تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

آشکارسازی تأثیرگذاری ویژگی‌های میکروفیزیکی ابرهای مولد بارش‌های سیلابی در استان لرستان با استفاده از محصولات ابر سنجنده MODIS

نویسندگان
ابراهیم بیرانوند 1
امیر گندمکار 2
علیرضا عباسی 3
مرتضی خداقلی 4
1 دانشجوی دکتری آب و هواشناسی گروه جغرافیا، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
2 دانشیار گروه جغرافیا، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.
3 استادیار گروه جغرافیا، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.
4 دانشیار بخش تحقیقات مرتع، مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران.
10.61882/jgs.25.79.9
چکیده
رخداد بارش سیل‌آسای فروردین 1398 در استان لرستان نمونه‌ای بارز از بارش‌های حدی بود که خسارات بسیار سنگینی به زیرساخت‌های کشاورزی، شهری، حمل‌ونقل و ارتباطات برجای گذاشت. هدف این پژوهش بررسی و آشکارسازی ارتباط بین ساختار فیزیکی ابرهای مولد دو موج بارش سنگین فروردین 1398 در حوضه آبریز دورود بروجرد است. در این راستا ویژگی‌های آماری دو موج بارشی 25 مارس و 1 آوریل 2019 مورد تحلیل قرار گرفت. ویژگی‌های ابرناکی ابرهای مولد این دو موج بارش سنگین، با استفاده از محصول ابرسنجنده مادیس یعنی محصول MOD06، بررسی شد. 4 فاکتور میکروفیزیکی ابرهای مولد این دو موج بارش سنگین در سطح حوضه دورود-بروجرد، شامل دمای قله ابر (CTT)، فشار قله ابر (CTP) ضخامت اپتیکال ابر (COT) و نسبت ابرناکی (CF)، موردبررسی قرار گرفت، تحلیل آماری این دو موج بارش سنگین نشان داد که در موج اول بارش سنگین یعنی موج 25 مارس 2019، (5 فروردین 1398) 15 درصد از کل بارش سالانه منطقه و در موج دوم یعنی موج 1 آوریل 2019 (12 فروردین 1398) 20 درصد از کل مجموع بارش متوسط سالانه منطقه، در این دو روز ثبت شد. نتایج حاصل از تحلیل ماتریس همبستگی بین پیکسل‌های بارشی پوشش‌دهنده دشت دورود-بروجرد و مقادیر فاکتورهای میکروفیزکی ابرهای مولد این بارش‌ها بیانگر آن بود که فشار قله ابر در رخداد بارش 25 مارس همبستگی معکوسی برابر 0.62- و در رخداد بارش 1 آپریل، همبستگی برابر 0.73- نشان داده است. در مورد فاکتور دمای قله ابر نیز مقادیر همبستگی در رخداد بارش 25 مارس برابر 0.57- و در رخداد بارشی 1 آوریل برابر 0.53- بوده است، اما درصد ابرناکی آسمان، در رخداد بارش 25 مارس، میزان همبستگی برابر 0.75 و در رخداد بارش 1 آوریل میزان همبستگی برابر 0.79 بوده است. ضخامت اپتیکال ابرناکی در رخداد بارش 25 مارس همبستگی برابر 0.45 و در رخداد بارش 1 آوریل برابر 0.670 با مقادیر بارش نشان داد. نتیجه این تحقیق بیانگر آن بود که در این دو رخداد بارش سنگین یک ارتباط معنی‌دار و قوی بین ساختار میکروفیزیکی ابر و مقادیر بارش ثبت شده در سطح منطقه برقرار بوده است.
کلیدواژه‌ها
بارش سنگین
سنجنده MODIS
محصول ابر
همبستگی فضایی
حوضه دورود-بروجرد

عنوان مقاله English

Detection of the effect of microphysical properties of flood-producing clouds in Lorestan province using MODIS cloud sensor products

نویسندگان English

ebrahim Bairanvand 1
Amir Gandomkar 2
Alireza Abbasi 3
Morteza Khodaghoi 4
1 PhD student in Meteorology, Department of Geography, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.
2 Associate Professor, Department of Geography, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Geography, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.
4 Associate Professor, Rangeland Research Division, Rangelands and Forests of Institute Research, Agricultural Research Extension Education Organization (AREEO), Tehran, Iran.
چکیده English

