Assessment of synoptic conditions of occurrence of flood-induced rainfall in Khalkhal city with a perimeter environmental approach during the time period 2016- 1987

مقدمه

بارش‌های سنگین ازجمله آثار و شواهد ناهنجارهای اقلیمی است که کره‌ زمین را با بحران‌های مختلف ازجمله سیلاب‌های شدید، خسارت در بخش‌های مختلف حمل‌ونقل و مرگ‌های انسانی مواجهه کرده است(خورشید دوست و همکاران، ۵۴:۱۳۹۵). یکی از بلایای طبیعی که باعث خسارت­های بیش‌تری می‌شود، بارش‌های سنگین می­باشد. شمال شرق ایران بعضی‌اوقات تحت تأثیر بارش‌های شدید قرارگرفته و درنهایت منجر به سیل و در پی آن بروز خسارات مالی و حتی جانی می‌شود. بارش سنگین، بارشی است که کل بارش روزانه بیش­تر از ۱۵ میلی‌متر ثبت‌شده باشد (حمدیان پور و همکاران، ۱:۱۳۸۹). بارش، یکی از نامنظم‌ترین عناصر اقلیمی مناطق نیمه‌خشک محسوب می‌شود بخصوص این­که شرایط خاص وقوع آن و بالأخص بارش‌های سنگین که اغلب منجر به سیل می‌شود (گل‌کار و محمدی، ۳۴:۱۳۹۲). با استفاده از سیستم‌های پخش سیلاب، سیلاب‌های فصلی در اراضی مستعد گسترش‌یافته و درنتیجه اثرات مختلفی را روی آب زیرزمینی، پوشش گیاهی و خاک این مناطق بر جای می‌گذارد (جوادی و همکاران، ۱۱۹:۱۳۹۳). به‌طورکلی، از میان ۴۵ بلایای طبیعی شناخته‌شده سیل ازجمله ویرانگرترین آن‌هاست که خسارت و تلفات جانی فراوان به بار می‌آورد (مسعودیان و همکاران، ۱:۱۳۹۳). با توجه به مطالعات مذکوری که انجام‌شده است در زمینه موضوع ارزیابی و بررسی شرایط سینوپتیکی وقوع بارش‌های منجر به سیلاب در سال­های مختلف، روش­های متنوعی استفاده‌شده است. در این پژوهش به بررسی روند بارش‌های شدید بهاره شهرستان خلخال پرداخته‌شده است که در معرض بارش‌های سنگین قرار دارد و خسارات و مشکلاتی را در پی دارد که ازجمله آن می‌توان به از بین رفتن مزارع کشاورزی و ویران شدن خانه‌ها در معرض سیل و سایر مخاطره‌های مربوطه اشاره کرد.

مبانی نظری

بارش‌های سنگین غالباً از پدیده‌های خسارت‌بار محیط می‌باشد که در بیش­تر مکان‌ها به‌ویژه در مناطق کم باران اتفاق می‌افتد. شناسایی شرایط و همدید به وجود آورنده این بارش‌ها می‌تواند در پیش‌بینی زمان وقوع جهت پیش‌آگاهی و آمادگی لازم کمک کند (رضایی بنفشه و همکاران، ۱۰۸:۱۳۹۵). ناپایداری‌های همدیدی شدید همراه با رطوبت فراوان نقش زیادی در رخداد سیلاب دارند و هم‌چنین، خشک‌سالی‌های شدید و طولانی در کنار سیلاب‌های مهیب در نواحی خشک و نیمه‌خشک تاکنون خسارت‌های  بارش‌هایی با شدت ملایم یا متوسط که در مدت‌زمان طولانی در یک منطقه ریزش می‌کنند، می‌توانند سبب تقویت مخازن آب زیرزمینی، آبیاری محصولات کشاورزی، تقویت پوشش گیاهی و دیگر اثرات مثبت در منطقه شوند اما بارش‌های شدیدی که در مدت‌زمانی کوتاه در یک منطقه رخ می‌دهد می‌تواند خبر وقوع سیلاب و ایجاد خسارت در آن منطقه را افزایش دهند (مسعودیان و همکاران، ۲۳:۱۳۹۶).

از تحقیقاتی که در این زمینه در ایران و سایر کشورهای جهان انجام‌گرفته است، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: فرجی و صادقی (۱۳۹۵)، به بررسی تحلیل آماری تغییرات زمانی و مکانی ماهانه بارش سنگین ایران پرداختند. بر اساس نتایج پژوهش، نتایج این تحلیل به همراه معنی‌داری آن در نرم‌افزار Surfer به‌صورت توزیع مکانی ترسیم و ارائه‌شده که بارش‌های سنگین کشور در سطح اطمینان ۹۵ درصد در طی ماه‌های دوره سرد از تغییرات قابل‌توجهی برخوردار است؛ به‌طوری‌که در تمامی ماه‌های سال به‌غیراز ماه‌های فصل تابستان در ارتفاعات زاگرس روند افزایشی معنی‌داری مشاهده‌شده است و هم‌چنین، مشخص‌شده است که در تمامی فصول به‌غیراز فصل‌های زمستان کرانه‌های ساحلی خزر روند کاهشی را تجربه کرده است. قویدل و حاتمی (۱۳۹۵)، به بررسی تحلیلی از اوضاع جوی بارش سنگین منجر به مخاطره سیل ۸ اسفند ۱۳۸۸ ایوان غرب پرداختند و به این نتیجه دست یافتند که نقشه‌های جریان رطوبتی ترازهای زیر ۵۰۰ هکتوپاسکال، ترازهای ۱۰۰۰ و ۸۵۰ هکتوپاسکال را انتقال داده است و رطوبت از مبادی دریای خزر، دریای مدیترانه و دریای سرخ انجام‌گرفته شده است. هم‌چنین، در غرب ایران بر روی منطقه مورد مطالعه رطوبت مبادی یادشده به حالت همگرایی رسیده؛ به‌طوری‌که بخش اصلی رطوبت بارش سنگین را تأمین کرده است و در ترازهای ۷۰۰، ۶۰۰ و ۵۰۰ هکتوپاسکال تنها منبع رطوبت بارش سنگین دریای مدیترانه بوده است.

