قابليت‌هاي مدل عددي WRF-Chem در برآورد غلظت گرد و خاك (مطالعه موردي طوفان گرد و خاك تهران)

سابقه و هدف: اگرچه در سال‌هاي اخير چندين مدل عددي گرد و خاك براي منطقه خاورميانه ارزيابي شده‌اند، اما به دليل وسعت منطقه، توسعه و پيدايش چشمه‌هاي جديد گرد و خاك، نياز است تا تحقيقات جامع‌تري در ارزيابي مدل‌هاي عددي گرد و خاك براي منطقه خاورميانه صورت گيرد. پژوهشگران گوناگوني مانند Marticorena and Bergametti (1995), Shao et al. (1996), Marticorena et al. (1997) Shao et al. (2004) با توسعه روش‌هاي تخمين انتشار ذرات گرد و خاك با محاسبه فرآيندهايي همچون جهش و خزش ذرات گرد و خاك، و سرعت اصطكاكي آستانه، مدل‌هاي يكپارچه فيزيكي فرسايش باد را كه قابليت جفت‌شدن با مدل‌هاي جوي دارند، توسعه دادند. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش با استفاده از نسخه 3.6.1 از مدل جفت‌شده WRF-Chem، شبيه‌سازي براي 2 روز از تاريخ 11 تا 13 خرداد ماه سال 1393 با استفاده از داده‌هاي آناليز GFS به منظور شرايط اوليه و مرزي صورت پذيرفت. در اين اجرا از طرحواره پيشرفته MADE-SORGAM به عنوان طرحواره گسيل ذرات معلق جوي استفاده شد. اين طرحواره بر پايه مدل ديناميكي مودال براي هواويزها در اروپا طراحي شده است كه اين رهيافت نيز به نوبه خود بر پايه مدل منطقه‌اي ذرات معلق طراحي شده است. در طرحواره MADE ذرات معلق جوي در سه مد ايتكن با قطر كمتر از 0.1 ميكرومتر، تجمعي با قطر بين 0.1 تا 2 ميكرومتر، و درشت با قطر بزرگتر از 2 ميكرومتر با توزيع لوگنرمال در فرآيند شبيه‌سازي كيفيت هوا وارد مي‌شوند. نتايج و بحث: جهت ارزيابي خروجي مدل WRF-Chem، با استفاده از برنامه پس‌پردازشي NCL، نقشه‌هاي توزيع PM10 به همراه غلظت اين پارامتر ترسيم شد. خروجي مدل WRFChem براي غلظت PM10 و باد سطحي در ساعت 12 روز 12 خرداد ماه سال 1393 نشان داده شده است. در ساعت 12 توده كوچكي در شمال‌غربي استان تهران مشاهده مي‌شود، به تدريج با گذشت زمان ميزان غلظت ذرات افزايش يافته و وزش بادهاي غرب و شمال‌غربي سبب ورود گرد و خاك به داخل شهر تهران مي‌گردد تا جايي كه در ساعت 15 كلانشهر تهران را با غلظت زيادي در برگرفته است، پس از آن، ذرات به سمت شرق منتقل شده، گستردگي مناطق تحت پوشش بيشتر مي‌شود ولي غلظت ذرات PM10 كاهش مي‌يابد. نكته قابل توجه اين است كه اگرچه مدل غلظت زيادي را در مناطق غربي كشور نشان مي‌دهد، كه منشاء آن نواحي شرق و شمال‌شرقي كشور عراق است، چشمه گسيل طوفان گردوخاك شهر تهران را كاملا داخلي و مستقل از آن بدست آورده است. به دليل وجود برخي محدوديت‌ها در طرحواره MADE براي مناطق با وضعيت زمين شناختي پيچيده، خروجي اين طرحواره ممكن است در برخي نقاط داراي بيش‌برآورد يا كم‌برآورد باشد. همين‌طور در صورت وجود خطا در الگوي كاربري اراضي و جنس خاك از نظر فرسايش‌پذيري كه نقش تعيين‌كننده در برآورد غلظت گرد و خاك دارد، نتايج خروجي مدل مي‌تواند با واقعيت اختلاف داشته باشد. مناطقي از حوضه شبيه‌سازي مانند شرق درياي خزر و تركمنستان عموما داراي غلظت‌هاي بالاي گرد و خاك است كه در مقايسه با مقادير عمق نوري ذرات گرد و خاك حاصل از سنجنده MODIS مشخص مي‌گردد كه مقادير قابل توجهي از گرد و خاك بر فراز بخش‌هايي از درياي خزر تجمع يافته است. نتيجه‌گيري: به طور كلي عملكرد مدل عددي WRF-Chem در اين پژوهش، قابليت كاربردي اين مدل را در مدل‌سازي و پيش‌بيني كيفيت هوا، به ويژه براي هواويزهايي كه از چشمه‌هاي گسيل طبيعي مانند مناطق فرسايش‌پذير و بيابان‌ها توليد مي‌شوند، تاييد مي‌كند. شرايط كاربري اراضي و فرسايش خاك به دليل تغييراتي كه در سال‌هاي اخير از نظر اقليم، پوشش گياهي، و ساير فراسنج‌هاي زمين‌شناختي در منطقه خاورميانه رخ داده است، در برخي از مناطق دچار دگرگوني قابل‌توجهي شده است. ولي داده‌هاي زمين‌شناسي كه در مدل WRF استفاده مي‌شود همچنان مربوط به سال‌هاي گذشته است كه در پژوهش‌هاي كيفيت هوا عامل ايجاد خطا در خروجي مدل است. بدين منظور مي‌بايست حداقل در مقياس منطقه‌اي، داده‌هاي زمين‌شناختي موثر در گسيل ذرات گرد و خاك تصحيح شده و در اختيار مدل قرار بگيرد.