فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

مقدمه وارونگی دما که با افزایش دما با ارتفاع تعریف می‌شود (Feng et al, 2020)، از مبانی اصلی مطالعات آلودگی هوا است که عامل اصلی افزایش چگالی آلاینده‌های جوی در کلان‌شهرها و مناطق صنعتی می‌باشد (Li et al, 2022). این پدیده که اغلب در وردسپهر پایین عرض‌های جغرافیایی میانی و بالا رخ می‌دهد، می‌تواند انتقال جرم، گرما و رطوبت از لایه‌های زیرین جو به بالا را مهار ‌کند (Li et al, 2019) و مانند یک درپوش، مانع خروج آلاینده‌ها از وردسپهر پایین شود (Xu et al, 2021). وارونگی دما ممکن است به دلایل گوناگون، با شدت‌های متفاوت و در ارتفاع‌های مختلف از سطح زمین، ایجاد شود. بر اساس نحوه شکل‌گیری، وارونگی دما به چهار گونه تابشی، فرونشینی، جبهه‌ای و همرفتی دسته‌بندی می‌شوند (Zeng et al, 2022). وارونگی دما بر اساس ارتفاع از سطح زمین نیز به وارونگی زمین‌پایه و سطوح بالاتر تفکیک شده‌اند. وارونگی تابشی و وارونگی فرارفتی یا دینامیکی (شامل جبهه‌ای، سطحی و کوهدشت) در دسته وارونگی زمین‌پایه قرار دارند. وارونگی حرارتی و وارونگی مکانیکی (شامل انواع وارونگی که با فرونشینی هوا، تلاطم و همرفت تشکیل می‌شود) نیز در دسته وارونگی زبرین جای داده شده‌اند. وارونگی حرارتی در ارتفاع 15 تا 35 کیلومتری در پوشن‌سپهر در اثر جذب پرتوهای فرابنفش خورشیدی توسط لایه ازن پوشن‌سپهری و افزایش دمای لایه فوقانی ایجاد می‌شود (Joly and Richard, 2022). وارونگی فرونشینی در ارتفاع 2 تا 4 کیلومتری از سطح زمین ایجاد شده و با فرونشینی هوا در نیمه شمالی سلول هادلی ایجاد می‌شود. واچرخندها عامل نوع دیگر وارونگی فرونشینی است که در ارتفاع 1 تا 2 کیلومتری تشکیل می‌شود (Lagmiri and Dahech, 2024). وارونگی تابشی زمانی رخ می‌دهد که سطح زمین گرمای جذب شده را در طول شب با فرایند تابش گرمایی مطابق قانون استفان- بولتزمن، با طول موج بلند به فضا منتشر می‌کند و سرد می‌شود ولی هوای بالای سطح هنوز گرمای خود را از دست نداده است (Xu et al, 2021). شب‌های طولانی‌، آسمان صاف و باد آرام، شرایط مناسب برای رخداد وارونگی تابشی است. وارونگی تابشی شدید ویژگی شب‌های پاییز و زمستان با آسمان صاف و بی‌ابر با باد آرام می‌باشد. در این تحقیق فراوانی رخداد، عمق و شدت وارونگی دما در ماه‌های مختلف ایستگاه کاوش جو بندرعباس بررسی می‌شود که برای برآورد ارتفاع لایه آمیخته و تحلیل آلودگی هوا برای طراحی سازه‌های بزرگ در این شهر، کاربرد زیادی دارد. تفاوت این پژوهش با پژوهش‌های مشابه، استفاده از روش‌های آماری مناسب برای دسته‌بندی عمق و شدت وارونگی است که تاکنون در ایران از آن استفاده نشده است. استفاده از این روش سبب شده است تا نتایج بدست آمده از این پژوهش با نتایج پژوهش‌های پیشین متفاوت شود. مواد و روش­ها برای بررسی وارونگی دما در بندرعباس، از داده‌های روزانه کاوش جو ایستگاه بندرعباس در ساعت 0000 گرینویچ استفاده شد. این داده‌ها که در برخی روزها دارای ناپیوستگی است، از 17 اکتبر 2005 تا 08 ژولای 2024 در دسترس است و به صورت گزارش تمپ از سازمان هواشناسی کشور گرفته شد. در این پژوهش به‌کمک نرم‌افزار RAOB، ابتدا انواع وارونگی دما در روزهای مختلف ماه‌های سال طی دوره آماری انتخابی، آشکار و