فهرست مطالب

ژئوفیزیک ایران - سال سیزدهم شماره 2 (پیاپی 43، تابستان 1398)
  • سال سیزدهم شماره 2 (پیاپی 43، تابستان 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/06/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • شاهین عالم زاده، فرهنگ احمدی گیوی*، علیرضا محب الحجه، محمدعلی نصراصفهانی صفحات 1-18

    در این پژوهش، اثر گرمایش زمین بر مسیرهای توفان اطلس و مدیترانه در فصل زمستان براساس داده های خروجی مدل ماکس پلانک در شبیه سازی های مرحله پنجم از "پروژه مقایسه متقابل مدل جفت شده" موسوم به CMIP5 بررسی می شود. سناریوی تاریخی (historical) برای دوره گذشته و سناریوی RCP8.5 برای دوره آینده به کار رفته است. برای تحلیل مسیر توفان یا فعالیت پیچکی، از پایستاری فعالیت موج استفاده شده است.    بررسی دینامیکی نتایج نشان می دهد که در ترازهای بالای وردسپهر، نحوه تغییرات شدت فعالیت موج و الگوی انتشار و شکست موج در شاخه های شمالی و جنوبی مسیر توفان اطلس، تعیین کننده چگونگی تغییرات فعالیت موج به ترتیب در عرض های شمالی و جنوبی قطاع های جریان سوی خود از اروپا تا سیبری و آسیای میانه و از مدیترانه تا جنوب غرب آسیا است. در فصل زمستان، از غرب اطلس تا آسیای میانه، نواحی بیشینه زوج های واگرایی- همگرایی شار فعالیت موج یا بسته موج ها در عرض های شمالی از شاخه شمالی مسیر توفان اطلس تا اسکاندیناوی و سیبری و در عرض های جنوبی از شاخه جنوبی مسیر توفان اطلس تا مسیر توفان مدیترانه و شمال آفریقا تضعیف و در شاخه مرکزی در مرکز اروپا - دریای سیاه - دریای خزر متمرکز می شوند. سازگار با این موضوع، شار شرق سوی فعالیت موج نیز در عرض های شمالی و جنوبی تضعیف و در عرض های میانی تقویت می شود. این نتایج به معنای تبدیل ساختار دو شاخه مسیر توفان به ساختار تک شاخه مرکزی است. به علاوه، بیشینه شکست واچرخندی موج و بسته موج های مربوط به هر دو مسیر توفان اطلس و مدیترانه و همچنین بسته موج شاخه مرکزی اروپا - دریای سیاه به سمت شرق جابه جا می شوند. این امر سبب افزایش نفوذ بسته موج هر دو شاخه مدیترانه و دریای سیاه به ایران شده است که نتیجه ای امیدوارکننده از نظر اثر بر انتقال فعالیت سامانه های همدیدی به ایران تلقی می شود.

    کلیدواژگان: مسیر توفان، فعالیت موج، گرمایش زمین، CMIP5، سناریوی Historical، سناریوی RCP8.5
  • مهریار علی محمدی، حسین ملکوتی*، مریم راهبانی، مجید آزادی صفحات 19-35
    وابستگی مدل های عددی به محدوده انتخابی، بر دقت نتایج پیش بینی و شبیه سازی طوفان های حاره ای موثر است. در بخش اول این مطالعه، با استفاده از مدل WRF، حساسیت شبیه سازی مسیر و شدت طوفان حاره ای گونو به محدوده های انتخابی تعیین و در بخش دوم، عملکرد داده گواری وردشی سه بعدی در کاهش وابستگی حساسیت شبیه سازی این طوفان به محدوده های انتخابی ارزیابی می شود. نتایج در بخش اول نشان می دهد که علی رغم تفاوت کم در انتخاب محدوده های انتخابی، مسیر های شبیه سازی شده اختلاف زیادی با هم دارند. نتایج در بخش دوم حاکیست که با استفاده از داده گواری داده های ماهواره ای و همدیدی موجود در زمان شروع مدل، کیفیت داده های حدس اولیه به اندازه زیادی ارتقاء پیدا کرده است؛ از این رو، دقت مسیر های شبیه سازی شده در همه محدوده های انتخابی ارتقاء پیدا می کند و باعث کاهش حساسیت شبیه سازی طوفان حاره ای گونو به محدوده انتخابی می شود. صرف نظر از اختلاف زیاد در مسیرهای شبیه سازی شده (به ویژه در حالت بدون استفاده از داده گواری) که به نوبه خود بر شدت طوفان پیش بینی شده تاثیرگذار است، در همه شبیه سازی های انجام شده، شدت طوفان در زمان اوج آن در مقایسه با داده های مرجع سازمان هواشناسی هند (IMD)، بیشتر و در مقایسه با داده های مرجع مرکز مشترک هشدار طوفان (JTWC)، کمتر پیش بینی شد. از آنجاکه دمای سطح دریا تاثیر زیادی بر شدت شبیه سازی طوفان دارد، مدل WRF جفت شده با یک مدل اقیانوسی، جهت تعیین دقیق دمای سطح دریا در طول مدت شبیه سازی می تواند بر دقت نتایج این مطالعه به ویژه شدت طوفان بیفزاید.
    کلیدواژگان: طوفان حاره ای، گونو، داده گواری، WRF
  • رسول میرزایی شیری، سرمد قادر*، علیرضا محب الحجه صفحات 36-50

