در این پژوهش با استفاده از داده های باز تحلیلی MERR2، دوره زندگی گرمایش ناگهانی پوشن سپهر نوع اصلی در زمستان های نیمکره شمالی (از نوامبر تا مارس) در دوره آماری 2020-1979 بررسی شد. این بررسی بر اساس تغییرات میانگین مداری مولفه مداری باد در مدار 60 درجه شمالی و در تراز فشاری ده هکتوپاسکال انجام شده است و بر پایه آن، روز تولد، روز صفر و دوره های رشد، بلوغ، پیری و روز مرگ تعریف شده است. نتایج حاصل از بررسی میانگین مداری دما و مولفه مداری باد نشان داد که در این دوره آماری در نیمکره شمالی، 19 مورد گرمایش ناگهانی پوشن سپهر نوع اصلی رخ داده است. از بین موارد آشکار شده، بیشترین افزایش میانگین مداری دما به میزان 8/51 کلوین در دوره کوتاه یازده روزه به گرمایش ژانویه 2009 اختصاص دارد که در طول دوره آماری انتخابی در نیمکره شمالی تا کنون چنین افزایشی، ثبت نشده است. نتایج حاصل از تحلیل دوره زندگی گرمایش ناگهانی پوشن سپهرنوع اصلی نشان داد که کوتاه ترین و بلند ترین دوره رشد به ترتیب با 6 و 37 روز، در موردهای 6 ژانویه 2013 و 23 ژانویه 1987 ثبت شده است. بلند ترین دوره بلوغ با 17 روز تداوم، به گرمایش 23 ژانویه 1987 اختصاص دارد. بلند ترین دوره پیری در این دوره آماری نیز 26 روز است که به گرمایش 24 ژانویه 2009 مربوط می شود. کوتاه ترین و بلندترین طول دوره زندگی نیز در این دوره آماری به ترتیب به گرمایش 1 فوریه 2017 و 23 ژانویه 1987 اختصاص دارد. همچنین مشخص شد که در این دوره آماری به طور متوسط، دوره رشد 4/19، دوره بلوغ 3/4، دوره پیری 2/7 و طول دوره زندگی 9/30 روز است.

در این پژوهش با استفاده از داده های باز تحلیلی MERR2، اثر گرمایش ناگهانی پوشن سپهر بر تغییرات ازن کلی کلاهک قطبی در برخی زمستان های نیمکره شمالی بررسی شد. برای این منظور یک سال بدون گرمایش ناگهانی پوشن سپهر(2011-2010)، یک سال با گرمایش ناگهانی فرعی(1992) و چند گرمایش ناگهانی اصلی بر اساس دوره زندگی (2018، 2009، 2013، 1987) انتخاب و ازن کلی کلاهک قطبی در این دوره ها بررسی شد. از مقایسه تغییرات میانگین ازن کلی کلاهک قطبی نسبت به میانگین بلند مدت(2020-1979) در سال بدون گرمایش ناگهانی، با گرمایش ناگهانی نوع فرعی و اصلی، دیده شد که میانگین ازن کلی کلاهک قطبی در زمستان بدون گرمایش و با گرمایش نوع فرعی کمتر از میانگین بلند مدت و در زمستان با گرمایش ناگهانی نوع اصلی بیشتر از میانگین بلند مدت می باشد. نتایج نشان داد که بی هنجاری مثبت ازن کلی کلاهک قطبی در دوره رشد و بلوغ گرمایش ناگهانی پوشن سپهر نوع اصلی بیشتر و در دوره پیری آن کمتر است. هر چه طول دوره رشد و بلوغ بیشتر باشد و تغییرات میانگین مداری باد مداری نیز به سرعت کاهش یابد، بی هنجاری مثبت ازن کلی کلاهک قطبی نیز بیشتر است. در دوره رشد و بلوغ گرمایش ناگهانی پوشن سپهر، تاوه قطبی و جت شب قطبی لبه آن به سرعت تضعیف می شود و در نتیجه ازن کلی توسط گردش بروئر-دابسون از پوشن سپهر مناطق استوائی به کلاهک قطبی بهتر منتقل می شوند. همچنین در حین گرمایش ناگهانی پوشن سپهر، سرمایش دررو شاخه فروشارش قطبی گردش بروئر-دابسون تضعیف می شود. این مکانیسم نیز از طریق کاهش سرعت تخریب ازن، سبب افزایش ازن کلاهک قطبی می شود.

