مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Estimation of static and dynamic behavior of engineering structures with time series analysis of GPS observations, Case Study: Quds cable bridge of Ardabilبرآورد رفتار استاتیکی و دینامیکی سازههای مهندسی با تحلیل سری زمانی مشاهدات GPS، مطالعه موردی: پل کابلی قدس اردبیل1219416610.22059/jesphys.2023.353038.1007487FAرحیمنامی زادهگروه نقشه برداری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.اصغرراست بودگروه نقشه برداری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.Journal Article20230104The behavior of engineering structures affected by dynamic and static loads are different depending on the type of design, the type of materials used in them and the operating time of the structures. These behaviors can be observed and evaluated with the time series obtained from GPS observations in the time and the frequency domains. The current study is conducted with the aim of investigating the behavior of Quds cable bridge of Ardabil, using the geodetic monitoring of the GPS system at a rate of 30 seconds. Microgeodesy network is used for static data collection and RTKLIB software with Kalman filter capability used for initial processing and time series formation. The processed results have an error of 3 mm. In order to evaluate the movement of the bridge, moving average, time average, and median filters have been used to estimate the semi-static, static, and dynamic components of the bridge movement, respectively. The results of applying the moving average filter indicate that the semi-static component is extracted with 4 mm accuracy in the East, 1 mm in the North and 2 mm in the Height directions. The RMSE between the obtained dynamic components and the short period components are 0.8, 0.1 and 4 mm in three directions E, N and H respectively. In order to extract the dominant frequencies of the bridge, the Fast Fourier Transform (FFT) method was used. Then, based on FFT, the periodogram diagram was obtained and the dominant frequencies were identified. In practice, numerical methods such as the periodogram diagram and its visual inspection were used to extract the existing dominant frequencies. A periodogram diagram presents the relation between the power spectrum and the frequency. In the next step, this diagram is used to compare the power spectrum of each frequency with its neighboring frequencies. Finally, the frequencies with a higher power spectrum were considered as the dominant frequencies. Finally, the Artificial Neural Network model (ANN) with 10 hidden layers and 10 delays was used to predict bridge deformation and the accurate evaluation of the components. The results obtained from the processing of GPS observations in the time and frequency domains indicated the least changes compared to the safety design range of the bridge behavior. Besides, the frequency analysis of the bridge movement time series and the Neural Network model, can be used to detect significant frequency changes and study the bridge performance rigidity, respectively.
Given that, since bridges are designed with a high reliability factor for static and dynamic loads more than the loads received during bridge monitoring, the natural frequencies of the bridge are extracted with the existing process with high accuracy, which can be the biases of early warnings. On the other hand, the bridge health monitoring system should be based on modern measurement methods. In the case of Quds Bridge, its complete behavioral investigation shows that the bridge is safe in its current condition and within the design limits.
In order to evaluate the frequency content other than the fast Fourier transform, it is also suggested to use short time Fourier transform and wavelet transforms.رفتار سازههای مهندسی متأثر از بارهای استاتیکی و دینامیکی بسته به نوع طراحی، نوع مصالح بهکار رفته در آنها و زمان بهرهبرداری متفاوت است. این رفتارها را میتوان با سریهای زمانی حاصل از مشاهدات GPS در حوزه زمانی و فرکانسی مشاهده و ارزیابی کرد. تحقیق حاضر با هدف بررسی رفتار پل کابلی قدس اردبیل با پایش ژئودتیکی توسط GPS انجام شد. شبکه میکروژئودزی برای گردآوری داده و نرمافزار RTKLIB برای تشکیل سریهای زمانی مورد استفاده قرار گرفته است. برای ارزیابی حرکت پل از پالایههای میانگین متحرک، میانگین زمانی و میانه بهترتیب برای برآورد مؤلفههای نیمه استاتیک، استاتیک و دینامیک حرکت استفاده شد. با اﻋﻤﺎل ﭘﺎﻻﻳﻪ میانگین متحرک ﻣﺆلفه ﻧﻴﻤﻪاﺳﺘﺎﺗﻴﻚ ﺑﺎ دقت 4، 1 و 2 میلیمتر بهترتیب در راﺳﺘﺎهای شرق، شمال و قائم اﺳﺘﺨﺮاج ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺑﻴﻦ ﻣﺆلفه دﻳﻨﺎﻣﻴﻚ و ﻣﺆلفه ﭘﺮﻳﻮدﻛﻮﺗﺎه RMSE ﺑﺮاﺑﺮ ﺑﺎ 8/0، 1/0 و4 میلیمتر بهﺗﺮﺗﻴﺐ در ﺳﻪ ﺟﻬﺖ شرق، شمال و قائم بهدست آﻣﺪه است. ﻓﺮﻛﺎنسهای ﻏﺎﻟﺐ ﺣﺮﻛﺖ ﭘﻞ، ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از نمودار پریودوگرام حاصل از تبدیل فوریه سریع ﺑﺮآورد ﺷﺪﻧﺪ. در ﻧﻬﺎﻳﺖ ﻣﺪل ﺷﺒﻜﻪ ﻋﺼﺒﻲ ﺑﺎ ﺗﻌﺪاد 10 ﻻﻳﻪ ﭘﻨﻬﺎن و 10 ﺗﺄﺧﻴﺮ، ﺟﻬﺖ ﭘﻴﺶﺑﻴﻨﻲ ﺗﻐﻴﻴﺮﺷﻜﻞ ﭘﻞ، ﺑﺮاﺳﺎس دادهﻫﺎی اﺳﺘﺨﺮاج ﺷﺪه و ارزﻳﺎﺑﻲ ﻣﺆﻟﻔﻪﻫﺎی ﻣﺘﻐﻴﺮ ﺑﺎ زﻣﺎن اراﺋﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺣﺎﺻﻞ از پردازش مشاهدات GPS در ﺣﻮزهﻫﺎی زﻣﺎن و ﻓﺮﻛﺎﻧﺲ کمترین تغییرات را در مقایسه با محدوده طراحی ایمنی رفتار پل قدس نشان میدهند. بهمنظور ارزیابی محتوای فرکانسی غیر از تبدیل فوریه سریع، استفاده از تبدیل فوریه زمان کوتاه و تبدیل موجک نیز پیشنهاد میشود.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94166_584a3a31d08a377939968487d18b89e0.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Comparison of tropospheric delay models using ground based GPS ZTD values in the atmosphere of Iranمقایسه مدلهای تأخیر تروپوسفری با مقادیر زمین مبنای GPS ZTD در جو ایران23369415610.22059/jesphys.2023.353897.1007493FAعلیسام خانیانیگروه مهندسی نقشه بردای، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران.روح اللهنائیجیانگروه مهندسی نقشه بردای، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران.0009-0005-7277-4755Journal Article20230129There are several sources of error that must be considered for accurate GPS positioning. One of these sources of error is the tropospheric delay of the signal, whose accurate estimation leads to an increase in the accuracy of positioning in navigation, as well as the accurate calculation of precipitable water vapor for meteorological and climatological applications. One of the accurate methods in determining ZTD values is to estimate it along with the coordinate components of ground stations using GPS observation processing. However, it is not possible to access permanent GPS receivers in all places and it is expensive. In addition to permanent GPS station data processing, the use of atmospheric profiles obtained from the radiosonde launch at each station is one of the other conventional methods for calculating the tropospheric zenith delay. The low temporal resolution of radiosonde observations (usually twice a day) and the high cost are the main limitations of this method. Moreover, the use of global or regional empirical models or models based on surface meteorological data are among the methods of calculating Zenith Tropospheric Delay (ZTD). It is necessary to evaluate the accuracy and precision of these models in each region before using them in the intended application. Iran has diverse topography and climatic conditions, so different tropospheric delay models may have different statistical quality in Iran compared to other regions. On the other hand, until today, no comprehensive research has been done in the region of Iran to evaluate the different tropospheric delay models presented in recent years.<br /> Empirical ZTD models presented in recent years are a function of position, place and time and some models, such as Hopfield and Sastamoinen ZTD models are known as famous models based on surface meteorological data. Also, according to research conducted in other parts of the world, HGPT2 and GTrop models are among the successful global emperical models in ZTD estimation that have been proposed in recent years and operate independently of surface meteorological parameters.<br />In this study, with the help of one year of ZTD estimates obtained from the processing of GPS observations in 28 stations located in the region of Iran, the statistical qualities of Hopfield, Sastamoinen, HGPT2 and GTrop models were investigated. Based on the results, the average RMSE values of one year of ZTD calculated with the help of Hopfield, HGPT2, Gtrop and Sastamoinen models were estimated to be 75, 38.8, 31.7 and 26.1 mm, respectively. Also, the average biases of ZTD values obtained from Hopfield, HGPT2, GTrop and Sastamoinen models in the whole region were -8.69, 18.9, 5.4 and -10.8 mm, respectively. The models of Hopfield and Sastämöinen were the most consistent with the ZTD values obtained from the processing of ground GPS observations. The results of this study showed that, in general, the Sastamoinen model is statistically more efficient than the other three models, but in order to achieve proper accuracy, it is necessary to develop a model suitable for the region of Iran.