تحلیل الگوی سینوپتیکی طوفان‌های گرد و غبار در منطقه جنوبی حوضه خزری94

کلیدواژه‌ها: طوفان گرد و غبار، شرایط همدیدی، سطوح جو، تصاویر ماهواره‌ای، سواحل جنوبی خزر.

چکیده طوفان‌های گردوغبار از پدیده‌های مخرب آب و هوایی می‌باشند که همه ساله خسارات جبران ناپذیری به مناطق شهری، مزارع، تاسیسات، جاده‌ها و غیره وارد می‌کنند. این پدیده متاثر از شرایط جوی خاصی است که در صورت شناخت سازوکار تکوین و گسترش آن، می‌توان از آسیب‌های فراوانی که به محیط وارد می‌کنند کاسته و یا با آن مقابله کرد. بهدلیلموقعیتجغرافیاییایراندرکمربندخشکو نیمه خشک جهان،اینکشورمکرراًدرمعرضسیستم‌هایگردوغبارمحلیوسینوپتیکی قرارمی‌گیرد. با توجه به مسیر حرکت سیستم‌ها و نحوه‌ی قرارگیری فرودها و کم فشارها، مهم‌ترین منبع گردوغبار‌های وارد شده به ایران، شمال شبه جزیره عربستان، شمال صحرای کبیر آفریقا، نواحی شرقی سوریه و شمال غربی عراق می‌باشند که با حرکت طوفان به سمت شرق باعث حرکت و جابه جایی گردوغبارها شده و ایران را تحت تاثیر قرار می‌دهند. با توجه به قرار گرفتن منطقه جنوبی خزر، بین رشته کوه البرز و دریای خزر هر چند این دو پدیده طبیعی، از جمله عوامل بازدارنده رخداد گردوغبار محسوب می‌شوند ولی با این وجود، هم‌چنان شاهد روزهای همراه با گردوغبار در منطقه مذکور می‌باشیم. در این پژوهش، به بررسی عوامل همدید موثر بر رخداد این پدیده جوی در حوضه جنوبی خزر پرداخته شد. هم‌چنین، از داده‌های روزانه گردوغبار، سرعت باد و نقشه‌های سینوپتیکی در ایستگاه‌های منطقه مذکور که توسط سازمان هواشناسی تهیه می‌شود، استفاده شده است. تحلیل شرایط همدیدی که باعث ایجاد طوفان گردوغبار در منطقه می‌شود می‌تواند در پیش‌بینی طوفان‌های گردوغبار در مناطق شمالی کشور نیز موثر باشد. انتظار می‌رود نتایج این پژوهش در شناسایی شرایط هواشناختی و سینوپتیکی موثر در انتشار گردوغبار به مناطق شمالی کشور مفید بوده و در افزایش صحت پیش­بینی پدیده گردوغبار در این مناطق مورد استفاده قرار گیرد.نتایج حاصل از تحقیق حاضر نشان داد که میزان گرد و غبار هم از لحاظ زمانی و هم مکانی دارای تفاوت است و در برخی مکان‌ها به نسبت موقعیت جغرافیایی که داراست روزهای گرد و غباری بیش‌تری در آن‌ها رخ می‌دهد. هم‌چنین سامانه‌های مختلفی در وقوع پدیده گرد و غبار در منطقه نقش دارد.

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: طرح تحقیق......................................................................................................................... 12

1-1 مقدمه....................................................................................................................................... 12

2-1 بیان مسئله................................................................................................................................ 14

3-1 ضرورت تحقیق............................................................................................................................ 16

4-1 سوالات تحقیق............................................................................................................................ 17

5-1 فرضیات تحقیق........................................................................................................................... 17

6-1 جمع ‌بندی.................................................................................................................................. 17

فصل دوم: مبانی نظری و پیشینه تحقیق.................................................................................................. 19

1-2 مبانی نظری................................................................................................................................ 19

1-1-2 تعریف پدیده گرد و غبار............................................................................................................ 19

2-1-2 انواع گرد و غبار....................................................................................................................... 20

3-1-2 مکانیسم تشکیل..................................................................................................................... 20

4-1-2 زمان‌بندی روزانه و فصلی گرد و غبار............................................................................................ 21

5-1 -2 مدت زمان پایداری طوفان........................................................................................................ 21

6-1-2 عوامل موثر در ایجاد گرد و غبار.................................................................................................. 21

7-1-2 اصلی‌ترین عوامل ایجاد پدیده گرد و غبار...................................................................................... 21

8-1-2 منشأ پدیده گرد و غبار.............................................................................................................. 22

9-1-2 عوامل تشکیل دهنده................................................................................................................ 22

10-1-2 اثر عوامل اقلیمی در طوفان‌ گرد و غبار....................................................................................... 23

11-1-2 منابع گرد و غباری ایران.......................................................................................................... 23

12-1-2 عناصر اقلیمی....................................................................................................................... 25

13-1-2 نقشه‌های سینوپتیک............................................................................................................. 27

2-2 بررسی منابع.............................................................................................................................. 27

1-2-2 منابع خارجی......................................................................................................................... 28

2-2-2 منابع داخلی........................................................................................................................... 30

3-2-2 جمع‌بندی.............................................................................................................................. 39

فصل سوم: ویژگی‌های طبیعی و جغرافیایی منطقه مورد مطالعه.................................................................... 41

1-3- موقعیت جغرافیایی استان گیلان................................................................................................... 42

1-1-3 اقلیم و آب و هوا....................................................................................................................... 42

2-1-3 ویژگی‌های جغرافیایی............................................................................................................... 42

2-3 موقعیت جغرافیایی استان مازندران................................................................................................. 43

1-2-3 آب و هوا................................................................................................................................. 43

2-2-3 ویژگی‌های جغرافیایی............................................................................................................... 44