The torrential rains that occurred in April 2017 in Lorestan Province exemplified severe precipitation that inflicted substantial damage on agricultural, urban, transportation, and communication infrastructures. This study aims to investigate and elucidate the relationship between the physical structure of clouds responsible for two waves of heavy rainfall in April 2017 within the Doroud catchment area of Boroujerd. In this context, the statistical characteristics of two precipitation events on March 25 and April 1, 2019, were analyzed. The microphysical properties of the clouds generating these two heavy rainfall events were examined utilizing the Madis superconductor product and MOD06. Four microphysical factors contributing to the formation of clouds during these two rainfall waves in the Doroud-Borujerd basin—including cloud top temperature (CTT), cloud top pressure (CTP), optical cloud thickness (OCT), and cloud cover ratio (CFR)—were analyzed. Statistical assessments indicated that the first wave of heavy rainfall, occurring on March 25, 2019 (5 April 1398), accounted for 15% of the total annual rainfall, while the second wave on April 1, 2019 (12 April 1398) contributed 20% of the region's average annual rainfall within these two days. The findings from the analysis of the microphysical structure of the clouds producing these two precipitation waves, based on data from the MODIS cloud sensor product, revealed a significant spatial correlation between the four microphysical factors and the recorded precipitation values of these two heavy rainfall events. Specifically, the cloud top temperature and pressure, indicative of vertical cloud expansion in the area, exhibited a significant inverse relationship with the precipitation amounts in the basin. Conversely, the cloud cover ratio and optical thickness demonstrated a direct and significant spatial correlation with the recorded rainfall values. The results of this study thus establish a significant and robust relationship between the microphysical structure of clouds and the precipitation amounts recorded in the region during these two heavy rainfall events.