 صفرراد و منصوری نیا (۱۳۹۶)، نیز به مطالعه تحلیل سینوپتیکی الگوهای منجر به بارش‌های سنگین غرب کشور در طی دوره آماری (۲۰۱۳-۱۹۸۵) پرداختند. نتایج پژوهش حاکی از آن است که در تراز ۸۵۰ هکتوپاسکال ناوه عمیق از شمال غرب و شرق دریای مدیترانه و کم‌فشار عربستان در تراز ۵۰۰ هکتوپاسکال ناوه عمیق شرق مدیترانه و پر ارتفاع عربستان و هم‌چنین نزول هوای سرد از عرض‌های بالا باعث بارندگی در مناطق غربی ایران شده است و منبع رطوبتی این بارش‌ها در تراز ۸۵۰ هکتوپاسکال دریای سرخ و خلیج‌فارس در تراز ۵۰۰ هکتوپاسکال نقش دریای مدیترانه سرخ خلیج‌فارس و تا حدودی

 دریای عمان است که دراین‌بین در هر دو تراز نقش خلیج‌فارس بیش­تر است.

قاسمی فر و همکاران (۱۳۹۶)، به بررسی شناسایی الگوهای سینوپتیکی بارش‌های سیل‌خیز غرب ایران پرداختند و به این نتیجه دست یافتند که در روزهای همراه با بارش حدی، امگای منفی (از سطح ۱۰۰۰ تا ۲۰۰ هکتوپاسکالی و با هسته بیشینه 3/0 پاسکال بر ثانیه) بر روی غرب ایران قرار داشته است و علاوه‌بر‌آن رطوبت بالای ۷۰ درصد قرارگیری در جلوی تراز‌هایی که از کم ارتفاع ‌ژئوپتانسیل تراز ۸۵۰ و به‌ویژه ۵۰۰ هکتوپاسکالی بر منطقه نفوذ داشته است؛ هم‌چنین، رودبارهایی با سرعت‌بالای ۳۰ متر بر ثانیه در تراز ۲۰۰ هکتوپاسکال سرعت باد سطحی بالای ۱۰ متر بر ثانیه و هسته تاوایی مثبت همگی شرایط موجود را به نفع تشکیل سیکلون قوی فراهم کرده­اند و درنهایت پردازش تصاویر رادار هواشناسی این نتایج را تأیید نمودند.

جلیلیان و رمازی (۱۳۹۶)، به بررسی واکاوی همدیدی آماری بارش‌های سنگین و فوق سنگین سیل‌آسا در استان ایلام پرداخته‌اند و ایشان به این نتیجه دست یافتند که بارش‌های سنگین و فوق سنگین در ماه‌های نوامبر دسامبر فوریه و مارس احتمال رخداد بیشتری نسبت به دیگر ماه‌ها دارند و ایستگاه ایلام شدت بارش‌ها بیشتر از دیگر ایستگاه‌ها می‌باشد. هم‌چنین، شرایط همدیدی ایجادکننده این بارش‌ها شکل‌گیری ناوه عمیق در جنوب غرب ایران بر روی عربستان عراق و سوریه ورود سامانه با تغذیه رطوبتی بالا از سمت جنوب غربی ایران به نشأت از پهنه‌های آبی دریای سرخ دریای عرب و خلیج‌فارس بوده و با قرارگیری منطقه در این قسمت با بیش­ترین میزان ناپایداری سیستم همدیدی عامل صعود و سرعت افزایش سرعت جریانات و به‌تبع آن روانه شدن سیل شده است. دننج و همکاران (۲۰۱۶)، به مطالعه توزیع بارش باران سنگین در دریای جاوا در فصل مرطوب پرداختند و به این نتیجه دست یافتند که از ۲۲ زمان محلی تا ۱۰LT، میانگین بارش بزرگ عمدتاً در دریای جاوه قرار دارد و سپس از ۱۳LT تا ۱۹LT متوسط بارش بارانی که عمدتاً داخل کشور قرار دارد. هم‌چنین، از ۱۹LT تا ۲۲LT میانگین بارندگی­های بزرگ در سواحل جاوا این وضعیت با شکل‌گیری حداکثر و انحراف استاندارد آن در چرخه روزانه توافق دارد و بارش روزانه کنونی در منطقه داخلی بسیار بیشتر از منطقه دریایی است اما بارش باران سنگین اغلب بر روی دریا یافت می‌شود.