برای شناسایی دینامیک پوشن سپهر، آشکارسازی اثرات چرخه 11 ساله خورشیدی بر آن و نحوه وابستگی این اثرات به نوسان شبه دوسالانه (QBO) حائز اهمیت است. برای آشکارسازی اثرات، از داده های بازتحلیل JRA-55 با تفکیک ˚25/1 در دو راستای مداری و نصف النهاری در بازه زمانی 1958 تا 2017 استفاده شده است. با کمک داده های شار خورشیدی طول موج 7/10 سانتی متر (F10.7) وبگاه دانشگاه کلرادو (LISIRD)، فازهای متناظر با بی هنجاری های مثبت و منفی F10.7، با نام های به ترتیب HS و LS، محاسبه شد. همچنین برای QBO، فازهای غربی (WQBO) و شرقی (EQBO) با استفاده از داده های هواشناسی دانشگاه برلین (FUB) در ماه ژوئیه، اوایل زمستان (نوامبر و دسامبر) و اواخر زمستان (ژانویه، فوریه و مارس) تعیین شد. سپس، برمبنای میانگین ماهانه دما، ارتفاع ژئوپتانسیلی و تاوایی پتانسیلی (PV) در تراز hPa 30، همبستگی آنها با F10.7 برای فازهای QBO محاسبه و همراه با اختلاف دما و ارتفاع ژئوپتانسیلی بین فازهای HS و LS تحلیل شد. نتایج نشان داد بیشینه همبستگی دما و ارتفاع ژئوپتانسیلی با F10.7 برای ماه ژوئیه در منطقه جنب حاره منطبق بر بیشینه دریافت شار خورشیدی است. این همبستگی ها در مجموعه سال های EQBO، بزرگ تر و گسترده تر از مجموعه تمام سال ها و مجموعه WQBO هستند. درعین کوچکی مقادیر همبستگی PV با F10.7 برای ماه ژوئیه، الگوی مشخصی برای تغییرات آنها طی فازهایQBO  مشاهده نشد. برای اوایل و اواخر زمستان، همبستگی دما و ارتفاع ژئوپتانسیلی با F10.7 در تمام سال ها و WQBO کوچک است اما برای EQBO همبستگی مقدار به نسبت بزرگی دارد و بیشینه آن در مناطق حاره هر دو نیمکره دیده می شود. این همبستگی برای PV در مناطق زیادی از دو نیمکره گسترده شده و مقادیر آن در EQBO از WQBO قوی تر است. همچنین اختلاف دما و ارتفاع ژئوپتانسیلی بین HS و LS برای WQBO در نیمکره جنوبی بیشینه است اما در EQBO الگوی همبستگی گسترده تری در مناطق جنب حاره دو نیمکره وجود دارد.