    با توجه به هندسه تقریبا کروی جو و اقیانوس، حل عددی معادلات حاکم بر این لایه ها نیازمند استفاده از یک شبکه کروی مناسب است. شبکه یین- ینگ یکی از انواع شبکه های هم پوشان است. این شبکه ترکیبی از دو شبکه به نام های یین و ینگ، با یک هم پوشانی مختصر است که هر دو، شبکه هایی متعامد بر پایه شبکه متداول طول و عرض جغرافیایی هستند. هیچ نقطه تکینه ای روی این شبکه وجود ندارد و فاصله بندی شبکه ای آن شبه یکنواخت است. در نقاط مرزی هر دو مولفه شبکه ای آن به استفاده از روش های درون یابی نیاز است. در این پژوهش، معادله فرارفت دوبعدی در یک آزمون موردی استاندارد شناخته شده با استفاده از روش مک کورمک فشرده مرتبه چهارم با پیمایش زمانی رونگ- کوتای مرتبه چهارم روی یک شبکه یین- ینگ به طور عددی حل شده است. برای ایجاد امکان مقایسه نحوه عملکرد الگوریتم توسعه داده شده روی شبکه یین- ینگ، این الگوریتم روی شبکه کروی استاندارد بر پایه طول و عرض جغرافیایی نیز پیاده سازی شده است. نتایج نشان می دهند که استفاده از روش های مک کورمک فشرده مرتبه چهارم برای حل معادله فرارفت دوبعدی در هندسه کروی روی شبکه یین- ینگ، در کاهش هزینه محاسباتی بسیار موثر بوده است، اما با محاسبه خطا با استفاده از نرم های قدرمطلق، مربع و بی نهایت، افزایش خطا در حدود یک مرتبه بزرگی نسبت به حل عددی این معادله با همین روش روی شبکه بر پایه طول و عرض جغرافیایی مشاهده می شود که این خطا می تواند به دلیل استفاده از درون یابی در محاسبات باشد. به هرحال، دقت این روش روی این شبکه قابل قبول است و نتایج کیفی این حل عددی نیز این موضوع را تایید می کنند.

    کلیدواژگان: شبکه یین- ینگ، مختصات کروی، روش مک کورمک فشرده مرتبه چهارم، رونگ- کوتا، معادله فرارفت دوبعدی
  • الهام مومن زاده، فرهنگ احمدی گیوی*، سمانه ثابت قدم صفحات 51-72

