مجله ژئوفیزیک ایران

مجله ژئوفیزیک ایران

تحلیل دینامیکی انتشار و همگرایی امواج راسبی و تغییرات جت استریم در دوره‌های خشک فراگیر زمستانه ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی‌

نویسندگان
1 استاد، گروه پیش‌آگاهی مخاطرات جوی، پژوهشکده هواشناسی، پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، تهران، ایران
2 دکتری هواشناسی، گروه پیش‌آگاهی مخاطرات جوی، پژوهشکده هواشناسی، پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، تهران
3 استاد، گروه پژوهشی هواشناسی ترابری پژوهشکده هواشناسی، پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، تهران، ایران
10.30499/ijg.2026.574873.1753
چکیده
در این پژوهش، سازوکارهای دینامیکی مؤثر بر شکل‌گیری و تداوم دوره‌های خشک فراگیر زمستانه در ایران با تمرکز بر انتشار امواج راسبی و تغییرات میدان جت استریم در لایه‌های فوقانی وردسپهر بررسی شده است. بدین منظور، از داده‌های بارش ماهانه 179 ایستگاه همدیدکشور استفاده و شاخص نمره استاندارد  (Z-score) برای ماه‌های دسامبر، ژانویه و فوریه طی دوره آماری 1995 تا 2024 محاسبه شد. بر اساس میانگین فضایی این شاخص، برای هر ماه چهار دوره خشک فراگیر شدید شناسایی شد. برای دوره‌های منتخب، الگوی شار فعالیت موج راسبی، مسیرهای انتقال و نواحی همگرایی انرژی موج، و همچنین میدان جت استریم در تراز 250 هکتوپاسکال و بی‌هنجاری آن نسبت به شرایط اقلیمی مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که در تمامی دوره‌های خشک، فعالیت امواج راسبی در نواحی بالادست، به‌ویژه بر روی اقیانوس اطلس و مدیترانه، تقویت شده است، اما بخش عمده انرژی موج در عرض‌های جغرافیایی بالاتر همگرا شده و انتقال انرژی موج مؤثری به سمت غرب آسیا و ایران صورت نگرفته است.
در نتیجه، امواج راسبی ورودی به ایران یا با دامنه ضعیف همراه بوده‌اند یا به‌دلیل فقدان همگرایی مؤثر شار فعالیت موج، پیش از نفوذ به منطقه تضعیف شده‌اند. تحلیل میدان جت قطبی نیز حاکی از چرخش ساعتگردی، جابه‌جایی جت قطبی روی اقیانوس اطلس به عرض‌های بالاتر و تقویت هم‌زمان جت جنب‌حاره‌ای شمال آفریقا و گسترش آن بر فراز ایران است. این آرایش جوی با کاهش نوسانات نصف‌النهاری، تضعیف صعود دینامیکی و تقویت شرایط پایدار در ترازهای فوقانی، از نفوذ سامانه‌های بارشی عرض‌های میانی جلوگیری کرده و زمینه‌ساز تداوم خشکسالی‌های زمستانه فراگیر در ایران شده است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Dynamical analysis of rossby wave propagation, convergence, and jet stream variability during widespread winter dry periods in Iran

نویسندگان English

Abbas Ranjbar SaadatAbadi 1
Faranak Bahrami 2
Ebrahim Fatahi 3
1 Professor, Atmospheric Hazard Early Warning Group, Research Institute of Meteorology and Atmospheric Science (RIMAS), Tehran, Iran
2 Ph.D. in Meteorology, Atmospheric Hazard Early Warning Group, Research Institute of Meteorology and Atmospheric Science (RIMAS), Tehran, Iran
3 Professor, Transportation Meteorology Research Group, Research Institute of Meteorology and Atmospheric Science(RIMAS), Tehran, Iran
چکیده English

