بررسی منشأ و نحوه گسترش مکانی غلظت های بالای گردوغبار و تحلیل همدیدی آن در حوزه گاوخونی

سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی

مقاله 3، دوره 11، شماره 4 - شماره پیاپی 41، دی 1399، صفحه 47-64   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/girs.2020.676474

نویسندگان

زهرا سعیدی فر^{* 1}؛ محمد خسروشاهی²؛ آزاده گوهردوست³؛ زهره ابراهیمی خوسفی⁴؛ سکینه لطفی نسب اصل⁵؛ فاطمه درگاهیان⁵

¹دکتری بیابان‌زدایی، گروه تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگل ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

²دانشیار گروه تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگل ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی ، تهران، ایران

³کارشناس ارشد آبخیزداری، گروه تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگل ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

⁴استادیار گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران

⁵استادیار پژوهشی، گروه تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگل ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

چکیده

پیشینه و هدف در سال‌های اخیر، بحران ناشی از ورود گرد وغبارها در مناطق جنوب شرقی کشور یکی از ملموس‌ترین حوادث طبیعی-انسانی مؤثر بر زندگی روزمره شهروندان و همچنین اقتصاد این منطقه بوده است. افزایش دسترسی به منابع مختلف پردازش داده، موجب گسترش مدل ­سازی گردوغبار در سطوح مختلف ازجمله سطوح محلی، منطقه‌ای و جهانی شده است و باعث درک سازوکار سیستم ­های پیچیده طبیعی می‌شود. مدل‌سازی پدیده گردوغبار، به شناسایی عوامل اصلی ایجاد آن در یک منطقه و میزان اهمیت هر عامل کمک بسزایی می‌کند. یکی از این مدل‌ها که برای تشخیص غلظت و شدت گردوغبار موجود در جو و نمایش محدوده دارای این پدیده و تعیین منشأ آن استفاده می‌شود مدل گردوغبار (NMMB/BSC) است. هدف این مقاله نیز شناسایی و پایش گردوغبار مؤثر و متأثر از حوزه تالاب گاوخونی از دو روش تفسیر بصری و رهگیری در تصاویر ماهواره‌ای با استفاده از مدل مذکور است. شناسایی مناطق مستعد وقوع پدیده گردوغبار با این مدل و بررسی همدیدی آن می‌تواند گامی در جهت مدیریت این پدیده در منطقه باشد.
مواد و روش­ ها جهت تعیین مناطق مستعد وقوع غلظت‌های بالای گردوغبار در منطقه ابتدا در دوره زمانی سال­ های 2014-2016 طوفان‌های فراگیر در منطقه به ‌صورت ماهانه براساس پارامتر عمق نوری ذرات معلق در هوا (AOD) تعیین گردید و سپس توسط پارامتر میدان دید حداقل و تداوم وقایع گردوغبار حاصل از اطلاعات ایستگاه­ های سینوپتیک سازمان هواشناسی، روزهای با کمترین میدان دید و بیشترین تداوم در بازه ماه­ های تعیین‌شده (ماه ­های با بیشترین غلظت AOD) انتخاب گردید عمق نوری ذرات معلق در هوا با استفاده از حسگر مودیس و الگوریتم دیپ بلو محاسبه گردید. به ‌منظور تعیین شناسایی مناطق با بیشترین استعداد وقوع گردوغبار در حوزه آبخیز گاوخونی از مدل MMB/BSC-Dust استفاده گردید. با استفاده از این مدل مسیرهای انتقال غلظت‌های گردوغبار تا 72 ساعت بعد از وقوع به ‌صورت بازه‌های سه‌ ساعته رصد گردید. براین اساس درگام بعدی از بین 25 نقشه خروجی مدل برای هر مقطع زمانی، یک نقشه با بیشترین غلظت گردوغبار به وقوع پیوسته در حوزه مشخص گردید. سپس با نقشه‌های همدیدی و تصاویر طوفان‌های گردوغبار سنجنده مودیس حاصل از پایگاه وردویو (worldview) مقایسه گردید. تا ارتباط این پارامترها بر غلظت‌های بالای گردوغبار به وقوع پیوسته آزموده شود. در مطالعات همدیدی، هدف تبیین روابط کلیدی میان جو و محیط است. به‌منظور تعین الگوهای جوی حاکم بر حوزه در تاریخ‌های موردبررسی، محدوده جغرافیایی 20 تا 50 درجه شمالی و 40 تا 65 درجه شرقی برای دریافت داده‌های رقومی تعیین شد. در ادامه داده‌های ساعتی رقومی بادهای منطقه‌ای ترازهای مختلف جوی 100،500،700 و 850 هکتوپاسکال برای روزهای با بالاترین غلظت گردوغبار از مرکز ملی پیش‌بینی محیطی آمریکا/ مرکز ملی پژوهش ­های جوی (NCEP/NCAR) دریافت گردید و نقشه‌های به ‌دست‌آمده با هرکدام از الگوهای غلظت گردوغبار مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفت.
