قابلیت های مدل عددی Chem-WRF در برآورد غلظت گرد و خاک (مطالعه موردی طوفان گرد و خاک تهران)

سابقه و هدف: اگرچه در سال های اخیر چندین مدل عددی گرد و خاک برای منطقه خاورمیانه ارزیابی شده اند، اما به دلیل وسعت منطقه، توسعه و پیدایش چشمه های جدید گرد و خاک، نیاز است تا تحقیقات جامع تری در ارزیابی مدل های عددی گرد و خاک برای منطقه خاورمیانه صورت گیرد. پژوهشگران گوناگونی مانند Marticorena and Bergametti (۱۹۹۵), Shao et al. (۱۹۹۶), Marticorena et al. (۱۹۹۷) Shao et al. (۲۰۰۴) با توسعه روش های تخمین انتشار ذرات گرد و خاک با محاسبه فرآیندهایی همچون جهش و خزش ذرات گرد و خاک، و سرعت اصطکاکی آستانه، مدل های یکپارچه فیزیکی فرسایش باد را که قابلیت جفت شدن با مدل های جوی دارند، توسعه دادند.مواد و روش ها: در این پژوهش با استفاده از نسخه ۳.۶.۱ از مدل جفت شده WRF-Chem، شبیه سازی برای ۲ روز از تاریخ ۱۱ تا ۱۳ خرداد ماه سال ۱۳۹۳ با استفاده از داده های آنالیز GFS به منظور شرایط اولیه و مرزی صورت پذیرفت. در این اجرا از طرحواره پیشرفته MADE-SORGAM به عنوان طرحواره گسیل ذرات معلق جوی استفاده شد. این طرحواره بر پایه مدل دینامیکی مودال برای هواویزها۱ در اروپا طراحی شده است که این رهیافت نیز به نوبه خود بر پایه مدل منطقه ای ذرات معلق طراحی شده است. در طرحواره MADE ذرات معلق جوی در سه مد ایتکن با قطر کمتر از ۰.۱ میکرومتر، تجمعی با قطر بین ۰.۱ تا ۲ میکرومتر، و درشت با قطر بزرگتر از ۲ میکرومتر با توزیع لوگ-نرمال در فرآیند شبیه سازی کیفیت هوا وارد می شوند.نتایج و بحث: جهت ارزیابی خروجی مدل WRF-Chem، با استفاده از برنامه پس پردازشی NCL، نقشه های توزیع PM۱۰ به همراه غلظت این پارامتر ترسیم شد. خروجی مدل WRF-Chem برای غلظت PM۱۰ و باد سطحی در ساعت ۱۲ روز ۱۲ خرداد ماه سال ۱۳۹۳ نشان داده شده است. در ساعت ۱۲ توده کوچکی در شمال غربی استان تهران مشاهده می شود، به تدریج با گذشت زمان میزان غلظت ذرات افزایش یافته و وزش بادهای غرب و شمال غربی سبب ورود گرد و خاک به داخل شهر تهران می گردد تا جایی که در ساعت ۱۵ کلانشهر تهران را با غلظت زیادی در برگرفته است، پس از آن، ذرات به سمت شرق منتقل شده، گستردگی مناطق تحت پوشش بیشتر می شود ولی غلظت ذرات PM۱۰ کاهش می یابد. نکته قابل توجه این است که اگرچه مدل غلظت زیادی را در مناطق غربی کشور نشان می دهد، که منشاء آن نواحی شرق و شمال شرقی کشور عراق است، چشمه گسیل طوفان گردوخاک شهر تهران را کاملا داخلی و مستقل از آن بدست آورده است. به دلیل وجود برخی محدودیت ها در طرحواره MADE برای مناطق با وضعیت زمین شناختی پیچیده، خروجی این طرحواره ممکن است در برخی نقاط دارای بیش برآورد یا کم برآورد باشد. همین طور در صورت وجود خطا در الگوی کاربری اراضی و جنس خاک از نظر فرسایش پذیری که نقش تعیین کننده در برآورد غلظت گرد و خاک دارد، نتایج خروجی مدل می تواند با واقعیت اختلاف داشته باشد. مناطقی از حوضه شبیه سازی مانند شرق دریای خزر و ترکمنستان عموما دارای غلظت های بالای گرد و خاک است که در مقایسه با مقادیر عمق نوری ذرات گرد و خاک حاصل از سنجنده MODIS مشخص می گردد که مقادیر قابل توجهی از گرد و خاک بر فراز بخش هایی از دریای خزر تجمع یافته است.نتیجه گیری: به طور کلی عملکرد مدل عددی WRF-Chem در این پژوهش، قابلیت کاربردی این مدل را در مدل سازی و پیش بینی کیفیت هوا، به ویژه برای هواویزهایی که از چشمه های گسیل طبیعی مانند مناطق فرسایش پذیر و بیابان ها تولید می شوند، تایید می کند. شرایط کاربری اراضی و فرسایش خاک به دلیل تغییراتی که در سال های اخیر از نظر اقلیم، پوشش گیاهی، و سایر فراسنج های زمین شناختی در منطقه خاورمیانه رخ داده است، در برخی از مناطق دچار دگرگونی قابل توجهی شده است. ولی داده های زمین شناسی که در مدل WRF استفاده می شود همچنان مربوط به سال های گذشته است که در پژوهش های کیفیت هوا عامل ایجاد خطا در خروجی مدل است. بدین منظور می بایست حداقل در مقیاس منطقه ای، داده های زمین شناختی موثر در گسیل ذرات گرد و خاک تصحیح شده و در اختیار مدل قرار بگیرد.

کلیدواژه ها:

طوفان گرد و خاک ، مدل WRF-Cehm ، طرحواره MADE