بی هنجاری میدان باد و کم فشارهای قطبی در جنوبگان

جنوبگان، پنجمین قاره روی کره زمین، سرزمین پهناوری در نزدیکی قطب جنوب است که مانند قلبی تپنده در آهنگ زندگی کره زمین در جهت شکل گیری و کنترل سیستم های جوی-اقیانوسی و تعادل گرمایی آن  نقش آفرینی می کند. همچنین این قاره از جنبه های گوناگون علمی، سیاسی و اقتصادی اهمیت ویژه ای دارد که روز به روز بیشتر مورد توجه کشورهای مختلف قرار می گیرد. پدیده های حدی جوی و اقیانوسی این منطقه تاثیر زیادی در کنترل آب و هوایی کره زمین دارند. یکی از این پدیده های قابل توجه، چرخندهای میان مقیاس قطبی است. این چرخندها در شرایط ویژه ای تبدیل به کم فشارهای قطبی می گردند که شرایط مدل سازی و پیش بینی را سخت تر می کنند. در این تحقیق با استفاده از داده های ماهواره ای اسکترومتری و داده های پس پردازش شده ضمن بررسی آنومالی باد در بازه زمانی 2000-2020، مناطق مستعد شکل گیری چرخندهای میان مقیاس مورد بررسی قرار گرفت و معیارهای شکل گیری کم فشارهای قطبی ارایه گردید.

 منطقه جنوبگان نقش ویژه ای در کنترل دمایی و تعیین اقلیم کره زمین دارد. به دلیل شرایط جغرافیایی جنوبگان، کم فشارهای مختلفی در این منطقه شکل می گیرند و نه تنها بر اقلیم آن منطقه تاثیر می گذارند بلکه در اقلیم کره زمین نقش آفرینی می کنند. چرخندهای میان مقیاس با قطر کمتر از 2000 کیلومتر و سرعت باد سطحی بالاتر از 14 متر برثانیه حاصل از جبهه های اصلی در قطب ها به عنوان کم فشارهای قطبی دسته بندی می گردند. برای بررسی این موضوع از داده های باد سطحی مرکز ملی تحقیقات جو NCEP/NCAR با دقت مکانی 25/0 استفاده گردید. سپس با استفاده از روش آماری چند متغیره توابع متعامد تجربی، آنومالی باد سطحی منطقه  مورد مطالعه استخراج شد. در ادامه، ضمن مطالعه روش های مختلف شناسایی کم فشارهای قطبی، با استفاده از باد سطحی اسکترومتری ماهواره ای، دمای سطحی، دمای 500 هکتوپاسگال و عمر پایداری کم فشار حاصل مجموعه داده های پس پردازش ERA5، چرخندهای میان مقیاس و کم فشارهای منطقه مورد مطالعه، بررسی شد. برای مسیریابی کم فشار قطبی از الگوریتم چرخندیابی و ردیابی تمام ویژگی های چرخندهای میان مقیاس استفاده شد.

ررسی آنومالی بادسطحی با استفاده از توابع متعامد تجربی نشان می دهد، مولفه اول آن بیانگر حدود 51% از کل واریانس باد سطحی است. این مولفه الگوی آنومالی قوی تری را در فصول زمستان نسبت به تابستان دارد (نتایج در این مقاله آورده نشده است) و این مولفه نشاندهنده الگوی باد غالب منطقه است و واریانس شدید در سمت غرب جنوبگان مشاهده می شود. همچنین این مولفه نشان می دهد در بخش خشکی منطقه آنومالی باد بیشتر از بخش اقیانوسی است این می تواند به دلیل ساختار حوضه جنوبگان اتفاق بیافتد. بر این اساس در بخش اقیانوسی منطقه مورد مطالعه،  بر روی دریای آموندسن که در امتداد اقیانوس آرام جنوبی در غرب جنوبگان قرار دارد، آنومالی باد بیشتر از مناطق دیگر اقیانوسی جنوبگان برآورد می شود. این الگو می تواند ناشی از جریانات آب گرم و سرد منطقه باشد که نیاز به مطالعه و بررسی جدی دارد. مولفه دوم آنومالی باد سطحی حدود 20% از واریانس کل را به خود اختصاص داده است. بیشترین مقدار آن را بر روی دریای ودل نشان می دهد در این منطقه پیچه ودل غالب است و می تواند ناشی از اندرکنش جو-اقیانوس و سیستم های جوی حاکم بر روی منطقه باشد. مولفه های سوم و چهارم آنومالی هر کدام حدود 10% از کل واریانس باد سطحی را نشان می دهند. مولفه سوم بیشترین آنومالی در دریای راس و لایه یخی راس غالب است و مولفه چهارم علاوه بر دریای راس و لایه یخی راس  در دریای ودل نیز بیشترین تغییرات را نشان می دهد. بر این اساس  دو پیچه راس و ودل نقش بسزایی در تعیین الگوی باد جنوبگان بازی می کنند. با توجه به معیارهای ارایه شده برای شناسایی چرخندهای میان مقیاس، کم فشارهای قطبی با استفاده از داده های اسکترومتری ماهواره ای و بازتحلیل قابل شناسایی و بررسی است.

  پدیده های حدی در عرض های بالا و نزدیک قطب شمال و جنوب  کره زمین با شدت بیشتری باعث اندرکنش جو-اقیانوس می شوند. سرعت بالای بادسطحی در این مناطق باعث شکل گیری امواج خیلی بلند در سطح اقیانوس‎ های این مناطق می گردد. در بین این پدیده ها یک سری پدیده های کمتر شناخته شده ای مانند کم فشارهای قطبی وجود دارد که اطلاعات کمی از آنها در دسترس است. به طوری که در خیلی از موارد در داده های پس پردازش شده در نظر گرفته نشده است. بنابراین لازم است ضمن استخراج و دسته بندی این کم فشارها عملکرد مدل های دینامیکی جوی و اقیانوسی را ارتقا داد