برای تعیین دقیق موقعیت بهکمک GPS چندین منبع خطا وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. یکی از این منابع خطا، تأخیر تروپوسفری سیگنال است که برآورد دقیق آن منجربه افزایش دقت تعیین موقعیت در ناوبری و همچنین محاسبه دقیق بخارآب قابل بارش برای هواشناسان و اقلیمشناسان میشود. علاوهبر پردازش مشاهدات GPS، استفاده از مدلهای جهانی یا منطقهای تجربی و یا مدلهای مبتنیبر دادههای هواشناسی سطحی از جمله روشهای محاسبه تأخیر تروپوسفری زنیتی (ZTD) به حساب میآیند. ارزیابی دقت و صحت این مدلها در هر منطقه قبل از استفاده در کاربری مورد نظر، امری ضروری است. در این مطالعه، بهکمک یک سال از برآوردهای ZTD بهدستآمده از پردازش مشاهدات GPS در 28 ایستگاه واقع در منطقه ایران، کیفیت آماری مدلهای هاپفیلد، ساستاموینن، HGPT2 و GTrop بررسی شد. بر اساس نتایج، میانگین RMSE مقادیر یکسال از ZTD محاسبه شده بهکمک مدلهای هاپفیلد، HGPT2، Gtrop و ساستاموینن بهترتیب 75، 8/38، 7/31 و1/26 میلیمتر برآورد شد. همچنین، میانگین بایاس مقادیر ZTD حاصل از مدلهای هاپفیلد، HGPT2، GTrop و ساستاموینن در کل منطقه بهترتیب 8/69-، 9/18، 4/5 و 8/10- میلیمتر بهدست آمد. براساس مقادیر ضرایب همبستگی، مدل هاپفیلد و ساستاموینن بیشترین همخوانی را با مقادیر ZTD حاصل از پردازش مشاهدات GPS زمینی داشتند. نتایج این مطالعه، نشان داد که بهطورکلی مدل ساستاموینن نسبت به سه مدل دیگراز لحاظ آماری کارایی بیشتری دارد اما برای رسیدن به دقتهای مناسب نیاز است که مدلی مناسب با منطقه ایران توسعه داده شود.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94156_6a3ef944992cad7eee62772decc5d11e.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Investigating the impact of earthquakes on man-made structures in the vicinity of coastlines (Case study, earthquake on 2nd of July 2022, Sayekhosh)بررسی تأثیر زمینلرزه بر سازههای انسانساز در مجاورت خطوط ساحلی، (مطالعه موردی، زمینلرزه 11 تیر 1401، سایهخوش)37539416110.22059/jesphys.2023.353910.1007494FAمریمراهبانیگروه علوم غیرزیستی جوی و اقیانوسی، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران.دانیالقادریگروه علوم غیرزیستی جوی و اقیانوسی، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران.رحیمهشمساییگروه علوم غیرزیستی جوی و اقیانوسی، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران.زرافشانسالاریگروه علوم غیرزیستی جوی و اقیانوسی، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران.علیرضاراضیگروه شیلات، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران.Journal Article20230128Coastal zones are one of the most sensitive areas with the constant changes due to their dynamic nature. They are also precious zones in terms of fisheries, transportation, recreational activities, and other rich resources. Thus, any changes in such areas can influence all such activities. Natural disasters are one of the main concerns in sensitive areas such as coastal zones. Due to its sensitivities, these areas may be affected significantly by such disasters. Coastal zone management (CZM) mechanism is a proper choice, which is applied and implemented with the aim of ensuring the sustainability of resources and these environment. In the operational and research framework of CZM, natural phenomenon and disasters are considered and their affects are surveyed for best managements of the area. Large-scale natural phenomena such as earthquakes or groundwater depletion due to climate change in coastal low-lying areas cause various types of instability. On the 2nd of July 2022, three strong and consecutive earthquakes occurred in the coastal area of Sayekhosh, Located 123 km from Bandar Abbas city and 70 km from Bandar Lengeh city (South of Iran). As a result of these earthquakes, the Sayekhosh Shrimp farm center was seriously damaged. In this study, using RS and GIS techniques, the impact of these earthquakes on the coastal area has been investigated. Using the data of the SAR images from Sentinel-1 satellite and applying the DInSAR technique, a coherence map, differential interferograms and vertical changes map of the region have been produced, which are used to determine the uplift or subsidence of the land's surface. By using the data of Sentinel-2, Landsat-5, and Landsat-8 satellites and using the band ratio technique, the conditions of the farm ponds and the shoreline of the region were determined. Using the Normalized Difference Water Index (NDWI) (with Green and NIR bands) and applying unsupervised K-means classification, two water and land features have been separated. These were done using ENVI, SNAP and ArcMap software. The surface of the area in the northwestern part of the farm has changed in the form of uplift (up to 0.2 m) and in the eastern part of the farm along the coast in the form of subsidence (up to -0.1 m). Band ratio results showed that after five days of the earthquakes, 189 ponds were discharged. Besides; we detected about -30 m shoreline transformation in the areas close to the farm canals and river mouths due to the earthquakes. The results showed that the location and/or the establishment of traditional shrimp farming system should be reconsider, to avoid such damages in upcoming disasters. Since natural disasters strongly affects man-made structures especially in the coastal area, the use of satellite data and RS and GIS techniques can be useful to precisely monitor and manage the changes in the coastal area.ناحیه ساحلی از حساسترین مناطقی است که بهدلیل ماهیت پویای آن همواره در حال تغییر است. وقوع هرگونه تغییر در اینچنین مناطقی میتواند تغییرات عمدهای در عملکرد مناطق ساحلی ایجاد کند. در 11 تیر 1401 سه زمینلرزه شدید و متوالی در منطقه ساحلی سایهخوش رخ داد. در اثر این زمینلرزهها مرکز پرورش میگوی سایهخوش دچار آسیب جدی شد. در این مطالعه با بهکارگیری تکنیکهای RS و GIS میزان تأثیرگذاری زمینلرزه بر منطقه ساحلی موردنظر بررسیشده است. با استفاده از دادههای ماهواره سنتینل-1 و بهکارگیری تکنیک DInSAR، نقشه همدوسی، تداخلسنجی راداری نقشه تغییرات قائم منطقه تولید شده است که جهت مشخص کردن میزان بالاآمدگی یا فرونشست سطح زمین مورداستفاده قرارگرفته است. با استفاده از دادههای ماهواره سنتینل-2، لندست-5 و لندست-8 و بهکارگیری تکنیک نسبت باندی، وضعیت حوضچههای مزرعه و خط ساحلی منطقه مشخص شد. سطح منطقه در ناحیه شمال غربی مزرعه به شکل بالاآمدگی (تا 2/0 متر) و در نواحی شرقی مزرعه در امتداد ساحل به شکل فرونشست (تا 1/0- متر) تغییر داشته است. نتایج نسبت باندی نشان میدهد پس از پنج روز از وقوع زمینلرزهها 189 حوضچه از آب تخلیهشده است، و از طرفی میزان انتقال خط ساحلی (قبل و بعد از زمینلرزه) در نواحی نزدیک به کانالهای مزرعه و دهانههای ورودی رودها بهشکل میانگین 30- متر بوده است. نتایج پژوهش حاضر نشان میدهد جانمایی اولیه برای طراحی و احداث فعالیتهای اقتصادی، عمر مفید سازههای مورد استفاده را کاهش میدهد. بنابراین نوع سیستم سنتی پرورش میگوی احداث شده در منطقه منطقی نبوده و همواره در معرض آسیبهای شدید است.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94161_acfbc81ecf1221a254e291a2ecc190f9.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Application of Sharp Boundary and Tear Zone Inversions for Optimal Interpretation of Magnetotelluric Data in North-West Iranاستفاده از وارونسازی مرز تیز و نواحی شکاف برای تفسیر بهینه دادههای مگنتوتلوریک در شمالغرب ایران55769415810.22059/jesphys.2023.354168.1007495FAسعیدقنبری فرگروه فیزیک زمین، مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.منصورهمنتهاییگروه فیزیک زمین، مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.Journal Article20230131MT data inversion suffers from the non-uniqueness problem of its solution. The problem rises due to the non-linear relations between transfer functions and EM fields, employed in MT exploration, and also the limited number of imprecise data points. In most common MT inversion algorithms, this problem is solved by introducing the smoothest model constraint (Фm) to the inversion objective function: E(m)= Φd+ τ Φm
However, in situations where geological and previous geophysical data (ex. well-log and seismic data) confirm the presence of uniform subsurface structures detached by sharp boundaries, the implementation of the smoothest model constraint can lead to unrealistic geological results. In this study we investigate how the application of tear zone and sharp boundary inversions could improve the interpretation of MT data? For this purpose, four synthetic models were considered and their MT responses were calculated using a finite element forward modeling approach (Wannamaker et al 1986) and contaminated with noises. In the next step, they were employed as input data through smoothest model, tear zone and sharp boundary inversion procedures.
The results indicate that the incorporation of other geophysical data in the inversion starting model as tear zones and sharp boundaries, allows accurately measuring the space of the model parameters and obtaining more precise results. We applied a multi-site- multi-frequency approach of Mc-Neice and Jones (2001) for dimensionality and strike analysis as well as to separate and remove galvanic distortions (twist and shear angles) and contaminated impedance responses of the regional geoelectric structure. The method employs a least square approach to fit the measured data with a seven-parameter model describing strike direction and telluric distortion parameters. The results show a clear minimum in RMS for a strike angle of zero degree (figure8). Shear angles lie predominantly within the range of [-45˚, 45˚] (left column in figure 9) and the observed twist angles fall mostly within the range of [-60˚, 40˚] (right column in figure 9). Then, we applied the smoothest model, tear zone, and sharp boundary inversions for data modeling and interpretation whose results are presented in the figures (10), (11) and (12), respectively. We can effectively derive three alternative classes of models from magnetotelluric (MT) data.
