به منظور برآورد تعداد روزهای وارونگی و شناسایی ساختار وارونگی دما در کلانشهر تهران، دادههای جو بالا از سایت دانشگاه وایومینگ برای ایستگاه مهرآباد تهران در دوره پنج ساله (2009-2005) اخذ گردید. متوسط تعدادروزهای وارونگی در شهر تهران 233 روز میباشد. در این بررسی 7 تیپ وارونگی در کلانشهر تهران شناسایی گردید. از این 7 تیپ وارونگی شناسایی شده سه تیپ اصلی شامل تشعشعی، فرونشتی و جبههای و چهار تیپ فرعی تشعشعی-فرونشستی، تشعشعی-فرونشستی-جبههای، تشعشعی-جبههای و فرونشستی-جبههای میباشد. وارونگی فرونشستی با متوسط 77 روز بیشترین وارونگی در شهر تهران و وارونگی تشعشعی-حبههای با متوسط 3 روز کمترین تعداد رخداد وارونگی را داشته است. اغلب وارونگیهای شهر تهران تابستانه اند و بالاترین فراوانی وقوع وارونگیهای تشعشعی فصول گرم، وارونگیهای فرونشستی در فصل تابستان، وارونگیهای جبههای در فصل زمستان، وارونگی تشعشعی- فرونشستی و وارونگی تشعشعی-فرونشستی-جبههای و وارونگی فرونشستی -جبههای در فصل تابستان و وارونگی تشعشعی-جبههای در فصل زمستان و بهار است. در ادامه به منظور تعیین رابطه غلظت آلاینده و تیپ وارونگی دادههای سنجش آلاینده ایستگاه آزادی سازمان محیط زیست شهر تهران مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. در نهایت نتایج به دست آمده نشان داد که مؤثرترین وارونگی در افزایش غلظت آلاینده Co وارونگی ترکیبی تیپ 4(تشعشعی-فرونشستی)، مؤثرترین وارونگی در افزایش غلظت آلاینده وارونگی ترکیبی تیپ 6(تشعشعی-جبههای)، مؤثرترین وارونگی در افزایش غلظت آلایندههای و وارونگی ترکیبی تیپ 7(فرونشستی-جبههای)، مؤثرترین وارونگی در افزایش غلظت آلاینده وارونگی ترکیبی تیپ5(تشعشعی-فرونشستی-جبههای)است.
کلمات کلیدی: وارونگی دمایی – رادیوسوند –تیپ های وارونگی-آلودگی هوا- تهران
پدیده اینورژن یا وارونگی دما پدیده ایاست که بیشتر در نواحی شهری و صنعتی نمود مییابد و فرایند آن به این ترتیب است که در شرایط معمول در سطح زمین به ازای افزایش ارتفاع با کاهش دما روبرو هستیم ولی در شرایط اینورژن به ازای افزایش ارتفاع با افزایش دما روبرو میشویم، لذا در این مواقع هوا در سطح زمین سرد است و کمی بالاتر از سطح شهر گرم می شود و امکان صعود ندارد .بنابراین لایههای زیرین جو در مجاورت سطح شهر متراکم شده و امکان جابجایی ندارند . این عدم جابجایی باعث می گردد که مرتباً بر غلظت هوای شهر افزوده گردد که خود مشکلات مختلفی را در شهر ایجاد می کند. شهرهای بزرگی نظیر بمبئی در هند، لس آنجلس در کالیفرنیا، مکزیکوسیتی در مکزیک، سائوپائولو در برزیل، سانتیاگو در شیلی و تهران در ایران از جمله شهرهای بزرگی هستند که در فصول سرد سال همواره در معرض شکل گیری این پدیده قرار دارند. البته شهرهای کوچک دیگر جهان نیز از گزند این پدیده در امان نیستند. در این خصوص میتوان به شهرهایی نظیر اسلو در نروژ، پراگ در جمهوری چک و ساوت لیک سیتی اشاره کرد که به واسطه قرار داشتن در میان تپه ها و کوهستانهای مرتفع همواره در معرض پدیده وارونگی هوا قرار دارند. آلودگی هوا یکی از مشــکلات شهرهای بزرگ و صنعتی است که با وارونگی دما رابطه مستقیم دارد . آلودگی هوای کلان شهرها از جمله تهران نیز از موضوعات مطرح سال های اخیر می باشد. منابع اصلی آلاینده های شهری معمولا ناشی از مصرف سوخت، وسایل نقلیه موتوری و منابع حرارتی هستند، اما طبیعت نیز به نوبه خود سهم زیادی در ایجاد و تشدید آلاینده ها دارد. عوامــل متعددی در آلودگی هوای شــهر موثرند