مدل‌سازی توزیع مکانی بارش‌های رعد و برقی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و برآورد آب قابل بارش، موردمطالعه: شهرهای استان اردبیل

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار اقلیم‌شناسی، عضو هیات علمی دانشگاه محقق اردبیلی

2 دانشگاه محقق اردبیلی

3 دانش آموخته، کارشناسی ارشد، رشته اقلیم شناسی

چکیده

بارش‌های رعد و برقی نوعی از رگبارهای غیر پایدار هستند که با یک حالت غیرعادی فوق‌العاده قوی، از جابه‌جایی اتمسفر ایجاد می­شوند و از پدیده‌های مهم آب و هوایی در شمال غرب کشور محسوب می‌شوند. هدف از این پژوهش بررسی توزیع مکانی بارش‌های رعد و برقی استان اردبیل با استفاده از تصاویر ماهواره‌ی و برآورد آب قابل بارش است. در این تحقیق از داده‌های ایستگاه‌های سینوپتیک، تصاویر ماهواره­ای و هم­چنین برای برآورد آب قابل بارش از باندهای 17 و 18 سنجیده مودیس استفاده شد.ه است تصاویر بارش‌های رعد و برقی روزهای 10/5/2010 و 18/6/2012 در نرم‌افزار ENVI4.4 پردازش و سپس در محیط ArcGIS درون‌یابی گردید. هم­چنین نتایج درون­یابی داده‌های زمینی نیز نشان داد که بیش­ترین بارش‌های رعد و برقی در ایستگاه خلخال، کم­ترین آن در ایستگاه مشکین­شهر رخ می­دهد و بارش‌های رعد و برقی استان در فصل بهار و اوایل تابستان اتفاق می‌افتد. نتایج حاصل از تحلیل داده­های زمینی و تصاویر ماهواره حاکی از این واقعیت است که بارش‌های رعد و برقی مستخرج از تصاویر ماهواره­ای به‌مراتب دقیق‌تر از داده‌های حاصل از طریق برداشت­های زمینی است و نیز می­توان نقشه‌های بارش‌های رعد و برقی را با سرعت و دقت، استخراج و درروند پیش‌بینی­های مخاطرات جوی و برنامه­ریزی بهینه منابع آب در استان اردبیل به کار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Spatial Distribution Modeling of Lightning Precipitation Using Satellite Images and Estimation of Perceptible Water, Case Study:Cities of Ardebil Province

نویسندگان [English]

  • Behroz Sobhani 1
  • vahid safarian zengir 2
  • Rabab dyhm 3
1 Associate Professor Climatology, University of Mohaghegh Ardabili
3 Graduate, climatology
چکیده [English]

 
Thunderstorms rainfalls are a kind of unstable storms that are caused by an extremely strong abnormal state of atmospheric displacement and are one of the most important climatic phenomena in the northwest of the country.The aim of this study was to determine the spatial distribution of thunderstorms rainfalls in Ardabil province by using satellite images and Estimation of perceptible water. In this study, synoptic stations data, satellite imagery and MODIS bands 17 and 18 for Estimation of perceptible water were used. Images of thunderstorms rainfalls on 05.10.2010 and 18.06.2012 in ENVI4.4 software was processed and then they were interpolated in ArcGIS. Also, the results of interpolated field data revealed that the highest thunderstorms rainfalls are at Khalkhal station and lowest occurs in Meshkinshar station. In addition, thunderstorms rainfalls in the province in the spring and early summer lightning occurs. The results of the analysis of ground data and satellite imagery indicated this fact that the thunderstorms rainfalls derived from satellite imagery is far more accurate than data that obtained from the harvest of the earth. Also, maps of thunderstorms rainfalls can be extracted quickly and accurately, as well as using in the prediction of atmospheric hazards and optimal water resources planning in Ardabil province.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spatial Distribution
  • Rainfall Thunderstorms
  • Satellite Images
  • Perceptible Water
  • Ardabil Province

مقدمه

بارش‌های سنگین یکی از بلایای طبیعی می‌باشد که باعث ایجاد خسارت­های هنگفتی می‌شود. شمال ‌شرق ایران در بعضی ‌اوقات تحت تأثیر بارش‌های شدید قرارگرفته می‌شود که درنهایت منجر به بروز سیل و در پی آن دچار خسارات مالی و حتی جانی می‌شود. بارش سنگین، بارشی است که کل بارش روزانه بیش­تر از ۱۵ میلی‌متر ثبت‌ شده باشد( احمدیان‌پور و همکاران، ۱:۱۳۸۹). بارش یکی از نامنظم‌ترین عناصر اقلیمی مناطق نیمه‌خشک محسوب می‌شود بخصوص  این‌که شرایط خاص وقوع آن و بالاخص بارش‌های سنگین که اغلب منجر به سیل می‌شود (گل‌کار و محمدی، ۳۴:۱۳۹۲).