The results are consistent with the conceptual model presumed for a high enthalpy geothermal region. Unaltered surface rocks and porous Basalt exhibit a high resistive overburden underlain by relatively more conductive Paleozoic sediments. In deeper parts, a common signature of hydrothermal systems appears and resistivity increases beneath a highly conductive clay cap (feature C3). An oblique conduit (feature C2) dipping to the northwest of the Moil valley connects the surficial clay cap with a deep conductor (feature C1). The conduit (feature C2) is parallel to the prevalent direction of faults and fractures of the area and shows that the linear structures constitute pathways where convective fluid flow can take place. The absence of this feature beneath the profile P03 shows that the lateral extension of the geothermal reservoir is limited to the west of profile P03.وارونسازی دادههای مگنتوتلوریک (MT) از نظر ریاضی یک مسئله غیرخطی و فرومعین است. اغلب الگوریتمها بهمنظور رفع مشکل بدوضع بودن این مسئله از رویکرد تیخونوف استفاده کرده و برمبنای یافتن هموارترین مدلی که بر دادهها برازش مییابد، پاسخ مسئله را تثبیت میسازند. اما در مواردی که سایر دادههای ژئوفیزیکی (مثلاً دادههای چاهپیمایی و لرزهنگاری) حاکی از وجود ساختارهای زیرسطحی تقریباً یکنواخت و مجزا با مرزهای تیز هستند، اعمال قید هموارترین مدل میتواند نتایجی ارائه دهد که از نظر زمینشناسی غیرواقعی هستند. هدف این تحقیق تعیین آن است که در چنین مواردی چگونه میتوان با استفاده از نواحی شکاف در مدل آغازین وارونسازی و نیز انجام وارونسازی مرز تیز، نتایج حاصل از وارونسازی دادههای مگنتوتلوریک را ارتقاء بخشید. بدینمنظور چهار مدل مصنوعی درنظر گرفته شده و پاسخهای مگنتوتلوریک آنها با استفاده از مدلسازی پیشرو المانهای محدود تولید و با نوفه ترکیب شدهاند. در گام بعد، مدلهای حاصل از وارونسازی این دادهها با اعمال روشهای هموارترین مدل، نواحی شکاف و مرز تیز باهم مقایسه شدهاند. این نتایج نشان میدهند که درآمیختن اطلاعات حاصل از سایر روشها در مدل اولیه وارونسازی، بهصورت نواحی شکاف و مرزهای تیز، این امکان را فراهم میآورد که بتوان فضای پارامترهای مدل را بهطور دقیق سنجید و نتایجی که به واقعیت نزدیکتر هستند بهدست آورد. در پایان نحوه عملکرد این الگوریتمهای مختلف بر مجموعهای از دادههای صحرایی که در امتداد سه پروفیل در شمالغرب ایران برداشت شدهاند، ارزیابی شد و نتایج آنها با هم مقایسه شدند. مقایسه این نتایج نشان داد که علیرغم کاربرد روشهای مختلف وارونسازی، ساختارهای اصلی بازیابی شده در مدلهای وارون یکسان هستند. بنابراین حضور این ساختارها مستقل از روش وارونسازی بوده و صرفاً از روی دادهها بازیابی شدهاند.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94158_decf2b7fbb95b42f86469726321ca782.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X501202405053D seismic imaging of P–wave velocity structure for upper–most mantle of the Zagros collision zone using full waveform inversionتصویربرداری لرزهای ساختار سهبعدی موج طولی گوشته بالایی ناحیه برخوردی زاگرس با استفاده از وارونسازی شکل موج⎽کامل77919416710.22059/jesphys.2023.354256.1007498FAندامعصومی نیاگروه زلزلهشناسی، مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.حبیبرحیمیگروه زلزلهشناسی، مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.Journal Article20230206Convergence between Arabian and Eurasian plates since the onset of subducting of Neo-Tethys ocean beneath Eurasia in Jurassic (Berberian & Berberian, 1981) until closure in the late Cretaceous (Agard et al. 2005), then continental-continental collision in the late Eocene to Oligocene (Agard et al. 2011) has continued to the present. Because of the convergence, the Zagros folded zone has formed. So it is a necessary geophysical constraint to assess the geodynamic evolution of Zagros orogeny. For this, we need a new tomographic model of the lithospheric mantle beneath Zagros, avoiding artifacts in traditional methods, which is the motivation of this study. We report on the first fully three-dimensional (3D) waveform model for P–wave velocity structure beneath the Zagros collision zone using time- and frequency phase misfit.We used regional events which occurred inside the border of the country of Iran. They were recorded between 2012 to early 2016 by three-component sensors with 120s, 240s, and 360s cut-off periods. All used stations belonged to International Institute for Earthquake Engineering and Seismology (IIEES) and the Iranian Seismological Center (IRSC) in Iran. We also incorporated public seismograms from IRIS located in Turkey to satisfy the criterion. The explosion in computational power of the past decades has opened the door for use of the entire seismogram. Therefore, in this study, waveforms of 37 earthquakes were proccessed and we followed a multiscale approach (Bunks et al., 1995) for periods between 20 and 80 seconds.We started with the first generation of the Collaborative Seismic Earth Model (Fichtner et al. 2018) and applied the adjoint method and the Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno (L-BFGS) optimization algorithm to reconstruct the upper–most mantle P-wave velocity structure. The Zagros collision zone consists of the margin of the Arabian platform-, the Zagros Fold and Thrust Belt-and the margin of the Eurasian Plate-the Iranian microplates. Unlike the required number data in tomography, using the full waveform inversion method was able to calculate a fully three-dimensional waveform model by a limited number of earthquakes, only for structures with long wavelengths. A strong velocity contrast is observed in the upper part of lithospheric mantle and its lower part throughout the Zagros collision zone, and we interpret it as the interaction of the mantle-lithosphere structure of the Iranian plateau with the Arabian platform during early stages of continent-continent collision after the end of subduction of the Netothetis oceanic plate, that indicates the difference in the extent of the higher-velocity structure; So the behavior of the convergence of the Arabian plate towards the Eurasian plate in the northern Zagros is different from the central Zagros. A high-velocity anomaly is resolved beneath the Lut block, and the anomalies in the P–wave velocity beneath the Sanandaj–Sirjan zone are interpreted as a suture zone between two tectonic structures of the southwestern margin of the Eurasian plate and the northeastern margin of the Arabian plate.در این تحقیق تمرکز بر بهکارگیری روش اجزای طیفی برای شبیهسازی لرزهنگارهای مصنوعی، بهکارگیری فن الحاقی و الگوریتم بهینهسازی برودن⎽فلچر⎽گلدفارب⎽شانو(L-BFGS) برای بازسازی ساختار لرزهای موج طولی، در بخش فوقانی گوشته، میباشد. بدینمنظور برای محاسبه لرزهنگاشتهای مصنوعی از حل چشمه 37 زمینلرزه و مدل زمینلرزهای مشترک (CSEM) استفاده شد. رویکرد چند مقیاسی برای دورههای بین 20 تا 80 ثانیه بر روی شکلموجهای همین زمینلرزهها، برای منطقه زاگرس که متشکل از حاشیه شمالشرقی سکوی عربی، کمربند چینخورده و گسل رانش زاگرس و حاشیه جنوبغربی صفحه اوراسیا میباشد، استفاده شد. در این مطالعه با بهکارگیری تعداد محدودی شکل موج و با استفاده از روش وارونسازی شکلموج⎽کامل یک مدل سه⎽بعدی از ساختار لرزهای طولموج بلند بهدست آورده شد. با توجه به نتایج برآورد شده، یک تباین سرعتی شدید در بخش فوقانی گوشته سنگکره و بخش زیرین آن در سرتاسر ناحیه برخورد زاگرس مشاهده میشود. این تباین سرعتی میتواند نتیجه برهمکنش ساختار گوشته سنگکره فلات ایران با سکوی عربی در طی مراحل اولیه برخورد قاره به قاره بعد پایان فروانش صفحه اقیانوسی نئوتتیس باشد. تفاوت گستردگی و میزان نفوذ بخش ساختار پرسرعتتر نشان میدهد رفتار همگرایی صفحه عربستان بهسمت صفحه ارواسیا در زاگرس شمالی با زاگرس مرکزی متفاوت است. در مدل بهدست آمده، یک ناهنجاری پرسرعت در زیر بلوک لوت بازیابی شدهاست و اعوجاج در سرعت موج طولی در زیر ناحیه سنندج سیرجان بهعنوان ناحیه بخیه بین دو ساختار زمینساختی حاشیه جنوبغربی صفحه اوراسیا و حاشیه شمالشرقی سکوی عربی در نظر گرفته میشود.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94167_0885c26c3c1231245580158628f0b3a3.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Investigate the effect of Sedimentary Environments and Diagenesis Processes on the Reservoir Quality of the Asmari Formation in Kupal field by Combining the Results of Seismic Sequence Stratigraphy, Petrophysical Evaluation, Seismic Attributes and Inversionبررسی تأثیر محیطهای رسوبی و فرایندهای دیاژنزی بر کیفیت مخزنی سازند آسماری در میدان کوپال با استفاده از تلفیق نتایج چینهنگاری لرزهای، ارزیابی پتروفیزیکی، نشانگرها و وارونسازی اطلاعات لرزهای سهبعدی931129452710.22059/jesphys.2023.356145.1007506FAضرغاممهدی پورگروه اکتشاف معدن، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران.نویدشادمنامنگروه اکتشاف معدن، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران.Journal Article20230320The purpose of the present study is to investigate the effect of sedimentary environments and diagenesis processes on the reservoir quality of the Asmari Formation in Kupal field by combining the results of seismic sequence stratigraphy, petrophysical evaluation, seismic attributes and the inversion of three-dimensional seismic data to determine more precisely the process of changes in the reservoir properties of zones 1 to 5 of the sequences of the carbonate part of the Asmari Formation. In this study, the inversion method was used to extract acoustic impedance from 3D seismic data by Hampson Russell software. There are different methods of inversion of seismic data, according to the available data and the conditions of the Kupal field, in this study, model-based inversion is chosen due to its higher accuracy and separation power.
The special aim of this article is to determine the changes in the reservoir properties of the Asmari formation by combining the results of the inversion of seismic data and seismic indicators with the results of sedimentological studies, sequence stratigraphy.
According to sequence of stratigraphic studies, Asmari Formation has three sequences. The lower sequence is in the sandstone section and the middle and upper sequences are in the carbonate section. According to petrophysical studies, Asmari reservoir has 7 main zones. Zones 1 to 5 are in the upper and middle sequences of the carbonate section, zones 6 and 7 are in the lower sequence of the sandstone section.
After matching the results of inversion with the results of sedimentology, the stratigraphic sequence was identified as the middle sequence, which includes zones 3, 4, and 5. It settled in a carbonate platform sedimentary environment. This sedimentary sequence is influenced by digenesis factors after deposition and the conditions of the sedimentary environment during deposition. Zones 3, 4, and 5 have sporadic changes in acoustic impedance indicators, layer thickness, and porosity. The most important factor of these changes can be due to the presence of mounds and reefs in these sediments. According to the dissolution or cementation of reefs, these zones may have high porosity and low impedance (dissolution) or low porosity and high impedance (cementation) in reefs.
