فیزیک زمین و فضا

فیزیک زمین و فضا

تغییرات مکانی و زمانی مخاطرات هوانوردی ناشی از توفان تندری و چینش باد ترازپایین در منطقه ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه فیزیک فضا، مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
چکیده
وضع هوا یکی از مهم‌ترین عوامل طبیعی تأثیرگذار در صنعت حمل‌ونقل هوایی می‌باشد. اگرچه تاکنون بسیاری از جزئیات جنبههای اقلیمی و تغییرات بلندمدت برخی متغیرهای اساسی هواشناسی مانند دما، باد و بارش مورد بررسی قرار گرفتهاند، اما تعداد محدودی از مطالعات بر شرایط هواشناسی تأثیرگذار بر هوانوردی متمرکز شدهاند. در پژوهش حاضر با استفاده از داده‌های بازتحلیلERA5 برگرفته از مرکز اروپایی پیشبینی‌های میان‌مدت جوی (ECMWF)، تغییرات مکانی و زمانی دو مخاطره مهم هوانوردی یعنی توفان تندری (TSTM) و چینش باد ترازپایین (LLWS) در ایران طی سال‌های 1979 تا 2023 بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که مخاطره ناشی از توفان تندری بیشتر در نیمه شمالی، غرب، جنوب ‌غرب و بخش‌هایی از جنوب کشور رخ می‌دهد، درحالی‌که LLWS مخاطره غالب در شرق، مرکز، شمال‌ غرب خوزستان و خلیج‌فارس است. توزیع فصلی این دو پدیده‌ متفاوت است؛ فعالیت TSTM در تابستان محدود به شمال است و در زمستان به جنوب کشور منتقل می‌شود و به نقش سامانه‌های جوی و منابع رطوبتی وابسته است. بیشترین گستره مکانی مخاطره ناشی از توفان تندری مربوط به فصل بهار و بیشترین ساعات وقوع آن مربوط به تابستان است.LLWS در تابستان و پاییز کمترین وسعت مکانی را دارد، اما در بخش‌هایی از شرق ایران و خلیج‌فارس و غرب خوزستان شدت می‌گیرد؛ در فصل تابستان، بیشینه وقوع این پدیده در شرق ایران عمدتاً تحت‌تأثیر فعالیت بادهای ۱۲۰ روزه سیستان است، در حالی‌که در غرب استان خوزستان و بخش قابل‌توجهی از خلیج‌فارس، این بیشینه ناشی از اثرات دینامیکی باد شَمال تابستانی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Spatial and temporal changes in aviation hazards of thunderstorm and low-level wind shear in Iran

نویسندگان English

Azimeh Mohsenbeigi
Maryam Gharaylou
Samaneh Sabetghadam
Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran.
چکیده English

Weather condition is one of the most important natural factors affecting the aviation industry. Although many details of climatological characteristics and long-term changes in some basic meteorological variables such as temperature, wind, and precipitation have been investigated, a few studies have focused on aviation-specific meteorological hazard. The present study analyzes the spatial and temporal variability of thunderstorm (TSTM) and low-level wind shear (LLWS), which both are aviation hazards. In this regard, ERA5 reanalysis data from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) has been used to identify areas and airports prone to thunderstorms and low-level wind shear in Iran over a 45-year period from 1979 to 2023.
In order to determine the number of occurrences of hazardous conditions due to TSTM and LLWS, it is necessary to extract a threshold as an indicator of the potential hazard of each phenomenon. The CAPE index is often used to identify thunderstorm-prone environments. The convective precipitation index is also considered. Determining a threshold for LLWS is challenging. A value of 3 knots per 100 feet has been applied in this study. It should also be noted that due to the resolution limitations of the reanalysis data and the parameterization of many processes, the wind shear obtained in this study is mainly the result of synoptic-scale pressure gradients and is not related to local phenomena such as microbursts. Although the defined thresholds have a physical basis, it should be noted that they are merely indicators of a potential situation for hazardous occurrence. Such analyses are subject to probabilistic interpretation and may be accompanied by uncertainty. Therefore, the results obtained should be interpreted with caution.
The results of this study show that the areas located in the northern half, west, southwest and parts of the southern strip of Iran are more affected by the risk of thunderstorms than other areas. Additionally, regions in the east and center of Iran and limited parts of the northwest and west of Khuzestan and a major part of the Persian Gulf are affected by the risk of low-level wind shear formation. In summer, TSTM activity is mainly limited to the northern regions of the country, while in winter, this threat is transferred to the southern regions. The reason for this seasonal shift is that in the southern regions, the arrival of cyclonic systems from the northwest of Iran, along with the moisture transport from the Persian Gulf, leads to the strengthening of convective instabilities and an increase in the occurrence of this hazard. In the northern regions of Iran, during the summer season, the process of evapotranspiration caused by vegetation and local water resources plays a dominant role in providing moisture and, together with the intense heating of the earth's surface, leads to the formation of the TSTM hazard. The largest spatial extent covered by TSTM is observed in the spring season and the maximum hours of occurrence of this hazard are observed in the summer. LLWS has the smallest spatial extent in the autumn and summer seasons. However, in the summer, its maximum values are observed in limited areas of eastern Iran. This is mainly influenced by the activity of the 120-day Sistan winds. Also, in the west of Khuzestan province and a significant part of the Persian Gulf, the maximum occurrence of this phenomenon is observed in this season, which is due to the impact of the dynamic activity of the summer Shamal wind in this region.

