پژوهش‌های تغییرات آب و هوایی

پژوهش‌های تغییرات آب و هوایی

بررسی و تحلیل چرخه‌های ابرناکی سالانه در ایران (1991-2021)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
آوا غلامی 1
مسعود جلالی 2
سیدحسین میرموسوی 3
کوهزاد رئیس پور 4
1 دانشجوی دکترای آب و هواشناسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
2 استادیار، گروه جغرافیا، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
3 دانشیار، گروه جغرافیا، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
4 استادیار، گروه جغرافیا، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران،
10.30488/ccr.2024.442999.1201
چکیده
ابرها به عنوان یکی از پیچیده‌ترین و تأثیرگذارترین متغیرهای سیستم آب و هوا، علاوه بر تغییر در بیلان انرژی، در توزیع زمانی و مکانی بسیاری از متغیرهای اقلیمی موثر هستند. از سوی دیگر از آنجا که ابرها دارای تغییرات زمانی و مکانی بسیاری هستند، لذا بررسی رفتار آنها بسیار حائز اهمیت می‌باشد. از این رو هدف از پژوهش حاضر، بررسی و تحلیل چرخه‌های ابرناکی سالانه در ایران و آشکارسازی رفتارهای آشکار و نهان سری زمانی آن است. بدین منظور از داده‌های روزانۀ متغیر ابر برگرفته از سازمان هواشناسی کشور طی یک دورۀ 31 ساله برای تعداد 30 ایستگاه استفاده شد. جهت بررسی روند داده‌ها، آزمون ناپارامتری تخمین‌گر شیب سن در سطح اطمینان 95 درصد به کار گرفته شد. نتایج تحلیل روند داده‌ها و مقدار معناداری آنها حاکی از تغییرات معنادار کاهشی در 16 ایستگاه و تغییرات معنادار افزایشی در 3 ایستگاه است و در سایر ایستگاه‌ها هیچ روند معناداری مشاهده نشد. به منظور تحلیل همسازها و استخراج چرخه‌های معنادار از روش تحلیل طیفی بهره گرفته شد و نمودارهای دوره‌نگار با فاصله اطمینان 95 درصد ترسیم شدند. نتایج نشان داد ایستگاه‌هایِ شامل یک چرخۀ معنادار دارای بالاترین فراوانی و بیشتر در مناطق جنوب، مرکز، شرق و شمالشرق بوده است و ایستگاه‌های چند چرخه‌ای با فراوانی کمتر در مناطق شمال، شمالغرب و جنوب‌غرب کشور مشاهده شد. همچنین با محاسبۀ سهم واریانس هر چرخه بیشترین سهم واریانس برای همساز چهاردهم و بیشترین دوره‌های بازگشت برای دوره‌های 5-2 ساله با احتمال رخداد 32 درصد و کمترین آنها مربوط به دوره‌های بیش از 10 ساله با احتمال رخداد 6 درصد بدست آمد.
