تحلیل سینوپتیک و ترمودینامیک واقعه سیل اسفندماه 1371

 

مجله علمی ـ پژوهشی دانشکده ادبیات و علوم انسانی دانشگاه اصفهان‌

دوره دوم‌، شماره بیست‌وششم و بیست‌وهفتم‌

پاییز و زمستان 1380، صص 18 ـ 1

 

 

 

 

         تحلیل سینوپتیک و ترمودینامیک واقعه سیل اسفندماه 1371

                                       در حوضه آبی کارون‌

 

                            دکتر محمدرضا کاویانی‌[1] ـ رحیم حجتی‌زاده‌[2]

 

چکیده‌

روز دوشنبه هفدهم اسفندماه سال 1371، مصادف با هشتم مارس 1993 میلادی‌سیل عظیمی در رودخانه کارون جاری شد که خسارت سنگین و محسوسی به‌دنبال داشت‌. این سیل نتیجه فعالیت سامانه (سیستم‌) باران‌زایی بود که ازشمال‌غربی شبه‌جزیره عربستان به‌آرامی به سمت شمال شرق حرکت کرده و پساز 3  روز جنوب غربی کشور را تحت‌تأثیر خود قرار داد. گسترش و تقویت این‌مرکز کم‌فشار به گونه‌ای بود که علاوه بر حوضه‌های آبی کارون و دز، نواحی‌جنوبی و بویژه جنوب شرقی حوضه آبی کرخه را نیز مورد تهاجم قرار داد.

             در این تحقیق سعی شده با تفسیر نقشه‌های سینوپتیک در سطح زمین‌، 850،700، 500 و 300 هکتوپاسکال در ساعت 0000و1200 Utc[3] در آغازبارندگی‌ها و سه روز قبل از آن‌، چگونگی حرکت و ورود سامانه‌(ها) و انتقال‌رطوبت به منطقه مورد تحلیل واقع شود. برای مشخص نمودن میزان پایداری جو

 

از داده‌های ترمودینامیک ایستگاه جو بالای دزفول‌[4] و شاخص‌های تجربی شولتر(SI) و ویتنیگ  (KI)استفاده شده است‌.

 

واژه‌های کلیدی‌

سینوپتیک‌، ترمودینامیک‌، سیل‌، سامانه (سیستم‌)، آئرودینامیک‌، سلونوئید،شاخص شولتر، شاخص ویتینگ‌.

 

مقدمه‌

سیل یکی از بارزترین بلایای طبیعی است که طبق آمار سازمانهای تخصصی ملل متحددر طول یک دهه در 130 مورد بیش از 640000 نفر تلفات انسانی و 9.06 میلیارد دلارخسارت اقتصادی محسوس به همراه داشته است (2).

                        در گستره ایران‌، علی‌رغم اینکه مرکز پرفشار جنب حاره در ماههایی از سالبر  روی آن قرار دارد که خود عدم نزول ریزشهای جوی را برای ماههای متوالی به‌دنبال‌خواهد داشت‌، در جای دیگر میزان قابل توجهی باران در مدت چند روز یا چند ساعت‌فروریخته و سیلابهای مخرب را ایجاد می‌نماید.

                        کشور ما به دلیل دارا بودن کوهستانهایی نظیر البرز و زاگرس ناحیه مناسبی برای‌تشدید و گسترش این پدیده مخرب می‌باشد. زیرا کوهستان به‌صورت یک مانع در مقابلسامانه‌های جوّی عمل کرده و آنها را منحرف و یا مجبور به صعود می‌نماید که در این‌صورت انتقال و صعود توده هوای مرطوب را تسهیل و نقش مهمی در افزایش ریزشهایجوّی ایجاد می‌کند (1).

                        سال آبی 72ـ1371، سیل‌های بزرگی در بیش از 11 استان کشور جاری شد که وقوع‌آن را پس از زلزله گیلان و زنجان‌، مهمترین حادثه طبیعی این سرزمین قلمداد کرده‌اند. بر اثروقوع این سیل 500 نفر کشته و یک میلیارد دلار خسارت محسوس بر جای مانده است (2).