Understanding the dynamical mechanisms responsible for widespread winter droughts in Iran is essential for improving seasonal precipitation predictability and supporting effective drought risk management. Located downstream of the North Atlantic–Mediterranean wave corridor, Iran’s winter precipitation is highly sensitive to variations in Rossby wave propagation and upper-tropospheric jet stream dynamics. This study investigates how disruptions in Rossby wave energy transmission and changes in jet stream configuration contribute to the onset and persistence of widespread winter dry conditions across Iran.
    Rossby wave pathways, energy convergence, and intensity were examined using the wave activity flux (WAF) formulation of Takaya and Nakamura (2001). The spatial structure, intensity, and latitudinal displacement of the 250-hPa jet stream were analyzed to assess its role in modulating wave–mean flow interaction and large-scale vertical motion. The analysis focuses on December, January, and February.
    Observed monthly precipitation data from 179 stations across Iran were used to identify extreme dry conditions. For each winter month, four representative dry episodes were selected based on standardized precipitation Z-scores, enabling consistent comparison of Rossby wave behavior and circulation patterns. WAF analysis reveals that during all selected dry periods, downstream Rossby wave energy transfer from the North Atlantic and Mediterranean toward Iran was substantially disrupted. Two dominant mechanisms were identified. First, Rossby wave packets weakened and dissipated along their eastward path, reducing amplitude and dynamical influence before reaching West Asia. Second, over Iran, WAF vectors were weak, incoherent, and non-convergent, indicating insufficient wave energy accumulation to induce upper-level divergence, ascent, and persistent precipitation.
    In several cases, despite strong cyclonic activity and an intensified Rossby wave train over the North Atlantic, much of the energy converged over northern and western Europe. This diverted the main energy pathway poleward, positioning Iran downstream in a dynamically unfavorable “wave passage” regime rather than in active entrance or exit regions. An exception occurred in February 2016 when the eastern Mediterranean briefly acted as a secondary wave source; however, the dominant energy was directed south toward the northern Red Sea, leaving Iran decoupled from effective wave forcing.
Analysis of the 250-hPa jet stream shows a common pattern: a poleward displacement of the polar jet over the Atlantic–Europe and strengthening with meridional expansion of the subtropical jet over the Middle East and Iran. This configuration suppresses meridional variability, weakens Rossby wave amplification, limits constructive wave–mean flow interaction, reinforces upper-level stability, reduces vertical motion, and favors persistent winter droughts.
     Overall, widespread winter droughts in Iran primarily reflect a misalignment with Rossby wave energy pathways and jet stream structures. Combined WAF and jet stream analysis provides a physically consistent framework for diagnosing and anticipating winter droughts, supporting improved seasonal forecasts and climate risk management in water-limited regions.