کلیدواژه‌ها
ابرناکی
ایران
چرخه
دوره بازگشت
روند
موضوعات

عنوان مقاله English

Review and Analysis of Annual Cloudiness Cycles in Iran (1991-2021)

نویسندگان English

Ava Gholami 1
Masoud Jalali 2
Hossein Mirmousavi 3
kohzad raispour 4
1 Ph.D. student in Hydrology and Meteorology, Zanjan University, Zanjan, Iran
2 Assistant Professor, Department of Geography, Zanjan University, Zanjan, Iran
3 Associate Professor, Department of Geography, Zanjan University, Zanjan, Iran
4 Assistant Professor, Department of Geography, Zanjan University, Zanjan, Iran
چکیده English

Clouds, as one of the most complex and influential climate variables of climate system, are effective in temporal and spatial distribution of many climatic variables. On the other hand, since clouds have many spatiotemporal changes, therefore, investigating their behavior is very important. Therefore, the aim of the current research is to investigate and analyze the annual cloudiness cycles in Iran and reveal the obvious and hidden behaviors of its time series. For this purpose, daily cloudiness data obtained from the National Meteorological Organization during a period of 31 years for 30 stations were used. Then, the trend of the data studied by Sen Slope Estimator's nonparametric test at the 95% confidence level. The results of data trend analysis and their significance value indicate significant downward changes in 16 stations and significant upward changes in 3 stations and no significant trend was observed in other stations. In order to analyze the harmonics and extracting significant cycles, Spectral Analysis Method was used and the diagrams of periodogram at the 95% confidence level were drawn. The results show that stations including a significant cycle have the highest frequency and are mostly in the south, center, east and northeast of Iran and multi-cycle stations with less frequency are in the north, northwest and southwest regions of the country. Also, by calculating the variance contribution of each cycle, the largest variance contribution for the 14th harmonic and the highest return periods for cycles of 2-5 years with a probability of occurrence of 32% and cycles of more than 10 years with a probability of occurrence of 6% were obtained.

کلیدواژه‌ها English

Cloudiness
Cycle
Iran
return period
trend
  1. احمدی، محمود؛ احمدی، حمزه؛ داداشی رودباری، عباسعلی. (1397). واکاوی روند تغییرات فضایی ابرناکی سالانه و فصلی در ایران، مخاطرات محیط طبیعی، دوره 7، ش 15، 237-254.
  2. احمدی، امید؛ علمداری، پریسا؛ ثروتی، مسلم؛ خوش‌زمان، تورج؛ شاهبایی کوتنایی، علی. (1398). بررسی و تحلیل دوره­های بازگشت دما و بارش با استفاده از تحلیل طیفی و تاثیر آن بر مدیریت اراضی (مطالعه موردی: خدا آفرین آذربایجان شرقی)، علوم آب و خاک، سال 23، ش 1، 223-234.
  3. احمدی، محمود؛ داداشی رودباری، عباسعلی؛ نصیری خوزانی، بهناز؛ اکبری ازیرانی، طیبه. (1399). وردایی فصلی ابرهای مایع در گستره ایران مبتنی بر داده­های سنجنده MODIS ماهواره TERRA، اطلاعات جغرافیایی (سپهر)، دوره 29، ش 113، 7-19.
  4. انصاری قوجقار، محمد؛ پورغلام آمیجی، مسعود؛ عراقی­نژاد، شهاب. (1399). بررسی رابطۀ بین خشکسالی و روند فراوانی طوفان­های گردوغبار در غرب و جنوب­غرب کشور، تحقیقات آب و خاک ایران، دورۀ 51، ش 11، 2852-2840.
  5. براتی، غلامرضا؛ احمدی، محمود؛ میرزایی، ابراهیم؛ پژوه، فرشاد. (1396). تحلیل روابط ابرناکی شبانه و رخداد شب­های گرم در ایران مرکزی، جغرافیا و پایداری محیط، ش 23، 11-1.
  6. حنفی، علی. (1401). مطالعه ویژگی­های اقلیمی شمال غرب کشور بر مبنای تحلیل­های آماری چندمتغیره، پژوهش­های اقلیم­شناسی، سال 13، ش 50، 135-150.
  7. خسروی، یونس؛ بلیانی، سعید؛ بیات، علی. (1397). واکاوی زمانی بارش سالانه شهر شیراز با استفاده از تحلیل گروه­های زمانی، منابع آب، سال 11، 1-14.
  8. دانشمند، حجت­اله؛ محمودی، پیمان. (1395). تحلیل طیفی خشکسالی­های ایران. ژئوفیزیک ایران، ش 4، 28-47.
  9. راشدی، شهناز؛ جهانبخش اصل، سعید؛ خورشیددوست، علی­محمد؛ محمدی، غلام­حسن. (1401). پژوهشی بر ابرهای خزری، پژوهش­های جغرافیای طبیعی، دوره 54، ش 2، 227-242.