کلیدواژه‌ها English

thunderstorm
low-level wind shear
ERA5
Iran
پگاه­فر، ن. (1403). ارزیابی عملکرد داده‌های ERA5 در برآورد انواع مختلف CAPE و CIN در ایستگاه‌های جو بالا در ایران. مجله فیزیک زمین و فضا، 50(1)، 231-249.
پگاه­فر، ن. (1404). ارزیابی داده‌های بازتحلیل ERA5 در برآورد پارامترهای همرفتی با استفاده از داده‌های رادیوگمانه در ایران. مجله فیزیک زمین و فضا، 50(3)، 743-761.
 تاج­بخش، س. و مرادی، ا. (1381). نقش پدیده‌های جوی در بروز سوانح هوایی، دومین همایش ایمنی هوانوردی، تهران.
علی­اکبری بیدختى، ع.؛ بیوک، ن. و ثقفى، م. ع. (1383). بررسی ساختار چند جریان جستناک توفان­های همرفتی تهران با استفاده از داده­های سودار. مجله فیزیک زمین و فضا، 30(2)، 93-113.
علیجانی، ب. و کاویانی، م. (1395). مبانی آب و هواشناسی. چاپ نوزدهم، تهران، انتشارات سمت.
فیض‌آبادی، ن. و علی‌اکبری ‌بیدختی، ع. (1387). بررسی میدانی و همانندسازی فیزیکی چند جریان داون‌ برست (خردانفجار پایین‌سو) در منطقه تهران. مجله فیزیک زمین و فضا، 34(4)، 133-154.
مجرد، ف.؛ معصوم‌پور، ج.؛ کوشکی، س.؛ و میری، م. (۱۳۹۸). تحلیل زمانی-مکانی توفان‌های تندری در ایران. مجله آمایش جغرافیایی فضا، 32(9)، 213-232. تحقیقات جغرافیایی، 20(2)، 113-136.
مرادی، م.؛ رضازاده، پ. و وظیفه، ا. (1393). بررسی موردی چینش قائم باد سطوح پایین در فرودگاه مهرآباد. مجله پژوهش­های اقلیم­شناسی، 17، 33-46.
مفیدی، ع.، و زرین، آ. (1384). بررسی سینوپتیکی تاثیر سامانه‌های کم فشار سودانی در وقوع بارش‌های سیل زا در ایران. مجله جغرافیا و توسعه، ۶(11). ۱۴۳۱۶۸.
Ahmadloo, M., Gharaylou, M., Farahani, M. M., & Pegahfar, N. (2022). Simulation and analysis of mesoscale convective systems (MCSs) leading to a severe flood over Iran. Pure and Applied Geophysics, 179(4), 1485-1507.
Ahrens, C. D. (2009). Meteorology Today: An Introduction to Weather, Climate, and the Environment. Brooks/Cole, Cengage Learning, 599pp.
Allan, S. S., Beesley, J. A., Evans, J. E., & Gaddy, S. G. (2001). Analysis of delay causality at Newark International Airport. In 4th USA/Europe Air Traffic Management R&D Seminar (pp. 1-11).
Allen, J. T., & Karoly, D. J. (2014). A climatology of Australian severe thunderstorm environments 1979–2011: inter‐annual variability and ENSO influence. International Journal of Climatology, 34(1), 81-97.
Allen, J. T., Karoly, D. J., & Mills, G. A. (2011). A severe thunderstorm climatology for Australia and associated thunderstorm environments. Australian Meteorological and Oceanographic Journal, 61(3), 143.
Alizadeh-Choobari, O., Zawar-Reza, P., & Sturman, A. (2014). The “wind of 120 days” and dust storm activity over the Sistan Basin. Atmospheric research, 143, 328-341.
Borsky, S., & Unterberger, C. (2019). Bad weather and flight delays: The impact of sudden and slow onset weather events. Economics of transportation, 18, 10-26.
Craven, J. P., Brooks, H. E., & Hart, J. A. (2004). Baseline climatology of sounding derived parameters associated with deep, moist convection. Natl. Wea. Dig, 28(1), 13-24
Federal Aviation Administration. (2009). Pilot's handbook of aeronautical knowledge. Skyhorse Publishing Inc.
Ghavidel, Y., Baghbanan, P., & Farajzadeh, M. (2017). The spatial analysis of thunderstorm hazard in Iran. Arabian Journal of Geosciences, 10(5), 123.
Gerz, T., Forster, C., & Tafferner, A. (2012). Mitigating the impact of adverse weather on aviation. In Atmospheric Physics: Background–Methods–Trends (pp. 645-659). Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.
