فهرست مطالب

فیزیک زمین و فضا - سال چهل و ششم شماره 2 (تابستان 1399)
  • سال چهل و ششم شماره 2 (تابستان 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/05/01
  • تعداد عناوین: 13
|
  • رامین ورفی نژاد*، بهروز اسکوئی صفحات 191-203

    با توجه به آن که ساختارهای زیر سطح در حالت کلی سه بعدی هستند، وارون سازی سه بعدی داده های مغناطیس سنجی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. مساله وارون سازی دارای دو نوع عدم یکتایی است: عدم یکتایی جبری و عدم یکتایی نظری به دلیل قضیه گاوس. از طرف دیگر، تغییرات کم در مقدار داده ها به دلیل وجود نوفه باعث تغییرات شدیدی در تخمین پارامترهای مدل می شود و این به معنای ناپایداری مساله وارون سازی است. برای رفع این مشکلات می توان از قیدهای مختلف و اطلاعات اولیه بهره گرفت. در اینجا از الگوریتم وارون سازی بولانگر و شوتو استفاده خواهیم کرد که برای وارون سازی سه بعدی داده های گرانی سنجی معرفی شده است. در این الگوریتم سه قید همواری، فشردگی و وزن دهی عمقی به کار گرفته شده است. قید عمقی قبلا در وارون سازی داده های مغناطیس سنجی و گرانی سنجی به کار گرفته شده است، اما از قید فشردگی در وارون سازی داده های مغناطیس سنجی به ندرت استفاده شده است. برای بررسی کارایی الگوریتم، از داده های مصنوعی حاصل از 1) مدل بلوک و 2) مدل دایک قایم و شیب دار استفاده شده است و مدل های بازیابی شده برای حالت بدون نوفه و با نوفه دلالت بر تفکیک پذیری خوب الگوریتم دارد. برای بررسی کارایی عملی الگوریتم پیشنهادی، این الگوریتم بر روی داده های برداشت شده در ناحیه ای از شهر قدیمی پمپی در ایتالیا اعمال شده است. نتایج حاصل از وارون سازی با استفاده از این الگوریتم، انطباق خوبی را با واقعیت نشان می دهند.

    کلیدواژگان: مغناطیس سنجی، وارون سازی، قید فشردگی، وزن دهی عمقی، مدل مصنوعی
  • سعید فرزانه*، عبدالرضا صفری، کمال پروازی صفحات 205-223
    در روش کمترین مربعات نیازمند به کارگیری دو مدل تابعی و مدل تصادفی برای برآورد دقیق مجهولات هستیم. در این تحقیق به بررسی و مقایسه 9 مدل تصادفی مبتنی بر زاویه ارتفاعی ماهواره ها پرداخته شده است. این 9 مدل تصادفی در قالب معادلاتی از چهار خانواده توابع مثلثاتی ، ، توابع مثلثاتی بهبودیافته و توابع نمایی بیان شده اند. برای این منظور از مشاهدات ماهواره ای مربوط به یک نقطه در دو اپک زمانی استفاده شده که جابه جایی کنترل شده آن توسط ابزار دقیق به آن اعمال شده است. با توجه به نتایج ارایه شده بالاترین دقت مربوط به استفاده از مدل تصادفی توابع مثلثاتی بهبودیافته می باشد. نهایتا به کمک مدل انتخاب شده، میانگین دقت برای مختصات به دست آمد. میانگین دقت برای مولفه شرقی بین 03/0 تا 8/2 میلی متر و برای مولفه شمالی بین 04/0 تا 1/3 میلی متر به دست آمد. با توجه به دقت به دست آمده برای مولفه های مختصاتی افقی به کمک مدل هشت به عنوان بهترین مدل تصادفی، تعداد اپک های کمتری برای رسیدن به سطح دقت دسی متر، سانتی متر و میلی متر مورد نیاز می باشد. به گونه ای که برای نقطه موردنظر تعداد 277 اپک برای مولفه شرقی و تعداد 405 اپک برای مولفه شمالی برای رسیدن به سطح دقت میلی متر مورد نیاز می باشد. در ادامه با درنظرگرفتن شرط همگرایی 5 سانتی متر (درنظرگرفتن اختلاف 5 سانتی متر برای دو اپک متوالی و برقراری این شرط تا اپک انتهایی) برای مولفه های افقی شرقی و شمالی با توجه به مدل هشت، شرط همگرایی بعد از 5 دقیقه و 50 ثانیه برای مولفه شرقی و بعد از 8 دقیقه و 5 ثانیه برای مولفه شمالی قابل دست یابی می باشد.
    کلیدواژگان: سیستم تعیین موقعیت جهانی، تعیین موقعیت دقیق نقطه ای، مدل تصادفی، سرعت همگرایی، کمترین مربعات
  • زهرا اسماعیلی، رضا قناتی*، محمدکاظم حفیظی صفحات 225-246

    در وارون سازی داده های سونداژ تشدید مغناطیسی از لحاظ فضای داده ای، 2 نوع الگوریتم تا کنون ارایه شده است: وارون سازی دامنه اولیه و وارون سازی پله زمانی. دو روش مذکور صرفا بخشی از داده ها را جهت وارون سازی استفاده می کنند و امکان ارایه یک جواب پایدار با تفکیک پذیری عمقی مناسب در فرآیند وارون سازی وجود ندارد، در حالی که استفاده از شکل موج کامل سیگنال تشدید مغناطیسی (کل فضای داده) علاوه بر تخمین همزمان محتوای آب و زمان آسایش موجب افزایش پایداری و تفکیک پذیری مدل های محتوای آب و زمان آسایش می شود. سیگنال های آسایش تشدید مغناطیسی به طور ذاتی یک رفتار چند-نمایی نشان می دهند که ناشی از بر هم نهی سیگنال های منتج شده از لایه ها یا حجم های زیر سطحی است که ویژگی های زمان آسایش متفاوتی دارند. بنابراین در این تحقیق با در نظرگرفتن رفتار چندنمایی در مدل سازی سیگنال سونداژ تشدید مغناطیسی و در نتیجه حل یک مساله وارون غیرخطی و مقیدسازی آن با استفاده از توابع تبدیل، امکان برآورد یک توزیع واقعی تر از پارامترهای هیدروژیوفیزیکی در برابر عمق به وجود می آورد. نتایج عددی بر روی مدل های مصنوعی و داده های واقعی با هدف مقایسه میزان پایداری و تفکیک پذیری روش پیشنهادی و روش دامنه اولیه، نشان می دهد که استفاده از فضای کل داده ها امکان برآورد دقیق تر از محتوای آب و زمان آسایش نسبت به عمق وجود دارد. همچنین یک تحلیل عدم قطعیت در نتایج وارون سازی داده های صحرایی با استفاده از روش بوت استرپ ارایه می شود.

    کلیدواژگان: سونداژ تشدید مغناطیسی، وارون سازی غیرخطی، توزیع محتوای آب جزیی، زمان آسایش
  • لیلا میرزایی، محمدکاظم حفیظی*، محمدعلی ریاحی صفحات 247-264

