گردوغبار، تحت تاثیر تعامل سیستم اتمسفر-زمین بوده و با تغییر در انرژی تابشی، شیمی و فیزیک اتمسفر، اقلیم یک منطقه را تحت تاثیر قرار می دهد. بنابر ضرورت نقش گردوغبارها و پراکنش فضایی-دینامیکی گسترده آنها و نیز وجود تکنیک های پیشرفته سنجش از دور و مدلسازی در شبیه سازی گردوغبار، در پژوهش حاضر سعی در مقایسه، کمی سازی و شبیه سازی رفتار گردوغبار با استفاده از عمق نوری آیروسل (AOD) MODIS و MACC گردید. میزان همبستگی پیرسون بین داده ها نشان داد که در منطقه مورد مطالعه بین سنجنده و مدل ارتباط معنی داری وجود دارد و کمترین همبستگی در استان همدان مشاهده شد. توزیع سالانه AOD نمایان ساخت که مقدار گردوغبار دارای دو دوره فعال (2000-2010) و غیر فعال (2010-2018) بود. همچنین، توزیع ماهانه AOD نشان داد که منطقه مورد مطالعه در ماه های آوریل تا آگوست دارای بیشترین غلظت گردوغبار است؛ که همخوانی ماهانه AOD بین مدل و سنجنده به تفکیک استان در ماه های مرطوب (دسامبر تا مارس) بیشتر از ماه های خشک (آوریل تا نوامبر) است. توزیع مکانی گردوغبار در هر دو سنجنده و مدل دارای الگوی کلی مورب مکانی جنوبی-شمالی است و با افزایش عرض جغرافیایی از مقدار آن کاسته می شود، اما این تغییرات در MODIS منظمتر از MACC است.

یکی از عوامل اصلی عدم قطعیت در تخمین تابش موج کوتاه در سطح، عمق اپتیکی هواویز موجود در جو می باشد. در این مقاله برای محاسبه تابش موج کوتاه از مدل پارامتری یانگ که هر یک از اجزای جو را بصورت جداگانه مدل می نماید، استفاده شد. در اکثر تحقیقات قبلی برای محاسبه تابش موج کوتاه در سطح، از داده های عمق اپتیکی هواویز سنجنده مادیس استفاده شده است، درحالی که در این تحقیق عمق اپتیکی برآورد شده از الگوریتم ساده شده بازیابی هواویز SARA(Simplified Aerosol Retrieval Algorithm)، مورد استفاده قرار گرفت. روش پیشنهادی برآورد تابش موج کوتاه براساس داده عمق اپتیکی هواویز SARA و همچنین روش رایج تابش موج کوتاه به دست آمده براساس محصولات عمق اپتیکی مادیس، با داده های زمینی اندازه گیری شده در ایستگاه چیتگر شهر تهران و برای پریود زمانی تابستان 2013 اعتبار سنجی شدند. نتایج اعتبارسنجی برای تابش موج کوتاه برآورده شده براساس عمق اپتیکی هواویز SARA، ضریب رگرسیون R2) 88/0)، خطای جزر میانگین مربعات و بایاس بترتیب 09/25 و 05/2 وات بر مترمربع، برای تابش موج کوتاه براساس داده سطح 2 عمق اپتیکی هواویز مادیس، ضریب رگرسیون 61/0، خطای جزر میانگین مربعات و بایاس بترتیب 75/41 و 93/15 وات بر مترمربع و برای تابش موج-کوتاه براساس داده سطح 3 عمق اپتیکی هواویز مادیس، ضریب رگرسیون 82/0، خطای جزر میانگین مربعات و بایاس بترتیب 73/60 و 77/53 وات بر مترمربع به دست آمدند. نتایج بیانگر دقت بالای تابش موج-کوتاه برآورد شده بر اساس عمق اپتیکی هواویز SARA نسبت به محصولات عمق اپتیکی هواویز مادیس می باشد. بطوریکه خطای جزر میانگین مربعات بترتیب 6/1 و 2 برابر نسبت به محصولات سطح 2 و 3 مادیس می باشد و خطای بایاس در روش پیشنهادی تقریبا به صفر رسیده است. با فرض توزیع مکانی مناسب ایستگاههای آئرونت (AERONET)، روش پیشنهاد شده ی ترکیب مدل تابشی یانگ و الگوریتم برآورد عمق اپتیکی هواویز SARA، می تواند تابش موج کوتاه را از مقیاس منطقه ای به جهانی، نیز برآورد نماید.