سپس فراوانی، ضخامت و شدت آنها بر اساس اختلاف ارتفاع و اختلاف دمای بین کف و بام وارونگی محاسبه شد. برای دسته‌بندی ضخامت وارونگی تابشی و شدت آن بر اساس آزمون اندرسن-دارلینگ، از برازش بهترین تابع احتمال بر تغییرات ارتفاع و تغییرات دمای کف و بام لایه وارونگی استفاده شد و بر اساس مقادیر 5، 25، 50، 75 و 95 درصد منحنی برازش شده، دسته‌بندی انجام شد. آستانه 5 و 95 درصد منحنی برازش شده برای برآورد مقادیر حدی کمترین و بیشترین (کمتر از 5 درصد و بیش از 95 درصد) به ترتیب برای دسته‌های کم اهمیت و خیلی شدید استفاده شد. آستانه‌های 25، 50 و 75 درصد برای انتخاب چارک‌ها در نظر گرفته شد. مقادیر از 5 و 25 درصد برای دسته خیلی ضعیف، 25 و 50 درصد برای ضعیف، 50 و 75 درصد برای متوسط و مقادیر 75 و 95 درصد به دسته شدید مربوط شد. نتایج و بحث ایستگاه ساحلی بندرعباس در شمال تنگه هرمز در موقعیتی است که تحت تاثیر نسیم دریا به خشکی و نسیم خشکی به دریا قرار دارد و شرایط دمائی متفاوتی در نزدیک سطح زمین برای ایجاد وارونگی یا بر هم زدن آن را فراهم می‌کند. در طول روز نسیم دریا به خشکی، هوای خنک و مرطوب را به مناطق خشکی و در طول شب نسیم خشکی به دریا، هوای خنک و خشک را به مناطق ساحلی منتقل می‌کند. این شرایط که در غیاب سامانه‌های همدیدی بر منطقه حاکم است، در فصل‌های مختلف بندرعباس، سبب تغییرات دما با ارتفاع می‌شود و فراوانی روزهای بی‎وارونگی تابشی را در ماه‌های مختلف دستخوش تغییر می‌کند. در ماه‌های گرم سال فراوانی روزهای بی‌وارونگی (با وارونگی) تابشی بیشتر (کمتر) از ماه‌های سرد سال است به طوری که در دو ماه ژوئیه و اوت 5/74 درصد روزهای دوره آماری انتخابی بی‌وارونگی تابشی (5/25 درصد با وارونگی تابشی) است در حالیکه فراوانی روزهای بی‌وارونگی تابشی در ماه‌‌های نوامبر، دسامبر و ژانویه به کمتر از 11 درصد کاهش یافته است (فراوانی روزهای با وارونگی تابشی به بیشتر از 89 درصد رسیده است). یکی از علت‌های این اختلاف را می‌توان به بلند (کوتاه) بودن طول شب‌های زمستانی (تابستانی) منطقه نسبت داد. در شب‌های طولانی زمستان، مدت تابش شبانه زمین با طول موج بلند بیشتر از شب‌های دیگر سال است و در نتیجه کاهش دمای سطح زمین زیاد و اختلاف دمای سطح و ارتفاعات نزدیک سطح زمین بیشتر می‌شود. از این رو شرایط برای ایجاد وارونگی تابشی دما قوی‌تر در فصول سرد بندرعباس بهتر فراهم می‌شود. به همین دلیل در ماه‌های سرد سال، شدت وارونگی تابشی در بندرعباس بیش از ماه‌های گرم سال است. کاهش دمای هوا بر روی خشکی در شب‌های زمستان بیش از تابستان است، بنابراین جریان‌های شمالی نسیم خشکی به دریا در شب‌های طولانی فصول سرد، هوای سردتری را به سوی ساحل و آب­های ساحلی و ایستگاه کاوش جو بندرعباس که در خشکی قرار دارد، منتقل می‌کند و سبب افزایش اختلاف دمای سطح ایستگاه و لایه‌های زیرین جو می‌شود. این سازوکار یکی از عوامل تشدید وارونگی تابشی بندرعباس در فصول سرد است. در تابستان با شب‌های کوتاه، کاهش دمای خشکی کم و شدت و طول مدت نسیم خشکی به دریا کوتاه است. این فرایند شرایط همرفت را در مناطق ساحلی فراهم می‌کند که طی آن دما در لایه‌های مختلف جو، تعدیل می‌شود. از این رو تابش شبانه زمین با طول موج بلند نیز نمی‌تواند عامل ایجاد وارونگی