واکاوی مشخصه های آماری، روند تغییرات و توزیع ارتفاعی بارش های فرین در پهنه جنوبی ایران طی سه چرخه اخیر فعالیت های خورشیدی

مقدمه بررسی شدت و الگوهای بارش های فرین در سال های اخیر به یکی از موضوعات مهم مطالعات اقلیمی تبدیل شده است، زیرا این رخدادها ارتباط نزدیکی با گرمایش جهانی و تغییرات انرژی در سامانه جو دارند. پژوهش های جهانی نشان می دهد که در بسیاری از مناطق، از جمله اروپای مرکزی و غرب ایالات متحده، شدت و فراوانی بارش های فرین روندی افزایشی داشته است. همچنین در برخی مناطق عرض های میانی و جنب حاره ای مانند جنوب شرق آسیا و حوضه مدیترانه، افزایش شدت بارش ها همزمان با کاهش تعداد روزهای بارانی مشاهده شده که موجب تمرکز زمانی بارش و افزایش مخاطرات هیدرولوژیکی شده است. نتایج مطالعات در شرق مدیترانه، شبه قاره هند و پژوهش های مرتبط با عوامل مقیاس بزرگ جوی مانند رودخانه های جوی و الگوهای سینوپتیک نیز بر نقش سامانه های جوی در تقویت بارش های فرین تاکید دارند. در ایران نیز مطالعات متعددی به بررسی شدت، فراوانی و الگوهای فضایی بارش های فرین پرداخته اند. نتایج این پژوهش ها نشان می دهد سامانه کم فشار سودانی مهم ترین عامل ایجاد بارش های سنگین در جنوب کشور است و فعالیت آن تحت تاثیر واچرخند عربستان و رودباد جنب حاره ای قرار دارد. برخی تحقیقات همچنین به نقش چرخه های خورشیدی در تغییرپذیری زمانی بارش ها اشاره کرده و کاهش توزیع زمانی و گرایش بارش ها به رخدادهای رگباری در چرخه های اخیر را گزارش کرده اند. علاوه بر این، عامل ارتفاع نیز در تشدید بارش های فرین موثر است و در ارتفاعات بالاتر از ۱۵۰۰ متر اثر توپوگرافی بر افزایش شدت بارش ها بیشتر می شود. اهمیت این موضوع در پهنه جنوبی ایران از آنجا دوچندان می شود که این منطقه در محل اثرگذاری همزمان چندین منبع رطوبتی و سامانه جوی قرار دارد. مجاورت با خلیج فارس، دریای عمان، دریای عرب و همچنین اثرپذیری از سامانه های سودانی، مدیترانه ای و جریان های جنوبی، شرایطی را فراهم می کند که بارش ها در این ناحیه اغلب ماهیتی ناپایدار، رگباری و سیل آسا داشته باشند. از سوی دیگر، وجود ناهمواری های گسترده زاگرس در بخش های شمالی و شرقی این پهنه، موجب می شود عامل ارتفاع نقش مهمی در تشدید یا تضعیف بارش ها ایفا کند. بنابراین، مطالعه بارش های فرین در جنوب ایران بدون توجه همزمان به سازوکارهای جوی، موقعیت ارتفاعی ایستگاه ها و نوسانات زمانی بزرگ مقیاس، نمی تواند تصویر کاملی از رفتار این رخدادها ارائه دهد. با وجود این، بسیاری از پژوهش های پیشین یا بر عوامل سینوپتیک تمرکز داشته اند یا تغییرات زمانی را به طور جداگانه بررسی کرده اند و ارتباط همزمان چرخه های خورشیدی با پراکنش ارتفاعی بارش های فرین کمتر مورد توجه قرار گرفته است. از این رو پژوهش حاضر با رویکردی تلفیقی به بررسی همزمان نقش چرخه های خورشیدی و طبقات ارتفاعی در تغییر ساختار بارش های فرین در جنوب ایران می پردازد. هدف اصلی تحقیق، تحلیل روندها و الگوی ارتفاعی شدت بارش های فرین در این منطقه طی سه چرخه اخیر خورشیدی در دوره ۱۹۸۶ تا ۲۰۱۹ است. مواد و روش­ها محدوده مورد مطالعه این پژوهش، پهنه جنوبی ایران شامل استان های ایلام، لرستان، خوزستان، چهارمحال و بختیاری، کهگیلویه و بویراحمد، فارس، بوشهر، هرمزگان، کرمان و سیستان و بلوچستان است. داده های مورد استفاده شامل سری زمانی بارش روزانه ایستگاه های سینوپتیک اصلی و فرعی سازمان هواشناسی کشور است. با توجه به هدف تحقیق در بررسی ارتباط بارش های فرین با فعالیت های خورشیدی، دوره