 توفان­های تندری از مهم‌ترین، فراوان­ترین و شدیدترین مخاطره­های جوی هستند که هرساله علاوه بر نابود کردن مقدار زیادی از محصولات کشاورزی و تأسیسات عمرانی موجب تلفات انسانی می­شوند( احمدی و همکاران، 1394: 88). از میان ۴۵ بلایای طبیعی شناخته‌شده سیل ازجمله ویرانگرترین آن‌هاست که خسارت و تلفات جانی فراوانی به بار می‌آورد(مسعودیان و کارساز، ۱:۱۳۹۳). به‌طورکلی، بارش‌های سنگین ازجمله آثار و شواهد ناهنجارهای اقلیمی است که کره‌ی زمین را با بحران‌های مختلف ازجمله سیلاب‌های شدید، خسارت در بخش‌های مختلف حمل‌ونقل و مرگ‌های انسانی مواجه کرده است (خورشید دوست و همکاران، ۵۴:۱۳۹۵).

 

مبانی نظری

مطالعات متعددی در زمینه بارش‌های رعد و برقی صورت گرفته‌شده است که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود.

 کیا و همکاران (2005)، ساختار بارش رعدوبرق و تخلیه­های آذرخش در حاشیه شمال شرق کینگ­های ­فلات تبت مطالعه نمودند و نتیجه گرفتند که فعالیت آذرخش در بخش پایین و طوفان شدیدتر از بخش فوقانی است.

فنگ(2011)، شاخص آسیب‌رسانی طوفانی باد و تگرگ در استان شاندونگ چین را توسط رادار داپلر بررسی و چنین نتیجه گرفته است که سرعت باد در جلوی طوفان بیش­تر از عقب آن است.

رامش و همکاران( 2012)، تقابل خشکی-‌ دریا در فعالیت آذرخش در جنوب شرقی آسیا را با استفاده از ردیاب ناپایدار نوری بررسی کردند.

زپکا و همکاران( 2013)، نیز در پیش­بینی آذرخش در جنوب‌شرقی

 شرقی برزیل، از مدل WRF استفاده کردند و نتیجه گرفتند که مدل WRF بهترین مدل برای شناسایی آذرخش در مساحت بزرگ­تر است و مناسب­ترین روش برای پیش­بینی آذرخش است.

کاراجایندیس و همکاران (2016)، با استفاده داده ماهواره­ای راداری رعدوبرق منطقه مینلند یونان را بررسی و به این نتیجه رسیدند که بیش­ترین فراوانی وقوع رعدوبرق در محدوده ماه‌های می تا سپتامبر اتفاق می­افتد.

 نسترو (2013)، تحلیل حداکثر فرین بارش با استفاده از تصاویر ماهواره در غرب مدیترانه را بررسی و به این نتیجه رسیده است که پراکندگی مکانی عامل ایجاد بارش‌های فرین در منطقه می‌باشد.

 سن­روی(2014)، در تحقیقی فعالیت طوفان­های رعد و برقی و برقی را در جنوب آفریقا و تابستان در استرالیا می‌توان مشاهده می‌کرد.

ساینگ و همکاران (2013)، تغییر نوع بارش در اثر فعالیت‌های تابش خورشیدی و تأثیر ارتفاع به بارش  رعد و برقی را در جنوب شرقی آسیا مطالعه کردند.

 کولی آر و همکاران (2013)، با استفاده از تصاویر ماهواره­ای نواحی که مناسب برای رعد و برقی و برقی بودند را در امریکای جنوبی مطالعه و به این نتیجه رسیدند که عامل توپوگرافی نقش مؤثر در ایجاد رعدوبرق دارد.

گوپالاکریشن ‌و ‌همکاران‌(2011)، مشخصات الکتریکی رعدوبرق‌ها را در بخش شرقی هند بررسی و به این نتیجه رسیدند که بیش­ترین رعدوبرق­­ها در این ناحیه دارای ساختار بار دوقطبی مثبت هستند.

پتروا و همکاران‌(2012)، فعالیت آذرخش فصل تابستان را در مدیترانه در طی تابستان سال 2005 و 2006 موردبررسی قراردادند و نتیجه گرفتند که رعدوبرق در نواحی قاره­­ای و ساحلی در ساعت­های بعدازظهر در نواحی دریایی در ساعت­های صبح اتفاق می­افتد.

شارما و همکاران‌(2010)، فعالیت­های آذرخش دو موقعیت جغرافیایی گرمسیر مثل سریلانکا و سودان را  بررسی کردند و نتیجه گرفتند که فعالیت‌های آذرخش برای هر موقعیت منحصر به‌فرد می‌باشند.