کــه در بین آنها عوامل جغرافیایی و هواشناســی از اهمیت بیشتری برخوردار می باشند . وجود جریانهای هوایی در جهات مختلف ، آلودگیها را از محل تولید چه در جهت افقی و چه در جهت عمودی پخش و غلظت آنها را کم می کند. عوامل هواشناســی از جمله وارونگی های دمایی و استقرار مداوم سامانه های پرفشار همراه هوای پایدار به خصوص در دوره سرد سال ، باعث افزایش آلاینده های هوا می شوند . با توجه به رشد روزافزون جمعیت و تمرکز آن از نظر مکانی و همچنین استفاده از استانداردهای بالای زندگی، امروزه آلودگی هوا و بر هم خوردن تعادل محیط به عنوان یکی از معضلات جامعه بشری مطرح گردیده است. این مسئله منطقه ای نبوده و به مرزهای سیاسی و جغرافیایی زندگی انسان محدود نمیشود. طبق آمارهای اعلام شده در مطبوعات جهان از سال ۱۹۰۰ به بعد، تعداد مبتلایان به سرطان ۳۰ برابر گردیدهاند که به احتمال زیاد آلودگی هوا و بر هم خوردن تعادل محیط بیش از همه در ازدیاد بیماری ها مؤثر بوده است . وزارت بهداشت شوروی سابق آمار گویایی از این واقعیت ارائه کرده است که هرچه به تعداد اتومبیلها اضافه می شود به همان نسبت به تعداد مبتلایان به سرطان هم اضافه خواهد شد (کریمی 1384).
2-1- بیان مسئله و اهمیت موضوع
به طور طبیعی درلایه تحتانی جو(تروپوسفر) با افزایش ارتفاع، دما کاهش می یابد، یعنی هوای سطح زمین که در مجاورت زیست کره واقع شده گرم تر از سطوح بالاتر است، لذا در چنین شرایطی نوسانات عمودی جو به راحتی مهیا شده و هوای سطح زمین با هوای پاک و پاکیزه سطوح بالایی جابجایی صورت داده و تهویه طبیعی به این شکل انجام می گیرد. اگر شرایط به گونه ای باشد که با افزایش ارتفاع دما نیز افزایش یابد، یعنی هوای مجاور سطح زمین سردتر از سطوح بالایی باشد، در این حالت جابجایی عمودی جو متوقف شده و هوای سطح زمین به حالت پایدار باقی میماند، به چنین حالتی وارونگی دمایی یا اینورژن گفته می شود. پایداری جوی ناشی از وارونگی دمایی یکی از مهمترین علل افزایش پتانسیل آلودگی هوا بخصوص در کلان شهرها است. از آنجایی که منابع آلاینده هوا به طور دائم آلاینده های خود را در داخل لایه سطحی تزریق می کنند، غلظت آلاینده ها در این شرایط به شدت افزایش می یابد . آلودگی هوا زمانی به شدیدترین حد خود می رسد که پدیده وارونگی، با ارتفاع کم و برای مدت طولانی تر در هوای شهر باقی بماند. در واقع لایه اینورژن با ارتفاع کم و مدت زمان طولانی، حائل پایدار و ساکنی ایجاد می کند که مانع اختلاط این سطح با سطوح بالایی شده و با افزایش غلظت آلاینده ها درزیر آن، آلودگی هوا تشدید می شود. بدین ترتیب وارونگی موجب افزایش شدید آلاینده‌ها در آن بخش از اتمسفر می‌گردد که مردم لحظه‌به‌لحظه برای ادامه حیات خود به اکسیژن آن نیاز دارند و البته در چنین شرایطی مجبور می‌شوند که با هر دم و بازدمی مقادیری از گازهای خطرناک و ذرات سرب را هم استنشاق و وارد ریه‌های خود کنند. تهران از جمله شهرهای بزرگ دنیاست که هم اکنون به شدت از مسئله آلودگی رنج می برد. رشد شتاب آلود جمعیت، مهاجرت های روستایی، گسترش کارخانجات، تراکم وسائط نقلیه، شرایط توپوگرافی و عوامل طبیعی، تهران را به آلوده ترین شهر کشور و از جمله شهرهای آلوده ی جهان مبدل ساخته است. خصوصیات آلودگی هوا در سطح شهرها نتیجه سه عامل عمده موقعیت طبیعی شهر، منابع آلاینده و شرایط جوی و اقلیمی است و از آنجایی که منابع آلاینده و موقعیت طبیعی شهر در یک مقطع زمانی معین تقریبًا ثابت هستند، بنابراین تغییرات کوتاه مدت میزان