                        در سال مورد اشاره‌، به دلیل ورود جبهه‌های فعال و باران‌زا و بارندگی‌هایمتناوب آذرماه لغایت اردیبهشت‌ماه در نیمه جنوبی کشور سیلابهای بزرگی به وقوع‌
پیوست (4) که سیل اسفندماه نسبت به دیگر سیلابهایی که در این سال آبی به‌وقوع‌پیوسته‌اند مخرب‌تر و بزرگتر بوده است‌.

                        در این مقاله سعی شده با تفسیر نقشه‌های روزانه هوا در آغاز بارندگی‌های منجربه این سیل و سه روز قبل از آن‌، منشأ حرکت سامانه‌ای که منطقه مورد مطالعه راتحت‌تأثیر قرار داده است مورد شناسایی قرار گیرد. همچنین با تحلیل داده‌هایترمودینامیک ایستگاه جوّ بالای دزفول وضعیت پایداری در منطقه مورد بررسی قرارگرفته است‌.

 

روش تحقیق‌

در ایجاد پدیده سیل دو عامل دخالت دارد. عامل اول شامل فعل و انفعالات و آرایش‌سامانه‌های جوّی و شرایط ناپایداری (حرارتی ـ مکانیکی‌) جو است‌. عامل ثانویه‌،شرایط فیزیکی (توپوگرافی‌، پوشش گیاهی‌، شرایط ژئومورفیک‌) و دیگر شرایط‌فیزیوگرافیک منطقه دریافت بارش می‌باشد.

                        در این مقاله برای بررسی عوامل دسته اول نقشه‌های سینوپتیک‌[5] در ترازهای‌مختلف سطح زمین‌، 850 ، 700، 500 و 300 هکتوپاسکال با روش کتابخانه‌ای وتوصیفی مورد استفاده قرار گرفته است‌.

                        برای تعیین وضعیت پایداری در منطقه از داده‌های ترمودینامیک ایستگاه جوبالای دزفول استفاده شده است‌.

 

تحلیل نقشه‌های سینوپتیک‌

در این قسمت برای به‌دست آوردن یک دید جامع و دقیق از الگوی سینوپتیکی حاکم وانطباق شرایط ترمودینامیکی با آرایش و حرکت سامانه‌(ها)یی که این سیل را موجب‌شده‌اند از نقشه‌های هوا در روزهای دوم تا پنجم ماه مارس سال 1993 میلادی (11 تا14 اسفند 1371 شمسی‌) استفاده شده است‌.


 


              نقشه 1ـ سطح زمین ساعت 00،00 utc تاریخ 1993.3.2 (1371.12.11)

 

                        در روز دوم مارس در نقشه سطح زمین سامانه کم‌فشار 1010 هکتوپاسکال از جنوب‌مصر و شمال سودان به سوی شمال تا جنوب شرقی دریای مدیترانه کشیده شده است‌. اینسامانه نواحی وسیعی را در محدوده عرض‌های 15 تا 20 درجه شمالی و 25 تا 35 درجه طول‌شرقی تحت پوشش قرار داده و به علت استقرار فشار زیاد هوا بر روی شبه جزیره عربستان وغرب ایران نتوانسته است به طرف شرق گسترش یابد. این سامانه منشأ سودانی دارد (نقشه 1).

                        تراز 850 هکتوپاسکال‌: یک ناوه‌[6] فرعی در شرق دریای مدیترانه و یک ناوه‌اصلی بر روی ایتالیا قرار دارد که محور آن تا مرکز لیبی امتداد دارد، این ناوه دارای دامنه‌عمیقی است و جریانات در شرق آن به شمال شرق کشیده می‌شود و سبب شده است‌که پشته‌ای‌[7] قوی بر روی شرق مصر و سراسر شبه جزیره عربستان ایجاد گردد. این‌وضعیت سینوپتیکی با توجه به پربند 152 ژئوپتانسیل دکامتر موجب گسترش سامانه‌سودانی به سوی شمال و شرق مدیترانه می‌باشد.