The final sequence of the Asmari formation, which includes zones 1 and 2, was deposited in the Sabkhai environment. This condition has caused primary or secondary porosity between the dolomite crystals. The changes in porosity and acoustic impedance and the amplitude of zones 1 and 2 are very small. Due to the low depth of the sedimentary basin, we see the activity of river systems in some places, which have caused erosion and deposition. The sediments of these rivers can have high porosity and low acoustic impedance. These sediments have high reservoir quality.
The implications of this study suggest that in Maron and Aghajari fields are adjacent to the Kupal field and they have three-dimensional seismic data. Coincidentally, they can indicate a interpretation of three-dimensional seismic data and stratigraphic seismic sequence in these fields.سازند آسماری مخزن اصلی میدان کوپال متشکل از دو توالی کاملاً مشخص رسوبات آواری در قسمت تحتانی و کربناته در قسمت فوقانی میباشد. مخزن آسماری دارای ۷ زون اصلی است، زونهای 1 الی 5 در بخشکربناته، زونهای 6 و 7 در بخش ماسهسنگی میباشند. هدف اصلی این مقاله، بررسی تأثیر محیطهای رسوبی و فرایندهای دیاژنزی بر کیفیت مخزنی زونهای 1 الی 5 بخش کربناته سازند آسماری بهوسیله تلفیق نتایج مطالعات زمینشناسی با نتایج وارونسازی اطلاعات لرزهای سهبعدی است. جهت تعیین محیطهای رسوبی سازند آسماری مقاطع نازک و مغزهها بررسی شده است ولی بهعلت اینکه این اطلاعات محدود به اطراف چاه هستند، تعیین نحوه گسترش ریفهای مرجانی و رودخانهها امکانپذیر نمیباشد. ابتدا مقاومت صوتی از اطلاعات لرزهای سهبعدی با روش وارونسازی بر پایه مدل بهوسیله نرم افزار همپسون استخراج شد. سپس نتایج وارونسازی با نتایج مطالعات رسوبشناسی و چینهنگاری لرزهای انطباق داده شد، مشخصشد که زونهای 3، 4 و 5 بهصورت پراکنده دارای تغییرات مقاومت صوتی و نشانگر دامنه و میزان تخلخل میباشند. مهمترین عامل این تغییرات میتواند بر اثر انحلال یا سیمانیشدن اشکال کربناته (ریف) موجود در این توالی کربناته باشد. زونهای 1و 2 در بعضی نقاط دارای تغییرات بسیار زیاد مقاومت صوتی و نشانگر دامنه و تخلخل میباشند. این تغییرات میتواند بر اثر فعالیت فرسایشی رودخانه مئاندری و رسوبگذاری رسوبات متخلخل باشد. از ویژگیهای این مقاله تعیین مکانی ریفهای مرجانی و رودخانهها میباشد. با تعیین دقیق مکانی این پدیدههای محیطی میتوان مکانهایی که دارای رسوبات با کیفیت مخزنی خوب هستند، جهت حفاری پیشنهاد داد.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94527_00aa65cb5645a16303e0eae1f6265ba3.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Bouguer and terrain corrections in one step through forward modeling using open source resources in Pythonتصحیح بوگه و توپوگرافی در یک مرحله از طریق مدلسازی پیشرو با استفاده از منابع متن باز در پایتون1131249416310.22059/jesphys.2023.356457.1007507FAوحیدابراهیمزاده اردستانیگروه فیزیک زمین، مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.منصورهخالقی یله گنبدیگروه فیزیک زمین، مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.Journal Article20230314In standard gravimetric correction methods, after the raw gravity data sets were corrected for drift, tide, latitude, and free-air effects to obtain free air anomalies, the effect of the mass between the reference surface and ground surface is eliminated in two steps including Bouguer and terrain corrections. But this study removes this effect in one step through the forward modeling method. To do this, two things are necessary for finding more accurate answers. First, how is the underground discretization, and to what extent a network of Digital Terrain Model (DTM) is available? Quad tree mesh accessible in Simulation and Parameter Estimation in Geophysics (SimPEG) is a very accurate and advanced meshing algorithm to discretize subsurface based on our requirements. This meshing system can choose the size of cells in the desired locations. Hence, using this flexible discretization, it is possible to define the smaller cells in borders, near the topographic region, which helps a for more precise answers. Having a dense DTM, the SRTM GeoTiff pictures are downloaded from USGS Earth explorer with 1 arc-second (90 m) resolution (https://doi.org/10.5066/F7PR7TFT), and then height information is extracted from these pictures through GeoToolkit (http://toolkit.geosci.xyz) script. Assuming a flat geoid for our study area, topography is extracted from the SRTM and the pictures are interpolated to estimate the elevation at the gravity observation points.
The gravity effect of the model space (the space between the reference surface and topography) is computed via numerical forward modeling assuming a constant density (2.67 gr/cm<sup>3</sup>). This procedure is done by the Simulation module in SimPEG and is considered as the Bouguer and terrain corrections simultaneously. These corrections are subtracted from the free-air anomalies, which yields the complete Bouguer anomaly.
This method is powerful in contrast to other standard methods. In standard methods, Bouguer correction considers Bouguer slab approximation. Therefore, accuracy is lost. Also, in large-scale problems, curvature correction becomes necessary. Also, terrain correction for removing the effects of the mass between the lowlands and heights of the region is inevitable. Terrain correction considers two approximations. First, it uses average height. Hence this procedure has a low precision. Secondly it divides the surrounding area into three zones (near, middle, and far) and computes the effects of middle and far zones with lower precision. Therefore, it decreases the accuracy of the results.
The mentioned method is tested on 399 ground gravity data with a grid spacing of about 5 km prepared by the National Cartographical Center of Iran (NCC) in an area of about 200 km in 200 km located in parts of Central Zagros and Central Iran. The results obtained from this one-stage correction method are more accurate and less complicated in doing compared to the results of the usual procedure. Because in this method, we have no simplifying assumptions such as infinite Bouguer slab in Bouguer correction or using relative heights in terrain correction that exist in standard methods.در این تحقیق برای بهدست آوردن آنومالی بوگه کامل برخلاف روش معمول در تصحیح دادهها که در آن حذف اثرات جرم موجود بین سطح مبنا و سطح توپوگرافی در یک فرایند گرانیسنجی در دو مرحله شامل تصحیح بوگه و تصحیح زمینگان انجام میشود، این فرایند بهصورت تکمرحلهای انجام میشود. بدینمنظور ابتدا حجم محصور بین سطح مبنا و سطح زمین با استفاده از روش مشبندی کواد تری (Quad tree mesh) موجود در پایگاه شبیهسازی و تخمین پارامتر در ژئوفیزیک (SimPEG) که امکان تعریف سلولهای کوچک در نواحی مرزی و در نتیجه دقت بالا در پوشش توپوگرافی را دارد، گسسته میشود. سپس دادههای ارتفاعی منطقه موردمطالعه که از تصاویر Geo TIFF SRTM موجود در پایگاه USGS Earth explore با قدرت تفکیک یک آرک ثانیه (۹۰ متر) استخراج شدهاند، با توجه به مشبندی صورت گرفته برای موقعیت مراکز مشها درونیابی میشوند. پس از آن اثر گرانی جرم با استفاده از مدلسازی پیشرو توسط ماژول شبیهسازی (Simulation) تعبیه شده در پایگاه شبیهسازی و تخمین پارامتر در ژئوفیزیک محاسبه شده و برای حصول آنومالی بوگه کامل از مقادیر آنومالی هوای آزاد کم میشود. روش مذکور روی منطقهای به وسعت تقریبی ۲۰۰ کیلومتر در ۲۰۰ کیلومتر واقع در بخشهایی از زاگرس مرکزی و ایران مرکزی مورد آزمایش قرار میگیرد. اختلاف نتایج بهدست آمده از روش تکمرحلهای در مقایسه با روش استاندارد بین منفی ۴۸/۰ تا مثبت ۶۴/۰ میلیگال است که رقم قابلتوجهی است. با توجه به محدودیتها و خطاهای ناشی از فرضیات ساده کننده در روش استاندارد مانند خطای ناشی از انحنای زمین، استفاده از ارتفاع متوسط بهجای ارتفاع واقعی در هرنقطه و فرض تخته بینهایت بوگه نتایج بهدست آمده از روش تکمرحلهای قابلتوجیه است.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94163_9102c863bc935c64b6368b04bc61e2f4.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240420Determining the optimal geostatistical method for drought monitoring based on different drought indices and its application in Neishabour Plainتعیین مناسبترین روش زمین آماری بهمنظور پایش خشکسالی بر مبنای شاخصهای مختلف خشکسالی و کاربرد آن در دشت نیشابور1251479414410.22059/jesphys.2023.351663.1007475FAمه سیماصداقت نژادگروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.ابوالفضلمساعدیگروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.بیژنقهرمانگروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.عالیهسعادت پورگروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.0009-0000-1614-391XJournal Article20221129Almost all regions of the world suffer from drought in one way or another. Various indices have been developed to better evaluate and understand the drought. Here, we investigate the spread of drought in the Neishabour plain using the data collected during the hydrological years of 1990 to 2018. Our dataset includes rainfall and minimum/maximum temperature collected by 13 climatological stations and 3 synoptic stations in the region.
The drought was analyzed based on 6 indices: SPI, RDI, SPEI, aSPI, eRDI, and SPEIEP. For the first 3 indices, the total amount of precipitation was used, while for the rest, the amount of effective precipitation based on the USBR method was used. To better understand how drought spreads in the plain we needed to convert point data to regional data, to this end we investigated simple, ordinary, and general kriging of geostatistical methods. Our results showed that the two-by-two correlation coefficient between indices varied between 0.65 and 0.97. In all stations, the lowest R<sup>2</sup> value belonged to the comparison between SPI and SPEIEP. In general, there was a high correlation in comparing the indices that used the amount of effective precipitation with corresponding indices that used the amount of total precipitation. Specifically, the comparison between eRDI-vs-RDI and aSPI-vs-SPI showed R<sup>2</sup> values higher than 0.98 and SPEI-vs-SPEIEP showed R<sup>2</sup> values higher than 0.96. In addition, SPI, aSPI, RDI, and eRDI indices were highly correlated with each other.
