تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

بررسی رابطه غیرخطی و رخدادمحور آئروسل-رعدوبرق در ایران: تحلیل فصلی مبتنی بر مشاهدات ماهواره‌ای طی سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه لرستان
2 پژوهشگاه هوافضا
چکیده
در این پژوهش، رابطه فصلی، غیرخطی و رخدادمحور میان عمق نوری آئروسل (AOD) و فعالیت رعدوبرق در ایران طی 2000-2023 با تطابق مکانی-زمانی داده‌های Lightning Imaging Sensor (LIS) در مأموریت‌های TRMM و ISSو محصول MAIAC بررسی شد. این مطالعه با تلفیق تحلیل نقاط شکست، توزیع‌های رخدادمحور و روش‌های ناپارامتریک، چارچوبی فیزیکی-آماری برای درک برهم‌کنش آئروسل-همرفت-رعدوبرق در اقلیم خشک و نیمه‌خشک ارائه می‌دهد که می‌تواند برای مطالعات ارزیابی خطر صاعقه مفید باشد. تحلیل‌ها با تابع چگالی احتمال نرمال‌شده، نقاط شکست و همبستگی ناپارامتریک انجام شد و عدم‌قطعیت نقاط شکست با bootstrap بلوکی روزانه و لحاظ خوشه‌بندی درون‌روزی رخدادها برآورد شد. پایداری نتایج با تحلیل حساسیت AOD_QA محصول MAIAC، تحلیل‌های شرطی ERA5 و تحلیل جداگانه داده‌های TRMM-LIS و ISS-LIS ارزیابی شد. توزیع‌های رخدادمحور در هر دو مأموریت LIS ساختاری پیک‌دار نشان دادند، اما مقادیر نقاط شکست، به‌ویژه در پاییز، متفاوت بودند. ازآنجا‌که رخدادمحور داده‌ها، PDFها معادل احتمال یا نرخ وقوع رعدوبرق نیستند و مقایسه TRMM-LIS و ISS-LIS به‌دلیل نبود نرمال‌سازی exposure صرفاً به‌عنوان تحلیل حساسیت تفسیر شد. همچنین، توزیع‌های رخدادمحور AOD متناظر با رعدوبرق در همه فصول ساختاری پیک‌دار داشتند؛ رخدادها عمدتاً با AOD پایین تا متوسط همراه بودند و سهم نسبی مشاهدات رخدادمحور در بازه‌های بالاتر AODکاهش یافت. بیشینه‌ نقاط شکست در تابستان (AOD47 = 0.27 ، AOD55 = 0.20،CWV = 1.52) و کمینه در زمستان (AOD47 = 0.18 ، AOD55 = 0.15،CWV = 0.71) مشاهده شد که می‌تواند با تفاوت شرایط ترمودینامیکی فصلی مرتبط باشد. تحلیل‌های Mild QA و Strict QA الگوی فصلی نقاط شکست AOD را حفظ کردند و BPهای تحلیل اصلی در تمامی ترکیب‌های فصل-طول‌موج در بازه‌های اطمینان ۹۵ درصد هر دو تحلیل QA قرار گرفتند. ضرایب اسپیرمن قوی و منفی (0.85- تا 0.95-) بیانگر روند غالب کاهشی فراوانی رخدادمحور با افزایش AOD در دامنه فعال داده‌ها بودند و به‌تنهایی شاهد غیرخطی یا آستانه‌ای بودن رابطه محسوب نشدند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

The Nonlinear and Event-Based Aerosol–Lightning Relationship in Iran: Seasonal Analysis Based on Satellite Observations (2000–2023)

نویسندگان English

Mohsen Teymouri 1
Behrouz Nasiri 1
Mostafa Karampour 1
Milad Janalipour 2
Armin Rashno 1
1 Lorestan University
2 Aerospace Research Institute
چکیده English

This study investigates the seasonal, nonlinear, and event-based relationship between aerosol optical depth (AOD) and lightning activity over Iran in 2000–2023 by spatiotemporally matching Lightning Imaging Sensor (LIS) observations from the TRMM and ISS missions with the MAIAC product. Breakpoint analysis, event-based distributions, and non-parametric methods provide a physical–statistical framework for understanding aerosol–convection–lightning interactions in arid and semi-arid climates, with relevance to lightning hazard assessment. Analyses used normalized probability density functions (PDFs), breakpoint identification, and non-parametric correlations, while breakpoint uncertainty was estimated using a day-level block bootstrap accounting for within-day clustering. Robustness was evaluated using the MAIAC AOD_QA layer, conditional ERA5 analyses, and separate TRMM-LIS and ISS-LIS analyses. Both LIS missions exhibited peaked event-based distributions, although breakpoint values differed, particularly in autumn. Because the dataset is event-based, the PDFs do not represent lightning occurrence probabilities or rates. Given differences in sampling and observation opportunities and the lack of mission-specific exposure normalization, TRMM-LIS versus ISS-LIS was interpreted solely as a sensitivity analysis. Lightning-associated AOD distributions exhibited a peaked structure in all seasons; lightning events were predominantly associated with low-to-moderate AOD values, while the relative frequency of lightning-associated observations decreased at higher AOD levels. Breakpoints were highest in summer (AOD47 = 0.27, AOD55 = 0.20, CWV = 1.52) and lowest in winter (AOD47 = 0.18, AOD55 = 0.15, CWV = 0.71), suggesting seasonal displacement related to thermodynamic conditions. Both Mild and Strict QA analyses preserved the seasonal pattern of AOD breakpoints, and primary BP estimates for all season–wavelength combinations fell within the corresponding 95% confidence intervals under both QA criteria. Strong negative Spearman coefficients (ρ = −0.95 to −0.85) indicated a dominant decreasing trend in the relative frequency of lightning-associated observations with increasing AOD over the active data range; however, these coefficients alone were not considered evidence of nonlinear or threshold behavior.

کلیدواژه‌ها English

Aerosol optical depth
Column water vapor
Iran
Lightning activity

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 شهریور 1405