 


            نقشه 2ـ تراز 850 hpa ساعت 00،00 utc تاریخ 1993.3.2 (1371.12.11)

 

                        جریانهای جوّی در پشت ناوه اصلی تقریباً غربی بوده و قادر به انتقال هوای سرداز مرکز اروپا به طرف دامنه جنوبی این ناوه نمی‌باشد، اما انتقال هوای گرم از شمال‌آفریقا به جنوب شرقی دریای مدیترانه کاملاً مشخص است (نقشه 2).

                        تراز 700 هکتوپاسکال‌: در این تراز یک مرکز کم‌ارتفاع با پربند 280 ژئوپتانسیل‌دکامتر بر روی شمال ایتالیا بسته شده است‌. محور ناوه اصلی این سامانه کم‌ارتفاع‌شمالی‌ـ جنوبی بوده و تا مرکز کشور لیبی کشیده شده است ولی به علت عدم داده‌های‌کافی محور این ناوه به‌خوبی محور ناوه در تراز 850 هکتوپاسکال مشخص نیست‌. درغرب محور ناوه اصلی یک محور ناوه دیگر وجود دارد که از شمال شرق به جنوبغرب تا مراکش کشیده شده است‌. پربند 316 ژئوپتانسیل دکامتر یک پشته نسبتاً قوی رابر روی شرق مصر تا مرکز شبه جزیره عربستان نشان می‌دهد که دامنه آن به سوی شمال‌تا غرب عراق‌، شرق سوریه و شرق دریای سیاه امتداد یافته است‌. هماهنگی این پشته باپشته تراز 850 هکتوپاسکال سبب گسترش کم‌فشار سودانی به سوی نواحی شمالی‌


شده است‌. به‌طور کلی در این روز جریانهای شمال غربی و شمالی جهت فرارفت هوای‌سرد اروپای مرکزی به درون ناوه مستقر بر روی ایتالیا و دامنه‌های جنوبی آن وجودندارد. در این تراز نیز شاخه شرقی ناوه‌، فرارفت هوای گرم حارّه قاره‌ای را از شرق لیبی‌و غرب مصر به سوی شمال شرقی مدیترانه‌، جنوب سوریه و غرب عراق فراهم می‌کند(نقشه ترازهای 700 و 500 هکتوپاسکال این موضوع را کاملاً نشان می‌دهد).

                        لازم به ذکر است که ناوه مستقر بر روی ایتالیا در تراز 700 هکتوپاسکال از ناوه تراز850 هکتوپاسکال عقب‌تر است و این بدان معنی است که سامانه فعال می‌باشد (نقشه 3).

                        تراز 500 هکتوپاسکال‌: یک ناوه بر روی غرب ایتالیا قرار دارد که محور آنشمالی‌ـ جنوبی بوده و تا مرکز لیبی کشیده شده است‌. ناوه دیگری در غرب این ناوه ازشمال ایتالیا به طرف مراکش در شمال غرب آفریقا امتداد دارد. در این تراز نیز جریانات‌هوای سرد در پشت ناوه اصلی وجود ندارد ولی انتقال هوای گرم از نواحی مرکزی‌آفریقا به جنوب شرق مدیترانه کاملاً مشخص می‌باشد.

 

 


            نقشه 3ـ تراز 700 hpa ساعت 00،00 utc تاریخ 1993.3.2 (1371.12.11)


 


            نقشه 4ـ تراز 500 hpa ساعت 00،00 utc تاریخ 1993.3.2 (1371.12.11)

 

                        پشته‌ای که در تراز 700 هکتوپاسکال بر روی شبه جزیره عربستان تا شرق دریای‌سیاه کشیده شده بود در این تراز نیز مشاهده می‌گردد. غرب ایران‌، سراسر عراق و شرق‌سوریه تحت نفوذ یک سامانه پرفشار واقع شده‌اند (نقشه 4).