    با توجه به رشد سریع جمعیت و تغییرات اقلیمی انتظار می رود در آینده نزدیک منابع آب زیرزمینی به طور فزاینده ای جهت تامین آب شرب مورد استفاده قرار گیرند. روش های مقرون به صرفه و کارآمد برای اکتشاف آب های زیرزمینی به ویژه در مناطق آهکی می توانند به عنوان ابزاری مناسب جهت شناخت پتانسیل هیدروژیولوژی کارستی به کار گرفته شوند. این مقاله روش اکتشافی مبتنی بر سنجش از دور و GIS را به منظور شناسایی نواحی با پتانسیل بالا آب زیرزمینی و توموگرافی ژیوالکتریک را به منظور تعیین محل دقیق حفاری چاه های آب ارایه می دهد. در این مطالعه یک مدل هیدرو-تکتونیکی شامل لایه های موثر بر هیدروژیولوژی کارست، برای تشخیص مناطق با پتانسیل آب زیرزمینی زیاد در کارست ایذه، شمال شرق خوزستان، به کار گرفته شد. سنجش از دور همراه با GIS برای تلفیق لایه های فاصله از منطقه تخلیه، اختلاف تراز ارتفاعی، چگالی شکستگی ها، شیب، و چگالی تقاطع شکستگی ها به کار گرفته شد. وزن پارامترهای مدل براساس اهمیت آنها بر هیدروژیولوژی کارست بین 1 تا 5 تعیین شد. به منظور تعیین محل دقیق نقاط مناسب حفاری در مناطق با پتانسیل زیاد، عملیات داده برداری ژیوالکتریک در دو پروفیل با آرایه دوقطبی-دوقطبی انجام، و سپس توموگرافی مقاومت ویژه الکتریکی دوبعدی در مناطق انجام شد. براساس نتایج توموگرافی ژیوالکتریک در آهک آسماری ایذه، مقاومت ویژه الکتریکی زیاد (بین 200 تا 1000 اهم متر) بیانگر آهک خشک می باشد که در هنگام وجود آب در آنها مقاومت ویژه الکتریکی (تا حدود 50-150 اهم متر) کاهش می یابد. حفرات خشک با بی هنجاری مقاومت ویژه الکتریکی در پروفیل جاموشی با مقاومت ویژه الکتریکی حدود 400 اهم متر و در سایت غرب ایذه با مقاومت ویژه الکتریکی بسیارزیاد (1500 تا بیش از 2000 اهم متر) در زمینه آهکی قابل تشخیص است. لایه های مارنی و آهک مارنی با نفوذپذیری کم، می توانند با مقاومت ویژه الکتریکی بسیارکم (کمتر از 20 اهم متر) از لایه های آهک آب دار (حدود 100 تا 200 اهم متر) تشخیص داده شوند. حفاری یک حلقه چاه آهکی با آبدهی زیاد (61 لیتر در ثانیه) و افت کم (48/0 متر) در پاییز 1398 در کارست غرب ایذه نمایانگر کارآیی تلفیق روش های اکتشافی به کار گرفته شده می باشد.

    کلیدواژگان: اکتشاف آب زیرزمینی، کارست، توموگرافی مقاومت ویژه الکتریکی، سنجش از دور، خوزستان
  • وحیده قربانعلی زاده، سید خلیل متقی*، فرهاد ثبوتی صفحات 265-276

    در این مقاله نتایج تحلیل و مهاجرت به عمق توابع گیرنده S در شمال غرب ایران ارایه می شود. شبکه لرزه نگاری مورد استفاده در این مطالعه شامل 23 ایستگاه باند پهن و متوسط است که از ساحل غربی دریای خزر آغاز شده و تا ساحل شرقی دریاچه ارومیه در امتداد یک خط تقریبا مستقیم با جهت گیری شرقی-غربی و عمود بر رشته کوه های تالش ادامه می یابد و از مجاورت آتش فشان های سهند و سبلان می گذرد. زلزله های دورلرز ثبت شده از زلزله های رخداده در فاصله رومرکزی 55 درجه تا 85 درجه و بزرگای بیش از 5/5 که از بانک داده جمع آوری شده در بازه زمانی آگوست 2008 تا جولای 2012 استخراج شدند و توابع گیرنده S با واهمامیخت مولفه شعاعی از مولفه قایم به دست آمد. نتایج حاصل از بر هم انبارش این توابع گیرنده S نشان می دهد که شمال غرب ایران دارای لیتوسفر نسبتا نازکی است که ضخامت آن در بیشتر مناطق برابر با 10±80 کیلومتر است و در زیر سبلان به 10±120 کیلومتر افزایش می یابد. به نظر می رسد نازک بودن لیتوسفر تطابق نزدیکی با وجود بی هنجاری های دمایی در شمال غرب ایران دارد. پوسته و لیتوسفر در زیر آتش فشان سبلان نسبت به نواحی اطراف ضخیم تر است که می تواند ناشی از همگرایی بلوک خزر جنوبی و لیتوسفر قاره ای شمال غرب ایران باشد. به علاوه نتایج ما یک پله در مرز موهو در زیر کوه های تالش را آشکار می کند که به نظر می رسد به علت مجاورت پوسته خزر جنوبی و پوسته قاره ای شمال غرب ایران در این منطقه باشد.

    کلیدواژگان: شمال غرب ایران، تابع گیرنده S، مرز موهو، ضخامت لیتوسفر
  • فرحناز تقوی* صفحات 277-294

    دراین مطالعه سری های زمانی بی هنجاری دمای سطح زمین (LST، Land Surface Temperature) در محدوده فروسرخ گرمایی از تصاویر سنجنده مادیس (MODIS) برای پیش نشانگری زمین لرزه سراوان با بزرگای 7/5 درروز 16 آوریل 2013 در استان سیستان وبلوچستان با بهره گیری از الگوریتم های پردازش تصویر پنجره مجزا (SWT، SplitWindow Technique) بنام ساب مایو (SobMao) مورد بررسی قرار گرفته است. در این الگوریتم با استفاده از معادله تابش و تعیین ضرایب گسیلمندی زمینی و عبوردهی جوی براساس باندهای فروسرخ نزدیک، مریی و گرمایی بی هنجاری در سری زمانی پارامتر LST محاسبه و بررسی شد. در این تحقیق تغییرات روزانه پارامتر LST در بازه زمانی دو هفته (از روز 100 تا روز 112 در سال 2013) یعنی یک هفته پیش از زمین لرزه سراوان و یک هفته پس از آن در منطقه براساس تصاویر مادیس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج پردازش تصاویر بیانگر افزایش پارامتر LST یا بی هنجاری مثبت گرمایی گسترده در منطقه سراوان پیش از زلزله است، به طوری که در روز 12 آوریل سال 2013 مصادف با چهار روز پیش از زمین لرزه بی هنجاری گرمایی به بیشینه مقدار خود رسیده است. نتایج بیانگر وجود بی هنجاری های مثبت گرمایی در وسعتی از 50 تا 500 کیلومتر طول در منطقه است، که به سرعت از لحاظ گسترش منطقه ای تغییر کرده است و به شدت دچار افت وخیز شده است، به طوری که بیشینه بی هنجاری گرمایی دمای سطح زمین چهار روز پیش از زمین لرزه ظاهر شده و یک روز پیش از زلزله ناپدید شده است. تغییرات LST در این زلزله، از یک الگوی تقریبا مشابه مطالعه سراف و همکاران (2007) که از حسگر رادیومتر پیشرفته با توان تفکیک بالا استفاده کرده است و نتایج مطالعه فروند (2004) پیروی می کند. با توجه به نتایج در زمین لرزه سراوان تعیین بی هنجاری پارامتر LST می توانست به عنوان پیش نشانگر زلزله مورد توجه قرار گیرد.

    کلیدواژگان: بی هنجاری گرمایی، پیش نشانگر، زمین لرزه سراوان، سنجنده مادیس
  • نوشین خدام*، سحر تاج بخش، عباسعلی علی اکبری بیدختی، ساویز صحت کاشانی، عباس رنجبر سعادت آبادی صفحات 295-312

    در این مقاله وضعیت جوی منطقه جنوب شرق ایران در فصل تابستان با تاکید بر ویژگی های لایه مرزی سیاره ای تحلیل شده است. بررسی الگوهای میانگین بلندمدت 30 ساله (2016-1987) با استفاده از داده های باز تحلیل شده Era-Interim نشان می دهد که در فصل تابستان در تراز 850 هکتوپاسکال، یک هسته کم فشار گرمایی با میانگین دمای بیشتر از 28 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی کمتر از 20 درصد روی منطقه موردمطالعه مستقر می شود و میانگین ارتفاع لایه مرزی در این استان کمتر از 800 متر است. روند تغییرات کمیت های هواشناختی در 5 ایستگاه همدیدی در استان سیستان و بلوچستان با استفاده از داده های دیدبانی شده نیز به تفکیک مطالعه شد. در ایستگاه زابل کاهش فشار همراه با افزایش دما و کاهش بیشینه سرعت باد با کاهش رطوبت نسبی در این بازه زمانی همراه است. روند تغییرات بلندمدت شاخص طوفان خاک که با استفاده از داده های دیدبانی محاسبه شد، ازنظر آماری معنی دار نیست. اما افزایش شاخص طوفان خاک طی سال های 2001 تا 2015 به طور معنی داری با کاهش دید افقی و افزایش بیشینه سرعت باد اتفاق افتاده است.کمیت عمق نوری هواویزها که از سنجنده MODIS دریافت شد نیز در طی 16 سال اخیر در ایستگاه زابل روند نزولی را طی کرده است. همچنین بررسی اثر موسمی هند به عنوان یک پدیده بزرگ مقیاس در نزدیکی این منطقه با استفاده از داده های باز تحلیل شده NCEP/NCAR نشان داد که با افزایش شدت موسمی هند ارتفاع ژیوپتانسیلی در ترازهای پایین تر از 700 هکتوپاسکال در بخش های شمالی و مرکزی استان سیستان و بلوچستان به طور معنی دار کاهش پیدا می کند.