3-2-3 کوه‌های استان مازندران........................................................................................................... 44

3-3 موقعیت جغرافیایی استان گلستان.................................................................................................. 45

1-3-3 جغرافیای طبیعی استان گلستان................................................................................................ 45

4-3 سیستم‌های آب و هوایی................................................................................................................ 46

فصل چهارم: مواد و روش تحقیق............................................................................................................ 49

1-4 مقدمه....................................................................................................................................... 49

2-4 جمع‌آوری داده‌ها......................................................................................................................... 49

3-4 بررسی داده‌های جمع‌آوری شده..................................................................................................... 50

4-4 تحلیل و بررسی نتایج................................................................................................................... 50

5-4 تحلیل و بررسی همدیدی............................................................................................................... 53

6-4 ویژگی ماهواره Toms................................................................................................................ 54

فصل پنجم: یافته‌های تحقیق................................................................................................................ 57

1-5 تحلیل روند آزمون من کندال......................................................................................................... 57

2-5 بررسی روند تغییرات سالانه........................................................................................................... 59

3-5 بررسی فصلی توزیع گرد و غبار....................................................................................................... 62

4-5 نحوه توزیع ماهانه طوفان‌های گردوغباری سه استان جنوبی خزر........................................................ 63

5-5 تحلیل وضعیت باد در هنگام وقوع طوفان‌های گرد و غبار..................................................................... 64

6-5 پارامترهای اقلیمی....................................................................................................................... 65

7-5 تحلیل شرایط همدیدی................................................................................................................. 66

8-5جمع بندی.................................................................................................................................. 79

فصل ششم: نتیجه‌گیـری..................................................................................................................... 83

1-6 مقدمه....................................................................................................................................... 83

2-6 نتیجه‌گیری................................................................................................................................ 83

3-6 نتایج حاصل از بررسی سینوپتیکی نقشه‌ها....................................................................................... 85

4-6 تحلیل فرضیات........................................................................................................................... 86

5-6 پیشنهادها برای تحقیق در آینده..................................................................................................... 87

پوست‌ها..............................................................................................................................................................................90

منابع....................................................................................................................................................................................96

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل 1-2 مراکز تولید گرد و غبار در جهان.....................................................................................................................22

شکل 1-3 موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه...........................................................................................................41

شکل 1-5 گل غبار منطقه................................................................................................................................................64

شکل 2-5 نقشه‌های هم ارتفاع 850 و هم فشار سطح زمین 18 و 20 می......................................................................70

شکل 3-5 نقشه باد در سطح 250 در تاریخ 20 تا 23 می...............................................................................................71

شکل 4-5 تصویر ماهواره تامس در تاریخ 21 تا 23 می...................................................................................................72

شکل 5-5 نقشه هم ارتفاع 500 در تاریخ 19 و 20 ژوئن..................................................................................................73

شکل 6-5 نقشه هم فشار سطح زمین در تاریخ 15و 16 ژوئن.........................................................................................74

شکل 7-5 نقشه سطح زمین و هم ارتفاع 850 در تاریخ 16 تا 18 ژوئن.........................................................................75

شکل 8-5 نقشه 250 هکتوپاسکالی در تاریخ 15، 18 و 21.............................................................................................76

شکل 9-5 تصویر ماهواره‌ای در تاریخ 18 تا 20 ژوئن 2004.............................................................................................77

شکل 10-5 نقشه هم ارتفاع 500 در تاریخ 26 و 31 می 2005........................................................................................ 78

شکل 11-5 نقشه هم فشار سطح زمین در تاریخ 26 و 31 می 2005...............................................................................80

شکل 12-5 نقشه باد در سطح 250 در تاریخ 26 و 28 می 2005....................................................................................80 شکل 13-5 تصویر ماهواره تامس در تاریخ 25 تا 27 می 2005......................................................................................81

 فهرست جدول

عنوان صفحه

جدول 1-4 کدهای هواشناسی مرتبط با پدیده گرد و غبار..............................................................................................50

جدول 1-5 داده‌های من کندال ایستگاه‌ها.......................................................................................................................58

جدول 2-5 تعیین روند ایستگاه‌ها....................................................................................................................................58

جدول 3-5 مشخصات طوفان‌های گرد و غباری شاخص منطقه......................................................................................67

فهرست نمودارها

عنوان صفحه

نمودار 1-5 روند تغییرات سال به سال روزهای گرد و غباری رشت، رامسر و گرگان.....................................................60

نمودار 2-5 تعداد روزهای گرد و غباری در استان مازندران............................................................................................60

نمودار 3-5 تغییرات سال به سال روزهای گرد و غباری گرگان......................................................................................61

نمودار 4-5 نمودار دایره‌ای فصلی گرد و غبار...................................................................................................................62

نمودار 5-5 نمودار پراکندگی ماهانه.................................................................................................................................63

فصل اول طرح تحقیق

1- فصل اول: طرح تحقیق

1-1 مقدمه

از دیدگاه هواشناسی سینوپتیکی طوفان یک پدیده مخرب منحصر به فرد در روی نقشه‌های سینوپتیکی بوده که ترکیبی از پدیده‌های فشار، ابر، بارندگی و غیره را در بر گرفته و توسط رادار، قابل شناسایی است. در نواحی خشک و نیمه خشک پدیدهگردوغباربهاشکالمختلفمانندروزهمراهباگردوغباریاطوفانگردوغباروگردبادبه صورتمکرراتفاقمی‌افتد.دربیابان‌هاومناطقخشک،تغییرسریعدرجهحرارتهواموجبایجادگرادیانفشاردرنقاطمختلفآنوتشکیلبادهایقویودائمیمی‌شود. بهعلاوهدراینمناطقبهدلیلکمبودرطوبتوپوششگیاهی،چسبندگیذراتبهیکدیگرکاهشیافتهوبادمیتواندذراتباقطرکمتراز2میلی‌مترراازسطحخاکجدانمودهوباخودحملکند. بسیاریاز اینذراتقطریکم‌تراز10میکروندارندوسرعتسقوطآن‌هاتحتتأثیرنیرویجاذبهزمینقابلاندازه‌گیرینیست. بنابراین این ذراتدرجوبهصورتمعلّقباقیمی‌مانند،بهایندلیلدرنواحیبیابانیممکناستهوابرایمدتیطولانیبهحالتگردوغبارباقیبماند. از این رو طوفان‌ها در مقیاس‌های ترنادو، طوفان رعد و برق، طوفان گرد و خاک و مانند آن ظاهر می‌شوند.