Gultepe, I., Sharman, R., Williams, P. D., Zhou, B., Ellrod, G., Minnis, P., Trier, S., Griffin, S., Yum, S. S., Gharabaghi, B., & Feltz, W. (2019). A review of high impact weather for aviation meteorology. Pure and applied geophysics, 176, 1869-1921.
Hersbach, H., Bell, B., Berrisford, P., Hirahara, S., Horányi, A., Muñoz‐Sabater, J., Nicolas, J., Peubey, C., Radu, R., Schepers, D., & Simmons, A. (2020). The ERA5 global reanalysis. Quarterly journal of the royal meteorological society, 146(730), 1999-2049.
International Civil Aviation Organization. (2005). Manual on Low-level Wind Shear. ICAO.
Lei, T., Jin, C., & Qi, C. (2022). Spatio-temporal characteristics of hazardous weather affecting Chinese airports based on the ERA5/ERA5-land reanalysis dataset. Frontiers in Climate, 4, 835362.
McCarthy, J., Serafin, R., Wilson, J., Evans, J., Kessinger, C., & Mahoney III, W. P. (2022). Addressing the microburst threat to aviation: research-to-operations success story. Bulletin of the American Meteorological Society, 103(12), E2845-E2861.
Tafferner, A., Forster, C., Hagen, M., Hauf, T., Lunnon, B., Mirza, A., Gouillou, Y., & Zinner, T. (2010). Improved thunderstorm weather information for pilots through ground and satellite based observing systems. In: 14th Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology, 90th AMS Annual Meeting, Atlanta.
Taszarek, M., Kendzierski, S., & Pilguj, N. (2020). Hazardous weather affecting European airports: Climatological estimates of situations with limited visibility, thunderstorm, low-level wind shear and snowfall from ERA5. Weather and Climate Extremes, 28, 100243.
Taszarek, M., Allen, J., Púčik, T., Groenemeijer, P., Czernecki, B., Kolendowicz, L., Lagouvardos, K., Kotroni, V., & Schulz, W. (2019). A climatology of thunderstorms across Europe from a synthesis of multiple data sources. Journal of Climate, 32(6), 1813-1837.
Taszarek, M., Brooks, H. E., Czernecki, B., Szuster, P., & Fortuniak, K. (2018). Climatological aspects of convective parameters over Europe: A comparison of ERA-Interim and sounding data. Journal of Climate, 31(11), 4281-4308.
Taszarek, M., Brooks, H. E., & Czernecki, B. (2017). Sounding-derived parameters associated with convective hazards in Europe. Monthly Weather Review, 145(4), 1511-1528.
Trapp, R. J., Diffenbaugh, N. S., & Gluhovsky, A. (2009). Transient response of severe thunderstorm forcing to elevated greenhouse gas concentrations. Geophysical Research Letters, 36(1).
Whitney, J. W. (2006). Geology, water, and wind in the lower Helmand Basin, southern Afghanistan (No. 2006-5182).
Young, M. V. (2007). Severe thunderstorms over southern England on 10thMay, 2006.Weather. 62, 116–120. doi: 10.1002/wea.107.
Yu, Y., Notaro, M., Kalashnikova, O. V., & Garay, M. J. (2016). Climatology of summer Shamal wind in the Middle East. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 121(1), 289-305.
Zhao, B., Duan, Y. H., Yu, H., & Du, B. (2006). A statistical analysis on the effect of vertical wind shear on tropical cyclone development. Acta Meteorologica Sinica-English Edition, 20(3), 383.
Zhou, B. B., Jiang, L., and Du, J. (2016). Aviation Weather and Model-Based Operational Forecasts of Low Visibility and Fog (in Chinese). Adv. Meteorol. Sci. Technol. 6, 29–41.
دوره 52، شماره 2
تاریخ انتشار الکترونیکی: 14 شهریور 1405
تابستان 1405
صفحه 419-434