    کلیدواژگان: استان سیستان و بلوچستان، لایه مرزی، فصل تابستان، موسمی هند، گرد و خاک
  • نفیسه سیدنژاد گل خطمی، جواد بذرافشان*، آرزو نازی قمشلو، پرویز ایران نژاد صفحات 313-329

    نمایش و کمی کردن چگونگی تاثیرگذاری سیگنال های بزرگ مقیاس اقلیمی بر بارش منطقه ای و جهانی یکی از مسایل مورد توجه محققان است. رهیافت جدید تحلیل شبکه امکان بررسی سامانه های پیچیده ای مانند اقلیم را فراهم می سازد. هدف این پژوهش، بررسی سیگنال اقلیمی نوسان اطلس شمالی NAO بر بارش های ایران با رهیافت تحلیل شبکه است. داده های باز تحلیل بارش روزانه از پایگاه داده ERA-Interim و شاخص روزانه NAO در ماه های سرد سال، نوامبر تا آوریل 1979-2016 دریافت شدند. میانگین متحرک هفتگی داده ها با هدف هموارسازی تغییرات بارش محاسبه و ضریب همبستگی متقابل پیرسون پیراسته  برای تصحیح اریبی ضریب همبستگی پیرسون استفاده شد. سال هایی که NAO بیشترین فعالیت را در فازهای منفی و مثبت داشته به عنوان فاز مثبت و منفی قوی درنظرگرفته شده اند. شبکه ها بر اساس چگالی ثابت 05/0 ایجاد و توزیع درجه راس آنها بررسی شد. درجه راس نشان دهنده میزان همبستگی معنی دار میان سری زمانی بارش نقاط شبکه است. نتایج نشان داد که تاثیرپذیری بارش ها در ایران از فازهای NAO به خوبی قابل نمایش، تجزیه و تحلیل با رهیافت شبکه است. بارش در فاز منفی NAO همراه با افزایش درجه راس به طور ویژه در شمال غرب و سپس جنوب غربی کشور است. آستانه انتخاب ضرایب همبستگی معنی دار در فاز منفی از 42 صدم به 46 صدم افزایش یافت. همچنین، این شبکه در فاز مثبت NAO همراه با افزایش درجه راس در جنوب کشور و افزایش آستانه شبکه از 42 صدم در سال های عادی به 43 صدم است.

    کلیدواژگان: NAO، ایران، بارش، همبستگی متقابل پیرسون پیراسته، تحلیل شبکه
  • سجاد زرشکیان، داریوش منصوری* صفحات 331-345
    تحقیق حاضر با هدف ارزیابی انرژی گرمایی اقیانوسی در مناطق فراساحلی دریای خزر؛ تغییرات قایم دمای آب با استفاده از داده های اندازه‏گیری شده دمای مقطع قایم سازمان یونسکو و دمای سطحی آب پایگاه داده ای مرکز پیش بینی هواشناسی میان مدت اروپا (ECMWF, Eropean Center for Medium range Weather Forecasting) و همچنین اندازه گیری‏های میدانی مقطع قایم دما در مناطق عمیق حوضه جنوبی دریای خزر بررسی شده است. بر این اساس میانگین اختلاف دمای قایم آب به صورت ترموکلاین های روزانه، ماهانه، فصلی و دایمی برای داده‏های سازمان یونسکو و اندازه گیری‏های میدانی دریای خزر بررسی و امکان استفاده از انرژی گرمایی اقیانوسی در میادین نفت و گاز فراساحلی دریای خزر ارزیابی شده است. یافته ها نشان می دهند امکان استحصال انرژی گرمایی اقیانوسی تنها در حوضه جنوبی و در ماه های جولای آگوست و سپتامبر میسر است به طوری که قسمت شرقی این حوضه از بیشترین ضریب بهره وری جهت استحصال انرژی گرمایی برخوردار است. بررسی روزانه دمای سطح آب و اختلاف دما قایم آن با عمق 200 متری دریای خزر در این ماه ها نشان می دهد که در بهترین شرایط حوضه جنوبی به طور میانگین 64 روز از سال امکان استحصال انرژی گرمایی اقیانوسی با حداقل اختلاف دمای 20 درجه سانتی گراد را دارد. و تنها میادین سردار جنگل، شاه دنیز، گانشلی و آذری امکان استحصال این انرژی را به طور میانگین به ترتیب در 54، 34، 31 و 31 روز از سال دارند.
    کلیدواژگان: انرژی های تجدید پذیر، انرژی گرمایی اقیانوسی، ترموکلاین، سکوهای نفت و گاز، دریای خزر
  • احد صابر*، مریم میهمی، امیر معصومی صفحات 347-354
    داده های روزانه دید افقی، دما و وضعیت جوی برای تمامی 10359 روز داده ثبت شده ایستگاه هواشناسی شهر زنجان بین سال های 1973 تا 2017 به همراه داده های نمای آنگستروم و عمق اپتیکی هواویزها برای 1269 روز داده ایستگاه شیدسنجی زنجان بین سال های 2010 تا 2017 مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان داد که دید افقی در ماه های سردتر سال کاهش پیدا می کند که دلیل آن به شرایط جوی بارانی‏، مه و برفی نسبت داده شد. ارتباط معناداری بین افزایش غلظت غبار به عنوان هواویز غالب جوی شهر زنجان با کاهش دید افقی دیده نشد. در بازه آماری مورد بررسی تعداد 76 روز غباری ثبت شد که متوسط دید افقی آنها (9 کیلومتر)‏ تنها دو کیلومتر از متوسط دید افقی تمامی روزها (11 کیلومتر) کمتر بود. در پایان به این نتیجه رسیدیم که هواویزهای جوی زنجان از چشمه های غباری خارجی منشا می گیرند و بیشتر آنها بدون نشست قابل ملاحظه در نزدیکی سطح و در ارتفاعات بالای جوی به جاهای دیگر منتقل می شوند و درنتیجه نمی توانند عامل اصلی کاهش دید افقی باشند.
    کلیدواژگان: دید افقی، عمق اپتیکی هواویزها، دما، همبستگی، زنجان
  • الهام پیشداد*، بهلول علیجانی، عباسعلی علی اکبری بیدختی، مهری اکبری صفحات 355-376

    آلودگی هوا و تغییرات اقلیم دو معضل کنونی جوامع انسانی هستند که از طریق فرآیندهای تابشی، دینامیکی و شیمیایی باهم مرتبط بوده و برهم تاثیر متقابل دارند. افزایش آلاینده های اصلی هوا طی واکنش های شیمیایی و فتوشیمیایی در جو با برهم زدن تعادل انرژی کره زمین سبب واداشت تابشی شده و دستاوردهای سریع منفی آب وهوایی همچون گرمایش جوی را به همراه دارند. با توجه به اهمیت این مساله و باهدف دست یابی به یک رویکرد یکپارچه و مشترک در کاهش آلودگی هوا و تعدیل تغییرات آب وهوایی، آگاهی از وضعیت آلاینده های اصلی از دیدگاه تغییرات اقلیمی امری ضروری است. در این پژوهش جهت مطالعه وضعیت سالانه، فصلی و ماهانه بلندمدت (1396-1381) شاخص (AQI) و غلظت شش آلاینده  از داده های شرکت کنترل کیفیت هوای تهران و برای تحلیل آماری از روش آماری برآورد (تخمین) روند خطی سری زمانی، توزیع فراوانی و محاسبه درصد تغییرات استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که سطح غلظت اکثر آلاینده ها (به استثناء CO-  بهبودیافته) بیش از دو تا 4 برابر حدود استانداردهای ملی و بین المللی است. متوسط شاخص (AQI) سالانه نیز در سال های اخیر (1396-1389) با آلاینده معیار () رشد نامطلوب 11% داشته که این افزایش در زمستان به عنوان نامطلوب ترین پیک آلودگی فصلی با رشد 24% در شاخص کیفی و 70% در فراوانی روزهای آلوده همراه بوده و بیشینه ماهانه آن نیز در آذر و دی است. لذا تدوین استراتژی های میان مدت سخت گیرانه تر در کاهش گسیل آلاینده های جوی نه تنها در بهبود آلودگی کلان شهر تهران موثر است بلکه می تواند همسو با تلاش های بین المللی سیاست های بلندمدت در تعدیل تغییرات اقلیمی را پشتیبانی کند.