  10. رضایی، محمد؛ قویدل­رحیمی، یوسف. (1395). واکاوی اثر الگوهای پیوند از دور نوسان اطلس شمالی و مدیترانه بر تغییرات ابرناکی زمستانۀ ایران، پژوهش­های دانش زمین، سال 7، ش 25، 1-15.
  11. رسولی، علی­اکبر؛ جهانبخش، سعید؛ قاسمی، احمدرضا. (1392). بررسی تغییرات زمانی و مکانی مقدار پوشش ابر در ایران، تحقیقات جغرافیایی، سال 28، ش 3، 87-104.
  12. رئیس­پور، کوهزاد؛ رزمی، رباب. (1399). برآورد ابرناکی در جو ایران با استفاده از فرآوردهای ابر پرتوسنج طیفی تصویربرداری چندزاویه­ای (MISR)، تحقیقات منابع آّ ایران، سال 16، ش 3، 257-271.
  13. رمضانی­پور، مهرداد. (1398). آشکارسازی و مقایسه چرخه­های بارندگی و دبی حوضه­های ناورود و قلعه رودخان، جغرافیای طبیعی، سال 12، ش 46، 61-73.
  14. زمانی، صادق؛ انتظاری، علیرضا؛ عرفانی رحمت­نیا، عاطفه. (1391). شناسایی الگوهای جوی موثر بر وقوع حداکثر بارش­های روزانه در مناطق خشک (مطاعه موردی: شهرستان سبزوار)، دومین کنفرانس برنامه­ریزی و مدیریت محیط زیست، 1-10.
  15. ساری­صراف، بهروز؛ رستم­زاده، هاشم؛ دارند، محمد؛ اسکندری، امید. (1400). تحلیل فضایی روند تابش موج بلند خروجی زمین در ایران، پژوهش­های جغرافیای طبیعی، دوره 53، ش 4، 573-595.
  16. ستوده، فاطمه. (1393). تحلیل و مدل­سازی آماری میانگین دمای سالانه ایستگاه گرگان (1956-2005)، نیوار، ش 87،86، 73-83.
  17. سلیقه، محمد؛ عساکره، حسین؛ ناصرزاده، محمدحسین؛ بلیانی، یدالله. (1394). تحلیل روند و چرخه­های سری زمانی بارش سالانه حوضه­های آبریز حله و مند، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال 15، ش 37، 245-272.
  18. شاهبایی کوتنایی، علی؛ فرومدی، مجید؛ احمدی، امید. (1397). تحلیل و مقایسه دمای کمینه، بیشینه و بارش استان مازندران (مطالعه موردی: ایستگاه­های همدید رامسر و بابلسر)، علوم آب و خاک، سال 22، ش 3، 395-409.
  19. شجاعی مقدم، رحمت­اله؛ کرمپور، مصطفی؛ نصیری، بهروز؛ طهماسبی­پور، ناصر. (1397). بررسی و تحلیل چرخه­ها و الگوی خودهمبستگی فضایی بارش­های ماهانه ایران، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال 18، ش 51، 235-251.
  20. عساکره، حسین. (1388). تحلیل طیفی سری­های زمانی دمای سالانه تبریز، تحقیقات جغرافیایی، ش 94، 33-50.
  21. عساکره، حسین. (1388). الگوسازی ARIMA برای میانگین سالانۀ دمای شهر تبریز، تحقیقات جغرافیایی، ش 92، 1-22.
  22. عساکره، حسین؛ موحدی، سعید؛ سبزی­پور، علی­اکبر؛ مسعودیان، ابوالفضل؛ مریانجی، زهره. (1393). اقلیم‌شناسی بارش ایران با استفاده از تحلیل همسازها، تحقیقات جغرافیایی، سال 29، ش 4، 15-26.
  23. عساکره، حسین؛ یوسفی­زاده، رحیم. (1394). بررسی روند و رفتار بارشی شهر شاهرود با استفاده از مدل­های آماری و تحلیل طیفی، جغرافیا (برنامه­ریزی منطقه­ای)، سال 5، ش 3، 51-66.