وی یو و همکاران (2014)، بهره­برداری از رادارهای باند پهن Ku برای مشاهده هرچه بهتر مناطق  رعد و برقی؛ یوشیکاوا و همکاران‌(2012)، بررسی ویژگی­های انتشار محدود رعدوبرق؛ یوشیدا و همکاران‌(2012)، بررسی ویژگی­های رعدوبرق در شمال چین و برآورد تخلیه انرژی آن، لو و همکاران‌(2013)، لیو و همکاران‌(2013) مطالعه ویژگی رعدوبرق در طول فصل موسمی، بررسی نقش ذرات معلق در ایجاد رعدوبرق در منطقه مدیترانه، مک‌لا و همکاران‌(2014) و پرواستاکیس‌(2016) از جمله تحقیقاتی می‌باشند که در مورد بارش‌های رعد و برقی و برقی انجام شدند.

 

مطلب فائد(1386)، نیز با استفاده از تصاویر ماهواره­ای مدل‌سازی بارش‌های رعد و برقی شمال غرب ایران انجام داده است.

جلالی و جهانی (1387)، پراکنش مکانی بارش‌های تندری شمال‌غرب ایران را با استفاده از توزیع گاما در مقیاس سالانه و فصلی موردبررسی قرار دادند و بر اساس مطالعه آن‌ها از غرب به شرق و از جنوب‌غرب به شمال‌شرق منطقه موردمطالعه از میزان فعالیت سامانه­های تندری کاسته می­شود.

 فرهادی و همکاران (1393)، صعود رطوبت از دریای سرخ و دریای مدیترانه را عامل بارش زاگرس جنوبی در تابستان می­دانند و این موضوع را بیان می‌کنند که ویژگی‌های توپوگرافی و جغرافیایی، میزان بارش را در برخی مناطق افزایش و در بعضی مناطق کاهش می‌دهند.

ساری صراف و همکاران (1388)، تغییرات بارندگی نسبت به ارتفاع و تعیین روابط منطقه‌ای گرادیان بارندگی به‌منظور برآورد میزان بارش به‌صورت نقطه­ای در مناطق فاقد ایستگاه اهمیت دارد (جهان‌بخش و همکاران، 1390) و مهم‌ترین علل وقوع بارش‌های رگباری در جنوب ارس را ناپایداری­های محلی در فصل گرم و ورود جبهه سرد در فصل سرد تشخیص دادند (خوشحال و قویدل، 1386). ایرانپور و همکاران‌(1394)، بر اساس مطالعه‌ای که انجام دادند، این نتیجه را گرفتند که در ایستگاه نوژه همدان به‌صورت همدید توفان تندری به همراه بارش رگباری رخ می­دهد.

دیهم‌(1393)، اقلیم داده‌های بارش‌های رعد و برقی را با استفاده از تصاویر ماهواره­ای بررسی و به این نتیجه رسید که بارش‌های رعد و برقی و برقی با الگوی فشار در سطح زمین و سطح بالای جو در ارتباط هستند و بارش‌های رعد و برقی در استان اردبیل علی­رغم ایجاد بارندگی از مخاطرات جوی محسوب می­شود. با توجه به بررسی پیشینه پژوهش، در این تحقیق تلاش گردید برای رسیدن به اهداف پژوهش از داده­های ایستگاه‌های سینوپتیک و تصویر ماهواره استفاده کند.

 

روش تحقیق

الف. ‌بارش: بارش‌های رعد و برقی و برقی استان از سال 1995 تا 2012 از ایستگاه­های سینوپتیک استان تهیه گردید و کدهای مربوط به بارش‌های رعد و برقی در جدول 1، نشان داده‌شده است.

 

 


جدول 1. جزئیات کدهای هوای مربوط به وقوع بارش‌های رعد و برقی

کد

شرح

کد

شرح

13

زمانی که برق دیده‌شده ولی صدای رعد به گوش نرسد

96

رعدوبرق ملایم یا متوسط توأم با تگرگ، درزمان دیدبانی

17

رعدوبرق بدون بارندگی در ساعات دیدبانی

97

رعدوبرق شدید توأم با باران یا برف و یا مخلوط برف و باران

93

برف یا مخلوط برف و باران و یا تگرگ ملایم توأم با رعدوبرق در ساعت گذشته زمان دیدبانی

98

رعدوبرق توأم با گردوخاک یا طوفان شن در هنگام دیدبانی

94

برف یا مخلوط برف و باران و یا تگرگ متوسط و یا شدید توأم با رعدوبرق در ساعت گذشته زمان دیدبانی

99

رعدوبرق شدید توأم با تگرگ درزمان دیدبانی

95

رعدوبرق ملایم یا متوسط با باران یا برف و یا مخلوط برف و باران در وقت دیدبانی بدون تگرگ

 

 

ب. محاسبه آب قابل بارش: توسط سنجنده MODIS مربوط به‌روزهای بارش  رعد و برقی از سایت [1]ladsweb دانلود شد.

ج. درون‌یابی داده‌ها: به‌وسیله نرم­افزار ArcGIS برای نشان دادن چگونگی توزیع بارش‌های رعد و برقی در سطح استان اردبیل از روش(IDW) استفاده‌شده است.