    در مقاله حاضر، اثرهای احتمالی نوسان اطلس شمالی (NAO) بر کیفیت هوای شهر تهران بررسی شده است. به این منظور، ابتدا با استفاده از شاخص روزانه NAO و شاخص کیفیت هوای مربوط به دوره های با هوای آلوده و سالم از سال 2007 تا 2016، تاخیر زمانی تاثیر این دورپیوند در هر دوره به دست آمده است. سپس برای بررسی موردی شرایط همدیدی و دینامیکی، داده های روزانه ERA-interim مربوط به ECMWF در بازه زمانی 1979 تا 2017 به کار رفته است.     بررسی ارتباط بین شاخص روزانه NAO و شاخص کیفیت هوای شهر تهران با محاسبه ضریب همبستگی بیانگر آن است که در دوره های هوای آلوده، به طور نسبی فاز مثبت NAO و در دوره های هوای سالم فاز منفی غالب است. نتایج بررسی های موردی در شرایطی که بیشترین همبستگی بین شاخص کیفیت هوای تهران و شاخص روزانه NAO وجود دارد، نشان می دهد در مواردی که فاز NAO مثبت است، با انحراف جریان های جوی به سمت شمال اروپا، فرارفت هوای گرم و مرطوب به این منطقه رخ می دهد، حال آنکه خاورمیانه شرایط سرد و خشک همراه با حرکت های نزولی دارد که می تواند باعث وارونگی دما و انباشت آلاینده ها در این منطقه شود. از سوی دیگر، زمانی که فاز NAO منفی است، مداری و قوی تر شدن جریان ها که با انتقال رطوبت و دمای کمتر از اقیانوس اطلس به سمت شرق همراه است، به بهبود کیفیت هوا کمک می کند.     از دیگر نتایج پژوهش حاضر این است که مکان استقرار کم فشار ایسلند و پرفشار آزورز روی اقیانوس اطلس، جهت محور آنها و مشارکت با پدیده های دیگر به خصوص پرفشار سیبری، تاثیر مستقیم بر مسیر جریان های جوی، ایجاد پشته ها و ناوه ها و همچنین مکان قرارگیری جت های جنب حاره ای و جنب قطبی دارند و به صورت غیرمستقیم بر کیفیت هوا اثر می گذارند.