پاردس تریجو و همکاران (۲۰۱۶)، به مطالعه همبستگی از پیش‌بینی بارش ماهواره­ای بهبودیافته با استفاده از محصولات چاپی و باران­سنجی در ونزوئلا پرداختند و نتایج مطالعات آن‌ها حاکی از آن است که تجزیه‌وتحلیل با توجه به مقادیر بارندگی مختلف فصلی انجام‌شده است؛ اگرچه در اکثر معیارهای عددی مهارت نشان می­دهد عملکرد خوب است و از سوی دیگر این محصول در طول فصل بارانی عملکرد خوبی را به دست می­دهد، اما بااین‌حال فرکانس بارش باران بسیار زیاد است، به‌طوری‌که این محصول هم‌چنین بهترین عملکرد کلی را در مناطق مسطح و بازنشان می‌دهد. یاوو و هانگ (۲۰۱۶)، به بررسی تجزیه‌وتحلیل حوادث بارانی شدید در طول ما ‌‌ژانویه و مارس ۲۰۱۰ در شرق چین پرداختند و به این نتیجه دست یافتند که در اولین رویداد iso حرکت صعودی بی­نظیر به‌وسیله عمودی یکپارچه (۱۰۰۰ تا ۳۰۰ هکتوپاسکال) دما پیش می­رفت و علاوه بر ناهنجاری­های جنوبی در دوره زمانی (۶۰ ـ ۱۰ روز) بلندمدت بادهای ساحلی مقیاس سینوپتیک هوا گرم را از دریای چین جنوبی و غرب اقیانوس آرام به منطقه بارندگی کمک می­کند؛ به‌طوری‌که دررویداد دوم iso کنتراست غیرمستقیم به‌وسیله یک طبقه‌بندی متقاطع ناپایدار منجر شد که عمدتاً توسط رطوبت غیرطبیعی در تروپسفر پایین (۱۰۰۰ تا ۸۵۰ هکتوپاسکال) از خلیج بنگال و شبه‌جزیره هندوستان به وجود آمد و هر دو درون زاویه‌ای و بادهای سینوپتیک منجر به رطوبت غیرطبیعی شد، بنابراین وقوع بارش زمستان در فصل زمستان نسبت به آسیای شرقی می­تواند نه‌تنها تحت تأثیر فعالیت‌های درون زلزله­ای باشد، بلکه هم‌چنین اختلالات فرکانس بالاتر را نیز سبب شود.

موریاماو همکاران (۲۰۱۶)، مخازن آب باران هوشمند به‌عنوان یک شبکه باران­سنج و کنترل برای سیل را بررسی نمودند. بر اساس نتایج مطالعه آن‌ها، یک سنسور در سه ماه اول سال ۲۰۱۶ نصب و som نصب‌شده برای پیش تخلیه آب باران قبل از بارش سنگین تشخیص بارش باران سنگین با استفاده از آن و امکان ارسال سفارش به srt با پمپ است دقت تشخیص بارش باران سنگین موردبررسی قرارگرفته است اما تنها برای ماه اوت ۲۰۱۴ باید تحقیقات بیش‌تری انجام شود. زهیری و همکاران (۲۰۱۶)، به بررسی مساحت بارش شدید باران در افریقای جنوبی پرداختند. بر اساس مطالعه آن‌ها، یک عرض جغرافیایی را می‌توان تأیید نمود که به‌طور متوسط بارندگی سالانه و تعداد حوادث شدید در Mesos را نشان داده و روش­های شبیه­سازی طبقه­بندی تمایز واضح بین حوادث مقیاس محلی و سینوپتیک را که از سیستم‌های سازمانی در ساحل می­باشد، مشخص کنند و هم‌چنین، انواع سیستم­های کنترلی که باعث بارش شدید می­شوند را برای هر دو منطقه با بارش سالانه به‌عنوان معیار اضافی مناسب برای شناسایی انواع رویدادهای بارش شدید مورداستفاده قرار دهد.

سیسوانتو و همکاران (۲۰۱۷)، یک رویداد بارش بسیار غیرمعمول مرتبط با سیلاب ۲۰۱۵ در جاکارتا را مطالعه نموده و بر اساس نتایج پژوهش خود چنین مطرح نمودند که رویداد ۲ روزه بیش از جاکارتا در فوریه ۲۰۱۵ بسیار غیرمعمول بوده و بالاترین پرونده تاریخی ۱۳۵ ساله با دوره بازگشت بیش از ۶۰ سال در آب‌وهوای فعلی موسمی شدید با باد شمالی غیرمنتظره منجر به این رویداد شده است و رویداد ۲۰۱۵ با توجه به روند صعود شدیدتر احتمالاً حدود 2/2 برابر افزایش ‌یافته است.

 لند و همکارانش (۲۰۱۷)، نیز به مطالعه تجزیه‌وتحلیل رشد اقلیمی با استفاده از پروندهای ایستگاه­های طولانی‌مدت رفع شده روزانه با تمرکز بر تأثیر حوادث بارش شدید پرداخته­اند و ایشان به این نتیجه دست یافتند که حساسیت‌های بی­نظیر به بارش در طول سه تا چهار دهه گذشته به علت خسارات ناشی از کوه‌نوردی افزایش انتشار دی‌اکسید گوگرد در منطقه مورد مطالعه (جنوب آلمان) و نیز تغییرات دما در محدوده روزانه است؛ بنابراین، واکنش آب‌وهوایی برای ساخت‌وسازهای هیدرولیزیکی ممکن است تا سال‌های ۱۹۷۰ توسعه یابد.

پاردپ و همکاران (۲۰۱۷)، به مطالعه تشخیص مشوق­های انسان‌شناسی مشروط به بارش سنگین در سپتامبر ۲۰۱۳ پرداخته و به این نتیجه دست یافتند که شبیه‌سازی مدل­های آب و هوایی منطقه­ای نشان می­دهد رانندگان انسانی شمال شرقی کلرادو را برای هفته مرطوب در سپتامبر ۲۰۱۳ و با ۳۰ درصد افزایش دادند و با احتمال حداقل وقوع یک هفته عامل 3/1 با مقایسه مقادیر کنترل و مقیاس بزرگ بارش ما متوجه شدند که این افزایش ناشی از رطوبت اضافی فضای گرم­تر شدید بارندگی کنونی محلی می‌شود به‌طوری‌که منجر به بازخورد مثبت دینامیکی در مقیاس بزرگ‌تر شود. هم‌چنین، حمل‌ونقل مرتبط با جریان رطوبت و هم‌چنین بخشی از رطوبت اضافی با تغییر حجم در مقیاس بزرگ‌تر از رویکرد تحقیق، مانع ارزیابی تغییرات در فرکانس شرایط هواشناسی مشاهده‌شده می­شود و درنتیجه تأثیر راننده­های هوای انسان‌شناختی بر آمار بارش سنگین کلرادو را ارزیابی نمی‌کند و بااین‌وجود ابزارهای تجزیه‌وتحلیل برای شناسایی جنبه­های خاص رویدادهای شدید آب و هوایی، موضوعی که در شرایط هواشناسی در مقیاس وسیع دیده می‌شود نیز می‌توانند برای اثرات فیزیکی تغییرات آب و هوایی انسان‌شناسی در حوادث شدید آب و هوایی به‌خصوص با توجه به عدم قطعیت­های بزرگ در ارزیابی تغییرات منفعانه انسان گردشی اتمسفری مشخص شوند. پژوهشگرانی دیگری در این زمینه یعنی ارزیابی و بررسی شرایط سینوپتیکی وقوع بارش‌های مطالعاتی را انجام داده­اند ازجمله: (یاراحمدی و مریانجی ۱۳۹۰، نوری و همکاران ۱۳۹۱، محمدی ۱۳۹۲، احمدی و علیجانی ۱۳۹۳، مسعودیان و کارساز ۱۳۹۳، لشکری وخزایی ۱۳۹۳، احمدی و جعفری ۱۳۹۴، دارند ۱۳۹۴، رضایی بنفشه و همکاران ۱۳۹۴، عطایی و همکاران ۱۳۹۴، دوستکامیان و یوسف­زاده ۱۳۹۴، احمدیان و شبانکاری ۱۳۹۴، احمدی­زاده و همکاران ۱۳۹۵).