در این مقاله با استفاده از داده های دما و فشار وردایست گرمایی و دما در سطوح مختلف فشاری که از بایگانی مرکز ملی پیش بینی محیطی و پژوهش های جوی آمریکا گرفته شده است، کمیت بسامد شناوری برانت-وایسالا (N2) در ترازهای مختلف فشاری محاسبه شد. در ادامه میانگین مداری این کمیت ها در سه منطقه کلاهک قطبی، عرض های میانی و منطقه حاره به دست آمد و تغییرات ارتفاع وردایست گرمایی در طول دوره رخداد گرمایش ناگهانی پوشن سپهر بررسی شد. نتایج نشان داد که در نوزده رخداد گرمایش انتخابی در دوره آماری 2020-1979، گرمایش ناگهانی پوشن سپهر سبب ایجاد بی هنجاری مثبت میانگین مداری دما و فشار وردایست شده است. از این رو در همه این موارد، گرمایش ناگهانی پوشن سپهر از طریق افزایش دمای وردایست و کاهش ارتفاع آن، سبب توسعه پوشن سپهر یا کاهش عمق وردسپهر شده است. به علاوه کاهش ارتفاع وردایست در منطقه کلاهک قطبی، بیشتر از منطقه عرض های میانی است. همچنین دیده شد که قبل از گرمایش ناگهانی پوشن سپهر، پایداری ایستایی (بی هنجاری مثبت میانگین مداری N2) در پوشن سپهر افزایش و در هنگام گرمایش کاهش (بی هنجاری منفی میانگین مداری N2) یافته است. این تغییرات نیز در کلاهک قطبی بیشتر از منطقه عرض های میانی است. این نتیجه نشان می دهد که ساختار پایداری ایستایی در پوشن سپهر پایین و اطراف وردایست در کلاهک قطبی بیشتر تحت تأثیر عامل ایجاد گرمایش ناگهانی پوشن سپهر است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این مطالعه، بازتاب مستقیم فعالیت های موجی از پوشن سپهر به وردسپهر یا جذب و انتشار این امواج در پوشن سپهر شناسایی می شود. به این منظور، کمیت های ضریب بازتاب پرلویتز-هارنیک، شار گرمایی، گرمایش ناگهانی پوشن سپهری، ضریب شکست امواج راسبی و احتمال انتشار بهینه امواج راسبی محاسبه، تحلیل و بررسی شده اند. برای اجرای تحقیق، از داده های بازتحلیل ECMWF (ERA-Interim) در بازه زمانی 2014-1979 و در فصل زمستان (نوامبر-مارس) در نیمکره شمالی استفاده شده است. بررسی شاخص ضریب بازتاب پرلویتز-هارنیک نشان می دهد که در بازه زمانی 34 ساله بررسی شده در 10 زمستان، پوشن سپهر حالت بازتابی و در 24 زمستان، حالت غیربازتابی (جذب یا انتشار امواج راسبی) داشته است. بررسی این شاخص نشان می دهد احتمال بازتاب مستقیم امواج راسبی از پوشن سپهر به وردسپهر در پاییز و اوایل زمستان (نوامبر-دسامبر) کمینه است. در بازه زمانی ژانویه-مارس، پوشن سپهر حالت بازتابی داشته و بیشترین احتمال جفت شدگی بین پوشن سپهر و وردسپهر از طریق بازتاب امواج راسبی در اواسط زمستان و اوایل بهار است. بررسی شاخص شار گرمایی نشان می دهد استفاده از تعریف موج به عنوان پریشیدگی از حالت میانگین مداری نسبت به تعریف موج به عنوان پریشیدگی از میانگین زمانی، مزیت دارد. در سال هایی که پوشن سپهر حالت بازتابی دارد، تنها در 33 درصد از زمستان ها احتمال رخداد پدیده گرمایش ناگهانی پوشن سپهری وجود دارد. این در حالی است که در زمستان هایی که پوشن سپهر حالت غیربازتابی (جذب یا انتشار امواج راسبی) دارد، در حدود 62 درصد از زمستان ها احتمال رخداد این پدیده وجود دارد. نتایج بررسی دو شاخص ضریب شکست امواج راسبی و احتمال انتشار بهینه امواج راسبی نشان می-دهند که در حالت پوشن سپهر غیربازتابی نسبت به پوشن سپهر بازتابی، احتمال انتشار و نفوذ امواج راسبی از وردسپهر به پوشن سپهر زیرین (100-50 هکتوپاسکال) در فاصله عرض جغرافیایی 90-70 درجه شمالی بیشتر است.