ازمهم‌ترینشرایطایجادگردوغباردرکنارهوای ناپایدار،وجودیاعدموجودرطوبتاستبه طوری کهاگرهوایناپایدار رطوبتکافیداشتهباشد،بارشوطوفانرعدوبرق؛واگرفاقدرطوبتباشد،طوفانگردوغبارایجادمی‌نماید. نوعوپوششگیاهینیزدرشدتوقوعگردوغبارنقشمؤثریبازیمی‌کنند.درواقعایجادگردوغبارمی‌تواندنوعیواکنشبهتغییرپوششگیاهیزمینباشدکهدراینرابطهنقشفعالیت‌هایانسانیرانیزدرکنارشرایططبیعیمحیط‌هایجغرافیاییبایددرنظرگرفت. چنان‌چه در منطقه‌‌ای مانند شمال ایران که از نظر طبیعی مساعد برای گرد و غبار نیست چون هم دارای رطوبت بالا و هم دارای پوشش گیاهی متراکم است ولی به دلیل فعالیت‌های انسانی امروزه شاهد روزهای همراه با گرد و غبار در این منطقه هستیم.

طوفان‌های گرد و غبار به صورت کوتاه مدت هم، روی زندگی انسان اثر می‌گذارند. مهم‌ترین این تاثیرات کاهش قدرت دید و به وجود آوردن مشکلات بهداشتی مانند مشکلات تنفسی و لغو پرواز‌ها در نتیجه کاهش دید است. پدیدهگردوغباردرسال‌هاىاخیرازنظرغلظتوراهاندازىذراتمعلق،تداوم،وسعتوزمانآنمتفاوتوبسیاربیش‌ترازطوفان‌هاىگرد و غبار گذشتهاستواینسببنگرانى‌بسیارىشدهاست. دراینسال‌هاخشکسالى‌هاىمداوم،کاهشبارندگىورطوبتنسبىمحیطبههمراهتشدیدفاکتورهاىمحیطىتوسطانسان،نظیراستفادهبىرویهازمنابعآبى وازبینرفتنپوشش گیاهی باعثگسترششدیدگردوغبارشدهاست.از اصلی‌ترین عوامل ایجاد این پدیده وزش بادهای به نسبت شدید روی زمین‌های دارای شرایط مساعد برای ایجاد گرد و غبار است. این عوامل به همراه حرکت صعودی هوای ناشی از سامانه‌های جوی، انتقال قائم ذرات گرد و غبار معلق به ترازهای بالاتر جو را فراهم می‌کند. ذرات معلق، بر حسب اندازه‌ی قطر خود در لایه‌ها، به ترتیب از پایین به بالا قرار گرفته و سپس با جریان هوا، به حرکت در آمده و مناطق وسیعی را تحت پوشش قرار می‌دهد. بیش‌ترگردوغبارهایفراگیروگسترده‌ایکه مشاهدهمی‌شودفرامحلیبودهوازنواحیدورونزدیکدیگرمنشأمی‌گیرد ولی ممکن است که ناشی از عوامل محلی باشد و ذرات از همان محل که گرد و غبار دیده می‌شود تشکیل ‌شود. طوفان‌های گرد وخاکوماسه‌ایدر مناطقمختلفتعاریفگوناگونیدارد،زیرااینپدیدهدرمکان‌هایگوناگونودرشرایطمختلفیبهوجودمی‌آید.براساستوافقسازمانهواشناسیجهانی،هرگاهدرایستگاهیسرعتباداز15متربرثانیهتجاوزکندودیدافقیبهعلتگردوغبار،بهکمترازیککیلومتربرسد،طوفانخاکگزارشمی‌شود. طوفانماسه‌ای،بهبادیاطلاقمی‌شودکهبتواندذراتباقطر15/0تا30/0میلیمترراتاارتفاع15مترجابهجاکند،دراینحالت،طوفانماسه‌ایاستلکندرطوفانخاک،ذراتمعلق،ریزتراست (دهقان‌پور،1384).