آلودگی، ناشی از تغییرات جوی خواهد بود . عوامل جوی به نوبه خود می توانند باعث افزایش و یا کاهش پتانسیل آلودگی هوا و تغییر غلظت آلاینده ها در ابر شهرها شوند (کریمی 1384) . مهمترین عامل جوی درتشدید آلودگی تهران وارونگی دما است(سلیقه 1390). برطبق گزارشات اداره هواشناسی در یک دوره 5 ساله حداقل وقوع وارونگی دما در شهر تهران 211 و حداکثر 271 روز در سال بوده است (بیات 1383). در شهر تهران پدیده وارونگی دما کانون مساعدی را برای تجمع و ترکیب آلاینده های مختلف هوا فراهم می آورد. همچنین به دلیل تشعشع شبانه و وجود برف بر روی ارتفاعات شمالی، وقوع اینورژنهای تابشی بسیار معمول است .در برخی از روزهای سال مقدار عناصر آلوده کننده به قدری افزایش می یابد که زیستن را برای انسان تقریباً غیر ممکن می سازد. بنابراین اینورژن یکی از عوامل اساسی تشدید آلودگی شهر تهران می باشد. محاصره شدن تهران در یک فضای کمانی شکل از کوهها سبب گردیده تا جریان های غربی و جنوب شرقی از قدرت پالایش مؤثری برخوردار نباشند و لذا هوای تهران در اکثر مواقع ساکن و بی تحرّک است. در نتیجه این وضعیت منجر به پدیدة خطرناک وارونگی دما می گردد و مانع از بالا رفتن و دور شدن آلاینده ها از سطح شهر می‌شود. برطبق گزارشات موجود سرعت 70 درصد این بادها کمتر از 3 متر بر ثانیه است (بیات 1383). به این ترتیب آلاینده‌ها وارد هوای سرد سنگین مجاور زمین می‌شوند و چون جابه‌جایی هوا وجود ندارد، میزان آنها در هوای ساکن و راکد مجاور زمین به حداکثر ممکن می‌رسد.
3-1- پیشینه تحقیق
مطالعات زیادی در زمینه وارونگی دما و اثرات آن بر میزان آلودگی هوا در داخل و خارج از کشور صورت گرفته است. از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:
تداتیل و همکاران ( 1992) در بررسی وارونگی دما لایه سطحی جنوب شرق دریای عرب از داده های 1132 ایستگاه استفاده کردند. نتایج نشان داد که وارونگی یکی از ویژگی های فصلی پایدار زمستان است و این وارونگی به آب های ساحلی محدود شده است .لایه وارونگی در این محدوده ضخامتی حدود 10 تا 80 متر دارد و گرادیان از 0 تا 1.2 درجه است. علت ایجاد این وارونگی فرا رفت هوای سرد خلیج بنگال بر روی آب گرم دریای عرب در امتداد سواحل غرب هند است. ویتمن(1981) در بررسی تجزیه وارونگی دمایی در دره های عمیق کلرادو غربی از داده های رادیو سوند استفاده کرد. نتایج این بررسی نشان داد که ساختار عمودی دمای بالقوه از سه الگوی خاص پیروی می کند و بدین ترتیب وارونگی شکسته می شود. الگوی اول مربوط به گرم شدن وافزایش دما در سطح زمین می باشد. الگوی دوم مربوط به ایجاد لایه مرزی همرفت (CBL) در سطح وارونگی است و الگوی سوم مربوط به رشد لایه مرزی همرفت است که در این مرحله کف لایه وارونگی حذف می شود و وارونگی از سطح زمین جدا و شکسته می‌شود. نیکسون و همکاران(1998) در بررسی تأثیر وارونگی های دمایی روی دمای سطح زمین و زمین های یخ زده در نورمن ،دره مکنزی واقع در کانادا داده های رادیو سوند برای ساعت صفر و 12 و دمای هوای سطح زمین و دیگر پارامتر های جوی را از اداره محیط زیست کانادا به صورت ساعتی اخذ نمودند. نتایج این بررسی نشان داد که ضخامت یخ در سطح زمین با وقوع وارونگی افزایش پیدا می کنند و دمای هوا کاهش می یابد. کومار و همکاران(2001) در بررسی ویژگی های وارونگی دمایی اتمسفر میانی در عرض های پایین اطلاعات Lidar (یک تکنولوژی بالغ سنجش از راه دور که در حال حاضر با موفقیت برای برنامه های کاربردی بررسی باد استفاده می شود)جمع