د. نرم­افزار : ENVI4.4 از این نرم­افزار جهت پردازش و آماده‌سازی تصاویر مودیس استفاده ‌شده است. با استفاده از باندهای 17

 

 

باندهای 17 و 18 سنجنده مودیس جهت استخراج آب قابل بارش از فرمول رابطه 1 استفاده شد:

 

 

((0.02)-(alog10(b1)/0.65))*2

 

رابطه 1. استخراج آب قابل بارش

 

 

 

 


محدوده موردمطالعه

 

استان اردبیل در شمال‌غرب ایران حدود 17953 کیلومترمربع مساحت دارد. موقعیت آن در عرض جغرافیایی 37 درجه و 45 دقیقه تا 39 درجه و 42 دقیقه شمالی و در طول جغرافیایی 47 درجه و 3 دقیقه تا 48 درجه و 55 دقیقه شرقی قرار دارد. از شمال با جمهوری آذربایجان و از شرق با استان گیلان و از جنوب با استان زنجان و از غرب با استان آذربایجان شرقی همسایه است (شکل1).این استان در فصل­های سرد سال تحت تأثیر توده‌هوای مهاجر از شمال، شمال غرب و غرب قرارمی گیرد. در فصل تابستان نیز گاهی سیستم‌های کم‌فشار باران­زایی نیز تأثیر گذاشته و بارندگی­های تابستانه را در این مناطق باعث می­گردد بخش‌هایی از استان تحت تأثیر اقلیم خزری قرار داشته و دریای خزر در شرق استان بر شرایط دمایی و رطوبتی آن اثر می‌کند و موجب تعدیل آب‌وهوا در آن مناطق می‌شود. با عنایت به  این‌که استان از دو‌بخش کوهستانی‌سرد و جلگه‌های معتدل تشکیل‌شده و به‌تبع عوامل طبیعی و جغرافیایی، دارای تنوعات اقلیمی قابل‌توجه است. ویژگی سردی که ناشی از تأثیر توده‌های هوای سرد شمالی، ارتفاع و عرض‌ جغرافیائی است، صفت مشترک اقلیم­های گوناگون استان گردیده و حتی در پست‌ترین نقاط استان که دارای اقلیم معتدل هست به­طور متوسط در حدود 60 روز از سال دارای شرایط یخبندان بوده و سردی هوا برتمامی استان و کلیه اقلیم­ها کم‌وبیش تأثیر می‌گذارد(جدول 2).

 

 

جدول 2.مختصات جغرافیایی ایستگاه‌های سینوپتیک

 

 

ردیف

 

 

ایستگاه‌ها

مختصاتجغرافیایی

 

 

ارتفاع(m)

طول

عرض

ثانیه

دقیقه

درجه

ثانیه

دقیقه

درجه

1

اردبیل

02

17

48

51

15

38

1365

2

پارس‌آباد

18

55

47

08

39

39

75

3

خلخال

59

30

48

08

38

37

1796

4

مشکین‌شهر

25

40

47

00

23

38

1568

                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل1.موقعیت ایستگاه‌های هواشناسی استان اردبیل

 

یافته­ها

درون­یابی بارش‌های رعد و برقی

عنصر بارش یکی از عناصر پیچیده و حیاتی اتمسفر زمین است و تغییرات زمانی و مکانی آن ویژگی­های محیطی هر ناحیه جغرافیایی را کنترل می­کند‌( لیو و همکاران، 2013). در این تحقیق با استفاده از داده­های بارش ایستگاه‌های استان، مقادیر بارش فصلی تهیه گردید‌(اشکال2 تا 5). نتایج حاصل از تحلیل مقادیر بارش ایستگاه‌ها بیانگر آن است که بارش شدید رعد و برقی در استان اردبیل، در نیمه فصل بهار و اوایل تابستان رخ‌داده است و اردیبهشت از ماه‌های پر بارش در استان اردبیل است که همراه با سیستم­های فعال و پر بارش می­باشد. فراوانی بارش‌های رعد و برقی بهاره استان اردبیل در شکل (2- الف) نشان داده‌ شده است که بیش‌ترین فراوانی بارش‌های رعد و برقی در ایستگاه خلخال و پارس­آباد پارس­آباد ارس­آباد و کم­ترین بارش‌های رعد و برقی در ایستگاه

پارس­آباد و کم­ترین بارش‌های رعد و برقی در ایستگاه مشکین‌شهر اتفاق افتاده است. در شکل (2- ب) فراوانی بارش‌های رعد و برقی تابستانه در استان اردبیل نشان می­دهد که بیش‌ترین فراوانی بارش‌های رعد و برقی در ایستگاه‌های خلخال و اردبیل و کم­ترین بارش‌های رعد و برقی در ایستگاه پارس­آباد رخ‌داده است.

شکل (2- پ) فراوانی بارش‌های رعد و برقی پاییزه استان اردبیل را نشان می­دهد که بیش‌ترین فراوانی پاییزه بارش‌های رعد و برقی در ایستگاه خلخال و اردبیل و کم­ترین بارش‌های رعد و برقی در ایستگاه پارس­آباد و مشکین­شهر رخ‌داده است.