2-1 بیان مسئله

گرد و غبار یکی از پدیده‌های جوی است که وقوع آن باعث وارد شدن خسارت‌های بسیاری در زمینه‌های زیست محیطی، کشاورزی، حمل و نقل و سلامت می‌شود. طوفان گرد و غبار بیش‌تر در مناطق خشک و نیمه‌خشک به علت سرعت بالای وزش باد بر سطح خاک بدون پوشش گیاهی شکل گرفته و در شدیدترین حالت طوفان‌های گرد و غباری، غلظت ذرات معلق به 6000 میلی‌گرم در هر متر مکعب هوا می‌رسد (سانگ و همکاران[1]، 2007: 112). نتیجه بررسی‌ها نشان داده‌اند که عوامل محیطی و انسانی بر ایجاد و یا تشدید طوفان‌های گرد و غباری موثر می‌باشند. عوامل جغرافیایی و آب و هوایی نظیر توزیع نامناسب زمانی و مکانی بارندگی و وقوع خشکسالی از عوامل طبیعی و چرای بیش از حد دام‌ها، خشک شدن دریاچه‌ها و تالاب‌ها، افزایش جمعیت، تغییر مسیر رودها و سدسازی‌ها از عوامل انسانی تشدید طوفان‌های گردوغبار است (خوشحال دستجردی و همکاران، 1391). در سال‌های اخیر به علت دخالت‌های انسان در طبیعت و بهره‌برداری غیر اصولی از آن، پدیده گرد و غبار افزایش یافته و به این ترتیب مسئله گرد و غبار بیش از گذشته اهمیت پیدا کرده است. افزایش گرد و غبار بر تشکیل ابرها و ریزش نزولات ( انگلستادلر و همکاران[2]، 2006)، بیش‌تر شدن فلزات سنگین در جو ( وینا و همکاران[3]، 2008)، آلودگی آب آشامیدنی و تشدید بیماری‌های گوارشی (کروگر و همکاران[4]، 2004) تاثیر دارد. به ازای افزایش هر 10 میکروگرم گرد و غبار در متر مکعب هوا، بیماری‌های قلبی - عروقی12 درصد و سرطان ریه به میزان 14 درصد افزایش می‌یابد( شاهسونی و همکاران، 1389).

ایران به دلیل واقع شدن در کمربند خشک و نیمه‌خشک دنیا، پی در پی در معرض سیستم‌های گردوغبار محلی و سینوپتیکی متعدد است. منشاء گرد و غبارهای تاثیرگذار بر ایران مناطقی مانند بیابان‌های شمال آفریقا، شبه‌جزیره عربستان، عراق و سوریه می‌باشد که آب و هوای آن‌ها بسیار خشک بوده و میانگین بارش کمی دارند. این گرد و غبارها به علت گرم‌تر شدن هوای زمین و بیش‌تر شدن سرعت بادها به ایران منتقل می‌شوند. ریزگردها به همراه حرکت صعودی هوای ناشی از سامانه‌های جوی به ترازهای بالاتر جو رفته و در آن‌جا، بر حسب اندازه‌ی قطر در لایه‌های هوا جا می‌گیرند. سپس با جریان هوا در ترازها، به حرکت در آمده و مناطق وسیعی را تحت پوشش قرار می‌دهند (آلپرت و گانور[5]، 1993؛ دایان و همکاران[6]، 1991).سیستم‌های گرد و غبار در ایران منجر به لغو پروازها، تعطیلی مدارس، ادارات و کارخانه‌ها، بروز بیماری‌های تنفسی مانند آسم شده (حسین‌زاده، 1376) و هم‌چنین، باعث کاهش محصولات کشاورزی تا 20 درصد می‌شود (شاهسونی و همکاران، 1389). در سال‌های اخیر به دلیل بروز خشکسالی‌ها به نظر می‌رسد که افزایشی در فراوانی وقوع این پدیده مخاطره‌انگیز آب و هوایی صورت گرفته که باعث بروز مشکلاتی در برخی مناطق کشور ایران شده است (رسولی و همکاران 1389). مناطق جنوبی دریای خزر بین کوه و دریا محصور بوده و به دلیل برخورداری از بارش­های خزری دارای میانگین بارش بیشتری نسبت به دیگر مناطق کشور می­باشند. این موضوع به همراه شرایط مناسب محیطی دیگر، پوشش گیاهی متراکمی را در اکثر مناطق شمال کشور ایجاد کرده است. با وجود اینکه کلیه شرایط محیطی حاکم در این منطقه عامل بازدارنده و مانع شکل‌گیری طوفان‌های گرد و غباری می‌باشند ولی هر از گاهی طوفان گرد و غباری در این مناطق مشاهده می­‌شود. هدف از این مطالعه، شناسایی الگوهای جوی موثر در ایجاد و انتقال گرد و خاک به حوضه جنوبی خزر، تعیین مسیر کلی حرکت طوفان، شناسایی تغییرات فراوانی مکانی و زمانی سامانه‌های همدیدی و مسیرهایانتشار است. در این راستا از داده‌های ثبت شده­ی هواشناسی، نقشه­های همدیدی و تصاویر ماهواره­ای استفاده شده است.

3-1 ضرورت تحقیق

سیاره زمین از بدو پیدایش، دستخوش مخاطرات بسیاری بوده است. در سال‌های گذشته، مخاطرات طبیعی پی در پی در سطح جهان به وقوع پیوسته و خسارت‌های جانی و مالی فراوانی در مناطق مختلف ایجاد کرده‌اند. در بعضی از مناطق جهان، به ویژه منطقه موسوم به خاور‌میانه، طوفان‌های گرد و غبار از پدیده‌هایی هستند که فراوانی وقوع بالایی دارند. عوامل بسیاری در ایجاد طوفان نقش دارند، اما گردش جو و شرایط سطح زمین از عوامل اصلی طوفان‌های گرد و غبار محسوب می‌شوند. باد یکی از مهم‌ترین عوامل آب و هوایی است که نقش مهمی در تغییرات سطح زمین دارد. به طور کلی، کنکاش باد در سطح زمین با عمل فرسایش و برداشت همراه است که قسمتی از این بار پس از مسافتی رسوب کرده و مابقی به صورت معلق در هوا باقی می‌ماند که به شکل گرد و غبار تا مسافت‌های طولانی قابل حمل است.طوفان گرد و غبار بر روند تشکیل خاک، ژئومورفولوژی سطحی در نواحی مختلف وحرکت دادن پوشش سطحی نواحی صحرایی تاثیر دارد. تسریع فرسایش خاک و تقویت بیابان‌زایی از دیگر اثرات طوفان‌های گرد و غباری می‌باشد. اهمیت مطالعات انجام گرفته در رابطه با گرد و غبار از این نظر است که آسیب‌های فراوان گرد و غبار شناسایی شده و روز به روز میزان شدت و تعداد روزهای همراه با گرد و غبار در همه مناطق از جمله ایران افزایش یافته و باید راهی در جهت کنترل این پدیده پیدا کرد. منطقه جنوبی حوضه خزری بر حسب نوع آب و هوا، پوشش گیاهی، رطوبت و موقعیت جغرافیایی دارای شرایطی است که انتظار می‌رود تعداد روزهای همراه با گرد و غبار در این منطقه نسبت به دیگر مناطق کم باشد. این منطقه بهعنوانمنبعگردوغباربهشمارنمی‌رودودرنتیجهبیش‌ترگردوغبارهایمشاهدهشده فرامحلیبودهوازنواحیدورونزدیکدیگرمنشأمی‌گیرند.