    کلیدواژگان: غلظت، شاخص AQI، آلاینده معیار (CAP)، روند، تغییر اقلیم، تهران
  • احسان صابریان*، رسول خوشه شاهی صفحات 377-394

    در این مقاله، با به کارگیری جدیدترین یافته ها در مدل توزیع کاپا برای پلاسماهای فضایی غیرتعادلی، امواج غبار-صوتی در یک پلاسمای غباری شامل ذرات سنگین غبار با بار منفی و توزیعی از الکترون ها و پوزیترون های فوق گرمایی مطالعه شده اند. توزیع سرعت ها در این مدل توسط یک شاخص طیفی ناوردا که مستقل از تعداد درجات آزادی سیستم است، و پارامتر  که معرف تعداد درجات آزادی سیستم است، برچسب زده می شود. در تحلیل خطی، رابطه پاشندگی امواج غبار-صوتی مطالعه شده است و در آنجا یک سرعت صوت تعمیم یافته وابسته به متغیرهای مساله و دربرگیرنده حالت های تعادلی و غیرتعادلی محاسبه شده است. در تحلیل غیر خطی و با به کار گیری سرعت صوت به دست آمده، امواج غبار-صوتی سالیتونی با استخراج یک معادله انتگرال انرژی و تحلیل آن مطالعه شده اند. شرایط تشکیل چاه پتانسیل برای انتشار امواج سالیتونی غبار-صوتی، محدوده مجاز دقیق عدد ماخ و نقش پارامترهای سرعت سالیتون، شاخص طیفی و درجات آزادی وابسته به پتانسیل اختلالی در انتشار امواج سالیتونی غبار-صوتی به صورت پارامتری و عددی بررسی شده اند. نشان دادیم که آستانه عدد ماخ به شاخص آدیاباتیک ذرات با توزیع کاپا ارتباط دارد. به علاوه، وقوع سالیتون های غبار-صوتی با پلاریته منفی امکان پذیر است. حالت های نزدیک و دور از تعادل گرمایی مطالعه شده اند و نتیجه شده است که در نواحی دور از تعادل گرمایی، امکان وقوع سالیتون های زیرصوتی وجود دارد و در آن نواحی امواج غبار-صوتی سالیتونی با دامنه و شیب پالس بیشتر منتشر می شوند.

    کلیدواژگان: موج غبار-صوتی، پلاسمای فضایی، شاخص کاپای ناوردا، درجات آزادی اختلالی، سالیتون
  • پردیس رفعتی، مریم رضازاده* صفحات 395-408
    با توجه به تاثیرات الگوهای دورپیوند بر پارامترهای جوی و اقیانوسی در مناطق مختلف، همبستگی سه الگوی دورپیوند نوسان اطلس شمالی (NAO)، دوقطبی اقیانوس هند (IOD) و نوسان جنوبی ال نینو (ENSO) با بی هنجاری دمای سطح دریای خلیج فارس در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور داده های درون یابی بهینه دمای سطح دریا (OISST) و شاخص چند متغیره ENSO (MEI.V2)،IOD  و NAO در دوره 2018-1982 تحلیل شده است. روند افزایشی سری زمانی دمای سطح دریا ناشی از گرمایش جهانی در بازه 2018-1982 به روش کمترین مربعات خطی به مقدار °C4/0 بر دهه محاسبه شده است. توزیع مکانی روند نشان دهنده بیشترین مقدار در شمال غرب خلیج فارس در حاشیه استان خوزستان و کشور کویت و کمترین مقدار در شرق و جنوب شرق خلیج فارس است. با استفاده از روش همبستگی پیرسون بیشترین همبستگی با شاخص ENSO و به میزان 23/0- با تاخیر 4 ماهه و کمترین همبستگی با شاخص IOD به میزان 16/0 با تاخیر 13 ماهه برآورد شده است. توزیع مکانی همبستگی شاخص الگوهای دورپیوند با بی هنجاری دمای سطح دریا، نشان می دهد که مرکزی با بیشینه همبستگی قابل تمایز از نواحی دیگر در خلیج فارس یافت نشده است.
    کلیدواژگان: همبستگی، NAO، IOD، ENSO، دمای سطح دریا، خلیج فارس
|
  • Ramin Varfinezhad *, Behrooz Oskooi Pages 191-203

    Inversion of magnetic data is the most important step in the interpretation of magnetic anomalies. Availability of 3-D inversion of magnetic data is required because earth material properties generally change in all three special dimensions. Magnetic data inversion has two main problems about non-uniqueness and instability of the solution which can be obviated by using constraints and a priori information. Non-uniqueness is the consequence of two ambiguities: I) following Gauss theorem, there are many equivalent sources that can produce the same known field at the surface (theoretical ambiguity), II) since the parameterization of the problem is such that there are more unknowns than observations, the system does not provide enough information in order to uniquely determine model parameters (algebraic ambiguity). Every measurement of data on the earth’s surface contains some noise which imposes large changes on the inverse solution, therefore the problem is also ill-posed. There are many constraints including compactness, minimization of inertia around an axis or a point, depth weighting and etc. Different combinations of these constraints in the objective function lead to different algorithms each of which are appropriate for some cases. In this paper, inversion algorithm proposed by Boulanger and Chouteau are utilized for the 3-D inversion of magnetic data. This technique was introduced for inversion of gravity data. Their algorithm takes the advantage of a model weighting matrix derived by multiplying compactness, hardness and depth weighting constraints. Furthermore, smoothness matrix is also inserted in the algorithm. Compactness constraint, introduced by Last and Kubic, try to minimize the volume of the anomalous body in 3-D. Hardness constraint, represented by P, is a diagonal matrix for which diagonal elements pii is fixed at 10-2 or 1 depending on whether the value of the ith initial susceptibility is fixed by geological information or not. Depth weighting function, introduced by Li and Oldenberg, is used to counteract the natural decay of the kernel, so all the cells have an equal probability during the inversion. The subsurface is discretized into a lot of cells for which the susceptibility of each cell is assumed to be constant. The model parameter, susceptibility contrast, is also limited to lower and upper bounds. This algorithm was programmed in MATLAB software, and its efficiency was investigated by applying it on synthetic and real data. The first synthetic model is a cube and inversion process was done for free-noisy and noisy data (5 % random noise) and in both cases recovered models were satisfactory. The second case is the model of vertical and dip dykes as a more complex synthetic example. Inverting free-noisy data leads to the exact recovering of true model. The reconstructed model obtained from noisy data actually represented an acceptable model. Therefore, results of synthetic cases were promising enough and convince us in order to apply the algorithm to real cases. Finally, the algorithm was applied two real profiles related to the archeological data sets of an area in old Pompeii city near Naples in Italy. Both profile lengths are 35.5 m with interval sampling of 10.4 cm. Inversion result of the data using this 3-D algorithm represents anomalies that are in a good agreement with subsurface anomaly positions.

    Keywords: compactness, depth weighting, inversion, magnetic, synthetic model
  • Saeed Farzaneh *, Abdolreza Safari, Kamal Parvazi Pages 205-223
    Due to the importance of using an accurate stochastic model in estimation of the coordinates of points using the GNSS observation method, this study investigates the role of the elevation angle-dependent stochastic model. The least-squares estimation method is usually used in processing GNSS observations. This method requires the use of two essential models, one is functional model and the other is stochastic model. The functional model illustrates the relationship between observations and unknown parameters. The stochastic model presents the covariance matrix and the statistical properties (expectation) and dispersion of errors in observation, which expresses the accuracy and the correlation between the types of observations. A precise and detailed stochastic model for observations, expresses the receiver's internal noise, residual errors, and the correlation between the variables. Moreover, by choosing a suitable stochastic model, we can provide the necessary preconditions for solving the reliable phase ambiguity and precise positioning. In this study, we investigate and compare 9 stochastic models based on the satellite elevation angle. These 9 models are expressed as equations of four families of trigonometric functions , , improved trigonometric functions, and exponential functions. To do this, we use observations of a single point in two time epoch where simulated displacement was applied to it very precisely by the device. First, by using precise point positioning method, the horizontal coordinates of the point in two epochs were estimated by using 9 stochastic models. According to the accomplished comparison, we present the closest estimated value to the simulated real value of the stochastic models which are trigonometric functions , improved trigonometric functions and exponential functions respectively. Among these four models, The results of exponential function is closest to the simulated real value. Online services are then used to process point-of-view observations, according to which the two OPUS and AUSPOS services are most closest to the simulated real observations. Then the estimation of the accuracy of the horizontal components is examined by means of 9 presented stochastic models. According to the presented results, the highest accuracy and least error are related to the use of stochastic model  (improved trigonometric functions). Then, two stochastic models and matrix weights  and  (exponential functions) showed the highest accuracy. Using these three models with the highest accuracy, the average accuracy obtained for the East component is between 0.03 mm and 2.8 mm and for the North component is between 0.04 mm and 3.1 mm. In the next section, due to the accuracy obtained for the horizontal coordinate components in all epochs (sampling interval of 5 s) using these three stochastic models, fewer epochs are required to reach the level of accuracy of Dosimeter, Centimeter and Millimeter. In such a way that, for desired point, 277 epochs for the East component and 405 epochs for the North component are required to reach the millimeter precision level. Finally, considering the 5cm convergence condition for the horizontal components East and North, due to the three models used, this convergence condition is achievable after 5 minutes and 50 seconds for the East component and after 8 minutes and 5 seconds for the component North.
    Keywords: Global Navigation Satellite Systems (GNSS), Precise point positioning, PPP accuracy, Convergence period, Stochastic model
  • Zahra Esmaeili, Reza Ghanati *, MohammadKazem Hafizi Pages 225-246