This similarity of behavior exists in determining the most appropriate method of drought zoning in the studied area. To better dissociate between different methods and determine the optimum one, we looked at root mean square error (RMSE) values. Based on RMSE values the optimum method of zoning severe and extreme drought events was the ordinary kriging method. However, in the case of SPEI and SPEIEP, the most suitable zoning method was simple kriging. Furthermore, indices that use evaporation and transpiration better showed the extent of the drought area in recent years compared to the SPI index that only considers rainfall. This could be due to the effect of global warming on increase in evaporation and transpiration. We may therefore conclude that effective precipitation, precipitation, and evapotranspiration had a positive spatial correlation with each other in the study area because the findings of Global Moran's spatial autocorrelation index indicated cluster patterns for all 6 drought indices in the area. In most of the stations, a prominent cluster pattern was observed in the years with severe and very severe droughts, according to the local Moran's index results.
Overall, our results suggest the usage of the SPEIEP index to monitor the drought in the Neishabour plain, considering the increasing temperature and also the smaller error of the SPEIEP index in determining the expansion of drought in the plain. In addition, considering that the SPEIEP index is relatively new and requires more studies in this basin and other basins, it is suggested that evaporation and transpiration be estimated with other methods such as Blaney-Kreider, Torrent-White, and Penman-Monteith and also effective precipitation with the other methods. Influence of the effective precipitation and evapotranspiration estimation method on SPEIEP index values should also be investigated. Additionally, it is recommended that more research be done on the spatial autocorrelation of drought in various geographic and climatic conditions across the country (Iran). If at all possible, it should also be looked into as how the severity of the drought or the geographical characteristics of the regions affect the degree of spatial autocorrelation of drought.خشکسالی، یکی از پدیدههای آبوهوایی است که در همه مناطق کرهزمین رخ میدهد و برای ارزیابی آن شاخصهای گوناگون گسترش یافتهاند. بهمنظور پایش وضعیت و بررسی چگونگی گسترش خشکسالی در سطح دشت نیشابور از دادههای بارندگی و دمایحداقل و حداکثر ۱۳ ایستگاه تبخیرسنجی و ۳ ایستگاه سینوپتیک طی یک دوره 30 ساله استفاده شد. خشکسالی بر اساس ٦ شاخص SPI، aSPI، RDI، eRDI، SPEI و SPEIEP، بررسی شد. بهمنظورانتخاب بهترین روش تبدیل دادههای نقطهای به منطقهای و شناخت دقیقتر نحوه گسترش خشکسالی در سطح دشت روشهای زمینآماری کریجینگ ساده، معمولی و عمومی موردبررسی قرار گرفتند. نتایج نشانداد که بر مبنای مقادیر جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) که در محدوده ۱٧/۰ تا ۳/۰ قرار دارند، در رابطه با شاخصهای SPI، aSPI، RDI و eRDI مناسبترین روش پهنهبندی وقایع خشکسالی شدید و بسیار شدید، روش کریجینگ معمولی میباشد. در حالیکه در مورد شاخصهای SPEI و SPEIEP مناسبترین روش پهنهبندی، روش کریجینگ ساده میباشد. بر اساس شاخصهای SPEI و SPEIEP در سالهای اخیر تعداد وقایع خشکسالی در منطقه افزایش یافته است. نتایج استفاده از شاخص موران در تحلیل همبستگی مکانی خشکسالی نشان میدهد که بین ایستگاهها، همبستگی مکانی بالایی حاکم است (مقادیر شاخص موران بین ٧/۰ تا ۸/۰). با توجه به خطای کمتر شاخص SPEIEP در تعیین نحوه گسترش خشکسالی در سطح دشت نیشابور و همچنین با توجه به اینکه این شاخص اثر گرمایش جهانی در افزایش تبخیر و تعرق را هم لحاظ میکند، پیشنهاد میشود که بهمنظور پایش وضعیت خشکسالی در دشت نیشابور از شاخص SPEIEP استفاده شود.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94144_3139b66cc01328d056f230892dafb83c.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Identification of the maximum thickness of the dust layer based on CALIPSO satellite observations Case study: Khuzestan provinceشناسایی حداکثر ضخامت لایه گردوخاک بر مبنای مشاهدات ماهواره CALIPSO، مطالعه موردی: استان خوزستان1491649415710.22059/jesphys.2023.351868.1007477FAفاطمهفلاح زادهگروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.علیرضامحمودیانگروه فیزیک فضا، مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.مرضیهدادی زادهگروه سنجش از دور و GIS، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.Journal Article20221204The main goal of this study is to identify the maximum thickness of the dust layer by using the vertical half-pipe method using CALIOP lidar data. In order to implement this method, Khuzestan province was considered as the target area. In this regard, 6 study samples that the CALIPSO satellite orbit had passed over Khuzestan province during October 2016 and 2017 were used.
Based on the results of this research, the maximum thickness of the dust layer in the study samples in the completely flat and plain land in the west of the province is more than in the east. In addition, in the east of the province, the values of the maximum thickness of the dust layer mainly correspond to the lower latitudes of the region, where the ground level is lower. In general, the findings of the research show that the maximum thickness of the dust layer can be extracted from the lidar data using the airborne vertical half-track method, although the output of this method is more accurate when the dust layer has uniform and dense horizontal and vertical coverage. In addition to extracting the thickness of the dust layer, the size and density of the particles were also studied using the color ratio index. The values of this index in each of the study samples confirmed the presence of fine dust particles in the region. This index was also calculated after applying the horizontal averaging method of 5 km on the redistribution data of lidar waves. The 5 km horizontal averaging method has the ability to effectively reduce the noise of space lidar data and increase the accuracy of cloud detection from aerials, which reveals the border between clean and polluted air and also the knowledge of the density of aerials. Based on this, the spatial distribution of the dust layer and changes in its thickness can be seen. The results of this research can be used to predict the concentration, extent, and maximum height of the dust layer.
According to the findings of the research, the proposed method has the ability to extract the maximum thickness of the dust layer using spatial lidar data, although the output of this method is more accurate when the dust layer has uniform and dense horizontal and vertical coverage. In this research, in addition to extracting the thickness of the dust layer, the size and density of the particles were also studied using the color ratio index. This index was calculated after applying the horizontal averaging method of 5 km on the redistribution data of radar waves. Based on this, the mentioned method clearly showed the density and concentration of dust particles through the distribution of lidar wave rescattering values at different heights, and the presence of dust particles in the atmosphere of the region was confirmed in all study samples. Calculating the particle size index in the atmosphere and its undeniable role in detecting dust particles is another result of this research. The values of this index in each of the studied samples in the height ranges where the thickness of the dust layer was extracted confirmed the presence of fine dust particles in the region.این مطالعه به شناسایی حداکثر ضخامت لایه گردوخاک با روش نیمرُخ قائم هواویز با استفاده از دادههای لایدار کالیپسو میپردازد. جهت اجرای این روش، محدوده استان خوزستان بهعنوان منطقه هدف در نظر گرفته شد. بر اساس نتایج تحقیق، حداکثر ضخامت لایه گردوخاک در نمونههای مطالعاتی در سرزمین کاملاً هموار غرب استان بیش از شرق آن است. علاوهبر این در شرق استان نیز مقادیر حداکثر ضخامت لایه گردوخاک عمدتاً منطبق بر عرضهای پایین منطقه است که سطح زمین از ارتفاع کمتری برخوردار است. بهطور کلی، یافتههای تحقیق نشان میدهد که حداکثر ضخامت لایه گردوخاک با روش نیمرُخ قائم هواویز از دادههای لایدار قابل استخراج است اگرچه خروجی این روش در شرایطی که لایه گردوخاک از پوشش افقی و قائم یکدست و متراکمی برخوردار باشد، دقیقتر است. علاوهبر استخراج ضخامت لایه گردوخاک، اندازه و میزان تراکم ذرات نیز با استفاده از شاخص نسبت رنگی مورد مطالعه قرار گرفت. مقادیر این شاخص در هر یک از نمونههای مطالعاتی، وجود ذرات ریز گردوخاک در منطقه را تأیید کرد. این شاخص پس از اعمال روش میانگینگیری افقی ۵ کیلومتر بر دادههای بازپراکنش امواج لایدار محاسبه شد. این روش دارای قابلیت کاهش مؤثر نویز داده و افزایش دقت تشخیص ابر از هواویز است که باعث آشکارسازی مرز بین هوای پاک و آلوده و تشخیص میزان تراکم هواویزها میشود. بر این اساس توزیع مکانی لایه گردوخاک و تغییرات ضخامت آن قابل مشاهده میباشد. نتایج این پژوهش میتواند برای ارائه پیشبینی در مورد غلظت، گستردگی، ارتفاع حداکثری لایه گردوخاک مورد استفاده قرار گیرد.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94157_ad6dbe03193c3f727d93a2bf55c76a41.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Analysis of the effect of the simultaneous occurrence of some Teleconnection indices of the Northern Hemisphere on the winter temperature in Iranتحلیل تأثیر رخداد همزمان برخی شاخصهای دورپیوندی نیمکره شمالی بر دمای زمستانه ایران1651849414710.22059/jesphys.2023.352360.1007482FAوحیدخجسته غلامیگروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.برومندصلاحیگروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.غلامحسنمحمدیسازمان هواشناسی ایران (IRIMO)، اداره مرکزی هواشناسی استان آذربایجان شرقی، تبریز، ایران.Journal Article20221218Air temperature is very important among the climatic elements. Since Iran is located in the subtropical region, extreme temperature changes are one of its inherent characteristics, and for this reason, investigating temperature changes in Iran is essential. Fluctuations in temperature on a large and regional scale are more or less influenced by teleconnection patterns. This article aim is to investigate the simultaneous occurrence of the North Atlantic Oscillation (NAO) and the Arctic Oscillation (AO) with the Pacific-North American (PNA) and the Pacific Decadal Oscillation (PDO) and their effect on Iran's winter temperature.
