تعيين مناطق هدف در پروژه‌هاي عملياتي بارورسازي ابرها در ايران به‌كمك شبيه‌سازي پخش مواد باروري با استفاده از مدل پاشندگي HYSPLIT

Determining Target and Control Areas in Operational Cloud Seeding Programs over Iran by Dispersion Simulation of Seeding Materials Using HYSPLIT Model

تعيين مناطق تحت‌تأثير مواد باروري (مناطق هدف) از موضوعات مهم در اجراي برنامه­ هاي استاندارد بارورسازي ابرها است. مدل پاشندگي HYSPLIT امكان شبيه‌سازي انتقال، پخش و نهشت عوامل باروري و تصوير كردن منطقه تحت‌تأثير آنها را روي نقشه فراهم مي­كند؛ بنابراين در اين پژوهش با تأمين داده ­هاي هواشناسي مورد نياز مدل HYSPLIT به‌كمك اجراي مدل هواشناسي ميان‌مقياس WRF، نقش برخي از پارامترهاي مؤثر در شبيه‌‌سازي منطقه هدف بررسي مي­شود. براي اطمينان از كيفيت داده ­هاي ورودي، داده ­هاي باد و دماي خروجي مدل WRF با اندازه‌گيري­ هاي ثبت ­شده به‌وسيله سنجنده ­هاي هواپيماي مورد استفاده در بارورسازي ابرها اعتبارسنجي و سپس تأثيرپذيري مدل پاشندگي در شبيه‌سازي محدوده پخش مواد باروري به‌ترتيب از ديدگاه پارامترسازي فيزيكي مدل WRF، تفكيك مكاني و زماني داده­هاي ورودي و تفكيك مكاني مدل HYSPLIT بررسي مي­شود. براي اين منظور، مدل WRF با به‌كارگيري هشت تركيب متفاوت از پارامترسازي فيزيكي براي سي‌وچهار‌‌ پرواز بارورسازي ابرها در سال 2017 به‌اجرا­درآمد و محدوده پخش حاصل از آنها مقايسه شد. سپس مدل HYSPLIT براي چهار پرواز منتخب با داده­هاي ورودي در سه تفكيك زماني و دو تفكيك مكاني داده­هاي هواشناسي ورودي و سه تفكيك مكاني مدل اجرا شد. نتايج، حاكي از حساسيت مدل HYSPLIT در شبيه‌سازي محدوده پخش مواد باروري به همه پارامترهاي اعمال­شده در اين پژوهش است؛ البته ميزان اين حساسيت متفاوت است. نتايج مدل پاشندگي در ارتفاع پرواز هواپيماي باروري به‌طور قابل­توجهي تحت‌تأثير انتخاب تركيب پارامترسازي فيزيكي مدل WRF است؛ تغيير در پيكربندي پارامترسازي فيزيكي، در برخي موارد، تفاوت­هاي معني‌داري در محدوده پخش مواد باروري ايجاد مي­كند، اما در بيشتر موارد، افزايش تفكيك افقي داده ­هاي ورودي و افزايش تفكيك مكاني اجراي مدل HYSPLIT، تأثير شايان ­توجهي در افزايش يا كاهش معني‌دار در محدوده پخش مواد باروري نخواهد داشت و حساسيت مدل به تفكيك زماني داده­ هاي ورودي نيز قابل­ چشم‌پوشي است.

Determination of affected area by seeding agents, the so-called target area, is an essential requirement for evaluation of cloud seeding projects. The most conservative and credible estimates of seeding effects were obtained from control matches drawn from outside the operational target within 2 hours of the time that each unit was seeded initially (DeFelice et al., 2014). A coupled modeling system consisting of the mesoscale WRF model and the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model (HYSPLIT), provides capability to simulate the transportation and dispersion of seeding materials and to characterize target area on the map. This study is devoted to sensitivity analysis of simulated dispersion patterns to several parameters including different configuration based on physical parameterizations used in WRF model, horizontal and temporal resolution of WRF and spatial resolution of HYSPLIT, to determine the most probable dispersion patterns. Since temperature and wind parameters are the most important parameters in cloud seeding operations, they are measured instantaneously at 1-second intervals at the flight height of the airplane during each flight and therefore, they are very valuable data to assess the performance of the WRF model in simulating these fields. Hence, at first the WRF model outputs such as temperature and wind are validated by data measured by the airplane. Results indicate that there is an acceptable agreement between field data and WRF outputs that are going to be used as input data for dispersion model. In this study, eight configurations of the WRF model based on different physical parameterization schemes are used for 34 flights in cloud seeding project in 2015 and HYSPLIT model is run by these types of input data and resulting target area are compared on the map. Then, HYSPLIT model is run for four selected seeding operations according to three temporal and two horizontal resolutions of input data in addition to three spatial resolutions of HYSPLIT model and the transport of seeding plumes is characterized on the geographical map. The results indicate that dispersion model is sensitive to all mentioned parameters. Also, in most cases, dispersion model results at the flight height of cloud seeding aircraft are significantly influenced by the input data provided by the WRF model. In addition, the dispersion model results are less sensitive to other parameters. Furthermore, when the spatial resolution of the HYSPLIT model is close to the horizontal resolution of the input meteorological data provided by the WRF model, affected area of seeding agents is more integrated and therefore there is a greater degree of certainty in determining the target area.