    The magnetic resonance sounding (MRS) method is a relatively novel geophysical method, which allows for the estimation of hydrogeophysical parameters due to the direct sensitivity of hydrogen molecules of water. The use of this method makes it possible to determine the presence or absence of water below the surface more precisely and to determine the important characteristics of the hydrogeology parameters of the aquifer layer such as water content and hydraulic conductivity. The MRS technique is based on the Nuclear Magnetic Resonance (NMR) principles to determine the subsurface distribution of hydrogen protons. MRS field measurements are mostly carried out with a surface antenna as transmitter/receiver of electromagnetic signals. However novel instruments utilize a number of reference loops to mitigate noise in MRS signals. It enables us to use more sophisticated noise canceling strategies and it is possible to overwhelm the drawbacks from the single-channel MRS filtering techniques (Ghanati and Hafizi, 2017; Ghanati, et al, 2016b). To obtain depth information, a series of measurements at different pulse moments,  (where  is current amplitude and τ is pulse duration) are passed through the loop. The larger the pulse moment, the larger the penetration depth. By varying the pulse moment, a spatial distribution of aquifer properties with respect to the depth can be obtained from the MRS data inverse problem. From data space point of view, in the inversion of magnetic resonance sounding data, two types of algorithms have been presented: 1) Initial Amplitude Inversion (IAI) and 2) Time Step Inversion (TSI). Given that in the above-mentioned methods only a portion of the data is used for inversion, it is not possible to provide a stable solution with a suitable depth resolution in the inversion process, while the use of the full waveform inversion of the magnetic resonance signal (i.e., using whole data space) increases the stability and resolution of water content and relaxation time models. Magnetic resonance signals naturally show a multi-exponential behavior that is due to the suppression of signals from layers or sub-volumes that have different relaxation times. In this method, the concept of multi-exponential behavior is considered for magnetic resonance signal data due to the non-uniform distribution of relaxation time at sub-surface pores. The proposed algorithm is evaluated using some synthetic examples and a real data set with the assumption of multi-exponential regime. From the numerical experiments, it is clearly observed that the presented method obtains a more realistic distribution of relaxation time versus the depth of the survey compared to the IAI algorithm with the assumption of the mono-exponential behavior. Furthermore, since the amplitude of the magnetic resonance signal is related to the sub-surface water content directly, the theory of multi-dimensional behavior in the inversion of the magnetic resonance signal provides a significant improvement in the fitting of the signals, which makes it possible a more accurate and reliable estimate of sub-surface water content. Finally, to evaluate the accuracy of the algorithm assuming multi-exponential behavior of signals, Bootstrap uncertainty analysis is performed on the field data. Given the results of the uncertainty analysis and its comparison with the geological model obtained from the borehole results, the power of the proposed approach in estimating the position and water content of subsurface aquifers is clearly visible.

    Keywords: MRS, Non-linear Inversion, multi-exponential behavior, PWC distribution, Relaxation time
  • Leila Mirzaei, MohammadKazem Hafizi *, MohammadAli Riahi Pages 247-264

    Groundwater is the largest available freshwater resource in the world. Aquifers provide drinking water to at least 50% of the global population, and account for 43% of all water used for irrigation. Groundwater resources can be expected to be increasingly relied upon, in the near future, as a consequence of rapid population growth and global environmental change. Cost-effective and efficient techniques for groundwater exploration, especially in karstic regions, can be used to as an appropriate tool to recognition of karst hydrogeological potential. This paper provides a method based on the RS/GIS for the recognition of high groundwater potential areas and geoelectrical tomography for precise determination of the water well drilling location. Groundwater mapping has been defined as a tool for systematic development and planning of water resources (Elbeih, 2015). Hydrogeological maps provide spatially distributed information about aquifers, including their geological, hydrogeological and hydrochemical characteristics. In this study, a hydro-tectonic model include effective layers on karst hydrogeology applied for the recognition of the high groundwater potential in karstic areas of Izeh, northeast Khuzestan. The combination of remote sensing and GIS used to overlay the major layers, i.e. distance from discharge point, elevation difference, fracture density, slope, and fracture intersection density. Generally, high altitude regions have a low groundwater potential and more groundwater can be found at lower altitudes; therefore, the altitude map generated from the DEM represents difference to known elevation of the discharge points. The areas away from the discharge point generally have lower probability of groundwater occurrence. The distance analysis in GIS was used to determine the map of distance from discharge point. Slope angle can be considered as a surrogate of surface runoff velocity and vertical percolation which affects recharge processes. However, in this study, the slope angle was considered as a positive factors on groundwater potential in the karstic areas. Geological fractures can have a significant effect on storage and flow of groundwater reservoirs. Especially in areas with shallow bedrock fractures, water infiltration can be enhanced due to increased porosity and hydraulic conductivity (Rao et al. 2001). The fracture locations in the study area were determined from the remote sensing techniques. The parameter are weighted from 1 to 5 based on their importance in karst hydrogeology. For the exact determination of the water well drilling locations in high groundwater potential areas, the geoelectrical operation is done in two profiles using Dipole-Dipole array followed by electrical resistivity tomography. Over 20 boreholes have been drilled in karstic aquifer of Izeh for supplying the residence with drinking water. Despite the common use of geology for improving the siting of boreholes, some of the drilled holes does not deliver enough water to be equipped. The ERT method is used to determine the electrical resistivity distribution of the subsurface. Resistivity of the limestone rocks is linked to several parameters including type of limestone, cavity, water content, marl layer, electrical conductivity of water and the layer thickness. Because of different respective electrical resistivities in karstic areas, the ERT method provides useful results on the geometry of bedrock and aquifer. In an ERT survey, after inversion of the field data, the method provided a two-dimensional (2D) resistivity model of a section of the underground. Field data processing was performed with RES2DINV software. The parameters used in the inversion were the same for both of profiles, and topography was taken to normalize profile elevations to the actual ground surface. A robust algorithm was chosen for the inversion, because it provides more net changes in resistivity between different parts of the section. However, care must be taken when studying the final sections, because the geometry and boundaries of the structures are not always clearly identified and may be influenced by changes in resistivity due to rocks outside the plane of the section. The interpreted sections must be understood as an indication of the approximate location of the lithological boundaries, and not as its true geometry. The interpretation of the resistivity sections for all the ERT profiles has been drawn with the help of the correlation between the resistivity and the lithology along with the hydrogeologic data, and taking into account the continuity of the resistivity values at the crossing of the profiles. Overall, a very complicated structure is interpreted with the presence of dry and wet limestones, cavities, and marly layers interbeded with carbonates. Finally, two locations were proposed for drilling of water wells in the Izeh karstic area. The drilling of a high yield water well (discharge of 61 L/S) and the low drawdown (0.48 m) in the karst of west Izeh at autumn 2019 indicates the effectiveness of the integration of the applied exploration methods. This work shows the power of geoelectrical method in poorly understood and tectonically complex areas in addition to the RS/GIS groundwater potential mapping to evaluate karst hydrogeology.