کلیدواژه‌ها English

heavy rainfall
MODIS Sensor
cloud product
Spatial Correlation
Doroud-Borujerd Basin
جوان، کاظم؛ طاهری شهرآیینی، حمید؛ نصیری صالح فرزین؛ حبیبی نوخندان، مجید. (1390). روشی جدید جهت پیشبینی پراکنش مکانی دما و بارش در حوضه آبریز رودخانه قره سو اردبیل، نشریه پژوهش های اقلیم شناسی، 2(5 و 6):117-130.
جوان، کاظم؛ طاهری شهرآیینی، حمید؛ نصیری صالح فرزین؛ حبیبی نوخندان، مجید. (1390). روشی جدید جهت پیشبینی پراکنش مکانی دما و بارش در حوضه آبریز رودخانه قره سو اردبیل، نشریه پژوهش های اقلیم شناسی، 2(5 و 6):117-130.
داداشی رودباری، عباسعلی؛ فلاح قالهری، غلام عباس؛ کرمی، مختار؛ باعقیده، محمد .(1395). تحلیل تغییرات بارش حوضه آبریز هراز با استفاده از روش های آماری و تکنیک تحلیل طیفی، هیدروژئومورفولوژی، 7: 59-86.
داداشی رودباری، عباسعلی؛ فلاح قالهری، غلام عباس؛ کرمی، مختار؛ باعقیده، محمد .(1395). تحلیل تغییرات بارش حوضه آبریز هراز با استفاده از روش های آماری و تکنیک تحلیل طیفی، هیدروژئومورفولوژی، 7: 59-86.
دهبان، حسین؛ ابراهیمی، کیومرث؛ عراقی نژاد، شهاب؛ بذر افشان، جواد .(1398). ارزیابی دقت مدل های NMME در پیش بینی بارش ماهانه مطالعه موردی حوضه سفید رود، نشریه هواشناسی کشاورزی، 7(1): 3-12.
دهبان، حسین؛ ابراهیمی، کیومرث؛ عراقی نژاد، شهاب؛ بذر افشان، جواد .(1398). ارزیابی دقت مدل های NMME در پیش بینی بارش ماهانه مطالعه موردی حوضه سفید رود، نشریه هواشناسی کشاورزی، 7(1): 3-12.
سلاجقه، علی؛ مقدم نیا، علیرضا؛ خلیقی سیگارودی، شهرام؛ آذرخشی، مریم؛ رستمی خلج، محمد. (1390). مدل سازی بارش رواناب مبتنی بر رویکرد پویایی سیستم مطالعه موردی حوضه کارده مشهد، نشریه علمی پژوهشی مهندسی و مدیریت آبخیز، 11(1): 15-27.
سلاجقه، علی؛ مقدم نیا، علیرضا؛ خلیقی سیگارودی، شهرام؛ آذرخشی، مریم؛ رستمی خلج، محمد. (1390). مدل سازی بارش رواناب مبتنی بر رویکرد پویایی سیستم مطالعه موردی حوضه کارده مشهد، نشریه علمی پژوهشی مهندسی و مدیریت آبخیز، 11(1): 15-27.
قاسمی فر، الهام؛ ناصرپور، سمیه؛ ارزومندی، لیلی. (1396). شناسایی الگوهای سینوپتیکی بارش های سیل خیز غرب ایران، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 4(2):69-86
قاسمی فر، الهام؛ ناصرپور، سمیه؛ ارزومندی، لیلی. (1396). شناسایی الگوهای سینوپتیکی بارش های سیل خیز غرب ایران، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 4(2):69-86
گندمکار، امیر؛ رییسی، توران .(1391). رابطه بارش و رواناب در حوضه گوجان، مجله جغرافیایی سپهر، 21(1): 38- 40
گندمکار، امیر؛ رییسی، توران .(1391). رابطه بارش و رواناب در حوضه گوجان، مجله جغرافیایی سپهر، 21(1): 38- 40
مهدی نسب، مهدی؛ طاووسی، تقی؛ میرزایی، رضا. (1393). پیش بینی احتمال وقوع سیل و حداکثر بارش متحمل زیر حوضه پلدختر با استفاده از روش سری های جزیی، فصلنامه علمی پژوهشی اکوسیستم های طبیعی ایران، 5(1):97 -109
مهدی نسب، مهدی؛ طاووسی، تقی؛ میرزایی، رضا. (1393). پیش بینی احتمال وقوع سیل و حداکثر بارش متحمل زیر حوضه پلدختر با استفاده از روش سری های جزیی، فصلنامه علمی پژوهشی اکوسیستم های طبیعی ایران، 5(1):97 -109
نگارش، حسین؛ ویسی، جلیل .(1392). تجزیه و تحلیل اثرات تغییر بارش در سیل خیزی حوضه آبریز رود خانه راوند منطقه اسلام آباد غرب استان کرمانشاه، فصلنامه علمی پژوهشی برنامه ریزی منطقه ای، 3(11):79-98.
نگارش، حسین؛ ویسی، جلیل .(1392). تجزیه و تحلیل اثرات تغییر بارش در سیل خیزی حوضه آبریز رود خانه راوند منطقه اسلام آباد غرب استان کرمانشاه، فصلنامه علمی پژوهشی برنامه ریزی منطقه ای، 3(11):79-98.
رسولی، علی اکبر؛ جهانبخش، سعید؛ قاسمی، احمدرضا؛"بررسی ارتباط بین پارامترهای مهم ابر و بارش روزانه در ایران"، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، سال 29، شماره اول، صص 23 -42، 1393
رسولی، علی اکبر؛ جهانبخش، سعید؛ قاسمی، احمدرضا؛"بررسی ارتباط بین پارامترهای مهم ابر و بارش روزانه در ایران"، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، سال 29، شماره اول، صص 23 -42، 1393
حاتمی بهمن بیگلو، خداکرم؛ موحدی، سعید؛ "شناسایی فصلی و ماهانه ابرناکی در ایران با بهره گیری از داده‌‌های فرآورده ابر سنجنده دمودیس ماهواره تررا"، جغرافیا و توسعه، شماره 50، صص 213-230‌، 1395
حاتمی بهمن بیگلو، خداکرم؛ موحدی، سعید؛ "شناسایی فصلی و ماهانه ابرناکی در ایران با بهره گیری از داده‌‌های فرآورده ابر سنجنده دمودیس ماهواره تررا"، جغرافیا و توسعه، شماره 50، صص 213-230‌، 1395