روش تحقیق

در این پژوهش از داده‌های بارش روزانه سطح منطقه که دارای آمار نزدیک به 30 سال (2016- 1987) در ایستگاه خلخال که در بخش جنوبی استان اردبیل قرار دارد، استفاده‌شده است. هم‌چنین، پایگاه داده‌های مشخص‌کننده جریان جوی و فشار هوا استفاده گردیده است که از پایگاه داده‌های NCEP/NCAR وابسته به سازمان ملی اقیانوس‌شناسی ایلات متحده اخذ شده است. در این پایگاه داده‌ها، دوره زمانی 1980 تا زمان حاضر مورد استفاده قرارگرفته شده است و برای هرروز چهار دیده‌بانی در ساعات همدید (صفر، 6، 12، 18) پوشش داده‌شده است (مصطفی­زاده و همکاران، 1396). در ادامه با استفاده از داده‌های اتمسفری، نقشه‌های جوی در تراز 500 میلی‌بار شامل نقشه فشار سطح دریا، ارتفاع ژئوپتانسیل، سرعت و جهت باد، رطوبت، دما، آب قابل بارش در سطح زمین و بلوکینک (امگا)، با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، تهیه شدند. این نقشه‌ها ازنظر اغتشاشات جوی از سطح زمین تا تراز 500 هکتوپاسکال ازنظر نوع سامانه‌های تأثیرگذار در شکل‌گیری بارش و روند تغییرات آن از 48 ساعت قبل از بارش تا پایان بارش با روش رویکرد محیطی به گردشی (ابتدا در محیط زمینی پدیده یا مخاطره اقلیمی مانند خشک‌سالی، سیل، فرین دمای و فرین بارش... رخ می­دهد سپس به کاوش دلیل و علت معلولی جوی آن پرداخته می­شود) مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفتند.

بارش ایستگاه سینوپتیک خلخال در روزهای بیش از 30 میلی‌متر- با توجه به جدول 1، میزان بارش‌های سنگین فراگیر بیش از 30 میلی‌متر ایستگاه خلخال به‌عنوان ایستگاهی در جنوب استان اردبیل قرار دارد در بازه زمانی 30 ساله (2016-1987)، حدود 10950 روز مورد پایش قرار گرفت. بارش 11 روز آن بیش از 30 میلی‌متر بود. با توجه به تجزیه‌وتحلیل انجام‌شده در سال­های مورد مطالعه یک روز با مقدار بارشی 46 میلی‌متر در تاریخ 09/12/1991 بیش­ترین روز بارشی از 10950 روز را به خود گرفته است که در جدول 2، آمار سیلاب ارائه‌شده است و سپس بر اساس آن با روش رویکرد محیطی به گردشی به تحلیل آن پرداخته شد.

جدول 1. آمار روزانه بارش‌های سنگین فراگیر بیش از 30 میلی‌متر خلخال طی دوره آماری (2016-1987)

جدول 2. آمار روزانه سیلاب طی دوره آماری (2010-1999)، امور منابع آب شهرستان خلخال

محدوده مورد مطالعه

خلخال در جنوب شرقی استان اردبیل واقع‌شده است. این شهر با ۴۸ درجه و ۳۲ دقیقه طول جغرافیایی و ۳۷ درجه ۳۷ دقیقه عرض جغرافیایی گسترش‌یافته است و میانگین بلندی این شهر از سطح دریا ۱۷۹۷ متر می‌باشد. خلخال منطقه کوهستانی با آب‌وهوای معتدل و نسبتاً سرد است که کوهستان جنگلی و بلند تالش در شرق خلخال از شمال به جنوب در حکم سدی میان دریای خزر و استان گیلان و اردبیل است (شکل 1). به علت مرتفع بودن شهرستان خلخال و برخورد توده‌های باران‌زا با این ارتفاعات توده‌های هوا خاصیت سیکلونی پیدا می­کند و موجب بارش سنگین در این ارتفاعات می‌گردد؛ لذا، رژیم بارندگی حاکم بر منطقه طوری است که پرباران‌ترین فصل سال منطقه بهار می‌باشد و سایر فصول پر بارش به ترتیب پاییز و زمستان است (رنجبر، ۱۳۸۹). تغییرات کاربری اراضی، یکی از مهم­ترین مداخله انسانی در چرخه هیدرولوژیک حوضه­ها می­باشد. هم‌چنین، عدم رعایت قابلیت توسعه زمین در انتخاب کاربری­ها و حتی اجرای غیراصولی کاربرها ازجمله جنگل­زدایی و به‌تبع آن ازدیاد زمین­های کشاورزی و افزایش توسعه شهری، باعث افزایش دبی اوج و فراوانی وقوع سیلاب می­شود (خوش­روش و همکاران، 1394: 218). در ایستگاه مورد مطالعه یعنی خلخال در جنوب استان اردبیل که یکی از مناطق مستعد بارش­های سنگین و فوق سنگین می­باشد، زمینه مستعد برای سیل­خیزی وجود دارد.