توفان گردوغبار یکی از معضلات زیست محیطی است که اثرات مخربی بر روی سلامتی انسان، کیفیت هوا و اقتصاد کشورهای جهان می گذارد. هدف از این تحقیق تحلیل همدید و شناسایی منشا گردوغبارهای وارد شده به شرق ایران و ردیابی مسیر حرکت آن ها می باشد. ابتدا با استفاده از داده های دید افقی، تصاویر ماهواره ای، شاخص گردوغبار مربوط به ماهواره OMPS و شاخص عمق نوری آیروسل ها (AOD)، توفان های گردوغبار شرق ایران طی دوره آماری 2010 تا 2018 مورد بررسی قرار گرفت. سپس داده های فشار، سمت و سرعت باد و ارتفاع ژیوپتانسیل و جریان های جتی در سطوح مختلف جوی از مرکز اروپایی پیش بینی های هواشناختی (ECMWF) با قدرت تفکیک مکانی 25/0× 25/0 دریافت شد. در نهایت برای مشخص کردن منشا شکل گیری توفان از مدل HYSPLITE استفاده شد. نتایج نشان داد که 67/46 درصد از توفان های منطقه به صورت محلی و 33/33 درصد به صورت انتقال یافته از محل دیگر می باشند و 20 درصد نیز به صورت همزمان رخ داده است. نتایج حاصل از مطالعات ماهواره ای نشان داد که توفان های انتقال یافته معمولا در جنوب عراق و مرکز عربستان شکل گرفته و سپس به سمت منطقه مورد مطالعه انتقال یافته است که با نتایج حاصل از مدل مقایسه و صحت سنجی شد. بررسی های همدیدی این نوع توفان ها نیز نشان داد که منشا سینوپتیکی آن ها، باد شمال می باشد که در اکثر موارد همگرایی جت استریم جنب حاره و قطبی، شرایط مطلوبی برای رخداد توفان های شدید گردوغبار فراهم آورده است. نتایج توفان های شکل گرفته درخود محل نیز نشان داد که عامل توفان ناشی از گرادیان شدید فشاری، سیکلون و دخالت جریانات رودباد است.

توفان های گردوخاک در سال هایاخیر با تشدید بیابان زایی در کشورهای عراق، عربستان و سوریه جنبه-هایمختلفیاززندگیمردمرادرغرب و جنوب غرب ایران متأثرساختهاست. ذرات معلق موجود در جو سلامت عموم، کیفیت هوا، توازن انرژی زمین و چرخه هیدرولوژی را تحت تأثیر قرار می دهند. از این رو، آگاهی از توزیع زمانی-مکانی توفان های گردوخاک برای کمّی سازی این اثرات بسیار مهم می باشد. در این مطالعه تلاش شد با استفاده از داده های عمق اپتیکی (AOD) سنجنده MODIS، وضعیت توفان های گردوخاک در غرب و جنوب غرب ایران بررسی شود. برای رسیدن به اهداف تحقیق پس از آزمون درستی سنجی آماری محصول AOD با استفاده از داده های زمینی دید افقی، بررسی و تحلیل تغییرات زمانی سالانه و ماهانه توسط نمایش تغییراتزمانیوکشفروندهای متغیرهادرقالبنمودارهای توالی زمانی و همچنیننمایش تغییراتمکانی گردوخاکبهصورتنقشهانجام شد. سپس نقشه های میانگین توسط داده های ECMWF[1] استخراج شد و سامانه های همدیدی تأثیر گذار و تغییرات این سامانه ها در دوره های فعال توفان های گردوخاک در بلند مدت شناسایی شد و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. بررسی نتایج آزمون همبستگی پیرسون برای تعیین میزان همبستگی داده