عنوان پایان‌نامه
تخمین میزان ویژگیهای نوری توزیع ذرات معلق در سطح ایران در توفان های گردوغباری با استفاده از مدل WRF-CHEM
- رشته تحصیلی
- مهندسی محیط زیست -آلودگی هوا
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده محیط زیست شماره ثبت: ENV 1453;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75521;کتابخانه دانشکده محیط زیست شماره ثبت: ENV 1453;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75521
- تاریخ دفاع
- ۰۶ تیر ۱۳۹۵
- دانشجو
- سروش اسماعیلی نیستانی
- استاد راهنما
- خسرو اشرفی
- چکیده
- توفان‌های گرد و غبار با گسیل مقادیر زیادی از هواویزهای گرد و غبار در جو تاثیر قابل توجهی بر آلودگی هوا، سلامتی انسان و توازن انرژی زمین اعمال می‌کنند. با توجه به قرارگیری کشور ایران در نواحی خشک و نیمه خشک، بررسی رخدادهای گرد و غباری و تاثیر آن‌ها بر کیفیت هوا و پارامترهای گوناگون اقلیمی دارای اهمیت زیادی می‌باشد. توفان‌های گرد و غباری در ایران با بررسی داده‌های ایستگاه‌های سنجش کیفیت هوا و همچنین تحلیل داده‌های ماهواره‌ای در چهار سال گذشته شناسایی شد. از میان اطلاعات به دست آمده، دو توفان که شدت و گستردگی قابل توجهی داشتند، در بازه‌های چهار روزه برای شبیه‌سازی انتخاب شدند. مدل پیش‌بینی عددی وضع هوا به همراه شیمی (WRF-Chem) برای شبیه‌سازی رویداد‌های گرد و غباری انتخاب شد، و با استفاده از تنظیمات و طرحواره‌های مناسب، این دو رخداد گرد و غبار مورد بررسی قرار گرفت. در خاورمیانه بیشترین میزان گسیل در نواحی بیابانی سوریه، عراق، عربستان و ترکمنستان رخ داده است، و از منابع داخلی گسیل گرد و غبار می‌توان به نواحی جنوب غرب مانند استان خوزستان و ایلام اشاره کرد، هرچند میزان گسیل نسبت به چشمه‌های خارجی بسیار کمتر می‌باشد. در طول دو توفان گرد و غباری مورد بررسی غلظت‌های بسیار بالای گرد و غبار به دست آمد، تا جایی که در برخی مناطق میانگین 24 ساعته گرد و غبار به بیش از ?g/m3 7000 هم رسید. ضریب میرایی و عمق نوری نیز شبیه‌سازی شدند و نتایج آن با داده‌های دورسنجی مقایسه شد. نتایج شبیه‌سازی عمق نوری برای کل دامنه کمتر از داده‌های دورسنجی به دست آمده است، هرچند در نواحی با گرد و غبار زیاد، نتایج همخوانی قابل قبولی نشان می‌دهند. علاوه بر این با استفاده از دو اجرای موازی مدل با و بدون وجود گرد و غبار، تاثیر این هواویز‌ها بر اغتشاش‌های تابشی، شار حرارت محسوس، دمای سطح و همچنین اختلاف ارتفاع لایه مرزی سیاره‌ای مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهند که وجود هواویزهای گرد و غبار باعث اعمال اغتشاش تابشی طول موج کوتاه منفی در سطح زمین و سقف جو شده است، هرچند این اغتشاش‌ها برای طول موج بلند مثبت می‌باشد. همچنین برای شار حرارت محسوس، اغتشاش منفی روزانه قوی‌تر نسبت به اغتشاش مثبت شبانه باعث شد تا میانگین اغتشاش 24 ساعته نیز منفی به دست بیاید. اگرچه اغتشاش دمای سطح نسبتاً ضعیف‌تر روزانه (منفی) نسبت به شبانه (مثبت)، باعث به وجود آمدن اغتشاش 24 ساعته مثبت دمای سطح شد، همچنین اغتشاش‌های قوی دمای سطح مانند K 69/1- و K 73/1+ نیز به دست آمد. در پایان به دلیل تاثیر پارامترهای گوناگون بر اختلاف ارتفاع لایه مرزی، توزیع مکانی متفاوتی برای این پارامتر و غلظت گرد و غبار به دست آمد. کلیدواژه: گرد و غبار، هواویز، مدل‌سازی، عمق نوری، اغتشاش تابشی
- Abstract
- Dust storms affect significantly the air quality, human health, and the Earth energy balance by emitting substantial amount of dust aerosols into the atmosphere. The main goal of this study is to simulate emission and distribution of dust aerosols during dust storm events and to evaluate the optical properties and radiative perturbations caused by dust particles. Since Iran is located in arid and semi-arid geographical regions, evaluating dust events and their impacts is of crucial importance. In the present study, dust storms over Iran and Middle East have been identified using data from air quality monitoring stations located in eight cities in Iran and also using satellite remote sensing data for past four years. Two dust storm events which had considerable intensity and extensity have been chosen by obtained information. Weather Research and Forecasting with chemistry (WRF-Chem) has been chosen for the simulation. By applying different schemes and settings, parameters such as emission, spatial and temporal distribution, extinction coefficient, optical depth and radiative perturbation of dust aerosols have been evaluated. In Middle East, sources with the highest emission rate are Syria, Iraq, Saudi Arabia, and Turkmenistan. Also, major emission sources inside Iran are southwest regions of Iran such as Khuzestan and Ilam provinces. However, emission rate from domestic sources is much lower than other countries. During these two dust storm events very high dust concentration have been simulated. For instance, 24-hours dust concentration reaches above 7000 ?g/m3 in some regions. Extinction factor and optical depth also have been simulated and the results compared by ground and satellite remote sensing data. However, the comparison shows an underestimation for domain averaged aerosol optical depth (AOD). There is a satisfying similarity for high dust load regions. Furthermore, using two parallel simulation with and without dust, impact of dust aerosols on radiative, sensible heat flux, and surface temperature perturbations and also planetary boundary layer height difference have been evaluated. According to the results, presence of dust aerosols led to negative short wave (SW) radiative perturbation at the earth surface and top of atmosphere (TOA). On the other hand, these radiative perturbations are positive for long wave (LW) radiation. Stronger negative diurnal perturbations for sensible heat flux, rather than positive nocturnal perturbation, caused 24 hours average perturbation to be negative. Nevertheless, the slightly weaker diurnal (negative) rather than nocturnal (positive) surface temperature perturbations, made 24 hours average temperature perturbation positive. Some strong temperature perturbations such as -1.69 K and +1.73 K have been calculated. Finally, due to indirect impact of a wide range of parameters on planetary boundary layer’s height, it is hard to find how dust spatial distribution is connected to PBL height difference. Key Words: Dust storm, Modeling, Optical depth, Radiative perturbation, WRF-Chem