شکل (2- ت) فراوانی بارش‌های رعد و برقی زمستانه استان اردبیل را نشان می­دهد که بیش­ترین فراوانی بارش‌های رعد و برقی در ایستگاه خلخال و کم­ترین بارش‌های رعد و برقی در ایستگاه اردبیل، پارس­آباد و مشکین­شهر اتفاق افتاده است.

 

 

 

شکل (الف) بارش‌های رعد و برقی در فصل بهار

 

 

 

 

 
   

 


 

شکل (ب) بارش‌های رعد و برقی در فصل تابستان

 

شکل (پ) بارش‌های رعد و برقی در فصل پاییز

 

 

شکل (ت) بارش‌های رعد و برقی در فصل زمستان

شکل 2.درون­یابی بارش‌های رعد و برقی و برقی در چهار فصل استان اردبیل

 


برآورد آب قابل بارش

برای برآورد آب قابل بارش از تصویر سنجنده مودیس، ابتدا تصاویر ماهواره آکوا، سنجنده مودیس و سطح یک از سایت مربوط دانلود گردید. در بازه زمانی 1995 تا 2012 تنها دو روز وجود داشت که بارش‌های رعد و برقی در همه ایستگاه‌ها مشترک بود انتخاب شد.تصاویر مربوط به‌روزهای 10/5/2010 و روز 18/6/2012 اخذ شد و برای پردازش وارد نرم­افزار ENVI شد (شکل­های 3-‌ الف- ب).

مرحله اول. فراخوانی نرم‌افزار و load کردن تصاویر موردنظر و ژئورفرنس کردن تصاویر در نرم‌افزار ENVI.

 

 

 

 

 

 

 

مرحله دوم. محاسبه فرمول مربوطه در Band Math، برای محاسبه Transparency باند جذبی (17 و 18) بر باند عبوری (باند 2) تقسیم گردید. تصاویر خروجی حاصل از مرحله دوم (تصاویر خروجی از باند 17 و 18) در (شکل­های 3- پ- ت) نشان داده شد.

مرحله سوم. محاسبه بخارآب بر اساس رابطه (1) انجام شد و (شکل­های 3- ث - ج) حاصل گردید.

 

 

 

 

شکل(الف) تصاویرسنجنده MODIS سال 18/6/2012

 
   

 


 

شکل(ب) تصاویرسنجنده MODIS سال 10/5/2010

 

 

 

 

 

شکل(پ) تصاویرسنجنده MODIS سال 18/6/2012

 

شکل(ت)تصاویرسنجنده MODIS سال 10/5/2010

 

 

شکل(ث) تصاویرسنجنده MODIS سال 18/6/2012

 

شکل(ج) تصاویرسنجنده MODIS سال 10/5/2010

شکل 3. شکل­های استفاده‌شده در نرم­افزار ENVI برای برآورد آب قابل بارش و خروجی حاصل از آن

 

 

 

 

 

بعد از پردازش تصاویر ماهواره­ای در نرم­افزار ENVI، برای استحصال آب قابل بارش تصاویر به محیط نرم­افزار ArcGIS منتقل شد و با استفاده از تابع Spatial Analysts نقاط دارای بارش استخراج شد.

تصاویر درون­یابی شده از سنجنده مودیس

در مرحله بعدی، باهدف نمایش تغییرات مکانی بارش‌های رعد و برقی اطلاعات ثبت‌شده توسط سنجنده مودیس برای روزهای 10/5/2010 و روز 18/6/2012 اخذ و مورد پردازش قرار گرفت و این تصاویر ماهواره‌ای در محیط نرم­افزار ArcGIS درون­یابی و در محدوده استان اردبیل شبیه­سازی شدند.

هدف از انتخاب این دو روز این است که معلوم شود آیا داده‌های ماهواره­ای با داده‌های زمینی مطابقت دارد؟ شکل 4-الف، توزیع بارشی رعد و برقی ثبت‌شده در روز 10 ماه می سال 2010 در ساعت 9 به‌وقت گرینویچ را نشان می­دهد و این مدل نشان­دهنده استقرار یک مرکز بارش شدید در ایستگاه پارس­آباد و خلخال است و چند هسته بارش با مقادیر کم در ایستگاه اردبیل و مشکین­شهر می­باشد.

بیش­ترین بارش در این ساعت در ایستگاه پارس­آباد و خلخال اتفاق افتاده است که 3 میلی‌متر می‌باشد. شکل 4- ب، توزیع بارشی رعد و برقی ثبت‌شده در روز 18 ماه ژوئن سال 2012 در ساعت 45 :9 به‌ وقت گرینویچ را نشان می‌دهد و این مدل نشان‌دهنده استقرار یک مرکز بارش شدید در ایستگاه پارس­آباد و مشکین­شهر و اردبیل است و هسته­های بارش با مقادیر کم در ایستگاه خلخال می­باشد.

