normal situation, the positioning of the Atlantic high-pressure at higher latitudes, with respect to the mean state, and joining with the Siberian high-pressure make them act as a barrier in the middle latitudes, thereby existing zonal winds in the study area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • North Atlantic oscillation
  • Air Quality Index
  • time lag
  • Correlation coefficient
  • Tehran Region
حافظی، م.، رضایی­منش، م.، محب­الحجه، ع. ر.، علی‌اکبری­بیدختی، ع. ع. و نصراصفهانی، م. ع.، 1394، کاربست شاخص­های دوشاخه­شدگی جت و شکست موج راسبی برای بررسی دوره آلودگی حاد تهران در آذرماه 1389: مجله ژئوفیزیک ایران، 1، 134-149.
علی­اکبری­بیدختی، ع. ع. و شرعی­پور، ز.، 1388، شرایط هواشناختی جو بالا و وضعیت حاد آلودگی هوا (مطالعه موردی: شهر تهران): مجله محیط­شناسی، 52، 1-14.
گزارش سالانه کیفیت هوای تهران در سال 1396 "QM97/02/01(U)/1"، اردیبهشت­ماه 1397.
 
Ahrens, C. D., 2013, Meteorology Today, 10th edition: Brooks/Cole, 642 pp.
Bacer, S., Christoudias, T., and Pozzer, A., 2016, Projection of North Atlantic Oscillation and its effect on tracer transport: Atmospheric Chemistry and Physics, 16, 15581–15592.
Comrie, A. C., and Yarnal, B., 1992, Relationships between synoptic-scale atmospheric circulation and ozone concentrations in metropolitan Pittsburgh, Pennsylvania: Atmospheric Environment, Part B Urban Atmosphere, 26, 301–312.
Hafezi, M., Mohebalhojeh, A., Aliakbari-Bidokhti, A., Irannejad, P., Sabetghadam, S., 2017, On the relation between the large-scale tropospheric circulation and air quality in Tehran: Journal of the Earth and Space Physics, 43(4), 83-95.
Holton, J. R., 2004, An Introduction to Dynamic Meteorology: Academic Press, 535 pp.
Hurrell, J. W., 1995, Decadal trends in the North Atlantic Oscillation: regional temperatures and precipitation: Science, 269, 676–678.
Hurrell, J. W., 1996, Influence of variations in extratropical wintertime teleconnections on Northern Hemisphere temperature: Geophysical Research Letters, 23, 665–668.
Jerez, S., Jimenez-Guerrero, P., Montávez, J. P., and Trigo, R. M., 2013, Impact of the North Atlantic Oscillation on European aerosol ground levels through local processes: a seasonal model-based assessment using fixed anthropogenic emissions: Atmospheric Chemistry and Physics, 13, 11195.
Jones, P. D., Jonsson, T., and Wheeler, D., 1997, Extension to the North Atlantic Oscillation using early instrumental pressure observations from Gibraltar and South-West Iceland: International Journal of Climatology, 17, 1433–1450.
Khokhlov, V. N., and Romanova, A. V., 2011, NAO-induced spatial variations of total ozone column over Europe at near-synoptic time scale: Atmospheric Environment, 45, 3360–3365.
Marshall, J., Johnson, H., and Goodman, J., 2001, A study of the interaction of the North Atlantic Oscillation with ocean circulation: Journal of Climate, 14, 1399–1421.
Ragsdale, K. M., Barrett, B. S., and Testino, A. P., 2013, Variability of particulate matter (PM10) in Santiago, Chile by phase of the Madden–Julian Oscillation (MJO): Atmospheric Environment, 81, 304–310.
Rogers, J. C., 1984, The association between the North Atlantic Oscillation and the Southern Oscillation in the northern hemisphere: Monthly Weather Review, 112, 1999–2015.
Slonosky, V. C., and Yiou, P., 2001, Secular changes in the North Atlantic Oscillation and its influence on 20th century warming: Geophysical Research Letters, 28, 807–810.