  24. عساکره، حسین؛ حسینجانی، لیلا. (1396). واکاوی چرخه­های دمایی و بارشی سالانه همدید ایستگاه همدید بندر انزلی، اندیشه جغرافیایی، سال 9، ش 17، 22-38.
  25. عساکره، حسین. (1396). مبانی پژوهش در آب و هواشناسی، انتشارات دانشگاه زنجان.
  26. عساکره، حسین؛ مسعودیان، ابوالفضل؛ ترکارانی، فاطمه. (1400). تفکیک نقش عوامل درونی و بیرونی در وردایی دهه­ای بارش سالانه ایران­زمین طی چهار دهه اخیر (1355-1394)، پژوهش­های جغرافیای طبیعی، دوره 53، ش 1، 91-107.
  27. علیپور، یوسف؛ بیات، ناصر؛ اصانلو، علی. (1401). آشکارسازی و تحلیل روند دمای ایران در تراز 1000 هکتوپاسکال، اطلاعات جغرافیایی (سپهر)، دوره 31، ش 121، 191-203.
  28. علیجانی، بهلول؛ بیات، علی؛ دوستکامیان، مهدی؛ بلیانی، یدالله. (1395). تحلیل طیفی سری­های زمانی بارش سالانه ایران، جغرافیا و برنامه­ریزی، سال 20، ش 57، 217-236.
  29. غلامی، آوا؛ میرموسوی، حسین؛ جلالی، مسعود؛ رئیس­پور، کوهزاد. (1402). تحلیل زمانی-مکانی ابرناکی در ایران، آب و خاک، جلد 37، ش 4، 621-641.
  30. قاسمی­فر، الهام؛ فرج­زاده، منوچهر؛ قویدل رحیمی، یوسف؛ علی­اکبری بیدختی، عباسعلی. (1397). بررسی تغییرات فضایی زمانی ابرناکی بر پایه ویژگی­های جغرافیایی و داده­های سنجش از دور در ایران، فیزیک زمین و فضا، دوره 44، ش 1، 103-126.
  31. قائمی، هوشنگ؛ عساکره، حسین؛ رضایی، شیما. (1395). تحلیل طیفی میانگین سالانه کم­فشار دریای سرخ طی دوره 1330-1389، اندیشه جغرافیایی، سال 8، ش 15، 139-150.
  32. صحراییان، فاطمه؛ جوانمرد، سهیلا؛ باستان­فرد، بهاره؛ ثابت­قدم، سمانه. (1394). بررسی توزیع مکانی و زمانی میزان ابرناکی در منطقه ایران طی دوره آماری (1981-2010)، پنجمین کنفرانس منطقه­ای تغییر اقلیم، تهران، 1-12.
  33. مسعودیان، ابوالفضل. (1401). پایگاه داده شبکه­ای بارش ایران (اسفزاری نسخه 3)، جغرافیا و توسعه، ش 69، 112-127.
  34. موسوی بایگی، محمد؛ اشرف، بتول. (1390). شناسایی مناطق با کمترین میزان ابرناکی به منظور پهنه­بندی نواحی پرتابش کشور، آب و خاک، جلد 25، ش 3، 665-675.
  35. میرموسوی، حسین؛ تاران، زهرا. (1400). بررسی و تحلیل ارتباط نوسانات گردوغبار با نوسانات دما و بارش غرب و جنوب­غرب ایران، جغرافیا و برنامه­ریزی، سال 25، ش 77، 245-259.
  36. نصیری، دانش؛ برنا، رضا؛ ظهوریان پردل، منیژه. (1403). آشکارسازی ارتباط ساختار میکروفیزیکی ابرناکی در بارش­های استان خوزستان با استفاده از محصولات ابر سنجندۀ MODIS، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال 24، ش 72، 486-471.
