palette
قابلیت های مدل عددی Chem-WRF در برآورد غلظت گرد و خاک (مطالعه موردی طوفان گرد و خاک تهران)
امیرحسین نیک فال, سارا کرمی, عباس رنجبر سعادت آبادی, ساویز صحت کاشانی

چکیده

سابقه و هدف: اگرچه در سال‌های اخیر چندین مدل عددی گرد و خاک برای منطقه خاورمیانه ارزیابی شده‌اند، اما به دلیل وسعت منطقه، توسعه و پیدایش چشمه‌های جدید گرد و خاک، نیاز است تا تحقیقات جامع‌تری در ارزیابی مدل‌های عددی گرد و خاک برای منطقه خاورمیانه صورت گیرد. پژوهشگران گوناگونی مانند Marticorena and Bergametti (1995), Shao et al. (1996), Marticorena et al. (1997) Shao et al. (2004) با توسعه روش‌های تخمین انتشار ذرات گرد و خاک با محاسبه فرآیندهایی همچون جهش و خزش ذرات گرد و خاک، و سرعت اصطکاکی آستانه، مدل‌های یکپارچه فیزیکی فرسایش باد را که قابلیت جفت‌شدن با مدل‌های جوی دارند، توسعه دادند.

مواد و روش‌ها: در این پژوهش با استفاده از نسخه 3.6.1 از مدل جفت‌شده WRF-Chem، شبیه‌سازی برای 2 روز از تاریخ 11 تا 13 خرداد ماه سال 1393 با استفاده از داده‌های 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 هواویزها1 در اروپا طراحی شده است که این رهیافت نیز به نوبه خود بر پایه مدل منطقه‌ای ذرات معلق طراحی شده است. در طرحواره MADE ذرات معلق جوی در سه مد ایتکن با قطر کمتر از 0.1 میکرومتر، تجمعی با قطر بین 0.1 تا 2 میکرومتر، و درشت با قطر بزرگتر از 2 میکرومتر با توزیع لوگ-نرمال در فرآیند شبیه‌سازی کیفیت هوا وارد می‌شوند.

نتایج و بحث: جهت ارزیابی خروجی مدل WRF-Chem، با استفاده از برنامه پس‌پردازشی NCL، نقشه‌های توزیع PM10 به همراه غلظت این پارامتر ترسیم شد. خروجی مدل WRF-Chem برای غلظت PM10 و باد سطحی در ساعت 12 روز 12 خرداد ماه سال 1393 نشان داده شده است. در ساعت 12 توده کوچکی در شمال‌غربی استان تهران مشاهده می‌شود، به تدریج با گذشت زمان میزان غلظت ذرات افزایش یافته و وزش بادهای غرب و شمال‌غربی سبب ورود گرد و خاک به داخل شهر تهران می‌گردد تا جایی که در ساعت 15 کلانشهر تهران را با غلظت زیادی در برگرفته است، پس از آن، ذرات به سمت شرق منتقل شده، گستردگی مناطق تحت پوشش بیشتر می‌شود ولی غلظت ذرات PM10 کاهش می‌یابد. نکته قابل توجه این است که اگرچه مدل غلظت زیادی را در مناطق غربی کشور نشان می‌دهد، که منشاء آن نواحی شرق و شمال‌شرقی کشور عراق است، چشمه گسیل طوفان گردوخاک شهر تهران را کاملا داخلی و مستقل از آن بدست آورده است. به دلیل وجود برخی محدودیت‌ها در طرحواره MADE برای مناطق با وضعیت زمین شناختی پیچیده، خروجی این طرحواره ممکن است در برخی نقاط دارای بیش‌برآورد یا کم‌برآورد باشد. همین‌طور در صورت وجود خطا در الگوی کاربری اراضی و جنس خاک از نظر فرسایش‌پذیری که نقش تعیین‌کننده در برآورد غلظت گرد و خاک دارد، نتایج خروجی مدل می‌تواند با واقعیت اختلاف داشته باشد. مناطقی از حوضه شبیه‌سازی مانند شرق دریای خزر و ترکمنستان عموما دارای غلظت‌های بالای گرد و خاک است که در مقایسه با مقادیر عمق نوری ذرات گرد و خاک حاصل از سنجنده MODIS مشخص می‌گردد که مقادیر قابل توجهی از گرد و خاک بر فراز بخش‌هایی از دریای خزر تجمع یافته است.