به منظور بررسی روند تغییرات گردش پوشن سپهری در نمیکره شمالی از داده های ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 10 هکتوپاسکالِ مرکز پیش بینی محیطی/علوم جو (NCEP/NCAR)، بین بازه زمانی 1948 تا 2020 استفاده شد. برای بررسی تغییرات به وجود آمده در این تراز، آزمون روند بر روی داده های ارتفاع ژئوپتانسیل اجرا شد. نتایج نشان داد که در طی 70 سال تغییرات بزرگی در مناطق قطبی، عرض های میانه و جنب حاره به وقوع پیوسته است. این تغییرات در فصل زمستان حاکی از آن بود که در ماه دسامبر، هسته منفی از کاهش ارتفاع ژئوپتانسیل در تراز 10 هکتوپاسکال بر روی کلاهک قطبی مشاهده می شود که کمینه مقدار آن به 8-ژئوپتانسیل متر رسیده است. از طرفی در شمال اقیانوس آرام هسته بیشینه از روند ارتفاع ژئوپتانسیل با بیش از 4. 5 ژئوپتانسیل متر به وجود آمده است. این وضعیت در فصل زمستان در دو دماه ژانویه و فوریه نیز مشهود بوده و روند کاهشی در پوشن سپهر در قسمت های شمالی اروپا و منطقه اورآسیا بیشتر مشاهده می شود. در فصل بهار نیز روند کاهشی ارتفاع ژئوپتانسیل در محدوده فعالیت تاوه قطبی و با تمایل به مناطق شمال شرقی روسیه مشاهده می شود که در اواخر بهار این روند کاهشی از بین رفته است. نتایج حاصل از تغییرات دوره های مطالعاتی نشان داد بیشترین تغییرات افزایشی در پوشن سپهر قطبی در 37 سال نخست در ماه های نوامبر و دسامبر تشکیل شده است. بیشترین تغییرات کاهشی نیز در پوشن سپهر قطبی در 37 سال دوم در ماه های نوامبر، دسامبر و مارس تشکیل شده است. ماه های نوامبر و مارس تقریبا تغییراتشان در هر دو سال برابر هستند که در 37 سال نخست تغییرات افزایشی در پوشن سپهر قطبی تشکیل شده است که بیشترین ارتفاع ژئوپتانسیل در ماه نوامبر با 140 ژئوپتانسیل متر دیده شده است. در 37 سال دوم نیز تغییرات کاهشی در پوشن سپهر قطبی دیده می شود.

در این پژوهش، گرمایش ناگهانی پوشن سپهر، با استفاده از داده های باز تحلیل NCEP/NCAR، در دوره آماری 2020-1948 موردبررسی قرار گرفت. نتایج تحلیل نشان داد که فراوانی رخداد گرمایش ناگهانی پوشن سپهر، در ماه فوریه با 17 درصد، بیش از سایر ماه ها می باشد. پس از محاسبه شدت گرمایش های آشکار شده، مشخص شد که در گرمایش 2018-2017، میانگین مؤلفه مداری باد به 48- متر بر ثانیه رسید و مقادیر منفی این کمیت 20 روز ادامه داشته است؛ این گرمایش به عنوان شدیدترین گرمایش ناگهانی پوشن سپهر در دوره آماری موردمطالعه شناسایی شده است. میزان همبستگی بین تغییرات مؤلفه مداری باد با زمان شروع گرمایش پایانی در تمام سال های تحت بررسی 6/0- می باشد و بدین معناست که هرچه انحراف معیار داده های مؤلفه مداری باد بیشتر باشد، پایان فصل سرد و گرمایش پایانی زودتر فرامی رسد. میزان همبستگی فاصله دو گرمایش زمستانه و گرمایش پایانی با شدت گرمایش اصلی 8/0- می باشد و نشان دهنده ارتباط قوی و معکوس بین این دو پارامتر می باشد و نشان می دهد هر چه گرمایش پوشن سپهر زمستانه (اصلی) شدیدتر باشد، گرمایش پایانی زودتر رخ می دهد و فاصله دو گرمایش اصلی و پایانی کمتر می شود.