آوری شده در 119 شب از مارس 1998 تا فوریه 2000 را مورد مطالعه و بررسی قرار دادند. نتایج این بررسی نشان داد که حداکثر فراوانی وارونگی در اعتدالین و حداقل آن در تابستان و زمستان است. بالاترین محدوده وقوع وارونگی مربوط به محدوده 73 تا 79 کیلومتر است و محتمل ترین محدوده وقوع وارونگی حدود 20 کیلومتر است. ملانایز و همکاران(2002) ارتباط بین وارونگی دمایی و خصوصیات باد در داده های رادیو سوند یک ایستگاه در شرق انگلستان برای یک دوره پنج ساله (1976 تا 1980) را از سطح تا 700 هکتوپاسکال مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. نتایج این بررسی نشان داد که بین وضعیت باد و محل وارونگی ارتباط معنی داری وجود ندارد. استفان و همکاران (2008) در بررسی مدلسازی سطح پایه وارونگی های دمایی در آلاسکا مدل MM5 و داده های NCEP/NCAR را برای شبیه سازی پارامترهای وارونگی به کار بردند. نتایج این پردازش بیانگر این واقعیت است که در عرض های جغرافیایی پایین تر وارونگی فرونشستی به خصوص در مناطق شرقی اقیانوسهای گرمسیری رخ می دهد اما در عرض های بالا به ویژه قطب بیش تر وارونگی تشعشعی رخ می دهد.افزایش دمای سطح، عمق وارونگی را کاهش می دهد و دمای سطحی بالا می تواند وارونگی را بشکند. نتایج این مدل نشان داد که هرگاه پوشش ابر وجود داشته باشد، شدت وارونگی کاهش پیدا می کند. فریتز[7] و همکاران(2008) در بررسی وارونگی دما و اثرات آن در کشاورزی، با استفاده از دادههای هواشناسی، دورهی وارونگی، روز، مکان ودیگر شرایط آب و هوایی را مورد بررسی قرار دادند. نتایج بررسی حاکی از آن است که نیمی از وارونگیها بین ساعت 6 صبح تا 6 بعد از ظهر و نیمی دیگر از آنها بعد از 4 بعد از ظهر اتفاق می افتند و بهترین زمان برای انجام فعایت های کشاورزی زمانی است که باد با سرعت کمتر از دو متر بر ثانیه بوزد. آیک و همکاران (2009 ) در بررسی تغییرات سطح پایه وارونگی دما در کالیفرنیا داده های رادیو سوند دریافتی از اداره ملی جو و اقیانوس ایالات متحده امریکا ([9]NOAA) را در یک دوره 48 ساله (2007– 1960) برای ساعت صفر و 12، مورد بررسی و مطالعه قرار دادند. با استفاده از این داده ها دما ، نقطه شبنم، فشار، باد عمودی برای وارونگی های سطح پایین مطالعه گردید. نتایج این بررسی نشان داد که وارونگی یک ویژگی مشترک در سراسر کالیفرنیاست و بیش از 65 درصد روزهای زمستان و نزدیک به 100 درصد روزهای تابستان وارونگی دارند. از آن جا که شدت وارونگی به عنوان اختلاف دمای بین کف و بالای لایه وارونه در نظر گرفته می شود، وارونگی های قوی تمایل به ضخیم تر شدن و وارونگی های ضعیف تمایل به نازک تر شدن دارند. این وارونگی ها ارتباط تنگاتنگی را با سامانه‌های مقیاس همدید دارا میباشند. وارونگی های قوی نتیجه سامانه‌های پر فشار تراز بالا و وارونگی ضعیف نتیجه سامانه‌های کم فشار و جبههای هستند. در عین حال، بررسی بیانگر آن است که پدیده انسو (ENSO) و سامانه‌های فشار مقیاس همدید ساختار وارونگی و تغییر ویژگی های فیزیکی مثل فرا رفت ، شرایط دمای افقی و عمودی را تحت تأثیر قرار می دهند. دراستال و همکاران (2010) فراوانی و شدت وارونگیهای دمایی سواحل اقیانوس منجمد شمالی را در سال های 2003 تا 2008 با استفاده از نیمرخ (Airs)، مورد مطالعه قرار دادند. نتایج این بررسی نشان داد که وارونگی های دمایی یکی از ویژگی های غالب قطب شمال هستند و در مراحل مختلف با کنترل شار رطوبت و انتقال انرژی از طریق تروپوسفر زیرین در کاهش دما و دوام یخبندان نقش