شکل 1. منطقه مورد مطالعه در سطح کشور ایران و استان اردبیل

یافته­ها

نقشه‌های ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال

با توجه به این‌که تراز 500 میلی‌بار عوامل و شرایط جوی و زمینی را در برمی‌گیرد، در این پژوهش از این تراز برای تحلیل نقشه­ها استفاده شده است. در نقشه ژئوپتانسیل در ایستگاه خلخال در زمان موردنظر دو سرد چال در عرض­های شمالی منطقه مورد مطالعه؛ یکی درروی تقریباً شما کشور روسیه با منحنی Gh.M^[1] 5300 قرار دارد و مرکز دیگری تقریباً شمال دریای مدیترانه با مقدار مرکزی منحنی Gh.M5400 می‌باشد، به‌طوری‌که این سرد چال­ها با توجه به این‌که حرکت مداری دارند و سرد چالی که درروی کشور شمال روسیه Gh.M 5300 با مقدار مرکزی منحنی قرار دارد فرود آن در منطقه و بر ایستگاه مورد مطالعه تأثیر ندارد. شایان‌ذکر است که این سرد چالی که درروی شمال دریای مدیترانه قرار دارد، از دو منبع آبی که عبارت‌اند از دریای سیاه و مدیترانه عبور می­کند و دارای رطوبت کافی برای ایجاد یک بارش سنگین را با خود به منطقه مورد مطالعه حمل می­کند. نکته دیگر این است که در هنگام نزول توده‌هوا

باعث به بالا رفتن دما می­شود و دارای شرایط رطوبتی کافی و قوی برای ایجاد یک بارش سنگین در تاریخ 09/12/1991 با مقدار 46 میلی‌متری را به ارمغان می­آورد. با توجه به این‌که ایستگاه خلخال زمان مورد ریزش بارش ‌سنگین در جلوی سرد چال شمال دریای مدیترانه قرار دارد و یک منطقه چرخندگی مثبت یا (PVA)^[2] را تشکیل داده و وزش افقی و ناپایداری را در برگرفته است، با در نظر گرفتن این‌که در جلوی فرود (PVA)، هوا از عرض‌های پایین به‌طرف بالا و از لایه‌های پایین به‌طرف بالا جابه‌جا می‌شوند و عامل صعود دینامیکی را ایجاد کرده است؛ بنابراین، در زیر منحنی به دلیل عبور از دو منبع آبی یعنی دریای سیاه و مدیترانه مرطوب قرارگرفته است و باردار رطوبتی شده و منحنی 5600 این سرد چال از روی منطقه شهرستان خلخال عبور می­کند پس برای منطقه نیز در زمان مورد مطالعه در تاریخ 09/12/1991 توده‌هوای مرطوب و بارش زا، امکان ایجاد بارش سنگین را به فراهم می‌آورد (شکل 2).

شکل 2. نقشه ارتفاع ژئوپتانسیل 500 هکتوپاسکال (متر)

نقشه فشار سطح زمین

تجزیه‌وتحلیل صورت گرفته بر نقشه فشار سطحی تاریخ 09/12/1991 برای ایستگاه خلخال در بخش­های شمالی منطقه مورد مطالعه، دو منطقه کم­فشار یکی درروی شمال ایران با مقدار مرکزی 1010 میلی‌بار درروی دریای خزر و دیگری روی غرب و شمال غرب ایران به مرکزیت کشور ترکیه با مقدار فشار مرکزی 5/1012 هکتوپاسکال قرار دارند. با توجه به این‌که هیچ­گاه دو کم­فشار و یا پرفشار کنار هم قرار نمی­گیرند مگر اینکه زبانه­ای یا مرکز فشار مخالف دو فشار در بین آن­ها قرارگرفته باشد، در این نقشه چنین تفسیر شده است که در بین دو مرکز کم­فشار مذکور، یک مرکز پرفشار درروی کشور لهستان با مقدار مرکزی 1040 هکتوپاسکالی قرار دارد و زبانه­ای این پرفشار با مقدار 1035 میلی‌بار بر روی استان اردبیل و منطقه مورد مطالعه قرارگرفته است؛ و با توجه به این‌که پرفشار در نیم­کره شمالی حرکت برون‌پیچ در جهت عقربه ساعت و سمت راست را دارا هستند، پس پرفشار موجود در عرض شمالی منطقه مورد مطالعه یعنی روی کشور لهستان با مقدار 1040 میلی‌بار و بخشی از آن در شمال کم‌فشاری است که روی کشور ترکیه قرار دارد. کم‌فشارهای قرارگرفته در اطراف منطقه مورد مطالعه هر دو درروی منابع آبی یا مجاور منابع آبی دریای خزر، دریای سیاه و مدیترانه قرار دارند و می­توانند به‌وسیله این کم­فشارها رطوبتی برای ایجاد بارشی سنگین در تاریخ و منطقه مطالعه مذکور فراهم آورد. از طرفی، چون در نیم­کره حرکت سیکلون به‌صورت درون‌پیچ خلاف عقربه ساعت و به سمت چپ بوده است، می‌تواند به‌عنوان عاملی مؤثر در ایجاد بارش سنگین در ایستگاه خلخال نقش ایفا کند (شکل 3).