In this research, the monthly temperature data of 100 selected synoptic stations of Iran from the Islamic Republic of Iran Meteorological Organization (IRIMO) website and the PDO, PNA, NAO, and AO indices from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) website for 1988-2019 were obtained as primary data. To determine Pearson's correlation coefficients, normalized monthly temperature data were entered into STATISTICA software as a dependent variable and teleconnection data as an independent variable. Then, the positive and negative phases of the mentioned teleconnections were identified. Numbers smaller than -0.5 were considered as the negative phase, between -0.5 and 0.5 as the neutral phase, and greater than 0.5 as the positive phase. Then, the monthly temperature anomaly was calculated for the mentioned months. The distribution of temperature anomaly changes in Iran was zoned in the GIS software using the inverse distance weighted (IDW) method.
The results of examining the relationship between the studied variables and the winter temperature of Iran showed that there is significant inverse relationship between the AO index and the temperature of December, January, and February in most regions of Iran, especially in the western regions so, correlation coefficients can be seen in the northwestern regions of Iran up to -0.66. Also, in most investigated stations, there is a significant inverse relationship between the NAO index and the February temperature was observed, so the correlation coefficient was observed in the western parts of Iran up to -0.62. By increasing the numerical values of the studied teleconnections from negative to positive phases, the temperature of most regions of Iran decreases throughout the year, especially in February. In some studied stations, a direct and significant correlation was observed between the negative phases of PNA with January temperature and the negative phases of PDO with December temperature. By reducing the numerical values of PNA and PDO teleconnections from neutral to negative phases, the temperature of some regions of Iran decreases. The coincidence of the positive phases of NAO and AO with the negative and neutral phases of PDO and PNA has caused the occurrence of normal and lower-than-normal temperatures in most regions of Iran, especially the regions located in the northern and western half, so, the coldest months of the statistical period happened in this state. The simultaneous occurrence of negative phases of NAO and AO with negative and neutral phases of PDO and neutral and positive phases of PNA has caused normal and higher-than-normal temperatures in the northern and western parts of Iran; in such a way that the hottest months of the statistical period happened in this state. The simultaneous occurrence of neutral phases of NAO and AO with positive and negative phases of PDO and neutral and positive phases of PNA has caused the occurrence of normal and above-normal temperatures in most regions of Iran, especially in the western and northern parts. The coincidence of the neutral phases of NAO and AO teleconnections with the neutral phases of PDO and PNA has caused the absence of severe temperature anomalies (absence of much lower and higher-than-normal temperatures) in Iran.
The results showed that the simultaneous occurrence of the positive phases of NAO and AO with the negative and neutral phases of PDO and PNA causes normal and lower-than-normal temperatures in most regions of Iran, especially in the western parts. The simultaneous occurrence of negative phases of NAO and AO with negative and neutral phases of PDO and neutral and positive phases of PNA has also caused higher-than-normal temperatures in the northern parts of Iran. Also, the coincidence of the neutral phases of NAO and AO with different phases of PDO and PNA has caused normal and higher-than-normal temperatures in most regions of Iran, especially in the northern and western parts.هدف اصلی این مطالعه، بررسی اثر همزمان دورپیوندهای نوسان اطلس شمالی (NAO) و نوسان شمالگان (AO) با نوسان چند دههای اقیانوس آرام و نوسان آرام آمریکایشمالی و تأثیر آن بر دمای زمستانه ایران است. بدینمنظور، از دادههای دمایی 100 ایستگاه هواشناسی سینوپتیک ایران در دوره آماری 1988-2019 استفاده شد. نتایج نشان داد که ارتباط معکوس و معنیداری بین دورپیوندهای نوسان شمالگان و نوسان اطلس شمالی با دمای اغلب مناطق ایران در ماه فوریه وجود دارد. نتایج همچنین نشان داد که همزمانی وقوع فازهای مثبت نوسان اطلس شمالی و نوسان شمالگان با فازهای منفی و خنثی نوسان چند دههای اقیانوس آرام و الگوی آرام آمریکایشمالی، موجب رخداد دمای نرمال و کمتر از نرمال در اغلب مناطق ایران بهخصوص بخشهای غربی میشود در صورتیکه، همزمانی وقوع فازهای منفی نوسان اطلس شمالی و نوسان شمالگان با فازهای منفی و خنثی نوسان چند دههای اقیانوس آرام و فازهای خنثی و مثبت الگوی آرام آمریکایشمالی موجب رخداد دمای بیشتر از نرمال در بخشهای شمالی ایران میشود. همچنین، همزمانی فازهای خنثی نوسان اطلس شمالی و نوسان شمالگان با فازهای مثبت و منفی نوسان چند دههای اقیانوس آرام و فازهای خنثی و مثبت الگوی آرام آمریکایشمالی موجب رخداد دمای نرمال و بیشتر از نرمال در نیمه غربی و شمالی ایران میشود در صورتیکه در هنگام رخداد همزمان فازهای خنثی همه دورپیوندهای مذکور، تغییرات منظم دمایی در ایران مشاهده نمیشود.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94147_51284e67a039607d83ca2c54b9d8781a.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Internal Sun wave dissipation in the sun's layers, network and internetwork bright points of solar chromospheric granulesاتلاف امواج درونی خورشید در لایهها و نقاط میان-شبکه و درون-شبکه کروموسفری1851979415510.22059/jesphys.2023.354202.1007496FAاحسانتوابیگروه فیزیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران.ریحانهصادقیگروه فیزیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران.Journal Article20230129The mechanism of wave dissipation in different layers of the sun, as well as the solar granules inter-network bright points and internetwork bright points of chromosphoric solar granules, have been explored in this article. This article's data come from the Interface Region Imaging Spectrograph (<em>IRIS</em>). <em>IRIS</em> is a small exploration mission by NASA. That obtains spectra in near-ultraviolet (NUV), far-ultraviolet 1 (FUV1), and far-ultraviolet 2 (FUV2), from 1332 to 2834 . Slit jaw images (SJIs) of IRIS, using various filters that can provide images centered on the Mg II h wing, Mg II k, Si IV 1403 , and C ii lines. To begin, bright points in the chromosphere are selected for this goal. These points were first chosen using IRIS Slit Jaw Images (SJI) Si IV 1403 . The time slices of the Doppler velocity of the Mg II k spectrum are then drawn at a specified velocity (+/- 20 km/s) and were fed into the wavelet transform function to perform the time-frequency analysis to obtain the oscillation periods of the Doppler velocity. The wavelet transform used for this purpose is Morlet 5 wavelet.
The velocity oscillation period data are utilized to determine the bright points of the network and internetwork solar granules at the chromosphere. The Doppler shift diagram for the Si IV 1394 spectral line is then displayed in time. This graph is a Doppler shift various time graph with attenuation that is caused by wave loss in the solar layers. According to the obtained data, the network and internetwork bright points, the chromospheric solar granules have an attenuation time 3 to 5 min. The oscillations of the solar granules network bright points are damped more intensely than the solar granules inter-network bright points, and hence their damping lifetime is shorter. Si IV 1394 Doppler velocity shift of bright points placed in the solar granules inter-network is dampened by a lower slope and so has a longer damping life time.
Sadeghi and Tavabi researched about the kinetic energy above the bright points of the network and internetwork regions of the solar granules in a part of a paper titled "A new approach to kinetic energy flux at the different frequencies above the <em>IRIS</em> bright points" in 2022. They claim that a substantial percentage of the energy of the network bright points of solar granules is transferred to higher layers, namely the transition region corona, in the network bright points of solar granules. These findings are congruent with the findings of the current study. The oscillations in these locations are dampened for a brief period of time, and the energy is transmitted to higher layers with little loss. Furthermore, it is stated in the cited paper that the majority of the energy at the internetwork bright points of the solar granules does not transfer to higher layers of Sun. This suggests that the energy loss from bright points in the solar granules' internetwork region is rather high in the chromospheric layer. The time period of the wave damping is longer than the length of the damping time in the oscillations, according to the current study on the mechanism of wave dissipation in different layers of the sun and the network and internetwork bright points of the chromosphere. It has also been demonstrated that the time period of the wave damping is greater than the length of the damping time in the oscillations of the bright points of the granules' network region, which is the source of the most energy loss in this layer.در این مقاله به بررسی مکانیزم اتلاف انواع موج در لایههای مختلف خورشید و نقاط روشن مناطق میان-شبکه و شبکه کروموسفر، پرداخته شده است. برای این منظور، ابتدا نقاط روشنی در کروموسفر انتخاب میشود.این انتخاب با کمک تصاویر SJI از آیریس انجام میشود. سپس، برشهای زمانی سرعت دوپلری طیف مینیزیم (Mg II k) در سرعت مشخصی ترسیم میشود و بهعنوان ورودی به تابع تبدیل موجک داده میشود تا تحلیل زمان-فرکانسی انجام شده و دورهی نوسان سرعت دوپلری بهدست آید. از نتایج دوره نوسان سرعت، برای شناسایی نقاط روشن مناطق میان-شبکه و شبکه کروموسفر، استفاده میشود به این صورت که، دورههای نوسانی حدود ۱۸۰ ثانیه مربوط به نقاط میان-شبکه کروموسفر خورشیدی است و دورههای نوسانی حدود ۳۰۰ ثانیهای مربوط به نقاط شبکه کروموسفری خورشیدی است. سپس نمودار شیفت دوپلری برای خط طیفی سیلیسیوم (Si IV 1394) بر حسب زمان رسم میشود. این نمودار، در بازههایی از زمان، نموداری میراست. این میرایی، بیانگر اتلاف موج در لایههای خورشیدی میباشد. بر طبق نتایج بهدستآمده، نقاط روشن شبکه کروموسفری دارای زمان میرایی در حدود ۱۵ دقیقه و نقاط روشن میان-شبکه کروموسفر خورشیدی دارای زمان میرایی در حدود ۲۵ دقیقه هستند.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94155_f09a97df9aa1508c665933373b46fae4.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Multi-annual prediction of precipitation and temperature over Iran and neighboring countries during 2022-2026 using DCPP modelsپیشبینی چندسالانه بارش و دمای ایران و کشورهای همسایه در دوره 2026-2022 با استفاده از مدلهای پیشبینی دههای DCPP1992159415110.22059/jesphys.2023.356693.1007510FAایمانبابائیانپژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، پژوهشکده اقلیمشناسی، مشهد، ایران.زهرهجوانشیریپژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، پژوهشکده اقلیمشناسی، مشهد، ایران.راهلهمدیریانپژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، پژوهشکده اقلیمشناسی، مشهد، ایران.لیلیخزانه داریپژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، پژوهشکده اقلیمشناسی، مشهد، ایران.یاشارفلامرزیپژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، پژوهشکده اقلیمشناسی، مشهد، ایران.شرارهملبوسیپژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، پژوهشکده اقلیمشناسی، مشهد، ایران.مریمکریمیانپژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، پژوهشکده اقلیمشناسی، مشهد، ایران.0009-0007-4676-9834مرتضیپاکدامنپژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، پژوهشکده اقلیمشناسی، مشهد، ایران.منصورهکوهیپژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، پژوهشکده اقلیمشناسی، مشهد، ایران.Journal Article20230314The maximum range of long-term operational predictions was limited to one year until 2018, while with the implementation of the Decadal Climate Prediction Project (DCPP), their range was increased to a decade. These predictions are made by initializing global climate models using observational data. The current study aims to predict the precipitation and air temperature of Iran and neighboring countries for the next 5 years (2022 to 2026) in three time scales of seasonal, annual and five-year, using the output of DCPP models initialized in November 2021. For this purpose, the precipitation and temperature coarse data of the MPI-ESM1.2-LR (Max Plank Institute in Germany), MIROC6 (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology) and CNRM-ESM2-1 (Centre National de Recherches Meteorologiques, France) models were used. The horizontal resolution of the MPI-ESM1.2-LR, MIROC6 and CNRM-ESM2-1 models are 200×200, 250×250 and 250×250 km, respectively. The correction of the output of the climate models was done based on the standard methodology proposed by the WCRP (World Climate Research Program) working group of World Meteorological Organization (WMO). To correct the raw output of precipitation and temperature of the DCPP models, the GPCC and ERA5 datasets were used for precipitation and temperature, respectively.