حیاتی بازی می کند. اگرچه وارونگی در طول مناطق ساحلی قطب شمال از جون تا آگوست کاهش پیدا می کند اما هنوز وارونگی در منطقه داخلی قطب شمال بسیار رخ می دهد. وارونگی در فصل زمستان در همه جا حاضر است و شدت وارونگی در این فصل بسیار گسترده است، این در حالی است که در فصل تابستان بسیار ضعیف و کم ضخامت هستند. در این میان وارونگی های تابستانه سال 2007 نسبت به سال های دیگر قوی تر بوده که ناشی از افزایش دمای لایه تروپوسفر از 5/1 درجه کلوین به 3 درجه کلوین بوده است. کوبر( 2013) جهت بررسی تأثیر وارونگیهای دما روی آلودگی هوای شهر سیبی یومقادیر روزانه حداقل و حداکثر دمای هوا را از ایستگاه هواشناسی سیبی یو و پالتینیس اخذ نموده و متوسط روزانه آلایندههای مرجع ، ،Co، ، ایستگاه کنترل کیفیت هوای آژانس های منطقهای حفاظت محیط زیست اخذ نموده است. نتایج این بررسی نشان داد که وارونگی دمایی شهر سیبی یو به احتمال زیاد به دلیل قرار گرفتن این شهر در یک فرو رفتگی بین کوههای کارپات جنوبی و فلات ترانسیلوانیا اتفاق می افتد. وارونگی دما نه تنها منجر به دماهای بسیار پایین می شود بلکه از نظر چینه بندی هوای پایداری را موجب شده و اجازه همرفت را نمی دهد. همین مسأله باعث آلودگی هوا می شود.حداکثر غلظت این آلاینده های مرجع در روزهای وارونگی با فشار اتمسفر بالا و سرعت باد آرام رخ داده است. بنابراین پراکندگی و انتشار آلاینده بسیار ضعیف است و وقتی هوا حرکت ندارد ، این مسأله موجب می شود که نه تنها فشار در ستون جو افزایش یابد، بلکه سبب وقوع وارونگی دما نیز می‌گردد. در این بررسی نتایج نشان داد که بیشتر وارونگی های دمایی در اواخر فصل پاییز و فصل زمستان ثبت شده اند. فنگ و
2-1- بیان مسئله و اهمیت موضوع.. 3
4-1- ضرورت و لزوم انجام تحقیق... 11
3-2- خصوصیات و عوامل مؤثر بر وارونگی دما. 16
5-2- اثرات وارونگی دما بر انسان ها. 22
1-6-2- تقسیم بندی آلاینده ها. 22
7-6-2- دی اکسید نیتروژن ( ). 24
7-2- دادههای جو بالا(رادیوسوند). 24
8-2- دیاگرام ترمودینامیک..... 26
3-9-2- خطوط پلات شده نمودار تفی گرام. 31
4-9-2 نحوه شناسایی تیپ های وارونگی و ویژگی های آن بر روی تفی گرام. 33
2-3- مرحله اول کار: تعیین انواع وارونگیهای دمایی در کلانشهر تهران.. 39
3-3- مرحله دوم کار: تعیین رابطه بین غلظت آلاینده و تیپ وارونگی... 41
4-3- تحلیل واریانس یک طرفه(آزمون F فیشر). 42
2-4- ساختار وارونگیهای دمایی در شهر تهران.. 45
1-2-4- بررسی فراوانی وقوع وارونگیهای دمایی... 45
1-1-2-4- تغییرات سال به سال در وقوع انواع وارونگی-- 46
2-1-2-4 وضعیت متوسط وقوع انواع وارونگیها- 54
2-2-4- میزان تداوم انواع وارونگیها. 61
3-2-4- میزان ضخامت انواع وارونگیها. 63
4-2-4- ارتفاع پایه و انواع رأس وارونگیها. 69
3-4- بررسی ارتباط بین غلظت آلاینده و تیپ وارونگی... 74
1-3-4- وضعیت آلایندههای هوا در شهر تهران.. 74
2-3-4- بررسی ارتباط میزان غلظت آلایندههای جوی با تیپ وارونگی... 76
1-2-3-4- بررسی ارتباط بین غلظت آلاینده منوکسید کربن(Co) وانواع وارونگی دما- 79
2-2-3-4- بررسی ارتباط بین غلظت آلاینده و انواع وارونگی دما- 81
3-2-3-4- بررسی ارتباط بین غلظت آلاینده و انواع وارونگی دما- 83
4-2-3-4- بررسی ارتباط بین غلظت آلاینده و انواع وارونگی دما- 85
5-2-3-4- بررسی ارتباط بین غلظت آلاینده و انواع وارونگی دما- 86
شامل 97 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود تحقیق بررسی ساختار وارونگی دما در کلانشهر تهران