نتایج و بحث تصویر منتخب از بازه 72 ساعته در تاریخ 4/6/2014 نشان از متأثرشدن حوزه از مناطق جنوب غربی کشور و به‌خصوص کانون ­های گردوغبار خوزستان و عراق است که در طی حرکت به سمت مناطق مرکزی کشور به‌تدریج حوزه را متأثر می ­سازد. تصاویر سنجنده مودیس نیز وجود این توده گردوغبار برروی نواحی جنوب غربی کشور در این تاریخ و متأثر کردن حوزه را به اثبات رساند. تصویر متعلق به تاریخ 25/4/2015 وجود یک توده متراکم گردوغبار در نواحی جنوب غرب کشور و متأثر شدن حوزه گاوخونی از این توده را به اثبات رساند. در این تاریخ بخش­ هایی از حوزه ازجمله بخش شرقی تالاب گاوخونی و مرکز حوزه خود چشمه کوچک تولید گردوغبار بوده ­اند. واقعه گردوغبار رخ‌ داده در تاریخ 1/10/2016 نشان از متأثر شدن حوزه از چشمه­ های گردوغبار در کویر مرکزی دارد به‌طوری‌که با حرکت توده‌های متراکم گردوغبار از سمت کویر مرکزی و کویر سیاه شاهد تحت تأثیر قرار گرفتن حوزه بوده‌ایم. و نواحی مرکزی حوزه خود به‌صورت چشمه گردوغبار عمل کرده و در تشدید غلظت گردوغبار نقش داشت. به‌منظور بررسی میزان انطباق غلظت ­های گردوغبار با وضعیت بادهای منطقه از میان 25 تصویر در بازه 72 ساعت یک تصویر با بیشترین غلظت گردوغبار در منطقه انتخاب گردید و با وضعیت بادهای منطقه در فشارهای مختلف 100، 500، 700 و 850 پاسکال موردبررسی قرار گرفت. همان‌طوری که در تحلیل همدیدی گردوغبار مشاهده گردید به دلیل قرارگیری یک‌کم فشار در مرکز ایران با توجه به چرخش سیکلونی (پادساعتگرد در نیمکره شمالی) در سمت شمالی و جنوبی به ترتیب باد شرقی و باد غربی تسلط یافته است. تسلط باد غربی با حرکت مداری در وقایع گردوغباری رخ‌داده حوزه در بیشتر تاریخ‌های شناسایی‌شده به اثبات رسیده است. در آخرین واقعه در سال 2016 شاهد گسترش یک مرکز پرفشار برروی کشور و تغییر این جریان و غالبیت باد شرقی در ترازهای بالایی جو بودیم. بررسی وضعیت بادهای رخ‌داده در تاریخ 13/3/2014 در ساعت 0 تا 06 به‌وقت گرینویچ نشان‌دهنده تشکیل مراکز با سرعت‌های بالاتر از 12 متر بر ثانیه در محدوده شکل‌گیری کانون‌های گردوغبار است. جهت وزش بادها از غرب به شرق است و گردوغبار عبوری از حوزه از نواحی غربی کشور ازجمله کانون‌های گردوغبار استان خوزستان و عراق منشأ گرفته است. در این واقعه شاهد حاکمیت مراکز کم‌فشار ناپایدار بر روی سطح حوزه بوده‌ایم که خود می‌تواند یکی از عوامل اساسی در تشدید پدیده گردوغبار بر روی سطح حوزه باشد. بررسی بادهای امگا (بادهای عمودی در سطح زمین) نشان از شکل­ گیری یک مرکز صعود هوا بر روی محدوده شکل‌گیری هسته پرسرعت باد و کانون‌های گردوغبار دارد. دومین واقعه موردبررسی در تاریخ 2/2/2015 در ساعت 3 به ‌وقت گرینویچ به وقوع پیوسته است. بررسی نقشه ­های جهت باد نشانگر شکل‌گیری مراکز با سرعت بالاتر از 25 متر بر ثانیه با جهت غرب به شرق بر روی سطح مناطق غربی کشور و حوزه گاوخونی بوده­ایم که این وضعیت باعث تشدید تولید گردوغبار در کانون ­های حساس منطقه ازجمله خوزستان و حرکت آن به سمت حوزه گاوخونی و متأثر کردن حوزه است. بررسی وضعیت باد تا ترازهای بالایی جو نیز نشان از ثابت بودن رژیم باد در عین افزایش سرعت آن در تمامی ترازهای جو داشت. بررسی نقشه‌های بادهای امگا (بادهای عمودی در سطح زمین) و فشار سطح دریا نشان از شکل‌گیری یک مرکز صعود هوا (کم‌فشار) و ناپایدار بر روی منطقه درنتیجه کمک به تشدید وضعیت گردوغبار منطقه دارد. بررسی واقعه گردوغبار رخ‌داده در تاریخ 1/10/2016 در ساعت 18 به‌وقت گرینویچ نشان از شکل‌گیری هسته‌های با سرعت‌بالای باد بالاتر از 17 متر بر ثانیه در مناطق شرقی کشور داشت که در تراز 850 هکتو پاسکال دارای جهت شرقی-غربی است شکل‌گیری این هسته‌های پرسرعت و وزش بادها از سمت شرق به حوزه سبب متأثر شدن حوزه گاوخونی از گردوغبار تولیدشده از کویر مرکزی و کویر سیاه شده است. بادهای عمودی نیز نشان‌دهنده تقابل جریان صعودی و نزولی در یک راستا و حرکت از سمت پرفشار (شرق) به سمت کم‌فشار (غرب) و شکل‌گیری جریان شرقی- غربی دارد.
نتیجه­ گیری نتایج این تحقیق نشان داد که منشأ وقوع گردوغبار در حوزه گاوخونی کانون‌های تولید گردوغبار خوزستان و عراق، کویر مرکزی و بخش‌های کوچکی از مرکز حوزه و اطراف تالاب گاوخونی است. علاوه بر این بررسی همدیدی مناطق مستعد گردوغبار نشان داد که در تاریخ‌های وقوع گردوغبار مناطق کم­فشار و هسته‌های با سرعت‌های بالای باد (غالباً با سرعت‌بالای 12 متر بر ثانیه) در ترازهای مختلف جو بر روی منطقه تشکیل‌شده است که با جهت بادها و به حرکت درآمدن توده‌های متراکم گردوغبار به سمت حوزه و درنتیجه وقوع طوفان گردوغبار همراه است.