    کلیدواژگان: نوسان اطلس شمالی، شاخص کیفیت هوا، تاخیر زمانی، ضریب همبستگی، منطقه تهران
  • امید رضا کفایت مطلق، محمود خسروی*، سیدابوالفضل مسعودیان، محمد صادق کیانی کیخسروی، محسن حمیدیان پور صفحات 73-85
    همه اشیایی که دمای آنها بالای صفر مطلق (273- درجه سلسیوس) است از خود انرژی ساطع می کنند. مقدار انرژی ساطع شده از جسم به دمای آن بستگی دارد و بر پایه قانون استفان بولتزمن می توان آن را اندازه گیری کرد. بیشینه انتشار این انرژی در طول موج معینی است که قانون پلانک آن را مشخص می کند. با توجه به دمای سطحی، خورشید بیشینه انرژی خود را در طول موج 48/0 میکرون یعنی در میانه امواج مرئی ساطع می کند درحالی که زمین بیشینه انرژی خود را در طول موج 10 میکرون ساطع می کند. این تابش که از 3 میکرون آغاز و تا 100 میکرون (فروسرخ) ادامه دارد، به نام تابش زمین تاب (Outgoing Longwave Radiation) شناخته شده است. اندازه گیری تابش زمین تاب برای شناخت توازن انرژی و فرایندهای دمایی زمین بسیار با اهمیت است. با توجه به دشواری اندازه گیری این تابش، به کارگیری داده های سنجش ازدور می تواند در شناخت تغییرات زمانی و مکانی آن کمک موثری کند؛ ازاین رو، هدف از پژوهش کنونی، بررسی تغییرات زمانی و مکانی تابش زمین تاب ایران به کمک داده های مرکز ملی هوا و اقیانوس شناسی ایالات متحده آمریکا (NOAA) است. در این پژوهش، نخست داده های میانگین روزانه تابش زمین تاب در بازه زمانی 1/1/1367 تا 29/12/1396 خورشیدی به مدت 10957 روز با تفکیک مکانی یک درجه قوسی از پایگاه ثبت داده های آب و هوایی برداشت شد. بر مبنای نزدیک به 700 میلیون یاخته، میانگین فصلی تابش زمین تاب ایران در هرسال محاسبه شد و برای هر فصل، یک آرایه مکان- زمان در ابعاد 30×154 به دست آمد که سطرهای آن، مکان (یاخته ها) و ستون ها، زمان (فصل) را نشان می دهد. سپس برای هر فصل از سال، آزمون ناپارامتری من- کندال در سطح اطمینان 90 درصد برای هر یاخته جداگانه محاسبه شد. یافته ها نشان داد که در فصول مختلف سال در ایران روند منفی مشاهده نمی شود و تنها در فصل زمستان گستره زیادی از ایران روند مثبت دارد؛ بنابراین، تابش زمین تاب در دیگر فصول سال روندی را نشان نمی دهد. روند مثبت تابش زمین تاب در فصل زمستان به دلیل کاهش ابرناکی و برف در طول دوره موردمطالعه است. همچنین در این پژوهش، میانگین بلند مدت فصلی تابش زمین تاب ایران زمین نیز رسم شد. یافته های بلندمدت فصلی نشان داد که تابش زمین تاب، گذشته از عرض جغرافیایی، از پیکربندی زمین نیز پیروی می کند به طوری که بیشترین تابش زمین تاب در عرض های پایین و هموار (به ویژه فصل تابستان) و کمترین آن، در عرض های بالا و ناهموار (به ویژه فصل زمستان) دیده می شود.
    کلیدواژگان: آزمون روند من- کندال، رطوبت خاک، سنجش ازدور، تابش، تغییرات زمانی- مکانی
  • غلامرضا لطیف شبگاهی*، نوید چینی فروش، مجید آزادی صفحات 86-106
    در این مقاله ضمن ارائه مبانی نظری مدل پنهان مارکوف، ساختار مناسب آن برای مدل سازی سری زمانی باد پیشنهاد و اجرا شده است. مدل پیشنهادی در شناسایی رژیم های حاکم در سری های زمانی باد سطح زمین در فرودگاه امام خمینی آزمایش و برای اجرای آن از داده جمع آوری شده طی چهار سال متوالی استفاده شده است. ضمن ارائه آزمون ایستایی زمانی برای مدل مارکوف مرتبه اول، این آزمون برای مدل پنهان مارکوف توسعه داده شده است و نتایج آزمون ایستایی دو روش مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که آزمون ایستایی زمانی روی داده سرعت باد در مدل پیشنهادی نسبت به مدل مارکوف مرتبه اول در 70 تا 85 درصد موارد بهبود یافته است که این افزایش ایستایی زمانی به معنی به دست آوردن دقت بیشتر در پیش بینی سرعت باد با استفاده از مدل پنهان مارکوف است. اثر تغییر تعداد رژیم ها از دو به سه و چهار، در ماه های مختلف سال بررسی و نتایج آن با نتایج اجرای مدل مارکوف مرتبه اول مقایسه شده است. نتایج نشان از این دارد که با تشخیص و تفکیک رژیم با مدل پیشنهادی، در پیش بینی ارائه شده پراکندگی احتمالات کمتر می شود. درنهایت، با به دست آوردن پیش بینی سرعت باد با روش پیشنهادی و همچنین روش مارکوف مرتبه اول و مقایسه با مقادیر واقعی ثبت شده و محاسبه ریشه مجموع مربعات خطا برای هر دو روش، نشان داده شده است که روش پیشنهادی نتایج بهتری تولید می کند.
    کلیدواژگان: مدل مارکوف پنهان، ایستایی زمانی، سرعت باد، تفکیک رژیم، پیش بینی
|
  • Shahin Alemzadeh, Farhang Ahmadi Givi *, Alireza Mohebalhojeh, Mohammad Ali Nasr Esfahany Pages 1-18

    In this study, the “MPI-ESM-LR” model output from phase 5 of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) is used to assess the response of the North Atlantic (NA) and Mediterranian storm tracks to climate change. Historical scenario is used for the past and RCP8.5 scenario is used as the projection for the future period. The conservation of wave activity is used as a diagnostic tool to investigate the eddy activity dynamics. A pair of large centers of divergence-convergence for the horizontal wave activity flux (wave packet) in the NA region forms the signatures of the NA storm track. The NA storm track has a double-branch structure consisting of northern and southern branches. The Mediterranian storm track is identified by a pair of positive/negative centers of wave activity flux in the west/east of the Mediterranian sea. The convergence area extends from the eastern Mediterranian and north-eastern Africa to the Middle-east and western and south-western parts of Iran. The dynamical analysis of the MPI-ESM-LR results shows that the response of the upper-tropospheirc wave activity, propagation and breaking in the northern and southern branches of the NA storm track to global warming, determines the changes of eddy activity in the northern and southern latitudes in its downstream sectors from Europe to Siberia and from Mediterranean Sea to Southwest Asia, respectively. In winter, intensity and number of wave packets decrease in both northern latitudes from the northern branch of the NA storm track to the Scandinavia and Siberia and southern latitudes in the southern branch of the NA storm track, the Mediterranian storm track and the Northern Africa region, while the central branch of wave activity in the middle and eastern NA and its downstream wave packets in the central Europe–Black Sea–Caspian Sea turns out to be the dominant path for the storm activity in the future. Moreover, the eastward flux of wave activity decreases in both the northern and southern latitudes, while it gets stronger in middle latitudes. These results indicate that the double-branch structure of the storm track in the NA and its downstream region in Europe and west Asia will turn to a single-branch pattern at the end of 21st century. Furthermore, the wave breaking and wave packets maxima associated with both the NA and Mediterranian storm tracks and the central branch of wave activity in the Europe–Black Sea will also undergo an eastward shift. Corresponding to that, the tongue of high values of wave activity in the central Mediterranean will also move to the eastern Mediterranian and the tongue of low values of wave activity in the middle-east will disappear. This leads to a considerable increase in penetration of both the Mediterranian and Black Sea wave packets and wave activity to Iran which may result in higher synoptic wave activity in this country in a warming climate.