های دید افقی میانگین ماهانه و AOD ماهانه نشان دهنده قابلیت بالای داده های AOD جهت مطالعه وضعیت گردوخاک در منطقه بود. همچنین نمودار تغییرات AOD استان های غرب و جنوب غرب کشور نشان داد استان های خوزستان، ایلام، کرمانشاه و کهگیلویه و بویراحمد به ترتیب بیشترین توفان های گردوخاک را از سال 2000 تا 2015تجربه کرده اند. نتایج نمودار روند تغییرات ماهانه نشان داد از سال 2006 تا سال 2012 افزایش قابل توجهی در مقدار AOD در ماه های مارس، آوریل، می و ژوئن دیده می شود. همچنین بررسی ارتباط میان پارامترهای میانگین و انحراف معیار ماهانه AOD بیانگر آن بود، بیشترین نوسانات AOD در ماه-های گرم سال اتفاق افتاده است که میانگین AOD در آن ها بیشتر از سایر ماه های سرد سال بوده است. با توجه به روند تغییرات میانگین های سالانه و ماهانه AOD و همچنین نقشه های میانگین سالانه، روند تغییرات مقدار AOD در موارد بسیاری در بیابان های عراق_سوریه مشابه بیابان های عربستان بوده است. روند تغییرات AOD ماهانه استان کرمانشاه با بیابان عراق سوریه یکسان بوده است و استان خوزستان نیز در موارد مختلف از بیابان عربستان یا بیابان عراق-سوریه تبعیت می-کند. با مقایسه نقشه های همدیدی آنومالی دوره های فعال و غیرفعال به نظر می رسد افزایش فعالیت ناوه مدیترانه، فعالیت بیشتر رودبادها در ترازهای فوقانی، به همراه افزایش سرعت وزش باد موجب تشدید قابل ملاحظه فعالیت توفان-های گردوخاک در ژوئیه 2009 گردیده است. در مقابل، حاکمیت شرایط نرمال همدیدی، کاهش سرعت وزش باد در ترازهای فوقانی و میانی جو به همراه محدودتر شدن سیطره جغرافیایی فعالیت باد شَمال و جابجایی آن بر فراز خلیج فارس از عوامل اصلی کاهش فعالیت توفان های گردوخاک در ژوئیه 2014 می باشند.

در این پژوهش سعی شد با کاربرد مدل رگرسیون و بر اساس متغیرهای ضخامت نوری هواویزها و پارامترهای هواشناسی، میزان ذرات معلق برآورد و دقت آن ارزیابی شود. برای این منظور داده های غلظت ذرات معلق کوچک تر از 10 میکرومتر، داده های دما، رطوبت نسبی، سرعت باد، دید افقی و ابرناکی، ارتفاع لایه مرزی، ضخامت نوری هواویزها حاصل الگوریتم های ادغامی دیپ بلو و دارک تارگت 550/0 نانومتر به کار گرفته شد. نتایج نشان داد میزان نوسانات ذرات معلق که توسط مدل قابل توجیه است تصادفی نیست (در سطح اطمینان 99درصد)، هر چند که تغییرات توجیه شده توسط مدل ها کم (16درصد در فصل گرم و 20درصد در فصل سرد) است و خطاهای محاسبه شده در بخش ارزیابی روشن نمود که مدل های ارایه شده، دقت زیادی ندارند. همچنین مشخص شد در فصل گرم متغیر سرعت باد می تواند نتایج حاصل از مدل رگرسیون رابطه ضخامت نوری هواویزها و غلظت ذرات معلق کوچک تر از 10 میکرومتر را بهبود ببخشد و در فصل سرد نیز وجود متغیرهای ارتفاع لایه مرزی و دما در مدل رگرسیون به لحاظ آماری قابل قبول است و باعث بهبود نتایج مدل می شود.

