مدل سازی تغییرات زمانی و مکانی پوشش ابری با تاکید بر روزهای بارش در ایران

شناخت تغییرات زمانی و مکانی پارامترها و عناصر آب و هوایی، یکی از مهمترین مسائل حال حاضر تحقیقات اقلیمی دنیا به شمار می آید. این مطالعات به علت نقشی که در مباحث تغییر اقلیم، بهبود کارایی مدل های اقلیمی و پیش بینی بارش دارند در دنیا از اهمیت ویژه ای برخوردارند. در این میان مطالعه ابرها به علت اینکه حد واسط بین سامانه های همدیدی و شرایط اقلیمی سطح زمین هستند از اهمیت دوچندانی برخوردار است. همچنین مطالعه ابرها از این نظر حائز اهمیت می باشد که ابرها در راس چرخه هیدرولوژی قرار دارند و هرگونه تغییر در مقدار و پارامترهای آنها، می تواند سرآغاز زنجیره ای از واکنش ها و تغییرات در توزیع زمانی و مکانی دیگر عناصر آب و هوایی گردد. بر این اساس، این تحقیق با هدف شناسایی تغییرات زمانی و مکانی مقدار پوشش ابر در ایران و ارتباط پارامترهای مهم ابر با بارش در روزهای بارش انجام گردید. تحقیق حاضر در دو بخش انجام گردید. در بخش اول با استفاده از اطلاعات مقدار پوشش ابر ماهانه 90 ایستگاه همدید در ساعات 03, 9 و 15 گرینویچ، برای یک دوره 22 ساله (1986 تا 2007) تغییرات مکانی پوشش ابر در کشور با استفاده از روش تحلیل خوشه ای بررسی شد. همچنین تغییرات زمانی و نقطه تغییر موجود در سری های زمانی مقدار پوشش ابر نیز با استفاده از روش من- کندال و آزمون پتیت مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به اینکه روند سری های زمانی به شدت تابع طول دوره آماری می باشد، برای این منظور یک دوره 31 ساله (50 ایستگاه سینوپتیک) مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که روش خوشه بندی به خوبی قادر به طبقه بندی مقدار پوشش ابر در کشور است. این روش پنچ منطقه مجزا برای مقدار پوشش ابر سالانه کشور شامل منطقه سواحل دریای خزر، منطقه آذربایجان و البرز، منطقه زاگرس غربی و دامنه های جنوبی البرز، منطقه جنوب غربی و شمال کویر مرکزی و منطقه جنوبی و مرکزی ارائه نمود. این پهنه ها با یافته های گذشته محققان در مورد الگوهای همدیدی توده های ورودی هوا و مسیر چرخندهای ورودی به کشور همخوانی خوبی دارند. نتیجه تحلیل های زمانی نیز نشان داد که در مقیاس های زمانی ماهانه و فصلی تعداد ایستگاه های با روند معنی دار، بسیار اندک و متعلق به یک منطقه خاص نیز نبوده و در کل کشور پراکنده می باشند. بهترین نتایج در مقیاس سالانه بدست آمد. مقدار روند به جز چند مورد در تمامی ایستگاه های مورد مطالعه منفی می باشد. روندهای معنی دار اغلب متعلق به پهنه های یک، دو و سه (نیمه شمالی کشور) هستند. مقدار کاهش در مقدار پوشش سالانه ابر برای مناطق با روند معنی دار به طور متوسط 45/0 اکتا می باشد. نتایج همچنین نشان داد که سال تغییر ناگهانی در سری های مقادیر پوشش ابر سالانه در اغلب این ایستگاه ها در اوخر دهه 1980 تا اواسط دهه 1990 اتفاق افتاده است. در بخش دوم رساله، به بررسی ارتباط پارامترهای مهم ابر شامل دمای قله ابر، فشار قله ابر، عمق نوری ابر و مقدار ذرات آب و یخ ابر با بارش در روزهای بارش مورد مطالعه پرداخته شد. برای این هدف از اطلاعات ایستگاه های همدید و همچنین اطلاعات سنجنده مودیس (ماهواره ترا) برای کل دوره موجود آن (2000 تا 2011) استفاده شد و با استفاده از مدل های رگرسیون خطی، غیر خطی و همچنین مدل رگرسیون چند متغیره و گام به گام ارتباط بین این پارامترهای با بارش بررسی گردید. در ابتدا با همپوشانی چند لایه اطلاعاتی بارش و ابر در محیط arcgis کشور به 4 پهنه مشترک بارش و ابر تقسیم گردید و روزهای مشترک بارش در هر پهنه بدست آمد. بر این اساس برای پهنه شماره یک، 90 روز، پهنه شماره دو، 48 روز، پهنه شماره سه، 45 روز و برای پهنه شماره چهار، 30 روز همراه با بارش بدست آمد و سپس ارتباط بارش در این روزها با پارامترهای ابر مورد مدل سازی قرار گرفت. نتایج نشان داد که دمای قله ابر بین 14 تا 39 درصد از تغییرات بارش در پهنه ها را تبیین و یا به عبارت دیگر توضیح می دهند، این مقدار برای فشار قله ابر 8 تا 37 درصد، مقدار ذرات آب و یخ ابر 21 تا 31 درصد و عمق نوری ابر 12 تا 31 درصد بدست آمد. با اعمال مدل رگرسیون چند متغیره، نتایج نشان داد که در پهنه 3 این چهار پارامتر ابر می توانند حدود 51 درصد تغییرات بارش را تشریح کنند. این مقدار در پهنه 2 حدود 40 درصد و برای دو پهنه دیگر حدود 29 درصد بدست آمد. جهت جلوگیری و حذف اثر هم خطی بین متغیرهای مستقل و همچنین رسیدن به متغیرهای اصلی و تاثیر گذار در هر مدل، از روش رگرسیون گام به گام نیز استفاده شد که نتایج نشان داد در پهنه های 1 و 4 پارامتر مقدار آب و یخ ابر، در پهنه 2 فشار قله و مقدار آب و یخ ابر و در پهنه 3 دمای قله و عمق نوری ابر موثرترین و مهمترین پارامترهای مدل ها می باشند.