    Keywords: storm track, wave activity, Global warming, CMIP5, historical scenario, RCP8.5 scenario
  • Mehryar Alimohammadi, Hossein Malakooti *, Maryam Rahbani, Majid Azadi Pages 19-35
    The dependence of numerical models on the selected domain, in turn, affects the accuracy of prediction and simulation of Tropical Cyclones (TCs) and is considered as a very serious challenge. In the first part of this study, the WRF model was used to determine the sensitivity of the track and intensity of TC GONU to a selective domain. In the second part, the performance of assimilation 3D in order to reduce the dependence of the sensitivity of the TC Gonu simulation to the selective domains was evaluated. The Gonu was the strongest TC occurred over the Arabian Sea. The peak intensity of TC Gonu was estimated 140 knots and 130 knots by Joint Typhoon Warning Center (JTWC) and India Meteorology Department (IMD), respectively. Four domains were separately selected. All of the simulations in this study were initialized at 00 UTC of 2 June for six days. In all simulations, authors used the data from NCEP global final analysis (FNL) on a 1.0°×1.0° grid to provide initial and boundary conditions. Despite the little difference in selective domains, the results in the first section showed the simulated tracks differed compared with each other, considerably. For performing simulations in the second part, the QSCAT, BUOY, METAR, SHIPS, SONDE, and SYNOP data to number 2064, 30, 63, 18, 37, and 208, were used, respectively. The results in the second part showed that assimilation of the satellite and synoptic data at the time of the start of the model, lead to improving quality of the first guess data. Therefore, the accuracy of the simulated tracks in all selected domains was enhanced and reduced the sensitivity of TC Gonu simulation to the selected domain. Regardless of the great difference in simulated tracks, especially in the case of no use of assimilation, which in turn influences the intensification of the TC, in all of the simulations, the simulated intensity during the intensity peak of the TC is higher compared with the IMD reference data and is less compared with JTWC reference data. Since during the simulations, the sea-surface temperature  has been used constantly and on the other hand, the exact values of sea-surface temperature have a significant impact on the intensity of the TC simulation, the WRF model coupled with an ocean model for accurate determination of sea-surface temperature during simulation can improve the accuracy of the results of this study. There is, of course, another way to improve the quality of the results, when results depend on the selective domains. For every domain, one simulation is performed and the average of the simulations is considered (ensemble forecast). The high amount of time spent in this method is considered as serious trouble. It should be noted that in regional models, the sensitivity of simulations to the selected domains is also highly dependent on the boundary conditions, which should be considered.
    Keywords: Tropical Cyclone, Gonu, Data assimilation, WRF
  • Rasoul Mirzaei Shiri, Sarmad Ghader *, Alireza Mohebalhojeh Pages 36-50