    Keywords: Groundwater Exploration, Karst, Electrical Resistivity Tomography, remote sensing, Khuzestan
  • Vahideh Ghorbanalizadeh, Seyed Khalil Motaghi *, Farhad Sobouti Pages 265-276

    Iran Plateau is part of the Alpine-Himalayan orogenic system in western Asia. It is located in a seismically active region affected by a transpressional tectonic regime of oblique convergence, generated by the convergence of the Arabian plate toward Eurasia. The current morphology of Iranian plateau had been dominated by opening and closing of the Paleo-Tethys and Neo-Tethys oceans in the past. Current lithospheric deformation in the NW Iran is shaped by the convergence of Arabia and Eurasia and the westward motion of the rigid South Caspian Basin. The South Caspian Basin is a relatively aseismic rigid basement block and has affected the deformation history of its surrounding continental regions. The South Caspian Basin and the Kura depression to its west are thought to be a relic back-arc of the Tethyan Mesozoic subduction caught up in a continental collision zone similar to the Black Sea and the eastern Mediterranean. The South Caspian Basin is a piece of unusually-thick oceanic-like crust, because of its low elevation and its west and southward motion relative to central Iran. Here we present results of a S-receiver function analysis for a 290 km long temporary seismic network in the NW Iran. The network is a linear array stretching from the western coast of the South Caspian Basin to the Lake Urumieh. We computed the individual S receiver functions for 23 broad-band seismic stations and then we stacked them based on their piercing points at depth of 80 km. To calculate S receiver functions, the teleseismic S waveforms were cut from 200 s before to 100 s after the theoretical S wave onset. ZNE-component waveforms were rotated into the ZRT coordinate system and the R component was deconvolved from the Z component. To make S receiver functions similar to P receiver functions, we reversed the time axis and the polarity of S receiver function time series. The Gaussian smoothing factor was selected equal to 1.0 for both data sets, which is equivalent to the application of a Gaussian low pass filter with a corner frequency of ~0.2 Hz to the receiver functions. Piercing points at north and south of the linear profile were separated into two different data sets to avoid the stacking of 3D heterogeneities. Stacking receiver functions confirms a thin crust east of the Talesh Mountains juxtaposing with a thick continental crust beneath the NW Iran. We interpret the thin crust as an oceanic-like crust belonging to the South Caspian Basin. The detected Lithosphere-Asthenosphere boundary is almost shallow with an average depth of ~100 km. However, its variations across the profiles are different in each data set. Variations beneath the region south of the profile are minor revealing a flat, thin lithosphere beneath the region. The lithosphere (as well as crust), however, becomes thick beneath Sabalan volcano, north of the profile, probably due to convergence of the NW Iran and the South Caspian basin above the North Tabriz Fault. This interpretation implies that the North Tabriz Fault is a continental suture between the NW Iran and Central Iran plateau.

    Keywords: NW Iran, S receiver function, Moho boundary, Lithospheric thickness
  • Farahnaz Taghavi * Pages 277-294

    In this study, thermal infrared data from Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) sensor with spatial resolution of 1000m are selected to investigate about the Land Surface Temperature (LST) anomalies before Saravan earthquake. Many studies have already documented an extensive elevated thermal anomaly near epicenters that appear within dozens of days before the earthquakes such as (Qiang, et al., 1991, 1999; Tronin, et al., 2002; Tronin, 2006; Saraf, et al., 2007; Huang, et al., 2008; Ma, et al., 2010; Yao and Qiang, 2012; Wu, et al., 2012; Tramutoli, et al., 2013; Akhoondzadeh, M., 2014; Lisi, et al., 2015; Lu, et al., 2016; Venkatanathan, et al., 2017; Zhang, et al., 2017). Satellite-based thermal infrared (TIR) data linked to the LST through the radiative transfer equation. The earthquake of Saravan in Sistan and Baluchistan province occured on April 16, 2013, at Iran Standard Time (local time) of 15:14 pm (Lat: 28.04°, Lon: 62.03°). In this paper, a practical split-window algorithm as named Sob Mao (Mao, et al., 2005) is used to retrieve LST from MODIS data which involves two essential transmittance and emissivity parameters. The general radiance transfer equation for remote sensing of LST is formulated as follows:Bi (Ti)=τi (θ)[εi Bi (TS )+(1-εi ) Ii↓ ]+Ii↑ (1)Where Ts is the LST, Ti is the brightness temperature in channel i, ,τ_i (θ) is the atmosphere transmittance in band i at viewing direction θ (zenith angle from nadir), and ε_i is the ground emissivity. Bi (Ts) is the ground radiance, andI_(i↓) and I_(i↑) are the down. welling and upwelling path radiances, respectively. Time series of LST parameter (Eq2.) has been analyzed to examine about the probable LST fluctuations before and after these events.LST=Ts=C32 (B31+D31 )-C31 (B32+D32 )/(C32 A31-C31 A32 ) (2)The results show positive deviation of >10 °C four days before the main shock on April 12, 2013 (102 of day of year) and it disappears a few days after the main event. The time scale of the observed variations is a one week before the onset of the seismic event. The results confirmed the existence of an anomaly in LST data before for Saravan earthquakes. A comparison of the maps in Fig. 2 reveals that the thermal anomaly had been formed four days before the main shock on April 12, 2013 (i.e. the 102 day of the year) and two days before an aftershock of Mw 5 on April 18 (i.e. the 108 day of the year). The anomalies formed are usually of 50 to 500 km length. They are often of drastic fluctuations. To ensure that the reasons of these anomalies are well understood, the meteorological maps and the model outputs in the weekly time intervals around the time of the event were examined for the Saravan area. Time series of Saravan temperature and the pressure maps are also investigated, as it can be seen no significant meteorological phenomenon was observed that can cause such drastic changes. The LST map results illustrate that before the Saravan earthquake, a large anomaly of LST is created and that these anomalies follow the mentioned trend in other scientific papers, therefore it could be considered as an earthquake precursor.

    Keywords: Thermal anomalies, precursor, Saravan earthquake, MODIS data
  • Noushin Khoddam *, Sahar Tajbakhsh, AbbasAli Aliakbari Bidokhti, Saviz Sehat Kashani, Abbas Ranjbar Saadat Abadi Pages 295-312

    This paper investigates the atmospheric condition of southeastern of Iran (Sistan-o-Balochistan) during the summer (June, July, and August) with emphasis on planetary boundary layer (PBL) characteristics and dust events. Studying the 30 years (1987-2016) averaged patterns by Era-Interim reanalyzed data from ECMWF showed that with a thermal low dominant in this region, in 850 hPa level, the mean temperature is over 33ºC in the center parts of province and relative humidity is less than 20% of the most parts of the province. It appears that corresponding to the decrease of temperature from north to south of Sistan-o-Balochistan, planetary boundary layer height reduces from 800m in the north to about 200m in the south of province in the coast of Oman sea. The frictional velocity in northern parts of the province (within the borders of Afghanistan) is more than 0.14 m / s, which can provide good conditions for dust emission from the earth surface. Observed meteorological parameters from 5 selected synoptic stations of Sistan-o-Balochistan include Zabol, Zahedan, Khash, Iranshahr and Chabaher are used to examine the summer trend in each station. In general, changes in time series at the selected stations do not follow the same procedure, and each station has special conditions. In Zabol synoptic station, the pressure decline corresponding to temperature enhancement was observed from 1978 to 2016. Moreover, maximum wind speed and relative humidity have deceased. Aerosol Optical Depth (AOD) at 550nm from MODIS-Terra has a downward trend from 2001 to 2016 at this station. The 30-year variation in dust storm index (DSI) for Zabol station is not statistically significant. But there is a significant downward trend from 2001 to 2016, corresponding to significant changes in other meteorological quantities, including significant downward trend in maximum wind speed and relative humidity with significant upward trend visibility at this station. Furthermore, calculating the correlation coefficients between maximum wind speed, visibility and DSI in the last 15-years, it shows that, as the wind speed increases, the DSI increases and, as expected, the horizontal visibility decreases. Using the reanalyzed data from NCEP/NCAR, we investigated the possible Indian summer monsoon effect as a large-scale phenomenon near this area on atmospheric conditions of southeast of Iran, especially dust events from 1987 to 2016. Calculating the correlation coefficients between dynamic Indian Monsoon Index (IMI) and meteorological parameters including temperature, geopotential height, horizontal and vertical components of wind, indicate that there is a significant decrease in geopotential height in northern and central parts of the province at lower levels of atmosphere, corresponding to increase in Indian monsoon intensity. There are no significant correlations between IMI and the other parameters in selected stations. Furthermore, there are no significant correlations between the convective index (CI) of the Indian monsoon and meteorological quantities in southeast of Iran during the summer. Therefore, it can be said that the intensity of convective activities in the Indian monsoon region does not have a significant effect on the air conditions (at low levels of atmosphere) in Sistan and Baluchestan province.