شکل 3. نقشه فشار سطح دریا

نقشه سرعت باد در تراز 500 میلی‌بار (متر بر ثانیه)

بررسی نقشه سرعت و جهت باد در تراز 500 میلی‌بار، موجود برای ایستگاه خلخال در استان اردبیل در تاریخ مورد مطالعه نشان­دهنده سه هسته سرعت یکی روی کشور قزاقستان با مقدار m/s 35، دومی درروی دریا و کشور نروژ با سرعت هسته m/s 33 و آخرین هسته سرعت باد با هسته بزرگ درروی چندین کشور (سوریه، ترکیه و حاشیه غربی ایران) و دریا (مدیترانه، سرخ و خزر) در قسمت غربی ایران می‌باشد. شکل 4، نمودار سرعت باد (نات) در ایستگاه خلخال به‌صورت ماهانه را نشان می‌دهد که مقدار ضریب تعیین برابر با R²= 0.0023 می‌باشد. مسیر واقعی باد در نقطه­ای از سطح زمین در نیم­کره شمالی، در خشکی حدود 60 درجه و در دریا حدود 75 درجه به اطراف راست جهت نیروی شیب تغییرات فشار است؛ به‌طوری‌که زاویه جهت باد با خطوط هم­فشار، در خشکی­ها بین حدود 30 درجه و در دریاها به حدود 15 درجه می­رسد (کاویانی و علیجانی، 1393: 159-161). با توجه به این‌که بادها در نیمکره شمالی ساعت‌گرد می‌باشند، در منطقه مورد مطالعه نیز به‌صورت ساعت‌گرد بوده و زبانه­ی این هسته سرعت باد با مقدار 31 متر بر ثانیه بر روی منطقه مورد مطالعه رسیده است و چون در حوالی منطقه منحنی­ها به هم فشرده‌شده باعث تقویت ناپایداری در ایستگاه خلخال شده است. هم‌چنین، به دلیل این‌که از منبع آبی 3 دریا بهره­مند می‌شود، پس

رطوبت را برای سیستم موجود به ارمغان آورده و باعث بارش سنگین در ایستگاه خلخال در تاریخ 09/12/1991 شده است (شکل­ 5).

نقشه دما در تراز 500 میلی‌بار (درجه کلوین)

نقشه دمای موجود برای ایستگاه خلخال برای تاریخ 09/12/1991 در تراز 500 هکتوپاسکالی مقادیر دمای قابل مشاهده‌شده با معیار کلوین در منطقه مورد مطالعه خلخال چشم‌گیر بوده است که بیش‌ترین و کم‌ترین مقادیر آن به ترتیب 265 و 245 درجه کلوین است. در شکل 6، دمای ماهانه ایستگاه خلخال در دوره آماری 2014-1987 آورده شده است و مقدار ضریب تعیین برابر با R²= 0.0961 می‌باشد. همراهی جریانات گرم و مرطوب که منجر به بالا رفتن دما سطح زمین شده و پایین بودن دمای سطح 500 باعث به ایجاد این پدیده شده است، آگاهی و علم به این وضعیت می‌تواند به پیش­بینی احتمال ایجاد رخداد این پدیده خسارت زا کمک می‌کند (درگاهیان و همکاران، 1394: 128).

هم‌چنین، با توجه به این‌که ایجاد بارش در سطح زمین نیازمند دمای بالای صفر برای صعود و تشکیل ابر و قطرات باران می‌باشد؛ این شرایط در ایستگاه خلخال در زمان مورد مطالعه و شرایط را برای ناپایداری فراهم کرده است، اما در تراز زیاد برای رسیدن هستک‌ها به نقطه شبنم، دمای زیر صفر لازم است که در مکان و زمان مورد مطالعه منحنی دمای 255 درجه کلوین را نشان می‌دهد. پس شرایط لازم و وجود هسته‌های کم‌فشار برای

ایجاد بارش سنگین و فوق سنگین در زمان مورد مطالعه فراهم می­باشد (شکل 7).

شکل 4. نمودار سرعت باد ماهانه ایستگاه سینوپتیک خلخال در دوره آماری (2014-1987)

شکل 5. نقشه سرعت باد در 500 هکتوپاسکال (متر بر ثانیه)

شکل 6. نمودار دمای ماهانه ایستگاه سینوپتیک خلخال در دوره آماری (2014-1987)

شکل 7. نقشه دمای هوا در 500 هکتوپاسکال (کلوین)

نقشه امگا در تراز 500 میلی‌بار (پاسکال در ثانیه)

عامل امگا یک مؤلفه تبیین‌کننده میزان حرکت قائم هوا در اتمسفر می­باشد. ازآنجاکه فشار با افزایش ارتفاع کاهش می­یابد بنابراین، در هر ترازی مقادیر منفی سرعت قائم، نشان­گر صعود هوا و مقادیر مثبت نشان­دهنده پایین آمدن هوا است (درگاهیان و همکاران، 1394: 127). با بررسی و تحلیل نقشه موجود برای امگا در تراز 500 میلی‌بار در تاریخ 09/12/1991، وجود چندین هسته امگا منفی در شمال و در شمال غرب و غرب ایران پراکنده بیان می‌شود ولی دو مورد از این هسته­ها قوی هستند که یکی درروی شمال شرقی قزاقستان با مقدار 25/0- و دیگری هم بر

روی قسمت­های از شمال غرب و غرب ایران و بخش­های از کشور ترکیه و عراق با مقدار 25/0- می­باشد. هسته امگای که در غرب و شمال غرب ایران قرار دارد بر منطقه مورد مطالعه تأثیرگذار است. هسته امگا و منحنی 05/0- بر روی ایستگاه خلخال در استان اردبیل در تاریخ مورد مطالعه قرار دارد در آن زمان با توجه به نقشه (^[3]Gh.M) که جلوی فرود نشان داده‌شده، مستقر می‌باشد و دلالت بر آن دارد که در هر ثانیه 05/0- پاسگال از فشار را کم می‌شود؛ نشان­گر ایجاد ناپایداری در منطقه مورد مطالعه و ایجاد بارش سنگین می‌باشد (شکل­ 8).