بیش­ترین بارش در این ساعت در ایستگاه پارس‌آباد اتفاق افتاده که 6 میلی­متر است و در همین راستا، اشاره به این نکته لازم است که این تصاویر در یک ساعت مشخص از سنجنده گرفته‌شده است و چه‌بسا در ساعت­های دیگر مقدار بارش‌ها در ایستگاه‌ها متفاوت می­باشد.

 

 

 

 

 

شکل (الف) توزیع بارش  رعد و برقی روز 10/5/2010

 

 

شکل (ب) توزیع بارش  رعد و برقی روز 18/6/2012

 

شکل 4. تصاویر درون­یابی شده از سنجنده مودیس


بحث و نتیجه­گیری

عنصر بارش، یکی از عناصر پیچیده و حیاتی اتمسفر زمین است و تغییرات زمانی و مکانی آن ویژگی­های محیطی هر ناحیه جغرافیایی را کنترل می­کند. ازاین‌رو، بسیاری از اقلیم شناسان بارندگی را مهم‌ترین پدیده جوی و بارش‌های حاصل را اصلی‌ترین عنصر اقلیمی تلقی می­کنند، چراکه فرایند بارش با سامانه­های سینوپتیک جوی، تبادلات انرژی بین سطح زمین و هوا و اقیانوس مرتبط است (رسولی، 1390).

برآورد مقدار بارش، در کشورهای در حال ‌توسعه، به‌ دلیل کاربردهای فراوان در برنامه­ریزی­های کشاورزی، صنعت و خدمات بسیار مهم است. این مسئله در کشور ما که فاقد شبکه منظم و متراکم ثبت بارش به‌خصوص در مناطق مرتفع است نیز اهمیت بیش­تری پیدا می­کنند (مجرد و مرادی فر، 1382).

استان اردبیل ازجمله مناطقی است که به دلیل وقوع توفان‌های شدید، علاوه بر نابود کردن مقدار زیادی از محصولات کشاورزی

 

ممکن است سبب تلفات انسانی نیز شوند. بنابراین، شناخت سازوکار تشکیل، توسعه و پیش­بینی رخداد توفان تندری و پدیده‌های ناشی از آن مانند تگرگ، بارش سنگین و سیل­آسا، صاعقه و باد شدید، می‌توانند کمک فراوانی را در جهت کاهش خسارت این توفان فراهم کنند.

هدف این پژوهش، مدل­سازی تغییرات مکانی بارش‌های ناشی از وقوع رعدوبرق از طریق تجزیه‌وتحلیل مشاهدات ایستگاه­های سینوپتیک و سنجنده مودیس می­باشد که نتایج آن به شرح زیر است:

 

1. بارش‌های رعد و برقی در اواخر بهار و اوایل تابستان، از شدت زیادی برخوردار است که رسولی (1384: 25) توزیع زمانی بارش‌های رعد و برقی را در محدوده شهر تبریز مورد بررسی قرارداد و احتمال وقوع این نوع بارش‌ها را در فصول بهار و تابستان به اثبات رساند؛

2. بیش­تر بارش‌های رعد و برقی در استان اردبیل در ایستگاه خلخال و کم­ترین بارش‌ها به ایستگاه مشکین‌شهر تعلق دارد؛

3. داده‌های حاصل از تصاویر مودیس با داده‌های ایستگاه‌های سینوپتیک زمینی تطابق دارد؛

4. داده‌های سنجنده­ مودیس به‌منظور بررسی پارامترهای هیدرولوژی ازجمله بارش‌های رعد و برقی بسیار مناسب می­باشد، از آن جهت که دارا بودن قدرت تفکیک مناسب (زمانی، طیفی، رادیو متریک و مکانی) بر مزیت این نوع داده‌ها افزوده است. هم‌چنین، در مطالعات دیگر، برآورد آب قابل بارش و استخراج نقشه‌های بارش تصاویر حاصله از سنجنده مودیس مورد پردازش قرار می‌گیرد. ازجمله این مطالعات می‌توان به مطالعه مناطق رعد و برقی با استفاده از تصاویر مادون ‌قرمز ماهواره و متئورست (Athanasios et al, 2016: 57-69)، مطالعه مناطق رعدوبرقی و علل آن در شبه‌جزیره هند و چین(Devendra et al, برقی و (Athanasios et al, 2016: 57-69)، مطالعه مناطق رعدوبرقی و علل آن در شبه‌جزیره هند و چین(Devendra et al,  2015: 1058-1103) و بررسی مناطق  رعد و برقی در آسیا (  Tomoo et al, 20158: 89-102 )اشاره کرد. در این تحقیق، به‌منظور تهیه نقشه‌های بارش‌های رعد و برقی با توجه به تعداد و محدوده طیفی باند­های این سنجنده از باند 17 و 18 این سنجنده به منظور برآورد آب قابل بارش حاصل از بارش‌های رعد و برقی استفاده شده است؛

5. نتایج نهائی نشان می­دهد که بارش‌های رعد و برقی مستخرج از تصاویر ماهواره­ای به‌مراتب دقیق­تر از داده‌های حاصل از طریق برداشت­های زمینی می­باشد و نیز می‌توان نقشه‌های بارش‌های رعد و برقی را با سرعت و دقت استخراج و در روند برنامه­ریزی و مدیریت بهینه منابع آب در استان اردبیل با اطمینان به کار گرفت.