    Keywords: Sistan-o-Balochestan, Planetary boundary layer, Summer, Indian Monsoon, Dust
  • Nafiseh Seyyed Nezhad Golkhatmi, Javad Bazrafshan *, Arezoo Nazi Ghameshlou, Parviz Irannejad Pages 313-329

    Displaying and quantifying how large-scale climatic signals affect the regional and global climate is one of the issues of interest to researchers. New approch of Network Analysis enables us to study a complex system such as the climate more effectively. In this study, the effect of NAO on precipitation in Iran was investigated using the method of Network Analysis. The data used are daily precipitation and NAO daily indices obtained from ERA-Interim data base. The time period covers the cold months (November, December, Jenury, Februry, March, April) of the years 1979-2016. In order to smooth the daily precipitation data, a weekly moving average was applied to data. A modified Pearson’s cross correlation coefficient  was employed for correction of the bias of traditional Pearson correlation due to many zero-precipitation data. The years of the strong NAO negative and positive phases, NAO- and NAO+, were determined by the frequency of the weekly moving avereage NAO index (WMANAOI) greater that 2 standard deviations ( ), where Sd is the standard deviation. The precipitation network was established based on a constant link density of 0.05 for which vertex degree distribution of network is considered. The later statistics is the covariance between precipitation time series at grid points that show indirectly the effect of the variation of precipitation due to large-scale climate signal. Results demonstrated that Network Analysis method can display and quantified the effect of NAO-and NAO+ on the precipitation of Iran. Degree distribution over the whole duration shows that the most degree distribution is in the northwest, west, southwest and east of Iran. The deserts of Iran that are located in the center of the country have the least degree distribution, and so the least similarity with each other, that are clustered in a group. Also, threshold of network, i.e. , is 0.42 and the histogram of all  has the right skewness. The  is a threshold for selecting the statistically significant  between each two griod points over Iran. The degree distribution for noraml years, with less NAO activities, displays that is 0.42 and degree distribution totally is less than those of NAO+ and NAO-phases. During NAO-, degree distribution is increased in the northwest and southwest of Iran. The  in NAO- is 0.46. During NAO+, the degree distribution is increased in the south of Iran while the threshold of network remain 0.43. Also, the histogram of all  has a positive skewness at NAO+ and NAO-that indicate the strong correlations has positive values. Minimum values of  for the whole period, normal years, NAO+ and NAO-are -0.11, -0.14, -0.3 and -.033, respectively.

    Keywords: NAO, Iran, Precipitaion, Modified Pearson’s cross correlation, network analysis
  • Sajad Zershakian, Dariush Mansoury * Pages 331-345
    The Caspian Sea, the world's largest enclosed body of water, covers an area and volume of 371,000 km2 and 87,200 km3, respectively, and limited to the north by Russia and Kazakhstan, to the east by Turkmenistan, to the south by Iran, and to the west by Azerbaijan. The Caspian Sea can be considered the most important source of energy storage, although this focus is currently limited to fossil fuel reserves due to the multitude of offshore oil and gas projects in the North, Middle and South basins, while the potential benefits of renewable energy sources such as Oceanic thermal energy in offshore areas has not been well studied. The present study seeks to evaluate the ocean thermal energy in the offshore regions of the Caspian Sea and examine the vertical variations of water temperature using UNESCO data and ECMWF water surface temperature database. Accordingly, the mean water temperature difference has been investigated as daily, monthly and seasonal across the permanent thermocline for the Caspian Sea using Pyferret software and the possibility of the use of ocean thermal energy in offshore oil and gas fields has been evaluated. In order to show the accuracy of the ERA Interim, Daily database data, its surface water temperature data at 25 points in three Caspian basins were validated according to UNESCO field measurements at those sites. Trends of changes between the Unesco and ECMWF data are in good agreement, including in the eastern part of the Caspian Sea basin, indicating a upwelling phenomenon in this region. In general, ECMWF site surface water temperature data with a correlation coefficient of 0.971 have good accuracy. Therefore, due to the lack of field measurement data, ECMWF site data for Caspian surface water temperature can be used. To study the temperature profile of the Caspian Sea to identify areas where the vertical water temperature difference reaches 20 ° C. First, UNESCO field measurement data covering all three Caspian basins were used. By plotting temperature profiles for 25 UNESCO field measured points only at points A and B, respectively, at geographical locations 37.550 N, 50.692 E, 38.380 N and 51.853 E, the eligible temperature difference for oceanic thermal energy extraction was observed. Examining all points in the deep areas shows that the water temperature reaches 6.5 to 7 ° C at 200 m depth, and at lower depths there is no significant change in water depth. Therefore, the OTEC needs to check the water temperature in the upper layers of water. The findings show that ocean thermal energy can be extracted only from the southern basin during July and September, so that the eastern part of the southern basin has the highest coefficient for thermal energy extraction. Daily monitoring of the vertical variations of water temperature in these months shows that in the best conditions of the southern basin, it is possible to obtain the ocean thermal energy with a minimum temperature of difference 20°C, 64 days a year, and only Sardar, Shahdeniz, Ganeshli and Azeri fields have the possibility of obtaining this energy for 54, 34, 31 and 31 days of the year, respectively.
    Keywords: renewable energy, Ocean thermal energy, Thermocline, Oil, gas platforms, The Caspian Sea
  • Ahad Saber *, Maryam Meihami, Amir Masoumi Pages 347-354
    Atmospheric visibility is a Common meteorological parameter and almost all meteorological stations have recorded it for a long time. Visibility is defined as the maximum distance at which a selected target can be seen by human eyesight. Horizontal visibility is a kind of atmospheric visibility and it is a visual perception of weather conditions. Its values depend on different weather conditions like the clear sky (sunshine), fog, rain, snow, hail, thunder, and tornado. Furthermore, it depends on air quality and urban-industrial activities that can change it. Low visibility causes psychological problems and effects on flight safety and transportation. Horizontal visibility variation has both natural and anthropogenic origins and so its values depend on both weather conditions and air pollutants. Almost all large cities of Iran have meteorological stations and for decades, parameters like horizontal visibility and weather condition types have been measured and recorded. On the other hand, atmospheric aerosols are the main air pollutants and retrieval of their parameters needs specific aerosol monitoring stations. Unfortunately, only Zanjan city has an aerosol monitoring station and therefore, we focus on this city in this work. The Zanjan weather station has recorded data from 1973 until now. In this work, the effects of air temperature and weather type on horizontal visibility are first discussed. Also, data acquisition in Zanjan’s aerosol monitoring station (IASBS sun-photometer site) began in 2010. The aerosol optical depth and Angstrom exponent as two important parameters of aerosol are discussed here. Extinction of direct sunlight throughout the atmosphere is related to both aerosol and molecular concentrations and the pure aerosol portion is named aerosol optical depth or AOD and its higher (lower) values are related to aerosol more (less) number densities. Angstrom exponent or alpha is a qualitative indicator of aerosol mean size and higher (lower) values are related to fine (coarse) aerosols. Therefore, both AOD and alpha determine the dominant type of aerosols and their concentrations. In this work, all 10,359 days of recorded data from Zanjan’s weather station during 1973-2017 are selected to investigate the correlation between horizontal visibility, temperature, and atmospheric conditions. The results show that the horizontal visibility is reduced in the colder months of the year due to rainy weather conditions, fog, and snowfall. During 70 days in 1990-2017, horizontal visibility dropped below 5 km and 86% of these days have foggy, rainy, and snowy conditions. So, one concludes that air pollution is not the main reason for visibility reduction in Zanjan city. Furthermore, the optical depth and Angstrom exponent parameters of atmospheric aerosols are extracted from the sun-photometer station of Zanjan during 2010-2017. No significant correlation is observed between the horizontal visibility reduction and the increase in the concentration of dust particles as the dominant aerosol of the Zanjan’s atmosphere. In the studied period, 1269 (76) days (dusty days) were recorded, with mean horizontal visibility of 11 (9) km. Therefore, one concludes that the parameter of horizontal visibility is not sharply decreased during dust events and it is mainly related to dust transportation from external sources to the atmosphere of Zanjan, especially at higher altitudes.
    Keywords: Horizontal visibility, Aerosol Optical Depth, temperature, Correlation, Zanjan
  • Elham Pishdad *, Bohloul Alijani, AbbasAli Aliakbari Bidokhti, Mehri Akbari Pages 355-376