The results showed that Iran's precipitation is unlikely to be more than normal in any of the next five years. The highest decrease in precipitation will likely occur in 2022 and 2025, and the precipitation of the 2023 will most likely be normal. The high predictability of ENSO and the expectation of El Niño occurrence in 2023 confirm that the precipitation of Iran and neighboring countries is within the normal range for 2023. It is more likely that, in none of the next 5 years, the average temperature of the Iran will be below normal, and the temperature anomaly is at least in the range of 0.3-0.5 degree Celsius, and the largest increase is expected in the western half of Iran and the northeast region under study. The minimum and maximum temperature increase will most likely occur in 2022 and 2026 over Iran. In the studied period, the precipitation of West Asia, especially the areas adjacent to the Arabian Sea and the Red Sea, is most likely more than normal and other countries are estimated to be within the normal range. Also, the average air temperature of the next five years in West Asia will be between 0.3 and 1.2 degree of Celsius above normal, with the largest increase of 1 to 1.2 degrees occurring in eastern Turkmenistan, Tajikistan and Kyrgyzstan. It is expected that the air temperature anomaly in the Arabian Peninsula will be in the range of 0.3 to 0.5 degrees, which will be about 0.5 degrees lower than other countries in the region.در مطالعه حاضر پیشبینی سالانه بارش و دمای هوای ایران و کشورهای غرب آسیا در بازه زمانی سالهای 2022 تا 2026 با استفاده از تصحیح برونداد سه مدل پیشبینی دههای شامل MPI-ESM1.2-LR، MIROC6 و CNRM-ESM2-1 انجام شده است. تصحیح اریبی بر مبنای شیوهنامه استاندارد کارگروه WCRP سازمان جهانی هواشناسی انجام شد. نتایج نشان داد که میانگین بارش ایران در پنج سال آینده (2022-2026) بیش از نرمال نخواهد بود و محتملترین سالهای با بارش کمتر از نرمال سالهای 2022 و 2025 و نرمال سال 2023 است. با توجه به پیشبینیپذیری بالای انسو و تأثیر آن بر افزایش بارش ایران، وقوع النینو در سال 2023 میتواند تأییدی بر پیشبینی بارش نرمال در سال 2023 باشد. انتظار میرود در 5 سال آینده میانگین دمای کشور بیشتر از نرمال باشد و حداقل بیهنجاری مورد انتظار دما در محدوده 5/0-0 درجه سلسیوس پیشبینی میشود. بیشترین افزایش دما در سالهای 2022 و 2026 در نیمه غربی و شمالشرق کشور رخ میدهد. در مدت یادشده بارش غرب آسیا به ویژه مناطق همجوار با پهنههای آبی دریای عرب و دریای سرخ بیشتر از نرمال و سایر کشورها در محدوده نرمال برآورد میشود. میانگین دمای هوا در غرب آسیا بین 3/0 تا 2/1 درجه سلسیوس بیشتر از نرمال برآورد شد.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94151_64932b690c5208347175092ea22e9ffd.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Analysis of radiation damage of a satellite in GTO orbit: system level designتحلیل آسیب پرتویی در طراحی سیستمی یک ماهواره در مدار GTO2172299414610.22059/jesphys.2023.356821.1007513FAرضاامجدی فردپژوهشکده سامانههای ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران.مسعودخوش سیماپژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران.Journal Article20230403The space environment includes different types of particles originating from both within and without the solar system. They can categorize depending on their origin (cosmic-galactic, solar, and Van Allen belts), and can cause severe damage to electronic components or functional failure of the equipment. Therefore, the radiation environment is an important concern in the system-level design of a satellite. The correct evaluation of radiation effects should occur as early as possible in the design procedure, and be upgraded as necessary throughout the development of project phases.
Space-borne technology provides global data set of uniform quality and rapid data acquisition and also, global coverage collected data is updated in every time range. Due to space standards of NASA and ESA, one of the effective factors on degradation of space systems is radiation damages.
The space radiation environment varies dramatically with the latitude, longitude, and altitude of the orbit, and also varies significantly with time. Satellite in the geosynchronous transfer orbit (GTO) faces significant amounts of particles including the high-energy electrons and protons trapped in the Van Allen belts (extend from an altitude of about 640km to 580000km). These particles are the source of three kinds of damage to electronic equipment (total ionizing dose (TID), displacement damage (DD), and single event effects (SEE)).
In this article, the flux of the different energetic particles in the GTO is obtained by employing SPENVIS web-based software. SPENVIS is developed by a consortium led by the Royal Belgian Institute for space aeronomy for ESA’s space environments and effect section. Results show that the radiation fluxes have very drastic changes during every orbit time due to passing through the Van Allen Belts. The maximum flux of protons and electrons is in the range of 10<sup>8</sup> p/cm<sup>2.</sup>s. The sensitive electronic components cannot tolerate the total ionizing dose made by this amount of flux density. Therefore, to reduce the dose below the specified limits by the manufacturer, an aluminum shield must be used. Results show that in order to decrease the dose below the 10krad, the thickness of the shield should be equal to 6mm. This amount of shield is much thicker than those are used in LEO (Low Earth Orbit), and increases the total mass of the satellite. Regarding electric power generated by solar panels of satellite benefiting AZUR SPACE solar cell (3G30) If the thickness of the protective coating (cover-glass) of the cells is considered equal to 100 um, the efficiency loss of. Therefore, to support the subsystems and payloads over the whole mission life, the more solar panel is needed in comparison with satellites in LEO.