  37. نظافت، آرزو؛ مریدی، علی؛ گرجی­زاده، علی؛ یوسفی، حسین. (1400). ارزیابی عملکرد محصولات شبکه­بندی بارش با در نظر گرفتن شرایط اقلیمی و توپوگرافی در ایران، تحقیقات منابع آّ ایران، سال 17، ش 2، 62-81.
  38. Ahmadi, M., Dadashi Roudbari, A., Akbari Azirani, T., and Nasiri Khuzani, B. (2020). Seasonal and annual segregation of liquid water and ice clouds in Iran and their relation to geographic components and precipitation, Theoretical and Applied Climatology, Springer, 1-20.
  39. Aldhaif, A.M., Lopez, D.H., Dadashazar, H., Painemal, D., Peters, A.J., and Sorooshian, A. (2021). An Aerosol Climatology and Implications for Clouds at a Remote Marine Site: Case Study Over Bermuda, Journal of Geophysical research: Atmospheres, 126, 1-24.
  40. Andreae, M.O., Rosenfeld, D., Artaxo, P., Costa, A.A., Frank, G.P., and Longo, K.M. (2004). Smoking rain clouds over the Amazon, Science, 303, 1337-1342.
  41. Bartoszek, K., Matuszko, D., Soroka, J. (2020). Relationships between cloudiness, aerosol optical thickness, and sunshine duration in Poland, Atmospheric research, 245:105097, 1-13.
  42. Bonan, G. B. (2008). Forests and climate change: forcings, feedbacks, and the climate benefits of forests, Science, 320(5882), 1444-1449.
  43. Boudala, F. S., Milbrandt, J. A., Isaac, G. A. (2022). Evaluation of CanESM Cloudiness, Cloud Type and Cloud Radiative Forcing Climatologies Using the CALIPSO-GOCCP and CERES Datasets, Remote sensing, 14:3668, 1-32.
  44. Campozano, L., Célleri, R., Trachte, K., Bendix, J., Samaniego, E. (2016). Rainfall and Cloud Dynamics in the Andes: A Southern Ecuador Case Study, Advances in Meteorology, 1-16.
  45. Cox, C. J., Walden, V. P., Rowe, P. M., Shupe, M. D. (2015). Humidity trends imply increased sensitivity to clouds in a warming Arctic, Nature Communications, 1-8.
  46. Datseris, G., Blanco, J., Hadas, O., Bony, S., Caballero, R., Kaspi, Y., & Stevens, B. (2022). Minimal recipes for global cloudiness, Geophysical Research Letters, 49, 1-11.
  47. Fountoulakis, I., Kosmopoulos, P., Papachristopoulou, K., Raptis, I. P., Mamouri, R.E., Nisantzi, A., Gkikas, A., Witthuhn, J., Bley, S., Moustaka, A., Buehl, J., Seifert, P., Hadjimitsis, D. G., Kontoes, C., Kazadzis, S. (2021). Effects of Aerosols and Clouds on the Levels of Surface Solar Radiation and Solar Energy in Cyprus, Remote sensing, 1-26.
  48. Hsiao, W. T., Hwang, Y. T., Chen, Y. J., Kang, S. M. (2022). The Role of Clouds in Shaping Tropical Pacific Response Pattern to Extratropical Thermal Forcing, Geophysical Research Letters, 49, 1-10.
  49. Johansson, E., Devasthale, A., L'Ecuyer, T., Ekman, A. M. L., and Tjernström, M. (2015). The vertical structure of cloud radiative heating over the Indian subcontinent during summer monsoon, Atmos. Chem. Phys., 15, 11557–11570.
  50. Kejna, M., Uscka-Kowalkowska, J., Kejna, P. (2021). The influence of cloudiness and atmospheric circulation on radiation balance and its components, Theoretical and Applied Climatology, 144, 823-838.