                        تراز 300 هکتوپاسکال‌: در این تراز کوران شدیدی وجود دارد که از شمال لیبی بایک انحنا به سوی شمال مصر، شمال عربستان و سپس به سوی ایران امتداد دارد. اینکوران متعلق به فشار زیاد جنب حاره می‌باشد که بر روی آفریقا به عرض‌های جنوبی‌ترکشیده شده است‌. این کوران مشخصات ناوه را در تراز 700 و 500 هکتوپاسکال کاملاًنشان می‌دهد. ناوه در ترازهای لایه زیرین از این کوران شدید باد پیروی می‌کند(نقشه‌  5).

                        در 12 ساعت بعد ناوه‌ای که در تراز 500 هکتوپاسکال بر روی ایتالیا قرار داشت‌ضمن حرکت به شرق سازمان‌یافته (ناوه عمیق‌)تر شده و از استانبول (ترکیه‌) تا شرق‌لیبی امتداد دارد (این وضعیت سینوپتیکی در ترازهای 700 و 500 هکتوپاسکال ایجاد


 


            نقشه 5ـ تراز 300 hpa ساعت 00،00 utc تاریخ 1993.3.2 (1371.12.11)

 

شده است‌). به علت سازمان‌یافته‌تر شدن این ناوه‌، جریانات در پشت آن شمالی‌تر شده‌و در نتیجه هوای سرد را از مرکز و جنوب اروپا به درون ناوه منتقل می‌کند.

                        در نقشه این ساعت کم‌فشار سطح زمین گسترده‌تر شده و شمال دریای سرخ وسواحل شرقی دریای مدیترانه را تحت‌تأثیر قرار داده است‌.

                        1993.3.3 (1371.12.12) در این روز سامانه کم‌فشار مستقر بر روی جنوب‌مصر و شرق مدیترانه به‌علت استقرار یک سامانه پرفشار بین غرب شبه جزیره عربستان‌و دریای سرخ نمی‌تواند به‌سوی شرق حرکت نماید.

                        ناوه‌ای که در ترازهای 850 ، 700، 500 هکتوپاسکال بر روی ترکیه قرار داشت‌از شرق مدیترانه عبور کرده و بین غرب عراق و شرق سوریه با دامنه نسبتاً عمیقی تاجنوب غرب شبه جزیره عربستان مستقر شده است‌. سامانه پرفشار واقع بر رویشبه‌جزیره عربستان به سوی شرق منتقل شده است‌. جریانات جنوب غربی و جنوبی درشاخه شرقی ناوه‌های مزبور انتقال هوای گرم را به جنوب غربی ایران ممکن ساخته‌
است و سامانه سودانی همراه با ناوه ترازهای 850، 700 و 500 هکتوپاسکال از طریق‌شمال غرب شبه جزیره عربستان‌، جنوب سوریه و عراق به ایران منتقل می‌شود.

                        در 12 ساعت بعد این سامانه کم‌فشار به‌طور کامل بر جنوب غربی ایران قرارگرفته است‌. سامانه کم‌فشاری که بر روی شبه‌جزیره عربستان قرار داشت به شمال شرق‌منتقل شده و رطوبت و گرما را به درون سامانه کم‌فشار مستقر بر جنوب غرب ایران‌تغذیه می‌کند.

                        1993.3.4 بررسی و تحلیل نقشه‌های هوا در ترازهای مختلف جو، تغییراتقابل ملاحظه‌ای را نسبت به روزهای گذشته نشان نمی‌دهد.

                        1993.3.5 نقشه‌های هوای سطح زمین در ساعت 00,00 utc نشان می‌دهد که‌سامانه مستقر بر روی جنوب غربی ایران از مرکز فشاری در حدود 1005 هکتوپاسکال‌و کمتر از آن برخوردار است‌. در الگوی نقشه مربوط به این روز کم‌فشار سودانی فعال‌دیده می‌شود و فرارفت هوای گرم و مرطوب دریای عمان این سامانه را کاملاً فعالنموده است (نقشه 6).