    Due to the approximately spherical nature of the atmosphere, oceans and other layers of the Earth and the complex nature of atmospheric and oceanic flows, numerical solution of their governing equations requires using an appropriate coordinate on the spherical geometry. All spherical grids defined for the spherical surface or shell, generally have their own advantages and disadvantages. In general, it can be said that there is no spherical grid which has all the following characteristics: 1- The grid is orthogonal; 2- There is no singularity; 3- There is no grid convergence problem; and defined over entire spherical surface. Thus, we have to discard one of these incompatible conditions. An overset grid is a type of grid that divides a spherical surface into subregions. Yin–Yang grid belongs to the family of overset grids. This coordinate is composed of two grid components named Yin and Yang with partial overlapping at their boundaries. Some of the advantages of the Yin–Yang grids are as follows: 1- Yin and Yang grid components are both orthogonal and based on the conventional latitude–longitude grid; 2- The singular points are absent; 3- The metric factors of the both grid components are analytically known; 4- The grid lengths are uniform approximately; 5- It requires less grid points than the conventional latitude–longitude grid; and 6- We can adapt the available latitude–longitude discretization and codes for the use with the Yin–Yang grids. In addition, we have to use interpolation for setting boundary conditions for the two grid components. The interpolation scheme that has been used in this study is bilinear. In this research, a type of the Yin–Yang grid called the rectangular (basic) is applied to solve the two-dimensional advection equation for a well-known test case using the fourth-order compact MacCormack scheme. Furthere, the fourth-order Runge–Kutta method is used for time stepping. Results show that using the Yin–Ying grids to solve the advection equation is highly effective in reducing the computational cost compared to the conventional latitude–longitude grid, however the use of rectangular Yin–Yang grid entails a lower accuracy than the conventional latitude–longitude grid. In this numerical test, global errors are computed using the absolute-value, Euclidean and maximum norms. By calculating the errors using these norms, there is an order of magnitude increase in the errors in rectangular Yin-Yang grid compared to the conventional latitude–longitude grid. This increase in error can come from the inevitable interpolation process involved in the Yin-Yang grid.

    Keywords: Yin-Yang grid, spherical coordinate, fourth-order compact MacCormack scheme, Runge-Kutta, two-dimensional advection equation
  • Elham Momenzadeh, Farhang Ahmadi Givi *, Samaneh Sabetghadam Pages 51-72

    In this research, the possible effects of NAO, on Tehran air quality during 2007-2016 were investigated. First, the daily indices of air quality of Tehran in the autumn and winter seasons for the study period were applied to identify polluted and unpolluted periods. The 1th ,5th and 9th deciles of the air quality indices were chosen as the indicator for good, middle and bad air qualities. Based on these indices, five polluted and eight unpolluted periods were identified. Then, the daily indices of NAO and air quality of Tehran were used to calculate the Pearson correlation coefficients and discuss the relationships between air quality and the NAO indices. In this regard, we attempted to find out the optimum time lag for each case by examining different times that there was maximum correlation between air quality index and the NAO indices. For dynamical study, the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) (ERA- Interim) reanalysis data set including mean sea level pressure, wind, temperature, geopotential height, and specific humidity in a time period from 1979 to 2017 were used. The horizontal resolution of the initial data is 0.75°×0.75° in longitudinal and latitudinal directions prepared operationally every six hours at 60 levels.  The statistical analysis of the NAO indices shows that in the polluted periods, the positive phase of NAO is dominant, while there is no significant statistical difference between the positive and negative phases of NAO in the unpolluted periods. In general, the unpolluted periods (five cases) are associated mostly with the negative phase of NAO. Because of this limitation, we decided to analyze the synoptic-dynamic situations of all cases using the anomaly maps of the quantities relative to their long means. Thus, it is possible to improve the reliability of the results concerning the the effects of NAO on air quality in Tehran. Synoptic-dynamic analysis of the cases with the highest correlation between Tehran air quality index and NAO daily indices indicates that in the positive phase of NAO, there was advection of warm and humid air to the study area, while the Middle East region had a cold and dry conditions. On the other hand, when NAO was in the negative phase, advection of moist and colder air from the Atlantic Ocean toward the east occurred, thereby existing better air quality in the region. Besides, when polluted air period coincided with the negative phase of NAO, in contrast to the normal situation, the deviation of the Siberian high-pressure axis into the meridian and adhering to the Azores high-pressure created a barrier against the westerly winds causing their meridional deviations. In the unpolluted air periods associated with the positive phase of NAO, in contrast to the normal situation, the positioning of the Atlantic high-pressure at higher latitudes, with respect to the mean state, and joining with the Siberian high-pressure make them act as a barrier in the middle latitudes, thereby existing zonal winds in the study area.