  51. Kukulies, J., Chen, D., Wang, M. (2020). Temporal and spatial variations of convection, clouds and precipitation over the Tibetan Plateau from recent satellite observations. Part II: Precipitation climatology derived from global precipitation measurement mission, International Journal of Climatology, 40, 4858-4575.
  52. Latif, M. (2011). Uncertainty in climate change projections, Journal of Geochemical Exploration, 110, 1-7.
  53. Li, Z., Wang, Y., Guo, J., Zhao, C., Cribb., M. C., Dong, X., Fan, J., Gong, D., Huang, J., Jiang, M., Jiang, Y., Lee, S. S., Li, H., Li, J., Liu, J., Qian, Y., Rosenfeld, D., Shan, S., Sun, Y., Wang, H., Xin, J., Yan, X., Yang, X., Yang, X., Zhang, F., Zheng, Y. (2019). East Asian Study of Tropospheric Aerosols and their Impact on Regional Clouds, Precipitation, and Climate (EAST‐AIR CPC), Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 124, 13, 13026-13054.
  54. Mehta, L., Adam, H.N., Srivastava, S. (2019). Unpacking uncertainty and climate change from ‘above’ and ‘below’, Regional Environment Change. 19, 1529-1532.
  55. Mitchell, J.M., Chairman, Jr., Dzerdzeevskii, B., Flohn, H., Hofmeyr, W. L., Lamb, H. H., Rao, K. N., Wallen, C. C. (1966). Climatic change, Technical Note No. 79, Report of Working Group of Commission for Climatology; WMO No. 195 TP 100: Geneva, Switzerland, World Meteorological Organization, 1-79.
  56. Schiffer, R.A., and Rossow, W.B. (1983). The International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP): The First Project of the World Climate Research Programme, Vol 64, No 7, 779-784.
  57. Silva, R.M., Santos, C. A. G., Moreira, M., Corte-Real, J., Silva, V.C.L., and Medeiros, I.C. (2015). Rainfall and river flow trends using Mann–Kendall and Sen’s slope estimator statistical tests in the Cobres River basin, Natural Hazards: Journal of the International Society for the Prevention and Mitigation of Natural Hazards, Springer; International Society for the Prevention and Mitigation of Natural Hazards, vol. 77(2), 1205-1221.
  58. Stubenrauch, C.J., Rossow, W.B., Kinne, S., Ackerman, S., Cesana, G., Chepfer, H., Di Girolamo, L., Getzewich, B., Guignard, A., Heidinger, A., Maddux, B. C., Menzel, W. P., Minnis, P., Pearl, C., Platnick, S., Poulsen, C., Riedi, J., Sun-Mack, S., Walther, A., Winker, D., Zeng, S., and Zhao, G. (2013). Assessment of Global Cloud Datasets from Satellites: Project and Database Initiated by the GEWEX Radiation Panel, Bulletin of the American Meteorological Society, 94(7), 1031-1049.
  59. Szyga-Pluta, K. (2022). Cloudiness and cloud genera variability at the turn of the 21st century in Poznań (Poland), Vol. 126. No. 1, 109-125.
  60. Wilks, D.S. (2019). Statistical Methods in the Atmospheric Sciences, Publisher Elsevier.4th Edition, 1-649.
  61. World Meteorological Organization (WMO). (2008). Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation, No. 8, 1-681.
  62. Yan, Y., Liu, Y., and Lu, J. (2016). Cloud vertical structure, precipitation, and cloud radiative effects over Tibetan Plateau and its neighboring regions, Journal of Geophysical research: Atmospheres, 121, 5864-5877.
  63. Zhang, J., Zheng, Y., Li, Z., and Xia, X. (2020). A 17-year climatology of temperature inversions above clouds over the ARM SGP site: the roles of cloud radiative effects, Atmospheric research, Vol. 237, 1-29.
  64. Zhou, W., Ruby Leung, L., Siler, N., and Lu, J. (2023). Future precipitation increases constrained by climatological pattern of cloud effect, Nature communications, 14:6363, 1-9.