کلیدواژه‌ها

غلظت گردوغبار؛ مدل گردوغبارNMMB / BSC-Dust؛ جهت باد؛ عمق نوری ذرات معلق در هوا

مراجع

Baddock MC, Bullard JE, Bryant RG. 2009. Dust source identification using MODIS: A comparison of techniques applied to the Lake Eyre Basin, Australia. Remote Sensing of Environment, 113(7): 1511-1528. doi:https://doi.org/10.1016/j.rse.2009.03.002.

Engelstadler S. 2001. Dust storm frequencies and their relationships to land surface conditions. Freidrich-Schiller University Press, Jena, Germany 340 p.

Gillette DA, Herrick JE, Herbert GA. 2006. Wind Characteristics of Mesquite Streets in the Northern Chihuahuan Desert, New Mexico, USA. Environmental Fluid Mechanics, 6(3): 241-275. doi:10.1007/s10652-005-6022-7.

Groll M, Opp C, Aslanov I. 2013. Spatial and temporal distribution of the dust deposition in Central Asia – results from a long term monitoring program. Aeolian Research, 9: 49-62. doi:https://doi.org/10.1016/j.aeolia.2012.08.002.

Haustein K, Pérez C, Baldasano J, Jorba O, Basart S, Miller R, Janjic Z, Black T, Nickovic S, Todd M. 2011. Atmospheric dust modeling from meso to global scales with the online NMMB/BSC-Dust model--Part 2: Experimental campaigns in Northern Africa. Atmospheric Chemistry & Physics Discussions, 11(11): 30273-30331.

Ishizuka M, Mikami M, Yamada Y, Zeng F, Gao W. 2005. An observational study of soil moisture effects on wind erosion at a gobi site in the Taklimakan Desert. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 110(D18). doi:https://doi.org/10.1029/2004JD004709.