    Air pollution and climate change are two of the most serious problems facing human societies which interact with each other through radiation, dynamic and chemical processes. Increasing air pollutants some as greenhouse gases in addition to adverse effects on health, economic and social sectors of societies, during chemical and photochemical reactions in the atmosphere, disrupt the Earth's energy balance and cause radiation forcing and rapid negative climate gains, such as global warming. With the recent climate change the quality of life of urban communities is also facing a serious threat. With the importance of this issue and with the aim of achieving a unified approach to reducing air pollution and mitigating climate change, it is essential to know the quality of major air pollutants in the face of recent climate change. In this study, long-term data (2002-2017) of Tehran Air Quality Control Company were used for analysis of annual, seasonal and monthly air quality conditions and changes of trends of air pollutants concentrations and the air quality index (AQI) of six major air pollutants .Also, for the statistical analysis, linear regression model, frequency distribution and calculation of variation percentage were used. According to the results, the air quality of Tehran is in a poor condition due to concentrations of more than two to four times the national and international standards of most pollutants (except CO and SO2 which have improved). So that during 16 years of study according to the highest values of AQI and the highest frequency of contaminated days, three general air pollution periods (2002-2006:CO), (2007-2009: ), (2010-2017: ) were determined for Tehran. Accordingly, the third period with an (11%) unfavorable growth in average annual AQI and a decrease (-19%) in total frequency of desirable days (-184% clean, -13 healthy) and increase (33%) in total adverse days, especially unhealthy days for sensitive groups (35%) was the most affected period compared to that of the other previous two periods. In the third period of air pollution only about (2%) of the days of the year were at the clean level and more than one third of the days (36%) with the criteria air pollutant  contaminated. Also, seasonally due to the influence of the specific weather conditions of each season on the exacerbation of adverse pollutants status, two peak of pollution in cold and hot periods of the year were determined. In hot seasons,)41%( of the annual contaminated days were recorded, especially in summer (%23) due to high concentrations of pollutants (  (70%),  (27%) and  (3%)). The monthly pollution peaks of this period are also in June, July and August respectively. The peak of pollution in cold period of the year was designated as the most polluted peak. During this period, 59% of the frequency of adverse annual days, especially in winter (31%), was recorded due to high concentrations of pollutants (87%),  (10%)and  (3%) have been in December, January and February respectively. Also, in recent years (2010-2017), the winter pollution peak has been associated with a )24%( increase in the quality index and 70% in the frequency of contaminated days. Therefore, due to the direct and indirect effects of air quality pollutants in the face of aggravating climate change, in addition to the need to further reduce long-term greenhouse gas emissions in related policies, formulating stricter strategies to reduce pollutants emission in urban areas as Tehran should be improvised.

    Keywords: concentration, AQI Index, Criterion Air Pollutant (CAP), trend, climate change, Tehran
  • Ehsan Saberian *, Rasoul Khoosheh Shahi Pages 377-394

    In this paper by using the most recent findings in the field of the Kappa distribution statistics for the non-equilibrium space plasmas, dust-acoustic waves have been studied in a dusty plasma comprising of the inertial dust particles with negative charges and suprahermal distributions of electrons and positrons. The velocity distribution function for stationay state of the plasma in this model is labeled by an invariant Kappa index which is independent of the numbers of degrees of freedom, and the parameter  which represents the the numbers of degrees of freedom. In linear analysis, the dispersion relation of dust-acoustic waves is studied, whrere the true sound speed of the problem is derived. The derived dust-sound speed is a generalized one which depends on the polytropic index of Kappa distributed paricles , which itself depends on the spectral index  and the potential degrees of freedom . Generally, the dust-sound speed has its maximum in an equilibrium plamsa with Maxwellian distribution or isothermal electrons , and it reduces by approaching to the anti-equilibrium regions with sub-isothermal electrons . On the other hand, in the non-linear analysis, the dust-acoustic solitary waves have been studied by deriving an energy-integral equation, where we have used the true dust-sound speed for defining the true Mach number (the fractional wave speed to the sound speed). The formation conditions of the potential well, the true Mach number domains, and the effects of the parameters of soliton speed, the spectral index  and the potential degrees of freedom via the perturbation in the propagation of dust-acoustic solitary waves have been studied analytically and numerically.  In such a plasma, only the negative polarity solitons are possible. The reason is the negative charge of dust paricles via the attracted electrons, which causes the formation of negative potential solitons. The structure of dust-acoustic solitons are examined in the near-equilibrium states, where the spectral indices are distributed with the values of , and also in the far-from-thermal equilibrium states which are labeled by the spectral indices with the values of . It is found that the threshold Mach nmber is proportional to the square root of the polytropic index of Kappa distributed paricles which vaies in the range . So, the threshold Mach number increases by approaching to the equilibrium state and it reduces in far-from-thermal equilibrium states.  It is shown that the subsonic solitons are possible in the far-from-thermal equilibrium plasmas. On the other hand, in an equilibrium plasma, corresponding to the asymptotic limit of , only the altrasonic solitons are possible which confirms the classical theory of solitons in equilibrium statistical mechanics. It is found that the amplitude and steepening of the dust-acoustic solitons grows in far-from-thermal equilibrium states, which corresponds to the lower values of the spectral index . It is because of the impact the suprathermal particles on dust-acoustic solitons in that regions. Furthermore, an increase in Mach number results in the propagation of dust-acoustic solitons with more amplitude and steepening, in agreement with the standard theory of solitary waves. Moreover, decreasing the potential degrees of freedom causes an increase in the maximum amplitude and pulse steepening of dust-acoustic solitons.

    Keywords: Dust-acostic wave, Space plasma, Invariant kappa index, Potential degrees of freedom, Soliton
  • Pardis Rafati, Maryam Rezazadeh * Pages 395-408
    Sea Surface Temperature (SST) variability, especially its slow variability, creates a potentially predictable source for climate fluctuations. Therefore, the SST variability study sheds light at climate changes, marine life, and prediction of short term and long term climate variation. In this research, the trend and interannual variability of the Persian Gulf SST were analyzed by employing monthly detrended Optimum Interpolation Sea Surface Temperature (OISST) data in 1982-2018. According to the effects of teleconnection patterns on atmospheric and oceanic parameters in different regions, the correlation between NAO, IOD, and ENSO with Persian Gulf SST anomaly is considered in this research. For this purpose, OISST data and MEI.V2, IOD, and NAO indices from 1982 to 2018 were analyzed. The Climatological mean of Persian Gulf SST during this period is shown in figure 5. According to figure 5, northwest of the Persian Gulf was found to be the coolest and southeast of the Persian Gulf was the warmest regions of the Persian Gulf. According to the investigation of this research on monthly variability of the Persian Gulf SST, there are two main seasons with four months, including Summer (June, July, August, September), and Winter (December, January, February, March), and two transition periods with two months, including Spring (April, May), and Autumn (October, November). Based on figure 6, February was the coldest month of winter and August was the warmest month of summer. In both of these months the minimum temperature was observed in the northeast, and the maximum temperature in the southeast of the Persian Gulf. The strongest and the weakest temperature gradient were calculated to be 5 ̊C in winter and 2 ̊C in summer, respectively. There was more than 13 ̊C difference between the spatial mean temperature of February and August. Evaluation of the SST anomaly variance indicated that the maximum variance belonged to the northwest of the Persian Gulf at the coast of Khuzestan province and Kuwait and also to the southwest of the Persian Gulf on the coast of Bahrain, Qatar, and east of Saudi Arabia. Sea surface temperature time series trend triggered by global warming from 1982 to 2018 was calculated to be 0.4 ̊C per decade using the least linear square method. Spatial distribution of trend implies that the maximum trend is observed in the northwest of the Persian Gulf in Khuzestan province and Kuwait coast and the minimum trend is observed in the east and southeast of the Persian Gulf. According to the Pearson correlation method, the maximum (minimum) correlation was calculated to be -0.23 (0.16) employing ENSO (IOD) index considering 4(13) months of delays. The spatial distribution of the correlation between teleconnection patterns indices and the Persian Gulf SST anomaly is demonstrated in figure 9. Results of the analysis pointed out that regarding IOD index, the maximum correlation (0.18) was found at the northwest of the Persian Gulf and the minimum correlation (0.12) was observed at the southeast of the Persian Gulf. Regarding ENSO index, the maximum correlation (-0.24) was at the central region of the Persian Gulf and the minimum correlation (-0.18) was at the south of the Persian Gulf. Concerning NAO index, the maximum correlation (-0.20) was seen at the northwest and the southwest of the Persian Gulf, and the minimum correlation (-0.16) was at the northwest and southeast of the Persian Gulf, near the strait of Hormuz. Therefore, the spatial distribution of correlation between the teleconnection patterns indices and SST anomaly, reveals that there is no center with significant maximum correlation which could give the possibility of distinguishing these areas from the others.
    Keywords: Correlation, NAO, IOD, ENSO, SST, Persian Gulf