نقشه آب قابل بارش در سطح زمین (کیلوگرم در مترمربع)

نواحی پرباران منطقه برون حاره بر مسیر سیکلون­های برون­حاره­ای منطبق می­باشد، البته مقدار باران در همه جای این مسیرها به‌اندازه مقدار باران در اطراف کمربند هم­گرایی حاره­ای نمی­رسد (کاویانی و علیجانی، 1393، 270). با بررسی و تحلیل صورت گرفته‌شده بر روی نقشه سینوپتیکی آب قابل بارش و نقشه مقدار بارش در سطح زمین که در نقشه موجود در ایستگاه مورد مطالعه در تاریخ 09/12/1991 نشان داده‌شده است، حداکثر و حداقل ستون بارش قابل ریزش به ترتیب برابر با 50 و 5 کیلوگرم در مترمربع است، ولی در منطقه مورد مطالعه منحنی عدد 20 را نشان داده و این خود نشان‌دهنده ایجاد بارش در ایستگاه خلخال می‌باشد و شایان‌ذکر است که نقشه سینوپتیکی آب قابل بارش نشان می‌دهد که در یک مترمربع از زمین چقدر بخارآب در واحد مذکور وجود دارد که می‌تواند به آب بارش تبدیل شود (شکل­ 9).

شکل 8. نقشه امگا در 500 میلی‌بار (پاسکال در ثانیه)

شکل 9. نقشه آب قابل بارش در سطح زمین (کیلوگرم در مترمربع)

نقشه رطوبت (‌درصد)

با توجه به تحلیل صورت گرفته‌شده، نقشه رطوبت نسبی در تاریخ مورد مطالعه برای ایستگاه خلخال در استان اردبیل، در نقشه موجود مقدار حداکثر رطوبت سطح زمین در نقشه‌های موردبررسی 90 درصد در کشورها و دریاهای شمال و شمال غرب ایران ازجمله رومانی، اوکراین، ترکیه و بخش­های از شمال ایران و دریاهای خزر و سیاه و سایر مناطق و حداقل آن 10 درصد در اطراف کشورهای ایران شمال دریاچه آرال و اقیانوس هند و استرالیا و سایر مناطق می‌باشد. هم‌چنین، در منطقه مورد مطالعه در استان اردبیل 72 درصد است که شرایط ایجاد بارش سنگین را فراهم می­کند (شکل 10). وقتی هوا گرم­تر می­شود برای این­که هوا به حالت اشباع نزدیک شود رطوبت بیش­تری لازم دارد، زیرا رطوبت نسبی شرایط هوا را از نزدیک شدن به درجه اشباع بیان­ می­کند (درگاهیان و همکاران، 1394: 127).

شکل 10. نقشه رطوبت در 500 میلی‌بار (درصد)

بارش ایستگاه سینوپتیک خلخال به‌صورت ماهانه

مقدار بارش ماهیانه ایستگاه خلخال به‌عنوان ایستگاهی که در جنوب استان اردبیل و جنوب­غربی دریای خزر، در سه ماه فصل بهار دارای بارش بیش­تر می­باشد که ماه­های مارس (8/1321)، آوریل (7/1716) و می (5/1448) میلی‌متر است. با توجه به جدول 2، بیش‌ترین مخاطرات طبیعی جوی ازجمله خسارات داخل شهری، کشاورزی و غیره در این شهرستان، در همین ماه‌های مذکور صورت گرفته است و مقدار ضریب تعیین برابر با R²= 0.0259 می‌باشد جدول 3، شکل 12 و بعد از ماه می بارش در این شهرستان با شیب ملایمی در حالت کاهش می­باشد که نمودار آن در شکل 11 نشان داده‌شده است.

جدول 3. مجموع بارندگی ماهیانه در ایستگاه خلخال طی سال­های (2014-1987)

شکل 11. نمودار بارش ماهانه ایستگاه سینوپتیک خلخال در دوره آماری (2014-1987)

نقشه رواناب حاصل از بارش (کیلوگرم در مترمربع)

در سال­های اخیر، خسارات کشاورزی و خسارات داخل شهری، روستا و حاشیه رودخانه­ها ناشی از بروز بارندگی خبرساز بوده است (شکل 13). لذا، نقشه رواناب سطحی نیز موردپژوهش قرار گرفت و در نقشه مذکور که در تاریخ 09/12/1991 و منطقه موردنظر مورد تحلیل قرار گرفت، دبی در این منطقه در مدت‌زمان کم‌تر از 75/1 ساعت بعد از آغاز بارش، بیش­تر به دلیل کوهستانی بودن

شهرستان و شیب بیش­تر به بیش‌تر از 2 تا 4 مترمکعب بر ثانیه افزایش پیداکرده است و با توجه به از بین بردن پوشش‌های‌ گیاهی و تأثیر زیاد عوامل انسانی و غیره، رواناب با سرعت زیاد جریان یافته و دبی به حداکثر خود رسیده است. چنین شرایطی عاملی برای ایجاد سیل و مخاطرات طبیعی در ناحیه موردبررسی شده است (شکل 13).

شکل 12. نمودار آمار روزانه سیلاب با تاریخ وقوع طی دوره آماری (2010-1999)

شکل 13. نقشه میزان دبی و مناطقی که بارش به شکل رواناب جاری‌شده (کیلوگرم در مترمربع)

ارزیابی و بررسی شرایط سینوپتیکی وقوع بارش‌های منجر به سیلاب در شهرستان خلخال، استان اردبیل در تاریخ 09/12/1991 در این پژوهش انجام شد. این روش در اکثر مطالعاتی که ‌صورت گرفته‌شده است، به‌عنوان روش مناسبی در امر پایش، آنالیز و مقایسه مطرح‌شده است که ازجمله می‌توان قاسمی­فر و همکاران (1396)، شناسایی الگوهای سینوپتیکی بارش‌های سیل‌خیز غرب ایران، آرامش و همکاران (1396)، تحلیل همدید سیلاب در حوضه آبریز سرباز، در پژوهشی دیگر جلالی و همکاران (1396)، شناسایی الگوهای همدید بارش‌های شدید تابستانه در سواحل جنوبی دریای خزر را نام برد که کارایی قابل‌قبول داشته است و هم‌چنین، جلیلیان و رمازی (1396)، در واکاوی همدیدی بارش‌های سنگین و فوق سنگین سیل‌آسا، دقت قابل‌قبول روش رویکرد محیطی به گردشی را تأیید نمودند. بااین‌حال، با همه مقایسه صورت گرفته‌شده، این مدل در پژوهش حاضر تحلیل و تفسیر شرایط سینوپتیکی وقوع بارش‌های منجر به سیلاب در ایستگاه خلخال کارایی قابل قبولی داشته است.