Karegar E, Bodagh Jamali J, Ranjbar Saadat Abadi A, Moeenoddini M, Goshtasb H. 2017. Simulation and Numerical Analysis of severe dust storms Iran East. Journal of Spatial Analysis Environmental Hazarts, 3(4): 101-119. (In Persian). doi:https://doi.org/10.18869/acadpub.jsaeh.3.4.101.

Mahmood Abadi M, Rajabpour H. 2017. Study on the effect of initial soil moisture content on wind erosion rate using a laboratory wind tunnel. Journal of Water and Soil Conservation, 24(2): 167-183. (In Persian). doi:https://doi.org/10.22069/JWFST.2017.10419.2485.

Mahowald NM, Baker AR, Bergametti G, Brooks N, Duce RA, Jickells TD, Kubilay N, Prospero JM, Tegen I. 2005. Atmospheric global dust cycle and iron inputs to the ocean. Global biogeochemical cycles, 19(4). doi:https://doi.org/10.1029/2004GB002402.

Rashki A, Arjmand M, Kaskaoutis DG. 2017. Assessment of dust activity and dust-plume pathways over Jazmurian Basin, southeast Iran. Aeolian Research, 24: 145-160. doi:https://doi.org/10.1016/j.aeolia.2017.01.002.

Rashki A, Kaskaoutis DG, Goudie AS, Kahn RA. 2013. Dryness of ephemeral lakes and consequences for dust activity: The case of the Hamoun drainage basin, southeastern Iran. Science of The Total Environment, 463-464: 552-564. doi:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.06.045.

Remer LA, Kaufman YJ, Tanré D, Mattoo S, Chu DA, Martins JV, Li R-R, Ichoku C, Levy RC, Kleidman RG, Eck TF, Vermote E, Holben BN. 2005. The MODIS Aerosol Algorithm, Products, and Validation. Journal of the Atmospheric Sciences, 62(4): 947-973. doi:https://doi.org/10.1175/JAS3385.1.

Remer LA, Kleidman RG, Levy RC, Kaufman YJ, Tanré D, Mattoo S, Martins JV, Ichoku C, Koren I, Yu H. 2008. Global aerosol climatology from the MODIS satellite sensors. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 113(D14). doi:https://doi.org/10.1029/2007JD009661.

Remer LA, Tanré D, Kaufman YJ, Levy R, Mattoo S. 2006. Algorithm for remote sensing of tropospheric aerosol from MODIS: Collection 005. National Aeronautics and Space Administration, 1490.

Tanré D, Kaufman Y, Herman M, Mattoo S. 1997. Remote sensing of aerosol properties over oceans using the MODIS/EOS spectral radiances. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 102(D14): 16971-16988. doi:https://doi.org/10.1029/96JD03437.

Tegen I. 2006. Effects of atmospheric dust. Encyclopedia of Quaternary Science Elsevier, Netherlands. doi:https://doi.org/10.1016/B0-444-52747-8/00029-6.

Wang S, Wang J, Zhou Z, Shang K. 2005. Regional characteristics of three kinds of dust storm events in China. Atmospheric Environment, 39(3): 509-520. doi:https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2004.09.033.

Wang YS, Wang YM, Lin HH, Tang TI. 2003. Determinants of user acceptance of Internet banking: an empirical study. International Journal of Service Industry Management, 14(5): 501-519. doi:https://doi.org/10.1108/09564230310500192.

World Meteorological Organization W. 1995. Manual on Codes, Suppl. 6(VIII.2007), WMO, Geneva, Switzerland, 175 p.

Xuan J, Sokolik IN, Hao J, Guo F, Mao H, Yang G. 2004. Identification and characterization of sources of atmospheric mineral dust in East Asia. Atmospheric Environment, 38(36): 6239-6252. doi:https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2004.06.042.

Zazuli  FM, Vafaeinejad Khairkhah A, Zarkash M, Ahmadi Dehka F. 2015. Source routing of dust haze phenomenon in the west and southwest of Iran and its synoptic analysis by using remote sensing and GIS. Journal of RS and GIS for Natural Resources (Journal of Applied RS & GIS Techniques in Natural Resource Science), 5(4): 61-78. (In Persian).

Zolfaghari H, Abedzadeh H. 2005. Synoptic Analysis of Dust Systems in Western Iran. Journal of Geography and Development, 6: 173-178. (In Persian).