آماری پژوهش بر سه چرخه کامل خورشیدی (چرخه های ۲۲، ۲۳ و ۲۴) منطبق بر سال های ۱۹۸۶ تا ۲۰۱۹ تنظیم شد. برای افزایش دقت تحلیل های فضایی، در هر چرخه ۱۱ ساله تنها ایستگاه هایی که دارای داده های کامل بودند وارد محاسبات شدند؛ به همین دلیل تعداد ایستگاه ها از ۳۱ ایستگاه در چرخه ۲۲ به ۵۹ ایستگاه در چرخه ۲۳ و ۹۹ ایستگاه در چرخه ۲۴ افزایش یافت. در مرحله نخست، داده های حداکثر بارش ۲۴ ساعته از نظر کیفیت بررسی شد. نتایج نشان داد حدود ۹۶ درصد داده ها فاقد نقص بوده و برای ۴ درصد داده های دارای خلا از روش های بازسازی آماری استفاده شده است. همچنین به منظور اطمینان از پایایی داده ها، آزمون های همگنی و نرمال بودن با استفاده از آزمون اندرسون - دارلینگ در سطح اطمینان ۹۵ درصد انجام گرفت. در گام بعد، با توجه به اهمیت توپوگرافی در توزیع بارش ها، ایستگاه ها بر اساس طبقات ارتفاعی ۵۰۰ متری دسته بندی شدند تا اثر ارتفاع بر شدت بارش های فرین در هر چرخه خورشیدی بررسی شود. سپس برای شناسایی رخدادهای بارش سنگین، آستانه ۱۰ میلی متر بر اساس شاخص R۱۰mm ارائه شده توسط ETCCDI در نظر گرفته شد. در نهایت، فراوانی رخدادهای بارشی در طبقات ۱۰ میلی متری محاسبه و تغییرات شدت و فراوانی آن ها در چرخه های مختلف خورشیدی و در طبقات ارتفاعی گوناگون مورد تحلیل و مقایسه قرار گرفت. نتایج و بحث نتایج این تحقیق نشان می­دهد حداکثر بارش های ۲۴ ساعته در سواحل جنوبی کشور از یک روند خطی پیروی نمی­کند. به عبارت با افزایش ارتفاع بارش­ها سیر صعودی یکنوات را طی نمی­کند. بلکه تغییرات بارشی ترکیبی از پدیده­های همرفتی و اروگرافیک می­باشد که نقش پدیده­های ترمودینامیکی بر پدیده توپوگرافی غلبه دارد. در نتیجه در زیر تراز ۵۰۰ متری با شروع جریانات همرفتی، بارش­های رگباری شروع شده ولی هیچگاه بارش­های فرین با ارقام بیش از ۱۰۰ میلی­متر که در طبقات ارتفاعی بالاتر رخ می­دهد، اتفاق نمی­افتد. دسترسی به منابع رطوبتی فراوان دریاهای گرم جنوبی و ساز و کار سامانه­های موثر بر منطقه با ویژگی­های حاره­ای سبب می­شود با حاکمیت اولین شرایط ناپایداری بر منطقه ادی­های همرفتی شکل گرفته در نوار ساحلی شروع شود. در ادامه پدیده توپوگرافی ساحلی بر شدت ناپایداری همرفتی افزوده می­شود. این شرایط تا ارتفاع ۱۰۰۰ متر تداوم داشته و سپس در طبقه ارتفاعی بارش­های رین ۲۴ ساعته کاهش محسوسی دارد. در صورتی که مجددا از ارتقاع ۱۵۰۰ متر به بالا روند افزایشی تا ارتفاع ۲۵۰۰ متری که ایستگاه هواشناسی دایر بوده است، ادامه دارد. به واقع طبقه ارتفاعی ۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ متری نقطه عطف تبدیل ساختار همرفتی سامانه­ها به ترکیبی از ساختار همرفتی و اروگرافیک می­باشد به نظر می­رسد رطوبت فرارفت شده بدرون سامانه­های ورودی در لایه زیرین با رگبارهای شدید همرفتی تخلیه شده و در طبقه ارتفاعی ۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ متر سامانه­های همرفتی به دلیل تخلیه رطوبتی در لایه زیرین با کمبود رطوبت مواجه می­شود. مزید بر این که با توجه به الگوی همدیدی و ترمودینامیکی حاکم بر سامانه­های بارشی این منطقه و منابع رطوبتی تغذیه کننده سامانه­ها در ترازهای مختلف متفاوت است. در این الگوها در ترازهای زیرین بدلیل شدت رطوبت فرارفت شده بویژه در زمان غلبه زبانه پرفشار سیبری و تبت در فرارفت رطوبت بدرون سامانه سودانی در لایه زیرین و افزوده شدن منابع رطوبتی منطقه همگرایی حاره­ای در ترازهای ۸۵۰ هکتوپاسکال به بالا از طریق جریانات جنوبی جلو ناوه بارش­های سیلابی و