 بحث و نتیجه­گیری

در این پژوهش با تحلیل همدیدی، ارزیابی و بررسی شرایط سینوپتیکی وقوع بارش‌های منجر به سیلاب از سال‌های 1987 تا 2016، شهرستان خلخال در استان اردبیل ارائه‌شده است. ابتدا ویژگی­های آماری روزهای بارشی که حدود 10950 روز بود که از آن 11 روز دارای بارشی بیش از 30 میلی‌متر بود و سپس با بهره‌گیری از مؤلفه‌ها و پارامترهای جوی، یک روز از بارش­های رگباری بیش از 30 میلی‌متری که 46 میلی‌متر در تاریخ 09/12/1991 بوده است، مورد پایش، ارزیابی و بررسی شرایط سینوپتیکی با رویکرد محیطی به گردشی، قرارگرفته است که درنهایت علاوه بر شرایط داخلی، عواملی یا الگوی خارجی مثل شرایط دریاهای اطراف و مجاور ایران مثل دریای سیاه و مدیترانه در بارش این روز مؤثر بوده است. در این ایستگاه بیش­تر بارش‌ها در سه ماه فصل بهار دارای بارش بیش­تر می‌باشد و ماه­های مارس (8/1321 میلی‌متر)، آوریل (7/1716 میلی‌متر) و می (5/1448 میلی‌متر) با توجه به جدول 2 است و تحت تأثیر سیستم‌های دینامیکی موج بادهای غربی و سیستم مکانیکی کوهستان‌های محلی و هم‌چنین، عامل همرفت که باعث ایجاد بارش در این ناحیه بوده است.

با توجه به شکل 11، ایستگاه خلخال به‌عنوان ایستگاهی که در منطقه در جنوب استان اردبیل قرار دارد، بارش فصلی در این ایستگاه در فصل بهار با مقدار مجموع 4483 میلی‌متر بیش از فصول دیگر می­باشد و در این ایستگاه فصل بهار در مقایسه با فصول دیگر سال پرباران است و بعد از بهار، فصل زمستان: دسامبر می‌باشد. هم‌چنین، بارش به مجموع میزان 6/871 میلی‌متر، ژانویه 7/754 میلی‌متر و فوریه 8/1034 میلی‌متر و بعد از زمستان، در فصل پاییز ماه نوامبر با مقدار مجموع 8/1225 میلی‌متر از پرباران­ترین ماه این فصل می‎باشد و در آخر کم‌باران­ترین فصل سال تابستان است که ماه ژوئن با مقدار مجموع 1/480 میلی‌متر پرباران­ترین ماه این فصل است. گنجایش نگهداری رطوبت هوا از میزان رطوبت موجود کم‌تر می‌شود، درنتیجه تراکم آغاز و ابر و باران ایجاد می‌شود (مصطفی­زاده و همکاران، 1396).

با ارزیابی و بررسی صورت گرفته‌شده بر روی نقشه سینوپتیکی، آب قابل بارش و نقشه مقدار بارش در سطح زمین نشان داد که در نقشه موجود در ایستگاه مورد مطالعه در تاریخ مورد مطالعه این پژوهش، حداکثر و حداقل بارش قابل ریزش به ترتیب برابر با 51 و 5/4 کیلوگرم در مترمربع است، ولی در منطقه مورد مطالعه منحنی عدد 20 را نشان داده و این خود نشان‌دهنده ایجاد بارش در ایستگاه خلخال می‌باشد. هم‌چنین، شایان‌ذکر است که نقشه سینوپتیکی آب قابل بارش نشان می‌دهد که در یک مترمربع از زمین چقدر بخارآب در واحد مذکور وجود دارد که می‌تواند به آب بارش تبدیل شود. با توجه به این‌که تراز 500 میلی‌بار عوامل و شرایط جوی و زمینی را در برمی‌گیرد، در این پژوهش از تراز 500 میلی‌بار برای تحلیل نقشه­ها استفاده شده است که در بخش­های شمالی منطقه مورد مطالعه دو منطقه کم­فشار یکی درروی شمال ایران با مقدار مرکزی 1010 میلی‌بار درروی دریای خزر و دیگری روی غرب و شمال غرب ایران به مرکزیت کشور ترکیه با مقدار فشار مرکزی 5/1012 هکتوپاسکال قرار دارند. در نقشه سرعت و جهت باد سه هسته سرعت یکی روی کشور قزاقستان با مقدار 35 m/s، دومی درروی دریا و کشور نروژ با سرعت هسته 33 m/s و آخرین هسته سرعت باد با هسته بزرگ در قسمت غربی ایران قرار دارد. مقادیر دمای قابل مشاهده‌شده با معیار کلوین در منطقه مورد مطالعه خلخال چشم‌گیر بوده است و بیش‌ترین و کم‌ترین مقادیر آن به ترتیب 265 و 245 درجه کلوین است. با توجه به پایش و تحلیل صورت گرفته‌شده، عوامل و شرایط جوی و زمینی مؤثر برای بارش سنگین در روز و تاریخ و مکان مورد مطالعه فراهم بوده است.