کلیدواژه‌ها English

Rossby waves
jet stream
winter dry periods
Rossby wave activity flux
اسعدی، ع.، احمدی گیوی، ف.، قادر، س. و محب الحجه، ع. (1390). بررسی دینامیک مسیر توفان مدیترانه از دیدگاه شار فعالیت موج راسبی، مجله ژئوفیزیک ایران، 5(4)، 31-45.
بهرامی، ف.، رنجبر سعادت‌آبادی، ع.، مشکوتی، ا.ح و کمالی، غ.ع. (۱۳۹۷). مطالعه توفان‌های اقیانوس اطلس و دریای مدیترانه بر مبنای شار فعالیت موج راسبی در دوره‌های خشک و تر بهاره در ایران. هواشناسی و علوم جو, 1(1), 112.
رضائیان، م.، محب الحجه ع.، احمدی گیوی، ف و نصر اصفهانی، م.ع.، .1392 تحلیل آماری-دینامیکی رابطه بین مسیر توفان مدیترانه و نوسان اطلس شمالی بر مبنای فرایافت فعالیت موج، مجله فیزیک زمین و فضا، دوره ،40 شماره ،2 ،1393 ص .139-152.
Asaadi, A., Ahmadi-Givi, F., Ghader, S., & Moheb-Al-Hojjeh, A. (2011). Dynamics of the Mediterranean storm track from the prespective of Rossby wave activity flux. Iranian Journal of Geophysics,5(4), 31-45. (in persian).
Bahrami, F., Ranjbar Saadatabadi, A., Meshkooti, A. H., & Kamali, G. A. (2018). A study of North Atlantic and Mediterranean storms based on Rossby wave activity flux during wet and dry spring periods in Iran. Meteorology and Atmospheric Sciences, 1(1), 1–12. (in Persian)
Rezaeian, M., Moheb-Al-Hojjeh, A., Ahmadi-Givi, F., & Nasr-Esfahani, M. A. (2013). Statistical–dynamical analysis of the relationship between Mediterranean storm track and the North Atlantic Oscillation based on wave activity approach. Journal of Earth and Space Physics, 40(2), 139–152. (in Persian)
Bahrami, F., Ranjbar Saadatabadi, A., Meskhatee, A. H., & Kamali, G. A. (2020). The impact of ENSO phase transition on the atmospheric circulation, precipitation and temperature in the Middle East autumn. Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences, 56(3), 439–453.
Bahrami, F., Ranjbar Saadatabadi, A., Krakauer, N. Y., Mesbahzadeh, T., & Soleimani Sardoo, F. (2021). Synoptic–dynamic patterns affecting Iran’s autumn precipitation during ENSO phase transitions. Climate, 9(7), 106.
Chang, E. K. M., & Orlanski, I. (1994). On energy flux and group velocity of waves in baroclinic flows. Journal of the Atmospheric Sciences, 51(16), 3823–3828.
Danielson, R. E., Gyakum, J. R., & Straub, D. N. (2006). Downstream baroclinic development: A case study of diagnoses of eddy energy and wave activity. Part II: Over the North Pacific Ocean. Monthly Weather Review, 134(5), 1549–1567.
Esler, J. G., & Haynes, P. H. (1999). Baroclinic wave breaking and internal variability of the tropospheric circulation. Journal of the Atmospheric Sciences, 56(24), 4014–4031.
Huang, C. Y. S., & Nakamura, N. (2017). Implications for the Northern Hemisphere wintertime wave activity budgets over the Atlantic and Pacific: Local storm tracks. Geophysical Research Letters, 44(11), 5673–5682.
Hurrell, J. W. (1995). Decadal trends in the North Atlantic Oscillation: Regional temperatures and precipitation. Science, 269(5224), 676–679.
Hurrell, J. W., & van Loon, H. (1997). Decadal variations in climate associated with the North Atlantic Oscillation. Climatic Change, 36(3–4), 301–326.
Martyn, D. (1992). Climates of the world (1–435). PWN/Elsevier.
Nasr-Esfahany, M. A., Ahmadi-Givi, F., & Mohebalhojeh, A. R. (2011). An energetic view of the relation between the Mediterranean storm track and the North Atlantic Oscillation. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 137(658), 749–756.
Orlanski, I., & Katzfey, J. J. (1991). The life cycle of a cyclone waves in the Southern Hemisphere. Journal of the Atmospheric Sciences, 48(16), 1972–1998.
Orlanski, I., & Sheldon, J. (1993). A case of downstream baroclinic development over western North America. Monthly Weather Review, 121(9), 2929–2950.
Plumb, R. A. (1986). Three‐dimensional propagation of transient quasi‐geostrophic eddies and its relationship with the eddy forcing of the time–mean flow. Journal of the Atmospheric Sciences, 43(16), 1657–1673.
 
Rodwell, M. J., Rowell, D. P., & Folland, C. K. (1999). Oceanic forcing of the North Atlantic Oscillation and European climate. Nature, 398(6725), 320–323.
Takaya, K., & Nakamura, H. (2001). A formulation of a phase-independent wave-activity flux for stationary and migratory quasigeostrophic eddies on a zonally varying basic flow. Journal of the Atmospheric Sciences, 58(5), 608–627.
Vanneste, J., & Shepherd, T. G. (1998). The group-velocity property for conservation laws. Journal of the Atmospheric Sciences, 55(7), 1063–1068.