 


              نقشه 6ـ سطح زمین ساعت 00،00 utc تاریخ 1993.3.5 (1371.12.14)


                        تراز 850 هکتوپاسکال‌: همراه با مراکز کم‌فشار سطح زمین در شرق مدیترانهناوه‌ای وجود دارد که محور آن تا عرض 20 درجه شمالی پایین آمده است (نقشه 7).

            تراز 700 هکتوپاسکال‌: ناوه‌ای در غرب عراق و مرکز شبه جزیره عربستان است که‌در قسمت شرقی آن رطوبت بسیار خوبی وجود دارد (نقشه 8).

                        تراز 500 هکتوپاسکال‌: کلیه نواحی شمال غرب خلیج فارس و قسمتی از شرق‌عراق‌، شمال عربستان و مرکز آن را رطوبت فرا گرفته است‌. سلونوئیدها در این تراز فعال‌بودن سامانه را نشان می‌دهند (نقشه 9).

                        تراز 300 هکتوپاسکال‌: یک محور کوران شدید بر روی شمال آفریقا، مرکز عربستان وجنوب خلیج فارس قرار دارد که مرکز آن با 110 نات بین جده و ریاض است (نقشه 10).

                        12 ساعت بعد محور کوران به سوی شمال منتقل شده و مرکز آن با 95 نات بین‌ریاض و کویت قرار گرفته است‌. در تراز 850 هکتوپاسکال یک مرکز کم‌ارتفاع بر روی‌ترکیه بسته شده است و ناوه کاملاً شکل گرفته و دامنه آن تا شمال دریای سرخ امتدادیافته است‌.

 


            نقشه 7ـ تراز 850 hpa ساعت 00،00 utc تاریخ 1993.3.5 (1371.12.14)

 

 


            نقشه 8ـ تراز 700 hpa ساعت 00،12 utc تاریخ 1993.3.5 (1371.12.14)

 


            نقشه 9ـ تراز 500 hpa ساعت 00،00 utc تاریخ 1993.3.5 (1371.12.14)

 

 

 

           نقشه 10ـ تراز 300 hpa ساعت 00،00 utc تاریخ 1993.3.5 (1371.12.14)

 

تحلیل داده‌های ترمودینامیک‌

پیش‌بینی پدیده‌های همرفتی‌[8] و سیل‌های مخرب‌[9] بسیار مشکل است (7) زیرا که ایجادو تکوین پدیده‌های ناپایدار در جو ترکیبی از عوامل مختلف بوده و تعیین این عوامل وسهم هر یک در تکوین این پدیده‌ها کار آسانی نیست‌. با وجود این براساس تجارب وآگاهی به دست آمده‌، روشهایی وجود دارد که می‌توان از آنها در جهت دستیابی به‌شدت‌ناپایداری در جو استفاده کرد (5).

                        برخی از روشهایی که برای تعیین ناپایداری در جو به کار می‌روند عبارت‌اند از:

1ـ شاخص ویتینگ (KI): این شاخص برای تشخیص ناپایداری و در نتیجه نوع طوفانهای‌همراه با رعد و برق است‌. مقدار KI را می‌توان طبق جدول 1 مورد بررسی قرار داد واحتمال وقوع طوفانها را به دست آورد.

 

     جدول 1ـ رابطه احتمال وقوع رعد و برق و شاخص KI

 

                            ارزش KI   درصد احتمال وقوع رعد وبرق‌

                                         15<       0

                                       20ـ15      20

                                       25ـ21      40ـ20

                                       30ـ26      60ـ40

                                       35ـ31      80ـ60

                                       40ـ36      90ـ80

                                          40         نزدیک به 100

 

ارزش KI با توجه به فرمول زیر قابل محاسبه است‌:

                                                      500Tـ (700-Td700(Tـ (850 td+ 850T)= KI

در این رابطه T درجه حرارت هوا و  tdنقطه شبنم هوا در ترازهای 850، 700 و 500هکتوپاسکال می‌باشد.