 




  1. 1.  http//: ladsweb.nascom.gove
منابع

1. ایرانپور، فخرالدین، یزدان پناه، حجت­الله، حنفی، علی (1394)، تحلیل ترمودینامیکی توفان تندری در ایستگاه­های هواشناسی استان همدان، جغرافیا و مخاطرات محیطی، 13: 131-115.

2. احمدی، محمود، قویدل، رحیمی، جا نثاری، محدثه (1394)، تحلیل زمانی- مکانی سالانه توفان­های تندری استان تهران، فصل‌نامه جغرافیای طبیعی، شماره 28: 100-87.

3. احمدیان پور، محسن، علیجانی، بهلول، صادقی، علیرضا (1389)، شناسایی الگوهای همدیدی بارش‌های شدید شمال شرق ایران، مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، 1: 16-1.

4. جلالی، ارو، جهانی، محمود (1387)، بررسی پراکنش مکانی بارش‌های تندری شمال غرب ایران، مجله فضایی جغرافیایی، شماره ­ 23: 58-35.

5. جهان‌بخش‌اصل، سعید، رضایی­ بنفشه، مجید، پژوه، یعقوب (1390)، نقش توپوگرافی در برآورد گرادیان بارندگی طبقات ارتفاعی مناطق کوهستانی، مطالعه موردی دامنه شمالی البرز مرکزی، فصل­نامه علوم و فنون منابع طبیعی، 2: 25-15.

6. خوشحال دستجردی، جواد، قویدل، یوسف (1386)، شناسایی ویژگی­های سوانح محیطی منطقه شمال غرب ایران (نمونه مطالعاتی: خطر توفان­های تندری)، فصل­نامه مدرس علوم انسانی، شماره 53: 115-111.

7. خورشیددوست، علی‌محمد، رسولی، علی‌اکبر، سلاجقه، علی، نساجی زواره، مجتبی (1395)، ارزیابی همگنی سری‌های زمانی دمای بیشینه و کمینه سالانه و فصلی (مطالعه موردی ناحیه خزر)، مجلات تخصصی نور، شماره 57: 149-133.

  1.  دیهم، رباب (1393)، مدل­سازی توزیع مکانی بارش‌های رعدوبرق با استفاده از تصاویر ماهواره­ای در استان اردبیل، پایان‌نامه کارشناسی ارشد آب و هواشناسی گرایش ماهواره­ای. راهنمای بهروز سبحانی، دانشگاه محقق اردبیلی.
  2.   رسولی، علی­اکبر (1384)، مدل­سازی بارش‌های رعد و برقی محدوده شهر تبریز از دیدگاه ریسک وقوع سیلاب، کنفرانس بین‌المللی بلایای طبیعی، 7-5 مهر، دانشگاه تبریز. 119-125.
  3. رسولی، علی­اکبر، نصیری، سحر، ولی زاده، کامران (1390)، مدل­سازی توزیع مکانی بارش‌های رعد و برقی و برقی در مناطق کوهستانی شمال غرب سال­های 2010 تا 2012، پژوهش­های جغرافیای طبیعی، شماره 40: 417-407.
  4. ساری­صراف، بهروز، رجایی، عبدالحمید، مصری، پری‌چهر (1388)، بررسی رابطه بین بارش و توپوگرافی در دامنه شرقی و غربی منطقه کوهستانی طالش،  نشریه جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، شماره 35: 63-84.
  5. گل­کار، محمد، محمدی، حسین (1392)، بارش‌های شدید خراسان جنوبی، فصل­نامه جغرافیایی سرزمین، 37: 54-33.
  6. فرهادی، نصرت، گندم‌کار، امیر، عساکره، حسین، منظر، مجید (1393)، تحلیل شرایط جوی توأم با بارش‌های تابستانه در زاگرس جنوبی مطالعه موردی: بارش 12-6 سپتامبر 2008،  فصل­نامه تحقیقات جغرافیایی، شماره 4: 228-215.
  7. مطلب­فائد، رضا (1386)، مدل­سازی توزیع مکانی بارش‌های رعد و برقی و برقی با استفاده از تصاویر ماهواره­ای در محدوده شمال غرب کشور، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، به راهنمایی علی‌اکبر رسولی، گروه جغرافیایی طبیعی. دانشگاه تبریز.
  8. مجرد، فیروز، مرادی فر، حاجی‌مراد (1382)، مدل‌سازی رابطه بارش با ارتفاع در منطقه زاگرس، سپهر، شماره 2: 20-1.
  9. مسعودیان، ابوالفضل، کارساز، سکینه (1392)، تحلیل همدیدی الگوهای ضخامت بارش‌های سنگین ناحیه زاگرس جنوبی، جغرافیا و توسعه، شماره 37: 28-15.
 