Pan, B., Liu, D. , Kuma,r K., Wang, M., & LathaDevi, N.(2021). Global distribution of maritime low clouds with an emphasis on different aerosol types and meteorological parameters inferred from multi-satellite and reanalysis data during 2007-2016, Atmospheric Environment, 246(1). [DOI:10.1016/j.atmosenv.2020.118082]
Pan, B., Liu, D. , Kuma,r K., Wang, M., & LathaDevi, N.(2021). Global distribution of maritime low clouds with an emphasis on different aerosol types and meteorological parameters inferred from multi-satellite and reanalysis data during 2007-2016, Atmospheric Environment, 246(1). [DOI:10.1016/j.atmosenv.2020.118082]
Kumar, K.N., Suzuki, K. (2019). Assessment of seasonal cloud properties in the United Arab Emirates and adjoining regions from geostationary satellite data. Remote Sens. Environ. , 228, 90-104. [DOI:10.1016/j.rse.2019.04.024]
Kumar, K.N., Suzuki, K. (2019). Assessment of seasonal cloud properties in the United Arab Emirates and adjoining regions from geostationary satellite data. Remote Sens. Environ. , 228, 90-104. [DOI:10.1016/j.rse.2019.04.024]
Halimi M., Rezaei M., Mohammadi Ch. & Farajzadeh M.( 2017). Association between cloudiness and rainfall over Fars province in Iran, Russian Meteorology and Hydrology, 42, 671-676, [DOI:10.3103/S1068373917100077]
Halimi M., Rezaei M., Mohammadi Ch. & Farajzadeh M.( 2017). Association between cloudiness and rainfall over Fars province in Iran, Russian Meteorology and Hydrology, 42, 671-676, [DOI:10.3103/S1068373917100077]
Trenberth, K. E. ; Fasullo, J. T. ; "Global warming due to increasing absorbed solar radiation. Geophys, "Res. Lett. , 36, L07706, P. p 1-5, 2009 [DOI:10.1029/2009GL037527]
Trenberth, K. E. ; Fasullo, J. T. ; "Global warming due to increasing absorbed solar radiation. Geophys, "Res. Lett. , 36, L07706, P. p 1-5, 2009 [DOI:10.1029/2009GL037527]
Filipiak, J. , and Mietus, M. 2009. Spatial and temporal variability of cloudiness in Poland, 1971-2000. Int. J. Climatol. , 29: 1294-1311. [DOI:10.1002/joc.1777]
Filipiak, J. , and Mietus, M. 2009. Spatial and temporal variability of cloudiness in Poland, 1971-2000. Int. J. Climatol. , 29: 1294-1311. [DOI:10.1002/joc.1777]
Dim, J. R. ; Murakami, H T. ; Nakajima Y. ; Nordell, B. ; Heidinger, A. K. ; Takamura, T. ; (2011), " The recent state of theclimate: Driving components of cloud-type variability", J. Geophys. Research. 116, P. p 1-14, 2011 [DOI:10.1029/2010JD014559]
Dim, J. R. ; Murakami, H T. ; Nakajima Y. ; Nordell, B. ; Heidinger, A. K. ; Takamura, T. ; (2011), " The recent state of theclimate: Driving components of cloud-type variability", J. Geophys. Research. 116, P. p 1-14, 2011 [DOI:10.1029/2010JD014559]
Jaswal, A. K. ; Variability and Changes in Cloud Cover Over India During 1951-2010. In Observed ClimateVariability and Change over the Indian Region (pp. 107-127). Springer Singapore, 2017 [DOI:10.1007/978-981-10-2531-0_7]
Jaswal, A. K. ; Variability and Changes in Cloud Cover Over India During 1951-2010. In Observed ClimateVariability and Change over the Indian Region (pp. 107-127). Springer Singapore, 2017 [DOI:10.1007/978-981-10-2531-0_7]
Wenjing, Z. , Ning, Z. , & Jianning, S. (2014). Spatiotemporal Variations of Cloud Amount over the Yangtze River Delta, China. Journal of Meteorological Research, 28(3), 371-380. [DOI:10.1007/s13351-014-3064-0]
Wenjing, Z. , Ning, Z. , & Jianning, S. (2014). Spatiotemporal Variations of Cloud Amount over the Yangtze River Delta, China. Journal of Meteorological Research, 28(3), 371-380. [DOI:10.1007/s13351-014-3064-0]
Choobari A., Gharaylou M. 2017, Aerosol impacts on radiative and microphysical properties of clouds and precipitation formation, Atmospheric Research, 185(1), 43-64 [DOI:10.1016/j.atmosres.2016.10.021]
Choobari A., Gharaylou M. 2017, Aerosol impacts on radiative and microphysical properties of clouds and precipitation formation, Atmospheric Research, 185(1), 43-64 [DOI:10.1016/j.atmosres.2016.10.021]
Sarangi Ch., Tripathi S., KanawadeV., Koren I., and Sivanand D., 2017., Investigation of the aerosol-cloud-rainfall association over the Indian summer monsoon region, Atmos. Chem. Phys., 17(1), 5185-5204 doi:10.5194/acp-17-5185-2017 [DOI:10.5194/acp-17-5185-2017]