2ـ شاخص شولتر (si): یکی دیگر از شاخصهای ناپایداری را می‌توان شاخص شولتردانست که براساس مفهوم ناپایداری پتانسیلی پایه‌گذاری شده است‌. اساس این شاخص‌بر رابطه بین دمای خشک و نقطه شبنم تراز 850 و دمای خشک 500 هکتوپاسکالی‌گذارده شده است و اساس محاسبه آن بدین صورت است‌. َ -T500Si=، T در این‌معادله T دمای سطح 500 هکتوپاسکالی و َT مقدار دما در محل تلاقی سطح 500هکتوپاسکالی با خطی که از سطح تراکم صعود همرفتی‌[10] به موازات بی در رو مرطوب‌در نمودار ترمودینامیک رسم شده است‌. شاخص شولتر طبق جدول 2 قابل بررسی‌است (5).

 

        جدول 2ـ رابطه بین شاخص شولتر و شرایط ناپایداری جو

 

                                        شاخص شولتر    شرایط جوی‌

                                                            3 و1           احتمال رگبار و گاهی رعد و برق است‌

                                                           1 و3ـ          احتمال رعد و برق زیاد است‌

                                                           3ـ <        شدت ناپایداری زیاد می‌گردد.

 

                        بررسی داده‌های ترمودینامیک (جدول 3) در ایستگاه جو بالای دزفول درروزهای سوم‌، چهارم و پنجم ماه مارس شرایط ناپایداری را در منطقه به صورت زیرنشان می‌دهد:

                        روز سوم مارس دمای پتانسیل خشک (q) در سطح زمین 23.5 و در تراز 850هکتوپاسکال 29 و در ارتفاعات بالاتر مقدار این دما از 30 درجه سانتی‌گراد تجاوزمی‌کند و معرف توده هوای حاره‌ای است‌. نسبت آمیزه 7.7 گرم بوده و نقطه شبنم درتراز 850 هکتوپاسکال پیش از 5 گرم بر کیلوگرم است که معرف توده هوای حاره دریایی‌است و جریانهای هوایی را نشان می‌دهد که در تفسیر نقشه‌های این روز شرح داده شد.این جریانات انتقال رطوبت را به درون سامانه ممکن ساخته است‌.

                        دمای پتانسیل تر (w q) نیز وجود توده هوای حاره‌ای را که ناپایدار است مشخص‌می‌سازد. شاخص ناپایداری Ki برابر با 33.1 بوده که ناپایداری متوسطی را در لایه‌های‌میانی جو نشان می‌دهد. شاخص ناپایداری 1.6Si=  است که با توجه به جدول 2 ازشدت ناپایداری مناسبی برخوردار نمی‌باشد.

                        در روز آغاز بارندگی‌ها (پنجم مارس‌) نیمرخ عمودی باد (شکل 1) نشان می‌دهدکه جریانات سطح زمین با حرکتی موافق عقربه‌های ساعت از شرق به جنوب غرب درتراز 500 هکتوپاسکال می‌رسد. این جریانات برای انتقال هوای گرم و مرطوب دریای‌عمان به جنوب غربی ایران کاملاً مناسب است‌.

 

                        دمای پتانسیل خشک در این روز از 30 درجه سلسیوس تجاوز کرده و میزان‌افزایش آن به‌ویژه در لایه‌های میانی جو زیاد است و پایداری را نسبت به هوای بی‌در  روی خشک مشخص می‌سازد. دمای پتانسیل تر نیز از 16 درجه سلسیوس تجاوزکرده و با ارتفاع کاهش جزئی داشته است که ناپایداری جو را نسبت به هوای بی‌در روی‌اشباع نشان می‌دهد. نسبت آمیزه در سطح زمین 9.8 گرم بر کیلوگرم است و علی‌رغم‌کاهش آن با ارتفاع از میزان رطوبت بالایی برخوردار است‌.

                        شاخص‌های ناپایداری SI و KI به ترتیب 4.6ـ و 39.1 است که هر دو ناپایداری‌شدیدی را در منطقه نشان می‌دهند.

 

 

 

 

                             شکل 1ـ نیم‌رخ عمو

/ 0 نظر / 10 بازدید