 

  1. Athanasios, K. Konstantinos, L. Vassiliki, K. (2016), The use of lightning data and Meteosat infrared imagery for the nowcasting of lightning activity. Atmospheric Research. 168: 57–69.
  2. Collier, A.B., Urgesser, R.E.B., vila, E.E.A. (2013), Suitable regions for assessing long term trends in lightning activity. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 92: 100–104.
  3. Devendraa Siingh, P. S. Buchunde, H. (2015), Lightning and convective rain over Indian peninsula and Indo-China peninsula. Advances in Space Research 55 : 1085 - 1103
  4. Feng, G. Hu, X. (2011), Analysis of Lightning Characteristics in a Thunderstorm with Gust. Earth and Planetary Science 2: 205 – 211.
  5. Gopalakrishnan, V. Pawar, S D. Murugavel, P. Johare, K. (2011), Electrical characteristics of thunderstorms in the Eastern part of India. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 411: 1786-1882.
  6. Karagiannidis, A. Lagouvardos, K. Kotroni, V. (2016), The use of lightning data and Meteosat infrared imagery for the nowcasting of lightning activity. Atmospheric Research 168: 57–69.
  7. Liu, D. Qie, X. Pan, L. Peng, L. (2013), Some characteristics of lightning activity and radiation source distribution in a squall line over north China. Atmosphere Reserch 133: 423–433.
  8. Lü, F. Zhu, B. Zhou, H. Rakov, V.A. Xu, W. Qin, Z. (2013), Observations of compact intracloud lightning discharges in the northernmost region of China. Journal Geophysic Reserch Atmospher 118, 4458–4465.
  9. Makela, A. Shrestha, R. Karki, R. (2014), Thunderstorm characteristics in Nepal during the pre-monsoon season 2012. Atmospher Reserch. 137: 91–99
  10. 1Nastos, P.T. Kapsomenakis, J. Douvis, K.C. (2013), Analysis of precipitation extremes based on satellite and high-resolution gridded data set over Mediterranean basin. Atmospheric Research 131, 46–59.
  11. Petrova, S. Mitzeva, R. Kotroni, V. (2012), Summer-time lightning activity and its relation with precipitation: Diurnal variation over maritime, coastal and continental areas. Atmospheric Research152, 2-9.
  12. ProestakisS. Kazadzis, K Lagouvardos, V. Kotroni.A. (2016), Lightning activity and aerosols in the Mediterranean region.  Atmospheric Research 170: 66–75.
  13. Qiea, X. Konga, X. Zhanga, G. Zhanga, T. Yuana, T. Zhoua Y. Zhanga,Y. Wanga, H. Sunb, A. (2005), The possible charge structure of thunderstorm and lightning discharges in northeastern verge of Qinghai–Tibetan Plateau. Atmospheric Research 76:231-246.
  14. Ramesh, Kuma, P. Kamra, A.K. (2012), Land–sea contrast in lightning activity over the sea and peninsular regions of South/Southeast Asia. Atmospheric Research 118: 52-67.
  15. Sen Roy, S.  Balling, Jr, R.C. (2014), Spatial patterns of diurnal lightning activity in southern Africa during austral summer. Atmospheric Research 145: 182–188.
  16. Sharma, S.R. Cooray, V. Fernando, M. (2010), Unique lightning activities pertinent to tropical and temperate thunderstorms. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 73: 483- 487.
  17. Siingh, D. Kumar, P.R. Kulkarni, M.N. Singh, R.P. Singh, A.K. (2013), Lightning, convective rain and solar activity  Over the South/Southeast Asia. Atmospheric Research 120:  99-111.
  18. Tomoo, U. Ting, W. Satoru, Y. (2015), Review of recent progress in lightning and thunderstorm detection techniques in Asia. Atmospheric Research 154: 89 - 102.
  19. Wu, T. Yoshida, S. Ushio, T. Kawasaki, Z. Takayanagi, Y. Wang, D. (2014), Large bipolar lightning discharge events in winter thunderstorms in Japan. Journal Geophysic Atmospher Ocean Technology 29:1757–1768.
  20. Yoshida, S. Akita, M. Morimoto, T. Ushio, T. Kawasaki, Z. I. (2012), Propagation characteristics of lightning stepped leaders developing in charge regions and descending out of charge regions. Atmospher Reserch 106: 86–92.
  21. Yoshikawa, E. Ushio, T. Kawasaki, Z. I. Chandrasekar, V. (2012), Dual-directional radar observation for performance evaluation of the Ku-band broadband radar network. Journal Reserch Atmosphere 119: 555–566.
  22. Zepka, G.S. Pinto, Jr, G.S. Saraiva, A.C.V. (2013), Lightning forecasting in southeastern Brazil using the WRF model. Atmospheric Research 515: 2-19.