هدف از این پژوهش، شناسایی الگوهای جوی موثر در ایجاد و انتقال گرد و خاک به حوضه جنوبی خزر، تعیین مسیر کلی حرکت طوفان، شناسایی تغییرات فراوانی مکانی و زمانی سامانه‌های همدیدی و مسیرهای انتشار است تا میزان وقوع این پدیده را در منطقه به دست آوریم.

4-1 سوالات تحقیق

1. توزیع مکانی و زمانی پدیده گرد و غبار در منطقه مورد مطالعه چگونه می‌باشد؟

2. سامانه‌های همدیدی موثر در ایجاد طوفان گرد و غبار در مناطق خزری کدامند؟

3. مسیرهای انتشار گرد و غبار در منطقه خزری کدام است؟

5-1 فرضیات تحقیق

1. توزیع مکانی و زمانی پدیده گرد و غبار از نظر فراوانی در منطقه مورد مطالعه یکسان نیست.

2. سامانه‌های همدیدی موثر متفاوتی در ایجاد پدیده گرد و غبار در منطقه نقش دارند.

3. گرد و غبارهای سواحل جنوبی خزر معمولاً از سمت جنوب و جنوب غرب به این مناطق وارد می­شوند.

6-1 جمع ‌بندی

گرد و غبارها باورودبهجریان‌هایجوی که درغربایران هستندوارد کشورشدهوگاهیتامرکزکشورجابه جامی‌شوند.باتوجهبهاهمیتاینپدیدهوازطرفدیگرگسترشوسیعمکانیآندرسال‌هایاخیردربخش‌هایغربیوشمالیکشور، در پژوهش حاضرمسیرهای ورودی و علل وجود این پدیده مورد شناسایی قرار خواهد گرفت. در فصل بعدی به منظور روشن شدن موضوع پژوهش، پیشینه تحقیقات انجام شده در این رابطه به همراه مبانی نظری پژوهش، به اختصار مطرح خواهند شد.

فصل دوم مبانی نظری و پیشینه تحقیق

2- مبانی نظری و پیشینه تحقیق

1-2 مبانی نظری

1-1-2 تعریف پدیده گرد و غبار

1. هرگاه باد مقادیر زیادی از گرد و خاک را به هوا بلند کرده و باعث کاهش دید به کمتر از یک کیلومتر شود.

2. سرعت باد به بیش از 15 متر بر ثانیه برسد.

طوفان گرد و خاک عبارت است از بادی که بر اثر وزش آن ابر متراکمی از گرد و غبار در فضا ایجاد می‌شود تراکم این ابر غبارآلود آنقدر زیاد است که جلوی دید را کاملا گرفته و ارتفاع آن، گاه تا 3000متر می‌رسد. پدیده‌های گرد و غباری نه تنها حاصل وزش بادهای شدید که حاصل شرایط ناپایداری در الگوی سینوپتیکی می‌باشد. از مهم‌ترین شرایط ایجاد گرد و غبار در کنار هوای ناپایدار، وجود یا عدم وجود رطوبت است به طوری که اگر هوای ناپایدار رطوبت کافی داشته باشد بارش و طوفان رعد و برق و اگر فاقد رطوبت باشد طوفان گرد و غبار ایجاد می‌کند. در واقع تغییر در ویژگی عناصر دما، فشار، نم نسبی و ... باعث ایجاد بارش و طوفان رعد و برق و یا سیستم‌های گرد و غباری می شود. فراوانی ذرات گرد و غبار در جو علاوه بر شدت باد و خشکی ذرات خاک به اندازه قطر ذرات نیز بستگی دارد. نوع و پوشش گیاهی نیز در شدت وقوع گرد و غبار نقش موثری ایفا می‌کند. مطالعات فراوانی وقوع طوفان‌های گرد و خاک نشان می‌دهد که بیش‌ترین وقوع آن‌ها در مناطق بسیار خشک با زمین لخت (80-60 روز در سال) ، پس از آن مناطق با پوشش گیاهان بوته‌ای (30- 20 روز در سال) و سپس چمن زارها (4-2 روز در سال) صورت می‌گیرد. از دیدگاه سینوپتیکی طوفان یک پدیده مخرب منحصر به فرد در روی نقشه‌های سینوپتیکی بوده که ترکیبی از پدیده های فشار، ابر، بارندگی، باد و ... را در برگرفته و توسط رادار طوفان قابل شناسایی است. یکی از انواع بلایای طبیعی که هر ساله سبب خسارات زیادی در نواحی خشک و بیابانی جهان و ایران می‌شود طوفان گرد و غبار همراه با بادهای شدید است (دهقان‌پور، 1384).

2-1-2 انواع گرد و غبار

انتشار گرد و غبار به صورت وقایعی پراکنده و گاه و بی‌گاه که در اندازه، زمان و غلظت ذرات متفاوت است در جو زمین رخ می‌دهد. گرد و غبار معمولا بر حسب میزان اثرات آن‌ها بر روی افق دید دسته بندی می شوند:

گردوغبار وزشی: به وضعیتی گفته می شود که گرد و خاک در شعاع دید ناظر مشاهده می‌شود اما قابلیت دید تا کمتر از 1000 متر نیست.