در این مطالعه با استفاده از داده های کاوش جو ایستگاه های مهرآباد تهران و شیراز در دوره آماری 2022-2000، ویژگی انواع وردایست در ماه های ژانویه و ژوئیه تحلیل شد. ابتدا با تحلیل نیم­رخ قائم دمای روزانه و بر اساس فشار کف وردایست، وردایست های گرمسیری، عرض های میانه و قطبی در روی ایران آشکار شد و سپس دما، ارتفاع، فشار و دمای پتانسیل آنها تعیین شد. نتایج نشان داد که فراوانی وردایست گرمسیری در ماه ژانویه (41 و 59 درصد در تهران و شیراز) کمتر از ماه ژوئیه (95 و 94 درصد در تهران و شیراز) است. در ماه ژوئیه وردایست گرمسیری نسبت به وردایست عرض های میانه در هر دو ایستگاه فراوانی بیشتری (95 به 5 درصد در تهران و 94 به 6 درصد در شیراز) دارد. علت این تفاوت، افزایش انرژی گرمایی جو در ماه گرم سال است. در ماه ژوئیه به سبب توسعه کم فشار گرمائی در ایران، انرژی گرمائی و دمای هوا افزایش می یابد و در نتیجه ضخامت جو زیاد شده، ارتفاع وردایست افزایش یافته و به وردایست گرمسیری نزدیک می شود. همچنین در ایستگاه های مطالعاتی، متوسط ارتفاع وردایست گرمسیری بین 5/16 تا 4/17 کیلومتر، متوسط ارتفاع وردایست عرض های میانه بین 5/11 تا 8/12 کیلومتر، متوسط دمای وردایست گرمسیری بین 65- تا 78- درجه سلسیوس و میانگین دمای وردایست عرض های میانه بین 52- تا 59- درجه سلسیوس برآورد شده است.

نتایج پژوهش های انجام شده حاکی از آن است که پیش بینی پذیری وضع هوا در مقیاس های زمانی فراتر از دو هفته، با جفت شدگی دینامیکی بین گردش های وردسپهر و پوشن سپهر امکان پذیر است. بنابراین شناخت و درک کامل سازوکار جفت شدگی پوشن سپهر-وردسپهر، نیاز به مطالعات بیشتر و جامع تری دارد. هدف اصلی پژوهش حاضر، مطالعه این سازوکار با تمرکز بر منطقه جنوب غرب آسیا است. در این پژوهش، داده های روزانه بازتحلیل NCEP/NCAR از سال 1968 تا 2015 به کار رفته است. منطقه بررسی شده، شامل ایران و مناطق واقع در غرب آن تا شرق دریای مدیترانه است. طی این دوره، 42 رخداد تاوه قوی و 46 رخداد تاوه ضعیف شناسایی شد. نتایج مربوط به سه کمیت وردایست مشتمل بر فشار، ارتفاع ژئوپتانسیلی و دمای پتانسیلی نشان می دهد که طی رخدادهای تاوه قطبی ضعیف، بخش های زیادی از منطقه مورد مطالعه و ایران در ناحیه شکست امواج راسبی قرار داشتند و درنتیجه، آثار ناشی از تاوه ها بر این منطقه زیاد نیست. اما در رخدادهای تاوه قوی، عرض های بالاتر در منطقه مورد مطالعه و برخی نواحی از عرض های میانی آن، در محدوده درون تاوه واقع هستند؛ بنابراین به دنبال رخدادهای تاوه قوی می توان تغییرات ناشی از تاوه قطبی را در کمیت های وردایست بر فراز منطقه مورد مطالعه انتظار داشت. همچنین بررسی همبستگی بین شاخص تاوه قطبی تامپسون با سه کمیت وردایست فوق بیانگر همبستگی مستقیم میان فشار و همبستگی معکوس ارتفاع ژئوپتانسیلی و دمای پتانسیلی با بی هنجاری شدت تاوه در منطقه ایران با تأخیرهای زمانی مختلف بین هشت تا ده روز است. به علاوه، بر مبنای نتایج، یکی از دلایل احتمالی ایجاد یا تقویت تاشدگی های وردایست و متعاقب آن چرخندزایی سطح زمین، تاوه قطبی پوشن سپهری است.