نتیجه‌گیری: به طور کلی عملکرد مدل عددی WRF-Chem در این پژوهش، قابلیت کاربردی این مدل را در مدل‌سازی و پیش‌بینی کیفیت هوا، به ویژه برای هواویزهایی که از چشمه‌های گسیل طبیعی مانند مناطق فرسایش‌پذیر و بیابان‌ها تولید می‌شوند، تایید می‌کند. شرایط کاربری اراضی و فرسایش خاک به دلیل تغییراتی که در سال‌های اخیر از نظر اقلیم، پوشش گیاهی، و سایر فراسنج‌های زمین‌شناختی در منطقه خاورمیانه رخ داده است، در برخی از مناطق دچار دگرگونی قابل‌توجهی شده است. ولی داده‌های زمین‌شناسی که در مدل WRF استفاده می‌شود همچنان مربوط به سال‌های گذشته است که در پژوهش‌های کیفیت هوا عامل ایجاد خطا در خروجی مدل است. بدین منظور می‌بایست حداقل در مقیاس منطقه‌ای، داده‌های زمین‌شناختی موثر در گسیل ذرات گرد و خاک تصحیح شده و در اختیار مدل قرار بگیرد.

واژگان کلیدی
طوفان گرد و خاک، مدل WRF-Cehm، طرحواره MADE.

منابع و مآخذ مقاله

Ackermann, I.J., Hass, H., Memmesheimer, M., Ebel, A., Binkowski, F.S., and Shankar, U., 1998. Modal Aerosol Dynamics model for Europe: Development and first applications. Atmospheric Environment. 32(17), 2981–2999.

Binkowski, F.S., and Shankar, U, 1995. The Regional Particulate Matter Model. 1. Model description and preliminary results. Journal of Geophysical Research. 100(D12), 26191–26209.

Forkel, R., Werhahn, J., McKeen, S.A., Peckham, S.E., Grell, G.A., and Suppan, P., 2013. A Case Study on the Impact of Aerosol-Radiation Feedback on Meteorology and Regional Pollutant Distributions. NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security. 137, 357–361.

Grell, G.A., Peckham, S.E., Schmitz, R., McKeen, S.A., Frost, G., Skamarock, W.C., and Eder, B. 2005. Fully coupled “online” chemistry within the WRF model. Atmospheric Environment. 39(37), 6957–6975.

Hamidi, M., Kavianpour, M.R., and Shao, Y. 2014. Numerical simulation of dust events in the Middle East. Aeolian Research. 13, 59–70.

Hsu, N.C., Gautam, R., Sayer, A.M., ettenhausen, C., Li, C., Jeong, M.J., Tsay, S.C. and Holben, B.N., 2012. Global and regional trends of aerosol optical depth over land and ocean using SeaWiFS measurements from 1997 to 2010. Atmospheric Chemistry and Physics. 12, 8037– 8053.

Levy, R.C. Remer L.A., Kleidman R.G., attoo,S. C. Ichoku, R. Kahn, and Eck, T. F., 2010. Global evaluation of the Collection 5 MODIS dark-target aerosol products over land, Atmospheric Chemistry and Physics. 10, 10399-10420.

Li, G., Bei, N., Tie, X., and Molina, L.T., 2011. Aerosol effects on the photochemistry in Mexico City during MCMA-2006/MILAGRO campaign. Atmospheric Chemistry and Physics, 11(11), 5169–5182.

Marticorena, B., and Bergametti, G., 1995. Modeling the Atmospheric Dust Cycle .1. Design of a Soil-Derived Dust Emission Scheme. Journal of Geophysical Research-Atmospheres. http://doi.org/10.1029/95jd00690

Moridnejad, A., Karimi, N., and Ariya, P.A., 2015. Newly desertified regions in Iraq and its surrounding areas: Significant novel sources of global dust particles. Journal of Arid Environments.116, 1–10.

Park, S.U., Ju, J.W., Lee, I.H., and Joo, S.J., 2016. A parameterization of dust emission (PM10) fluxes of dust events observed at Naiman in Inner Mongolia using the monitored tower data. Atmospheric Environment. 140, 420-431.

Prakash, J., Stenchikov, G., Kalenderski, S., Osipov, S., and Bangalath, H., 2015. The impact of dust storms on the Arabian Peninsula and the Red Sea. Atmospheric Chemistry and Physics. 15(1), 199–222.

Schell, B., Ackermann, I.J., Hass, H., Binkowski, F. S., and Ebel, A., 2001. Modeling the formation of secondary organic aerosol within a comprehensive air quality model system. DOI: 10.1029/2001JD000384

Shao, Y. (2004). Simplification of a dust emission scheme and comparison with data. Journal of Geophysical Research D: Atmospheres. 109(10).

Shi, Y., Zhang, J., Reid, J.S., Hyer, E.J., Hsu, N.C., 2013. Critical evaluation of the MODIS deep Blue aerosol optical depth product for data assimilation over North Africa. Atmospheric Measurement Techniques. 6, 949-969.


ارجاعات
  • در حال حاضر ارجاعی نیست.