طوفان گرد و غبار:کاهش دید به کمتر از 1000 متر می‌رسد.

گرد و غبار اتفاقی:کاهش دید به کمتر از 11 کیلومتر می‌رسد.

گرد و غبار زودگذر: گرد و غباری که از وسایل مکانیکی ، مانند عبور و مرور در جاده خاکی یا عملیات استخراج معادن به وجود می‌آیند (واشینگتون و همکاران[7]، 2003).

3-1-2 مکانیسم تشکیل

بسته به سرعت باد و اندازه ذرات خاک مواد به سه شکل غلتان، جهشی و معلق جا به جا می‌شوند ذرات درشت معمولا به صورت غلتیدن جا به جا می‌شوند ذرات متوسط به صورت جهشی جا به جا می‌شوند ذرات مذکور به هوا بلند شده و معمولا 4 برابر ارتفاعی که به هوا بلند می‌شوند به جلو رانده می‌شوند اما ذرات ریز دانه مانند ذرات رس به علت سبک بودن تا ارتفاع زیادی از سطح زمین بلند می‌شوند و مدت زیادی در هوا معلق باقی مانده و پس از طی مسافتی طولانی فرو می‌نشینند.

4-1-2 زمان‌بندی روزانه و فصلی گرد و غبار

در مناطق مختلف طوفان گرد و غبار در زمان خاصی از روز متمرکز می‌شود. در بیش‌تر مناطق، بزرگ‌ترین طوفان‌های گرد و غبار در اواخر صبح و بعد از ظهر رخ می‌دهند. یک طوفان گرد و غباری زمانی توسعه می‌‌یابد که یک سیستم به سمت ناحیه بیابانی حرکت کند.

5-1 -2 مدت زمان پایداری طوفان

مدت زمان پایداری طوفان با توجه به شرایط منطقه بین چند ساعت تا سه روز متغیر می‌باشد

6-1-2 عوامل موثر در ایجاد گرد و غبار

1. وضعیت زمین:

نوع خاک، رطوبت خاک، پوشش گیاهی

2. مهار آب‌های سطحی:

ایجاد سد، انحراف مسیر رودخانه، برداشت بی رویه از منابع آب (به ویژه آب‌های زیر سطحی)

3. شرایط جوی:

کم بارشی و خشکسالی

7-1-2 اصلی‌ترین عوامل ایجاد پدیده گرد و غبار

وزش بادهای به نسبت شدید بر روی بیابان‌های با خاک نرم و خشک، حرکت صعودی هوا موجب انتقال عمودی ذرات گرد و خاک معلق به ترازهای بالاتر جو می‌شود، انتقال ذرات معلق توسط جریانات سطوح فوقانی جو به نقاط دورتر است.

8-1-2 منشأ پدیده گرد و غبار

ذرات گرد و غبار ممکن است از فرسایش مواد معدنی و آلی خاک مشتق شده باشند. گرد و غبار ممکن است از تپه‌های شنی فعال به وجود آید. جاده‌های خاکی، کارگاه‌های ساختمانی، دستگاه‌های سنگ شکن و .... از منابع تولید گرد و غبار می‌باشند. تولید کنندگان اصلی گرد و غبار بستر خشک دریاچه‌ها و صحرای بزرگ آفریقا می‌باشد. بیش از 70% از طوفان‌های گرد و غبار به طوفان‌هایی که از بیابان‌های آفریقا نشات می‌‌گیرند نسبت داده می شود(پراسپرو و همکاران[8]،2002).

شکل (1-2): مراکز تولید گرد و غبار در جهان

9-1-2 عوامل تشکیل دهنده

طوفان‌های گرد و غباری که تحت تاثیر مستقیم و غیر مستقیم تغییرات آب و هوایی در حال گسترش می‌باشند به دلایلی در سال‌های اخیر جوامع انسانی و سلامت آن‌ها را در معرض تهدید قرار داده‌اند. تغییر در الگوهای خشکسالی، گسترش بیابان‌زایی و تغییر در پوشش گیاهی زمین که به نوعی به تغییر آب و هوا وابسته است از سویی و تغییرات انسان ساخت اراضی از عواملی هستند که در تشدید این معضل محیطی دخالت داشته‌اند. از دیگر عوامل موثر در تکوین و ایجاد ناپایداری سرعت باد و جریان‌های شدید لایه زیرین تروپوسفر است. شدت طوفان گرد و خاک توسط بقا آن و کاهش دید تعیین می‌شود(خسروی، 1389).

10-1-2 اثر عوامل آب و هوایی در طوفان‌ گرد و غبار

گرد و غبار به ‌طور قابل توجهی برحسب توزیع اندازه ذرات، چسبندگی سطحی خاک، و حضور عناصر زبری یا پوشش گیاهی تغییرمی‌کند. آزمایش‌های انجام شده به وسیله تونل باد نشان داده که گستره محدوده سرعت‌های آستانه، از حدود 0.4 تا 3.39 متر بر ثانیه تغییر می‌کند. که برای سطوح دست خورده حدود 2 تا 6 برابر کمتر از سطوح دست نخورده است. در شرایط صحرایی، رویدادهای گرد و غبار با سرعت باد مرتبط است برای توسعه یا تعدیل طوفان‌های گرد و غبار، بارندگی یک عنصر حیاتی به شمار می‌رود حتی مقادیر کوچکی از رطوبت خاک، به شدت فرسایش بادی را محدود می‌کند. وقوع خشکسالی ها نقش عمده‌ای در افزایش تولید گرد و غبار بازی می‌کنند. طوفان‌های گرد و غبار وقتی به وجود می‌آیند که مجموع بارش سالانه بطور قابل توجهی از بارش نرمال کم‌تر است. اکثریت گرد و غبارهای دنیا از نواحی محدودی مانند بیابان بزرگ آفریقا، خاورمیانه، آسیای جنوب غربی، مرکز استرالیا، مغولستان و بخش‌هایی از قاره اروپا و آمریکا منشاء می‌گیرند. در بررسی توزیع جهانی از این کمربند به عنوان کمربند غبار نام برده می‌شود. این کمربند جغرافیایی در نیم‌کره شمالی واقع شده است. در منطقه خاورمیانه از شمال آفریقا تا چین گسترده شده است. در خارج این کمربند میزان گرد و غبار کم است. به طور کلی منابع عمده گرد و غبار عبارتند از: سرزمین‌های کم ارتفاع و کم بارانی که از میانگین بارش سالیانه کم‌تر از 250 میلی‌متر برخوردار هستند.

