عنوان پایان‌نامه
مقایسه توزیع غلظت و گسیل هواویزهای غباری شبیه سازی شده توسط مدل با استفاده از داده های پیش فرض و گسیل بر خط غبار
- رشته تحصیلی
- هواشناسی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 66330;کتابخانه موسسه ژئوفیزیک شماره ثبت: 1076
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- فرنوش عطایی
- استاد راهنما
- پرویز ایران نژاد, مجید مزرعه ئی فراهانی
- چکیده
- این پژوهش با هدف بررسی غلظت گرد و خاک در جو و واداشت‌های تابشی این ذرات، و تاثیر این ذرات در رفتار برخی از میدان‌های هواشناسی انجام گرفته است. برای انجام محاسبات و شبیه‌سازی‌ها از مدل عددی WRF/Chem استفاده شده است. برای تعیین شار گسیل و غلظت گرد و خاک از طرحواره گسیل گرد و خاک GOCART استفاده شده است. طرحواره‌های فیزیکی به‌کار رفته در این شبیه‌سازی شامل طرحواره لایه مرزی YSU، طرحواره سطح خشکی‌های NOAH و طرحواره لایه سطحی مونین-ابوخوف می‌باشد. برای فرآیندهای همرفت و خرد فیزیک ابر به‌ترتیب از طرحواره‌های Grell 3D و Morrison 2-mom استفاده شده است. مدل انتقال تابشی سریع (RRTM) برای محاسبه تابش طول موج کوتاه و بلند به کار رفته است. مدل برای ماه‌های ژانویه و ژوئیه 2011 و در مقیاس جهانی با 168× 335 نقطه شبکه‌ای، در 28 تراز قائم و با تفکیک‌پذیری 120 کیلومتر اجرا شده است. برای شرایط آغازین و مرزی در این شبیه‌سازی، از داده‌های باز تحلیل 6 ساعته (FNL) مراکز ملی پیش‌بینی محیطی (NCEP) استفاده شده است. این مطالعه در دو بخش اصلی انجام شده است. در بخش نخست میانگین غلظت ذرات گرد و خاک در جو توسط عمق نوری برای این ذرات بیان شده و اثر گرد و خاک بر ترازمندی تابشی طول موج‌های بلند و کوتاه در سقف جو و سطح زمین مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، تاثیر گرد و خاک بر رفتار میدان‌های بارش و دما در سطح جهان مطالعه شده است. در بخش دوم منطقه خاورمیانه به‌عنوان یکی از چشمه‌های مهم گسیل گرد و خاک در جهان، مورد بررسی قرار گرفته است و میانگین ماهانه واداشت‌های تابشی طول موج کوتاه و بلند با تفکیک روزانه و شبانه در سقف جو و سطح زمین محاسبه شده است. همچنین توزیع قائم ضریب میرایی گرد و خاک، و تاثیر گردو خاک بر نمایه قائم دما و بر پایداری لایه مرزی در بالای یکی از چشمه‌های گرد و خاک خاورمیانه بررسی شده است. ارزیابی نتایج حاصل نشان می‌دهد که چشمه‌های مهم گرد و خاک در جهان در مناطق شمال آفریقا، خاور میانه و شرق چین قرار دارند. گرد و خاک گسیل شده از این چشمه‌ها با جریان‌های جوی به مناطق مختلف برده می‌شوند و بر سامانه اقلیمی جو تاثیر می‌گذارند. میانگین غلظت ذرات گرد و خاک در منطقه خاور میانه به طور قابل توجهی بیشتر از میانگین‌های جهانی می‌باشد و واداشت‌های تابشی شدیدتری نیز در این منطقه وجود دارد. این ذرات با تاثیر بر ترازمندی تابشی جو به میزان اندکی موجب سرد شدن جو می‌شوند. سرمایش روزانه واداشت تابش طول موج کوتاه بیشتر از گرمایش روزانه و شبانه واداشت تابشی طول موج بلند در منطقه است و به همین دلیل وجود گرد و خاک در جو اثر سرمایشی بیشتری به سامانه زمین- جو وارد می‌کند. در بررسی لایه مرزی، تاثیر ذرات گرد و خاک در پایداری لایه مرزی قابل توجه است. حضور گرد و خاک در جو باعث کم شدن سرعت باد در لایه مرزی می‌شود.
- Abstract
- The aim of this study is to address vertical distribution, direct radiative forcing and impact of mineral dust on some of meteorological fields. The Weather Research and Forecasting with Chemistry (WRF/Chem) regional model is used to calculate and simulate of distribution and radiative forcing. To determine the emission flux and concentration of mineral dust the Goddard Global Ozone Chemistry Aerosol Radiation and Transport (GOCART) scheme is coupled to WRF/Chem model. The physics schemes used in these simulations include the Yonsei University (YSU) planetary boundary layer scheme, the NOAH land-surface scheme and the Monin- Obukhov surface layer scheme. To represent cloud microphysics and convection processes the Morrison and Grell 3D are utilized, respectively. The Rapid Radiative Transfer Model (RRTM) is used for both shortwave and longwave radiation to include the direct radiative effect of aerosols. The model is executed for January and July 2011 in global scales with 335 × 168 grid point at 120 km horizontal resolution, with 28 vertical layers. Meteorological initial and boundary conditions are obtained from National Center for Environmental Prediction (NCEP) Final Analysis (FNL) re-analysis data. This study consists of two major parts: in the first part the average concentration of mineral dust aerosols in the atmosphere is presented with Dust Optical Depth (DOD) and the impact of dust on shortwave and longvawe radiative balance in Top of the Atmosphere (TOA) and surface are estimated. Also the effects of dust aerosols on precipitation and temperature fields are investigated. In the second part, Middle East region is considered as one of the most important of dust emission sources in the world and the monthly average of shortwave and longwave radiative forcing with daily and nocturnal separation are calculated. Also the vertical distribution of dust extinction coefficient, the impact of dust on temperature vertical profile and boundary layer stability in one of dust source of Middle East is examined. The evaluation of results shows that the main sources of dust locate in the north of Africa, Middle East and east of china regions. The emitted dust of these sources is transported by atmospheric circulation to the other regions in the world and influence climate system. Dust concentration average in Middle East region is considerably greater than global averages and also there is more intense radiative forcing in this area. These aerosols effect on atmospheric radiative balance and lead to decrease the atmosphere temperature. Daily cooling due to the shortwave radiative forcing in this region is greater than daily and nocturnal warming of longwave radiative forcing of dust aerosols and therefore presence of dust aerosols in this area has a greater cooling effect in earth-atmosphere system. Investigation of boundary layer shows a considerable effect of dust in boundary layer stability. Also the presence of dust in the atmosphere leads to decrease the wind speed in boundary layer.