تابشی شدید در بندرعباس شود. این سازوکار عامل کاهش فراوانی روزهای با وارونگی تابشی شدید در بندرعباس است. نتیجه­گیری در این تحقیق وارونگی شدید و خیلی شدید به وارونگی گفته می‌شود که اختلاف دمای بین کف و بام آن از 2/5 درجه سلسیوس بیشتر باشد. وارونگی عمیق و ژرف نیز نوعی از وارونگی است که اختلاف ارتفاع کف و سقف وارونگی بیشتر از 232 متر برآورد شده باشد. این تعاریف بر اساس برازش بهترین تابع احتمال بر تغییرات ارتفاع و تغییرات دمای کف و بام لایه وارونگی بدست آمده است. بررسی‌ها نشان داد که فراوانی روزهای بدون وارونگی تابشی (با وارونگی تابشی) ایستگاه بندرعباس در ماه‌های گرم (سرد) بیش از ماه‌های سرد (گرم) سال است. به طوری که 5/74 درصد روزهای دوره آماری انتخابی طی ژوئیه و اوت، بدون  وارونگی تابشی (5/25 درصد با وارونگی تابشی) است در حالی که در ماه‌‌های نوامبر، دسامبر و ژانویه روزهای بدون وارونگی تابشی کمتر از 11 (با وارونگی تابشی، بیشتر از 89) درصد است. طولانی بودن شب‌های زمستان که عامل افزایش مدت تابش شبانه زمین است و جریان‌های جنوبی نسیم دریا به خشکی در روز و جریان‌های شمالی نسیم خشکی به دریا در شب که از طریق فرارفت هوای سرد یا گرم عامل افزایش اختلاف دما در لایه‌های نزدیک سطح زمین هستند، می‌توانند شرایط مناسبی را برای بود و یا نبود وارونگی تابشی بندرعباس فراهم کنند. فراوانی روزهای بی‌وارونگی فرونشینی در این ایستگاه، طی ماه‌های گرم برخلاف وارونگی تابشی، کمتر از ماه‌های سرد سال است. این شرایط به سبب استقرار پر ارتفاع جنب حاره تابستانه در منطقه است که به سبب فرونشینی هوا در گستره شمالی سلول هادلی، فراوانی روزهای با وارونگی فرونشینی را افزایش داده است. همچنین دیده شد که فراوانی وارونگی تابشی عمیق و ژرف در ماه‌های گرم سال در بندرعباس بیش از سایر ماه‌ها است در حالی که وارونگی تابشی با عمق متوسط در ماه‌های ژانویه، فوریه، نوامبر و دسامبر فراوان‌تر از بقیه ماه‌ها می‌باشد. علت این تفاوت، ترکیب وارونگی فرارفتی ایجاد شده توسط شاخه برگشت نسیم دریا به خشکی در فصل گرم با وارونگی تابشی شبانه می‌باشد. به علاوه ضخامت لایه وارونگی تابشی بندرعباس در 72 درصد موارد کمتر یا مساوی 232 متر است و در 24 درصد موارد ضخامت آن بیش از 232 متر می‌باشد. همچنین تحلیل شدت وارونگی تابشی نشان داد که فراوانی وارونگی تابشی خیلی شدید در ماه‌های نوامبر، دسامبر و ژانویه بیش از دسته‌های شدید و متوسط است. افزون بر آن، مقدار فراوانی وارونگی تابشی شدید، متوسط، ضعیف و خیلی ضعیف در کل دوره آماری تفاوت چندانی ندارند و مقدار آنها بین 20 تا 25 درصد برآورد شده است. مقادیر فراوانی شدت وارونگی بر اساس گرادیان دما در عمق 100 متری نیز نتایج مشابهی را بدست داد. از بررسی ارتفاع سقف وارونگی فرونشینی در ایستگاه بندرعباس، دیده شد که از 2/83 درصد فراوانی برآورد شده برای وارونگی فرونشینی، 2/24 درصد برای وارونگی سطوح زیرین (وارونگی فرارفتی و بازمانده از لایه آمیخته) و 0/59 درصد برای وارونگی سطوح زبرین ]1/11 درصد برای وارونگی گرمایی و 9/47 درصد برای وارونگی مکانیکی (5/32 درصد برای وارونگی ناشی از فعالیت واچرخند جنب‌حاره و 4/15 درصد برای وارونگی موثر از واچرخندهای عبوری، همرفت و تلاطم)‌[ برآورد شده است.