Sarangi Ch., Tripathi S., KanawadeV., Koren I., and Sivanand D., 2017., Investigation of the aerosol-cloud-rainfall association over the Indian summer monsoon region, Atmos. Chem. Phys., 17(1), 5185-5204 doi:10.5194/acp-17-5185-2017 [DOI:10.5194/acp-17-5185-2017]
Chakraborty S., Maitra, A. (2013). Interrelation between microphysical and optical properties of cloud and rainfall in the Indian region. Indian Journal of Radio & Space Physics, 42. 105-112. http://hdl.handle.net/123456789/17096
Chakraborty S., Maitra, A. (2013). Interrelation between microphysical and optical properties of cloud and rainfall in the Indian region. Indian Journal of Radio & Space Physics, 42. 105-112. http://hdl.handle.net/123456789/17096
World Meteorological Organization. 2011.Weather extremes in a changing climate: hindsight on foresinght, ISBN:978-92-63- 11075-6
World Meteorological Organization. 2011.Weather extremes in a changing climate: hindsight on foresinght, ISBN:978-92-63- 11075-6
Mehta, L., Srivastava, S., Adam, H.N. Bose A.S., Ghosh U., Kumar V.,(2019), Climate change and uncertainty from 'above' and 'below': perspectives from India. Reg Environ Change ,19: 1533-1547. [DOI:10.1007/s10113-019-01479-7]
Mehta, L., Srivastava, S., Adam, H.N. Bose A.S., Ghosh U., Kumar V.,(2019), Climate change and uncertainty from 'above' and 'below': perspectives from India. Reg Environ Change ,19: 1533-1547. [DOI:10.1007/s10113-019-01479-7]
Her, Y., Yoo, SH., Cho, J. , Hwang S., Jeong J. & Seong C.,( 2019), Uncertainty in hydrological analysis of climate change: multi-parameter vs. multi-GCM ensemble predictions. Sci Rep, 9, 4974 [DOI:10.1038/s41598-019-41334-7] [PMID]
Her, Y., Yoo, SH., Cho, J. , Hwang S., Jeong J. & Seong C.,( 2019), Uncertainty in hydrological analysis of climate change: multi-parameter vs. multi-GCM ensemble predictions. Sci Rep, 9, 4974 [DOI:10.1038/s41598-019-41334-7] [PMID]
Curry ,JA., Webster, PJ., (2011), Climate science and the uncertainty monster, Bull Am Meteorol Soc ,92(12):1667-1682. [DOI:10.1175/2011BAMS3139.1]
Curry ,JA., Webster, PJ., (2011), Climate science and the uncertainty monster, Bull Am Meteorol Soc ,92(12):1667-1682. [DOI:10.1175/2011BAMS3139.1]
Punay, J., Perez, G.J.P., (2014), Evaluation of MODIS Cloud Product-derived rainfall estimates. 35th Asian Conference on Remote Sensing 2014, ACRS 2014: Sensing for Reintegration of Societies.
Punay, J., Perez, G.J.P., (2014), Evaluation of MODIS Cloud Product-derived rainfall estimates. 35th Asian Conference on Remote Sensing 2014, ACRS 2014: Sensing for Reintegration of Societies.
Platnick, S., Meyer, K., King, M. D., Wind, G., Amarasinghe, N., Marchant, B., Arnold, G. T., Zhang, Z., Hubanks, P. A., Holz, R. E., Yang, P., Ridgway, W. L., & Riedi, J.,(2017), The MODIS cloud optical and microphysical products: Collection 6 updates and examples from Terra and Aqua. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens, 55: 502-525, doi:10.1109/TGRS.2016.2610522. [DOI:10.1109/TGRS.2016.2610522] [PMID]
Platnick, S., Meyer, K., King, M. D., Wind, G., Amarasinghe, N., Marchant, B., Arnold, G. T., Zhang, Z., Hubanks, P. A., Holz, R. E., Yang, P., Ridgway, W. L., & Riedi, J.,(2017), The MODIS cloud optical and microphysical products: Collection 6 updates and examples from Terra and Aqua. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens, 55: 502-525, doi:10.1109/TGRS.2016.2610522. [DOI:10.1109/TGRS.2016.2610522] [PMID]
Baum, B., Menzel W. P., Frey, R.. Tobin, D,. Holz, R., Ackerman, S.,( 2012), MODIS Cloud Top Property Refinements for Collection 6, Journal of Applied Meteorology and Climatology, 51: 1145-1163, doi: 10.1175/JAMC-D-11-0203.1 [DOI:10.1175/JAMC-D-11-0203.1]
Baum, B., Menzel W. P., Frey, R.. Tobin, D,. Holz, R., Ackerman, S.,( 2012), MODIS Cloud Top Property Refinements for Collection 6, Journal of Applied Meteorology and Climatology, 51: 1145-1163, doi: 10.1175/JAMC-D-11-0203.1 [DOI:10.1175/JAMC-D-11-0203.1]