یکی از شاخص های اصلی کیفیت هوا، میزان غلظت ذرات معلق است. ذرات معلق از ترکیبی از ذرات مایع و جامد، با قطر آئرودینامیکی کمتر از 10 میکرومتر یا 5/2 میکرومتر تشکیل شده است. منبع اصلی این ذرات در مناطق طبیعی همچون نمک دریا، گردوغبار یا منابع ناشی از فعالیت های انسان است. هدف این کار بررسی امکان استفاده از تصاویر ماهواره ای سنجنده MODIS به منظور تخمین میزان PM10 اتمسفری ناشی از توفان های گردوغبار است. بدین منظور، با استفاده از شاخص عمق بصری (Aerosol optical depth) سنجنده MODIS مدلی تجربی توسعه داده شد. تاکنون در زمینه تخمین غلظت ذرات معلق با استفاده از تصاویر ماهواره ای مطالعات زیادی انجام شده است. بیشتر این مطالعات با استفاده از شاخص عمق بصری ذرات معلق و ترکیب این شاخص با پارامترهای اقلیمی به مدل سازی غلظت ذرات پرداخته اند. شاخص عمق بصری سنجنده مادیس در پنج باند مختلف ارائه می شود. تحقیقات انجام شده تاکنون همگی با استفاده از باند 555 نانومتر به تخمین غلظت ذرات معلق پرداخته اند. در این پژوهش، نخست هدف تعیین باند مناسب برای شاخص عمق بصری ذرات معلق برای تخمین غلظت PM10 در توفان های گردوغبار است. در ادامه پس از مشخص شدن بهترین باند با استفاده از پارامترهای اقلیمی و هواشناسی به مدل سازی شبکه عصبی مصنوعی در تخمین غلظت PM10 توفان های گردوغبار پرداخته ایم. در این پژوهش در اولین قدم، روزهای دارای توفان گردوغبار در سال 1393 در شهر اهواز در استان خوزستان مشخص شده است. به منظور این کار از پارامتر هواشناسی قابلیت دید در ایستگاه های هواشناسی استفاده شده است. در ادامه در روزهای دارای توفان گردوغبار، تصاویر ماهواره ای مادیس تهیه و مقادیر شاخص عمق بصری از آن استخراج شده است. سنجنده مادیس شاخص عمق بصری را در پنج باند جداگانه ارائه می دهد. در این مرحله، به منظور شناسایی بهترین باند برای مدل سازی با استفاده از شاخص همبستگی، میزان همبستگی داده ها با مقادیر داده های زمینی محاسبه و بهترین باند با بیشترین میزان همبستگی انتخاب شده است. پس از استخراج مقادیر شاخص عمق بصری از تصاویر ماهواره ای مودیس، به منظور افزایش دقت مدل برای مقادیر برآوردشده، در مقایسه با مقادیر PM10 اندازه گیری شده در سطح زمین، از پارامترهای اقلیمی همچون دما، رطوبت نسبی، سرعت و جهت باد استفاده شد. این پارامترها به دو صورت مستقیم و غیرمستقیم بر PM10 اثرگذار است. به منظور ایجاد مدلی مناسب در این مقاله برای اولین بار از مدل شبکه عصبی مصنوعی MLP(Multilayer Perceptron) و(Radial-Basis Function) RBF استفاده و نتایج خروجی از این دو مدل با یکدیگر مقایسه شده است. پس از مدل سازی نهایی برای صحت سنجی مدل های استفاده شده از دو متغیر (Root Mean Square Error (RMSE و (Mean Absolute Error)MAE استفاده شده است. نتایج نشان داد که مدل MLP بهترین تخمین را با کمترین میزان RMSE به میزان 78 ارائه کرد. همچنین، این پژوهش نشان داد که شاخص عمق بصری استخراج شده از باند 476 نانومتر سنجنده مادیس نتایج دقیق تری نسبت به باندهای دیگر این سنجنده ارائه می کند. همچنین، مدل RBF با تخمین های غیردقیق برای مطالعه و مدل سازی غلظت PM10 قابلیت استفاده ندارد.

هواویزها ذرات جامد و مایع معلّق در جو هستند که با تغییر خواص فیزیکی و تابشی ابرها بر بودجه تابشی جو تاثیر می گذارند. عمق نوری هواویزها (AOD) و نمای آنگستروم (α ) از مهم ترین ویژگی های هواویزها به شمار می روند. هدف از مقاله حاضر، مقایسه ویژگی های فیزیکی و نوری هواویزها در دو منطقه شهری تهران و مشهد برای دوره 4 ساله از 2010 تا 2013 است. برای رسیدن به این هدف، داده های سنجنده OMI برای تعیین و محاسبه نمایه های نوری هواویزها به کار رفته است. مقایسه توزیع بسامد فصلی AOD (500 nm) در تهران و مشهد بیانگر این است که در همه فصول مقدار AOD در تهران بیشتر از مشهد بوده و به طور کلّی غلظت هواویزهای تهران بیشتر از مشهد است. در هر دو شهر، بیشترین مقدار AOD در فصل بهار و تابستان رخ می دهد. هم چنین کمترین مقدار AOD برای تهران و مشهد مربوط به فصل زمستان است. بررسی تغییرات روزانه α نیز نشان می دهد که مد غالب هواویزهای تهران مخلوطی از ذرات ریز و درشت و مد غالب هواویزهای مشهد از نوع ذرات ریز است. مقایسه توزیع بسامد فصلی α در تهران و مشهد حاکی از آن است که در هر فصل هواویزهای مشهد دارای ابعاد کمتر از هواویزهای غالب در تهران است