    Keywords: North Atlantic oscillation, Air Quality Index, time lag, Correlation coefficient, Tehran Region
  • Omid Reza Kefayat Motlagh, Mahmood Khosravi *, Abolfazl Masoodian, Mohammad Sadegh Kiani, Mohsen Hamidian Pour Pages 73-85
    All objects whose temperature exceeds absolute zero (-273°C) can emit energy. The amount of energy emitted from the objects depends on their temperature and can be measured according to Stephan-Boltzmann's law. The maximum emission of this energy is at a certain wavelength defined by Planck's law. Regarding the surface temperature of the sun, it emits maximum energy at a wavelength of 0.48 microns, in the middle of visible waves, while the Earth emits its maximum energy at 10 microns (infrared) wavelengths. This radiation which starts from 3 microns and continues to 100 microns (infrared), is known as Outgoing Long Radiation (OLR). Measuring this radiation is very important for understanding the energy balance and the temperature of the Earth. Because of the difficulties in measuring this radiation, the use of remote sensing data can effectively help in understanding the tempo-spatial variations of OLR. The purpose of this study is to estimate the seasonal trend of Iran’s outgoing longwave radiation by using National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) satellites. In this study, the daily mean outgoing longwave radiation data for the period 1988/3/21 to 2018/3/20, with 1° spatial coverage, was extracted on a global scale from the United States Climate Data Record (CDR) database. Then, based on nearly 700 million pixels, the seasonal mean of Iran’s outgoing longwave radiation was calculated for each year, and a time-space matrix was obtained with dimensions of 154*30, for each season. The rows of the matrix are locations (pixels) and the columns are the time (season). For each season of the year, the non-parametric test of Mann-Kendall was calculated at a confidence level of %90 for each individual pixel. The results showed that there was no negative trend in different seasons in Iran, and only in winter, Iran's territory has an extensive positive trend. Hence, the outgoing longwave radiation does not show trends in other seasons of the year. The positive trend of the outgoing longwave radiation during winter is due to cloudiness and snow in most of Iran. Also, in this study, the long-term mean outgoing longwave radiation pattern of Iran was calculated for each season, separately. Findings of the long-term mean of the seasons showed that outgoing longwave radiation depends on latitude and topography of the earth. So, the highest outgoing longwave radiation is seen in low and flat latitudes (especially in summer) and the lowest one is seen in high and uneven latitudes(especially in winter).
    Keywords: Mann-Kendal Trend Test, soil moisture, Remote Sensing, Radiation, The Tempo-Spatial Variations
  • Golamreza Latif Shangahi *, Navid Chiniforoush, Majid Azadi Pages 86-106
    Meteorological time series are used as important input for risk forecasting and related warning systems. Wind is one of the most important atmospheric parameters because of its extensive effects in many industries and fields of human life. Many researches have been carried out to improve forecasting of the wind with the aim of improving output of wind farms, issuing warning for public, detection of wind shear and turbulence in the airports and so on. Generally, there are two main groups of meteorological forecasting methods, one is based on physical relation of atmospheric parameters, and the other is based on historical data. For a long time, time series of wind have been used for forecasting the wind speed. ARMA (Auto-Regressive Moving Average) and Markov model are two important groups of time series analyzing methods. In this paper, the capability of HMM (Hidden Markov Model) is described and used for identification and classification of wind time series. Based on theoretical concept of HMM, a proper method is proposed, and utilized for simulation with real data. The proposed method is based on constructing a multinomial–HMM on wind direction time series. The whole range of possible wind direction (360 degrees) is divided into 16 groups and then categorized to different regimes. Wind forecasting is then carried out based on these separated categories. Temporal stationary test which is well known for Markov chain, is extended for the proposed method and used for its efficiency evaluation. Efficiency of the proposed model is investigated by using real data of IKIA (Imam Khomeini International Airport). A part of the collected data including wind speed and direction is used for constructing of the proposed model and another part is used for its evaluation. The achieved results show that there is improvement in temporal stationary for HMM vs simple Markov model, in 70 to 80 percent of cases. History of the observations in IKIA shows that there are two major wind directions in the area which are related to the local condition: from mountain to the desert in the day times from north-west and from the opposite direction at nights. These are the only important directions in the area in summer when there are no important meteorological phenomena, while in winter one major direction would be added from south-west because of the large scale meteorological systems. Increasing the number of regimes has also significant improvement in temporal stationary in winter times, while there is no important improvement in summer times. This has a good harmony with long term recorded data.
    Keywords: Hidden Markov Model, Temporal stationary, wind speed, regime separation, Forecasting