11-1-2 منابع گرد و غباری ایران

حدود 25% از مساحت کشور ایران به دلیل قرار گرفتن بر روی کمربند خشک و بیابانی جهان، تحت سیطره طوفان‌های گرد و غباری می‌باشند. مهم‌ترین منبع گرد و غباری وارد شده به غرب کشور، صحرای سوریه، صحرای نفوذ در شمال شبه جزیره عربستان و بیابان‌های جنوب عراق می‌باشند و نقش صحرای بزرگ آفریقا در این میان بسیار ناچیز می باشد.

موقعی که کم فشارهای حرارتی در قسمت‌های شمالی شبه جزیره عربستان و یا روی خلیج فارس مستقر هستند به دلیل نزدیکی به غرب نقش بیش‌تری در تشدید و فعالیت گرد و غبار بازی می‌کنند. به خصوص در تابستان که بر روی ایران پر فشار آزور مستقر می‌باشد باعث می‌شود هوای شبه جزیره عربستان وارد ایران شود. ورود هوای گرم و خشک عربستان به داخل ایران باعث بالا رفتن دمای شهرهای استان خوزستان به 54 درجه سانتی‌گراد و رطوبت به 10 درصد می‌گردد. بنابراین این طوفان‌ها چون فاقد رطوبت و دارای سرعت و قدرت زیاد می‎‌باشند و هنگامی که از روی بیابان‌های عربستان و عراق می‌گذرند دارای مقادیر زیادی گرد و غبار و ذرات بسیار ریز بوده و هنگام رسیدن به ایران باعث تیرگی و آلودگی هوا و بالا رفتن دمای آن می‌شوند گرچه طوفان‌های گرد و غباری خوزستان در همه فصول ممکن است شکل بگیرند اما بیش‌ترین زمان وقوع آن‌ها در دوره گرم سال به خصوص در مرداد ماه می‌باشند. تعداد روزهای توام با طوفان‌های گرد و غباری در استان خوزستان معمولا بیش از 15 روز در سال است. نتایج حاصل از تحلیل آماری سال‌های 1996-2005 بیان‌گر فراوانی بیش‌تر روزهای گرد و غباری در دوره گرم سال نسبت به دوره سرد سال می‌باشد هم‌چنین تعداد روزهای گرد و غباری از غرب منطقه به سمت شرق کاهش می‌یابد. در جنوب شرق ایران نیز مهم‌ترین منبع تغذیه بار جامد طوفان‌ها بستر خشک هامون پوزک می‌باشد. اقلیم در دشت سیستان با بالا بودن درجه حرارت طی دوره وزش بادهای 120 روزه و قطع منابع بارش و خشکی فیزیکی محیط همراه است این عوامل باعث مهیا شدن شرایط جوی مناسب وزش بادها گردیده و با وجود کاهش رطوبت خاک امکان تغذیه طوفان‌های گرد و غباری را فراهم می‌سازد. اختلاف فشار بین افغانستان و دشت سیستان، وجود مراکز فشار قوی در سیبری از عوامل به وجود آورنده و تشدید کننده بادها و طوفان‌های گرد و غباری در دشت سیستان می‌باشند این طوفان‌ها از ارتفاعات شمال شرق به طرف جنوب شرق ایران پس از عبور از بیابان‌ها در دشت سیستان به یک باد گرم و خشک تبدیل می‌شوند و خسارات فراوانی را به مزارع کشاورزی و پوشش گیاهی وارد می‌نمایند (خسروی، 1389).

زمان وزش این بادها معمولا از نیمه خرداد تا نیمه مهر ماه می‌باشد اما در بعضی منابع زمان وزش آن‌ها را از اول خرداد تا آخر شهریور نیز ذکر نموده‌اند. سرعت این بادها متغیر است و از 30 کیلومتر در ساعت شروع و حداکثر به 120 کیلومتر در ساعت می‌رسند. توزیع مکانی طوفان‌های گرد وغباری درکشور ما در چاله‌های مرکزی مانند دشت لوت و دشت کویر و چاله‌های شرقی به حداکثر خود می‌رسد در منطقه بین زاهدان و کرمان تعداد روزهای طوفان‌های گرد و غباری به 150 روز در سال می‌رسند محل بیشینه این طوفان‌ها در نواحی خشک و بدون پوشش گیاهی و به لحاظ توزیع زمانی در مرداد ماه اتفاق می‌افتد.