شدید در ارتفاعات بالا بشدت تشدید می­شود (مشایخ و همکاران، ۱۴۰۲). با این همه گاه در الگوهای همدیدی خاصی پدیده همرفت در صورت تغذیه رطوبتی مناسب در همان ترازهای زیرین نیز رخ داده و بارش­های سیل آسایی را رقم می­زند. به عنوان نمونه، در سامانه بارشی ۲۸ آذر ۱۴۰۴، مقدار بارش ۲۴ ساعته در ایستگاه جزیره خارک ۹/۱۳۷ میلی متر و در ایستگاه قشم ۲/۱۳۵ میلی متر ثبت شد. در برخی رخدادها، شدت بارش حتی از ۲۰۰ میلی متر نیز فراتر رفته و با سیلاب های گسترده و مخرب همراه بوده است؛ از جمله می توان به سیلاب های ۲۷ و ۲۸ آذر ۱۴۰۴ و ۶ و ۷ اسفند ۱۴۰۲ اشاره کرد. علاوه بر آنکه در طبقات ارتفاعی ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ و ۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ متر بر شدت بارش­های ۲۴ ساعته افزوده شده است. تعداد ماه­های با معدل بارش بیش از ۱۰۰ میلی­متر بطور قابل توجهی زیاد شده است. به طوری که در دوره آماری ۳۳ ساله در طبقه ارتفاعی ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ مجموعا در ۲۱ ماه و در طبقه ارتفاعی ۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ متر ۴۲ ماه با میانگین ماهانه بارش ۲۴ ساعته بیش از ۱۰۰ میلی متر گزارش شده است. از لحاظ ماه وقوع بالاترین میانگین های ۲۴ ساعته، دسامبر ۴ مرتبه، ژانویه ۳ مرتبه، مارس ۴ مرتبه و نوامبر ۴ مرتبه تکرار شده است. بنابراین تمرکز اصلی بارش­های حدی در جنوب کشور ایران از لحاظ پراکنش زمانی در محدوده ماه­های نوامبر تا مارس می­باشد. در این میان ماه فوریه کمترین فراوانی را در ایجاد بارش­های فرین داشته است. موضوعی که ترکیب نقش صعود اوروگرافیک و تقویت ناپایداری همرفتی را برجسته می سازد. مقایسه سیکل های خورشیدی نیز نشان داد که سیکل ۲۳ بیشترین شدت و فراوانی بارش های حدی را تجربه کرده است. بررسی پراکنش ماهانه نیز حاکی از اوج وقوع بارش های فرین در ژانویه، کاهش محسوس در فوریه و افزایش مجدد در مارس است، در حالی که از آوریل به بعد، این رخدادها به صورت پراکنده و نادر مشاهده می شوند. نتیجه­گیری بنابراین، وقوع بارش های سیل آسا - به ویژه در ارتفاعات استان های فارس، بوشهر و هرمزگان که عمدتا به صورت بارش مایع رخ می دهند، یکی از مهم ترین مخاطرات اقلیمی این استان ها به شمار می آید. با توجه به اینکه این رخدادها در چارچوب الگوهای همدیدی قابل پیش بینی هستند و بیشترین تمرکز زمانی آن ها در ماه های دسامبر و ژانویه مشاهده می شود. صدور پیش آگاهی های موثر قبل از وقوع این بارش­های سیل آسا و مدیریت بهینه رواناب می تواند نقش مهمی در کاهش خسارات ناشی از این پدیده ها را ایفا کند. نتایج این تحقیق همچنین نشان داد که سامانه هایی که بار اصلی بارش های دوره ی گرم و سرد سال را در منطقه ی جنوبی ایران بر عهده دارند، چه به صورت مستقل و چه در حالت ادغام با سایر سامانه های جوی، از ساختارهای دینامیکی و ترمودینامیکی ویژه ای برخوردارند که شباهت قابل توجهی با سامانه های بارشی حاره ای دارند. در این میان، سامانه کم فشار سودانی در یک آرایش مناسب با سامانه­های واچرخندی عربستان و سیبری مهم ترین نقش را در تامین رطوبت بارش های دوره ی سرد سال این منطقه ایفا می کند (Jafari et al, ۲۰۲۱; Lashkari et al, ۲۰۲۰; Mohammadi et al, ۲۰۲۲; Lashkari et al, ۲۰۱۵; Mohammadi et al, ۲۰۱۹; Lashkari and Mohammadi, ۲۰۲۳; Zarrin et al, ۲۰۰۵; Mohammadi et al, ۲۰۱۲

کلیدواژه ها:

بارش های فرین ، پهنه بندی ارتفاعی بارش ، چرخه های خورشیدی ، جنوب ایران ، سامانه های بارش حاره ای