Besides, the simulations show that with the increase of the thickness of the shielding from 4mm to 6 mm, the overall rate of single event upset (SEU) decreases from 3.7225E-06 /bit to 2.6556E-06 /bit (about 30%).تشعشعات فضایی یکی از چالشهای طراحی ماهواره در سطح سیستم است. پرتوهای فضایی منجر به افت کارایی یا ایجاد خرابیهای دائمی در قطعات و تجهیزات بهکارگرفته شده در ماهوارهها را دارند. در مقاله حاضر با رویکرد شبیهسازی و محاسباتی تغییرات شار ذرات پرانرژی در مدار GTO، آسیب پرتویی تک رخدادی و بازده زیرسیستم توان ماهواره در این مدار با عمر عملیاتی مشخص تحلیل و بررسی میشود. در این پژوهش از نرمافزار تحت وب SPENVIS برای شبیهسازی محیط تشعشعی فضا و آسیبهای پرتویی ماهواره GTO بهمنظور استخراج پارامترهای مقاومسازی استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیهسازی تشعشعی در فاز طراحی اولیه با تأکید بر عبور ماهواره از دوکمربند تابشی ونآلن نشان میدهد بیشینه شار پروتون و الکترونها از مرتبهp/cm<sup>2</sup>.s 108 میباشد. همچنین شار پرتوها در مدار GTO با افزایش انرژی آنها بهشدت کاهش مییابد. بهطوریکه انرژی الکترونها حداکثر تا MeV 7 و پروتونها تا MeV400 است. نتایج نشان میدهد که برای کاهش دز به سطح krad10، حفاظی ازجنس آلومینیوم به ضخامت 6 میلیمتر لازم است. افت حدوداً %33 کارایی برای پانلهای خورشیدی در طول یک سال یکی از چالشهای سیستمی آسیبهای تشعشعی بر ماهواره در این مدار است. همچنین شبیهسازیها نشان میدهد با افزایش ضخامت حفاظ از 4 به 6 میلیمتر نرخ کلی وقوع آسیب SEU حدود 30 درصد کاهش مییابد.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94146_17a04ff1aae9b8f9ea034d1f38958b65.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Evaluation of the performance of ERA5 reanalysis data in estimating multiple types of CAPE and CIN convective parameters in upper-air stations in Iranارزیابی عملکرد دادههای ERA5 در برآورد انواع مختلف CAPE و CIN در ایستگاههای جو بالا در ایران2312499414910.22059/jesphys.2023.356847.1007514FAنفیسهپگاه فرپژوهشکده علوم جوی، پژوهشگاه ملی اقیانوسشناسی و علوم جوی، تهران، ایران.Journal Article20230321Estimation of thunderstorm characteristics is important worldwide. Due to scattered nature of upper-Air soundings data, reanalysis data is used as another approach. However, using reanalysis data without any evaluation process can lead to increased uncertainty. Iran with its diverse climate conditions, experiences thunderstorms in different parts of the country in different seasons. In this research, around 90,000 sounding measurements were used to evaluate the accuracy of ECMWF Reanalysis v5 (ERA5) in determining all types of the two convective parameters of Convective Available Potential Energy (CAPE) and Convective Inhibition (CIN). The investigation area are limited to nine upper-air stations located in various climate regions including dry, coastal, mountainous and urban areas. The stations are in Tabriz, Mashhad, Tehran, Kermanshah, Esfahan, Ahwaz, Kerman, Shiraz and Zahedan. The analysis was done over a 31-yr period (from the beginning of 1990 to the end of 2020). Data measured at both 00:00 and 12:00 UTC were used. Four calculated types of CAPE parameter were (a) CAPE, (b) surface-based convective available potential energy (SB-CAPE), (c) 0–500 m mixed layer convective available potential energy (ML-CAPE) and (d) most-unstable convective available potential energy (MU-CAPE). Four computed types of CIN parameter were (a) CIN, (b) surface-based convective inhibition (SB-CIN), (c) 0–500 m mixed-layer convective inhibition (ML-CIN) and (d) most-unstable convective inhibition (MU-CIN). The main difference between various types of each convective parameter is referred to that of the focused parcel. The analysis was done using the statistical indices of correlation coefficient (R), mean error (ME), absolute mean error (AME) and root mean square error (RMSE). To filter incomplete and unreal observational profiles, some criteria were imposed on the observational data for quality control. The criteria were as (a) both profiles of temperature and dew point temperature should be measured, (b) the sounding should pass the 6-km height above the surface, (c) the profiles should contain measurements at more than 10 pressure levels, (d) lapse rate in mid-troposphere should be less than 9 K/km, and (e) lapse rate in low-troposphere should be less than 11 K/km. Some criteria were imposed after the calculation of the convective parameters including (a) MU-CAPE values that should be less than 8000 J/kg, (b) ML-CAPE values should be less than 6000 J/kg, and (c) CIN values should be more than -1000 J/kg. The results showed that the two parameters of ML-CAPE and ML-CIN in most stations produced the highest values of correlation coefficient for calculated convective parameters using observational and reanalysis data. Based on ME and MAE indices, ML-CAPE, ML-CIN, and SB-CIN parameters generated the least error in most stations. The RMSE index showed that ML-CAPE and ML-CIN produced the lowest values of error in most stations. In a conclusion, the obtained results indicated that the two convective parameters of CAPE and CIN calculated using air mass in the mixed layer (ML-CAPE and ML-CIN) from ERA5 reanalysis data provided the most reliable values over most stations compared to that of the observational data. Hence, it is suggested that the last mentioned type for the two studied convective parameters be considered for future research studies, especially in simulation of thunderstorms.یکی از ابزارهای مطالعه توفانهای تندری دادههای گمانهزنی است که پراکندگی مکانی دارد. با توجه به تفکیک مناسب و پوشش جهانی دادههای بازتحلیل ERA5، استفاده از نمایههای قائم تولیدشده توسط این مجموعه داده در تحقیقات بسیاری مورد استقبال واقع شده است. البته در صورتی دادههای بازتحلیل در یک مکان میتواند اطلاعات مفیدی در اختیار کاربر قرار دهد که قبل از استفاده اعتبارسنجی شده باشد. در این تحقیق اعتبار دادههای بازتحلیل ERA5 در برآورد دو پارامتر همرفتی CAPE و CIN با استفاده از نودهزار داده مشاهداتی (در نه ایستگاه جو بالا در منطقه ایران) و در بازه زمانی 31 ساله (از ابتدای 1990 تا انتهای 2020) و با استفاده از چهار شاخص آماری R، ME، MAE و RMSE ارزیابی شد. در این راستا، انواع پارامتر همرفتی CAPE اعم از CAPE، SB-CAPE، ML-CAPE و MU-CAPE و همچنین انواع پارامتر همرفتی CIN اعم از CIN، SB-CIN، ML-CIN و MU-CIN بررسی شدند. ایستگاهها عبارت بودند از ایستگاه تبریز، مشهد، تهران، کرمانشاه، اصفهان، اهواز، کرمان، شیراز و زاهدان. نتایج نشان داد که پارامترهای ML-CAPE و ML-CIN در ایستگاههای بیشتری توانستهاند بالاترین همبستگی و کمترین خطا میان مقادیر محاسبهشده مشاهداتی و بازتحلیل را تولید کنند. از اینرو، نتیجهگیری میشود که با استفاده از دادههای بازتحلیل ERA5، دو پارامتر همرفتی ML-CAPE و ML-CIN در برآورد CAPE و CIN در بیشتر ایستگاهها عملکرد بهتری داشته و پیشنهاد میشود برای محاسبه CAPE و CIN با استفاده از دادههای بازتحلیل ERA5 در ایستگاههای مذکور از دو پارامتر فوق استفاده شود.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94149_493d35ce3be01a7f6f7c1d87572afb13.pdfمؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهرانفیزیک زمین و فضا2538-371X50120240505Evaluation of the performance of the ERA5 and MERRA2 reanalysis datasets in estimating snow depth over Northwestern Iranارزیابی عملکرد بانک دادههای بازتحلیل ERA5 و MERRA2 در تخمین میزان عمق برف در شمال غرب ایران2512639414510.22059/jesphys.2023.358474.1007521FAفائزه ساداتمجیدی کرهرودیگروه فیزیک فضا، مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.مریمقرایلوگروه فیزیک فضا، مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.سیده سمانهثابت قدمگروه فیزیک فضا، مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.Journal Article20230501Snow cover is the most widely distributed and most dynamic component of the cryosphere, and its significant seasonal and annual variability have notable influences on the global water circulation and surface energy balance. Ground observations represent the most direct and reliable snow depth data source. Direct measurements are generally not used to monitor snow depth at hemispheric scales due to the inadequate number of measurements and the sparse distribution of measurements in remote regions, mountains, and high elevation areas. Instead, the method examined in this study is the use of reanalysis data. The aim of the current study is to evaluate the performance of the ERA5 and MERRA2 reanalysis datasets in estimating snow depth in Northwestern Iran. The evaluation has been done using snow depth data from meteorological stations throughout the study area.
The area examined in this study includes the provinces of Ardabil, East Azerbaijan and West Azerbaijan, which are located in the range of 44 to 51 degrees in longitude and 35.7 to 40 degrees in latitude. This area was selected for two primary reasons: firstly, the mountainous terrain of the region that results in a higher amount of snowfall, and secondly, there is an abundance of observational data available for estimation purposes. To conduct this study, monthly mean snow depth data from the ERA5 and MERRA2 reanalysis databases for the period 1981 to 2020 were used. The spatial resolution of the ERA5 data is 0.25 x 0.25 degrees. The MERRA2 data, on the other hand, has a spatial resolution of 0.625 x 0.5. degrees Since the data from MERRA2 and ERA5 have different spatial resolutions, to compare these two databases, a regridding method is used to equalize their spatial resolutions. The ERA5 data is regridded to MERRA2 spatial resolution using nearest-neighbor interpolation.
The results of this study showed that by examining the spatial and temporal distribution, the ERA5 database underestimates the mean value of snow depth over the entire study area. On the other hand, the MERRA2 database overestimated the average snow depth at most stations and had more errors than the ERA5 database. According to the ERA5 reanalysis database, the highest snow depth over a 40-year period has occured in February, while for the MERRA2 database, it has occurred in January. In the ERA5 database, the estimated snow depth values were consistent with the observations only in February, while in other months there was a discrepancy between the snow depth estimated by ERA5 and the observations. As the station's height and latitude increase, the error increases and the underestimation of snow depth from ERA5 also increases, but in the MERRA2 dataset, there is no significant relationship between the height of the station and latitude with bias. The analysis of the results of the present study shows that the ERA5 database is more accurate than MERRA2 for studying the spatial and temporal distribution of snow depth in the northwestern region of Iran. Of course, in the areas with high snow cover, the MERRA2 data estimates values are closer to observations.پوشش برف گستردهترین جزء یخکره است و تنوع فصلی و سالانه قابلتوجه آن تأثیرات چشمگیری بر گردش آب جهانی و توازن انرژی سطحی دارد. مشاهدات زمینی قابلاعتمادترین منبع داده عمق برف است. از آنجاییکه این دادهها در برخی از مناطق از جمله مناطق مرتفع و کوهستانها در دسترس نیستند و تعداد این ایستگاهها بسیار محدود است، در چنین نواحی، از بانک دادههای بازتحلیل و سنجش از دور استفاده میشود. هدف از مطالعه حاضر، مقایسه عملکرد نتایج حاصل از بانک دادههای MERRA2 و ERA5 در تعیین پارامتر عمق برف در منطقه شمال غرب ایران است. بدینمنظور از دادههای میانگین ماهانه عمق برف حاصل از ایستگاههای همدیدی در منطقه موردمطالعه استفاده شده است. این مقایسه برای دوره 40 ساله در بازه زمانی 1981 تا 2020 انجام میگیرد. نتایج بررسیِ توزیع مکانی و زمانی در سراسر محدوده مورد مطالعه نشان میدهد که دادههای ERA5 در تخمین میزان عمق برف نسبت به دادههای مشاهداتی دارای فروتخمین هستند؛ در حالیکه دادههای MERRA2 در بیشتر ایستگاهها در تخمین میزان عمق برف میانگین با فراتخمین همراه هستند. همچنین بر اساس نتایج، میزان عدمقطعیت در برآورد میزان عمق برف میانگین حاصل از دادههای ERA5 با افزایش عرض جغرافیایی و ارتفاع منطقه موردمطالعه بیشتر میشود، ولی عدمقطعیت در تخمین میزان عمق برف در بانک داده MERRA2 فقط به عرض جغرافیایی بستگی دارد.https://jesphys.ut.ac.ir/article_94145_b88777bc42cbf7070f51c81f762f2154.pdf