قابلیت های مدل عددی WRF-Chem در برآورد غلظت گرد و خاک (مطالعه موردی: طوفان گرد و خاک تهران)

اگرچه در سال های اخیر چندین مدل عددی گرد و خاک برای منطقه خاورمیانه ارزیابی شده اند، اما به دلیل وسعت منطقه، توسعه و پیدایش چشمه های جدید گرد و خاک، نیاز است تا تحقیقات جامع تری در ارزیابی مدل های عددی گرد و خاک برای منطقه خاورمیانه صورت گیرد. پژوهشگران گوناگونی مانند Marticorena and Bergametti (1995) ، Shao et al. (1996) ، Marticorena et al. (1997) Shao et al. (2004) با توسعه روش های تخمین انتشار ذرات گرد و خاک با محاسبه فرآیندهایی همچون جهش و خزش ذرات گرد و خاک، و سرعت اصطکاکی آستانه، مدل های یکپارچه فیزیکی فرسایش باد را که قابلیت جفت شدن با مدل های جوی دارند، توسعه دادند. در این پژوهش با استفاده از نسخه 3. 6. 1 از مدل جفت شده WRF-Chem، شبیه سازی برای 2 روز از تاریخ 11 تا 13 خرداد ماه سال 1393 با استفاده از داده های آنالیز GFS به منظور شرایط اولیه و مرزی صورت پذیرفت. در این اجرا از طرحواره پیشرفته MADE-SORGAM به عنوان طرحواره گسیل ذرات معلق جوی استفاده شد. این طرحواره بر پایه مدل دینامیکی مودال برای هواویزها1 در اروپا طراحی شده است که این رهیافت نیز به نوبه خود بر پایه مدل منطقه ای ذرات معلق طراحی شده است. در طرحواره MADE ذرات معلق جوی در سه مد ایتکن با قطر کمتر از 0. 1 میکرومتر، تجمعی با قطر بین 0. 1 تا 2 میکرومتر، و درشت با قطر بزرگتر از 2 میکرومتر با توزیع لوگ-نرمال در فرآیند شبیه سازی کیفیت هوا وارد می شوند. جهت ارزیابی خروجی مدل WRF-Chem، با استفاده از برنامه پس پردازشی NCL، نقشه های توزیع PM10 به همراه غلظت این پارامتر ترسیم شد. خروجی مدل WRF-Chem برای غلظت PM10 و باد سطحی در ساعت 12 روز 12 خرداد ماه سال 1393 نشان داده شده است. در ساعت 12 توده کوچکی در شمال غربی استان تهران مشاهده می شود، به تدریج با گذشت زمان میزان غلظت ذرات افزایش یافته و وزش بادهای غرب و شمال غربی سبب ورود گرد و خاک به داخل شهر تهران می گردد تا جایی که در ساعت 15 کلانشهر تهران را با غلظت زیادی در برگرفته است، پس از آن، ذرات به سمت شرق منتقل شده، گستردگی مناطق تحت پوشش بیشتر می شود ولی غلظت ذرات PM10 کاهش می یابد. نکته قابل توجه این است که اگرچه مدل غلظت زیادی را در مناطق غربی کشور نشان می دهد، که منشاء آن نواحی شرق و شمال شرقی کشور عراق است، چشمه گسیل طوفان گردوخاک شهر تهران را کاملا داخلی و مستقل از آن بدست آورده است. به دلیل وجود برخی محدودیت ها در طرحواره MADE برای مناطق با وضعیت زمین شناختی پیچیده، خروجی این طرحواره ممکن است در برخی نقاط دارای بیش برآورد یا کم برآورد باشد. همین طور در صورت وجود خطا در الگوی کاربری اراضی و جنس خاک از نظر فرسایش پذیری که نقش تعیین کننده در برآورد غلظت گرد و خاک دارد، نتایج خروجی مدل می تواند با واقعیت اختلاف داشته باشد. مناطقی از حوضه شبیه سازی مانند شرق دریای خزر و ترکمنستان عموما دارای غلظت های بالای گرد و خاک است که در مقایسه با مقادیر عمق نوری ذرات گرد و خاک حاصل از سنجنده MODIS مشخص می گردد که مقادیر قابل توجهی از گرد و خاک بر فراز بخش هایی از دریای خزر تجمع یافته است.