12-1-2 عناصر آب و هوایی

1. دما

مقداری از انرژی تابشی خورشید توسط عوارض سطح زمین جذب شده، تبدیل به انرژی حرارتی می‌شود. این انرژی به شکل «دما» یا درجه حرارت جلوه می‌کند. گرچه اصلی‌ترین عامل ایجاد دما، انرژی حاصل از جذب تابش کوتاه خورشیدی در سطح زمین است ولی عوامل متعددی از قبیل ماهیت فیزیکی، هدایت گرمایی، ناهمواری و ارتفاع از سطح زمین، جابه جایی افقی و عمودی هوا، ابرناکی، جریان‌های اقیانوسی در آن دخالت دارند (مسعودیان و کاویانی، 1386: 112)

2 . فشار

فشار هوا نیرویی است که هوا بر یک واحد از سطح زمین وارد می‌کند و مقدار آن در سطح دریاهای آزاد، برابر با وزن ستونی از جیوه به ارتفاع 76 سانتی‌متر است (مسعودیان و کاویانی، 1386: 143). فشار هوا نه تنها از نظر تاثیر مستقیم در روی موجودات زنده اهمیت دارد، بلکه از لحاظ نقشی که در سایر عوامل آب و هوایی دارد، مانند تبخیر، تبادلات گازی بین اتمسفر و خاک، شایان مطالعه دقیق بوده و باد و جریان هوا خود محصول اختلاف فشار بین دو ناحیه بوده و موجب جا به جایی توده‌های هوا می‌گردد.

3. رطوبت

رطوبت هوا یعنی مقدار بخار آب موجود در هوا. هوای خشک در طبیعت وجود ندارد و حتی در هوای ظاهرا خشک بیابان‌ها هم مقداری رطوبت موجود است. در شرایط معمولی، میزان بخار آب جو در ماه‌های گرم، از 3/1 درصد و در ماه‌های سرد، از 4/0 درصد تجاوز نمی‌کند. رطوبت به سه حالت بخار، مایع و جامد وجود دارد که در هوای صاف و معمولی رطوبت به صورت بخار است که به چشم دیده نمی‌شود (کاویانی،1380). برای سنجش رطوبت جو مقیاس‌های متفاوتی به کار می‌رود که مهم‌ترین آن‌ها رطوبت مطلق و رطوبت نسبی می‌باشد. که میزان رطوبت نسبی در مطالعه‌ی حاضر به کار گرفته شده است. رطوبت نسبی؛ نسبت مقدار رطوبت موجود در هوا را نسبت به رطوبت اشباع در همان دما نشان می‌دهد و بر حسب درصد بیان می‌شود.

4. باد

باد جریان هوایی است که از مراکز پر فشار به طرف مراکز کم فشار به حرکت در می‌آید. از هنگامی که جو به وجود آمده است باد وجود داشته و تا وقتی که زمین هست و نابرابری دما روی آن وجود دارد باقی خواهد بود. دامنه تغییرات حرکت باد بی نهایت گسترده است و از بادهای محلی کوچک گرفته تا بادهایی در مقیاس سیاره‌ای را شامل می‌شود.

5. دید افقی:

حداکثر مسافتی است که یک دیده‌بان می‌تواند اشیاء را با نور معمولی به‌خوبی تشخیص دهد.

6. کد پدیده هواشناسی:

در هواشناسی 100 کد بین‌المللی برای بیان پدیده‌های جوی وجود دارد. که بیانگر انواع بارندگی‌ها، مه‌ها، رعد و برق‌ها و طوفان‌ها است. در پدیده‌شناسی هواشناسی از کد 04 تا کد 09 و30 تا 33 از بین 100 کد هوای حاضر مخصوص غبار، طوفان گرد و خاک و شن است. 06 حالتی که دید عمودی کاهش یابدو این مصداقحالتی است که از سطوح فوقانی گرد و خاک به لایه‌های سطح زمین فرود آید.

13-1-2 نقشه‌های سینوپتیک

نقشه‌های سینوپتیک، نقشه‌هایی هستند که پس از دریافت اطلاعات از مراجع دو گانه ایستگاه‌های سینوپتیک و داده‌های اخذ شده از رادیوسوند، در زمان‌های مختلف تهیه می‌شوند. این گونه نقشه‌ها مبنایی برای انجام پیش‌بینی‌های روزانه در مراکز و سازمان‌های هواشناسی کشورند و اطلاعات مهمی را برای مطالعات اقلیم‌شناسی سینوپتیک تشکیل می‌دهند (فرج زاده، 1386: 23).

2-2 بررسی منابع

گرد و غبارمی‌توانداز طریقجذبوپراکندهنمودنانرژیدماییهوا، تشکیلابر،فعالیت‌هایهمرفتی، غلظتدی‌اکسیدکربنوگوگرددرآتمسفرچرخه‌هایزمینوبیابان‌زاییتاثیرگذارد.یکیدیگرازموضوعاتمطرحشدهدراینزمینهآناستکهگرد و غباربهواسطهغلظتوتوزیععمودیآندرآتمسفر،اندازهوویژگیکانی‌شناسیذراتمی‌تواند به عنوانعاملتغییرآبوهواعملنماید.ازمهم‌ترین پیامدهایمستقیمطوفان‌هایگرد و غبارتاثیرمخرب آنبرسلامتیانساناست. به طوری‌ کهجداشدنگرد و غبار از بسترهایخشک باعثانتقالذراتریزخاک،املاحوترکیبات شیمیایی وریزگردهابهآتمسفرشدهودر نهایت،باعث ایجاد مشکلات فراوان می‌شود. باتوجهبهآثاریکهاینپدیدهدربعدجهانیبرجایمی‌‌گذارد،کارشناسانمربوطهباابزارهایمتفاوتازجملهتصاویرماهواره‌ای،نقشه‌هایهوا،روش‌هایآماریمختلفآنرابررسیمی‌کنندتاباشناساییمنشاءوآثارآن‌هااقداماتلازمبرایکاهشآسیب‌هایاحتمالیناشیازگردوغبارهاانجامشود.

[1]. Song et al

[2]. Engelstadler et al

[3]. Vienna et al

[4]. Krueger

[5]. Alpert and Janor

[6]. Dayan et al

[7]. Washington et al

[8]. Prospero