به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

فهرست مطالب محمدرضا محمدپور پنچاه

  • مجتبی شکوهی*، ابراهیم اسعدی اسکویی، محمدرضا محمدپور پنچاه

    پیش بینی های متوسط روزانه سرعت باد و رطوبت نسبی در هر مکانی با دقت مناسب، در هواشناسی مهم است. خروجی مدل WRF با خطا همراه ست، از این رو نیاز به ارتقاء کیفیت پیش بینی های است. هدف این مطالعه تصحیح خطای پیش بینی های 24، 48 و 72 ساعته متوسط روزانه سرعت باد ده متری و رطوبت نسبی در نقاط شبکه بر روی ایران است. خطای مدل طی دوره آموزش 5 و 14 روزه، برای نقاطی از شبکه که دارای داده مشاهداتی هستند محاسبه شد. این خطاها در نواحی هم اقلیم، با استفاده از روش درون یابی کوکریجینگ، در سایر نقاط شبکه برآورد شد. بدین ترتیب پیش بینی خام مدل برای نقاط فاقد داده مشاهداتی حفظ و تنها مقادیر برآورده شده خطا بر روی آنها اعمال می شود. دوره آماری 15 ماه، از 1/11/2019 الی 1/2/2021 برای 560 ایستگاه مشاهداتی کشور در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد خطای برونداد خام مدل در ماه ها، مکان ها و نواحی اقلیمی مختلف، توزیع یکنواختی ندارد. به طور متوسط نمره مهارت مدل، برای پیش بینی رطوبت نسبی بیشتر از سرعت باد است. به طور کلی RMSE پیش بینی های سرعت باد و رطوبت نسبی برای کل کشور بعد از تصحیح، به ترتیب 13 و 18 درصد کاهش و نمره مهارت حداکثر تا 160 و 308 درصد افزایش می یابد. مدل، سرعت باد را در اکثر مناطق کشور کمتر از مقدار مشاهده شده و رطوبت نسبی را بیشتر برآورد می کند. روش تصحیح خطای 14روزه نسبت به روش 5روزه چندان سبب بهبود نمره مهارت مدل نشد و می توان با روش 5روزه با هزینه محاسباتی کمتر به دقتی مشابه رسید.

    کلید واژگان: خطای سامانمند, درون یابی, کوکریجینگ, نمره مهارت, نواحی اقلیمی}
    Mojtaba Shokouhi *, Ebrahim Asadi Oskouei, MohammadReza Mohammadpour Penchah

    Weather forecasting and monitoring systems based on numerical weather forecasting models have been increasingly used to manage issues related to meteorology and agriculture. Using more accurate daily average wind speed (10m) and relative humidity forecasts can be helpful in this regard. But systematic and random errors in the model affect the accuracy of forecasts. In this study, the model errors during the 5 and 14 days training period in the same climate areas on the points of the network where the observations are available were calculated. Then the errors were generalized on all points of the network using the cokriging interpolation method. This preserves the model forecasts for other points of the network and only error values are applied to them. To better evaluate the model, the spatial and temporal distribution of daily average wind speed (10m) and relative humidity forecast errors were also investigated over Iran. Observed daily wind speed and relative humidity data from 560 meteorological stations for the period 1/11/2019 to 1/2/2021 were used to evaluate the WRF model performance. The WRF model was run daily at 12UTC, with a forecast time of 120 hours, and first 12 hours of each run was consider as the model spin-up time and was not used in errors calculation. In order to correct wind speed and relative humidity forecast errors for next three days (forecasts of 36, 60 and 84 hours), the forecasts for each day in the period of 11/1/ 2019 to 1/2/2021, was extracted from the model outputs. In order to evaluate the error correction method, the skill score index was used. The validation results of the error correction method showed that the absolute mean error value, correlation coefficient and RMSE improved after the error correction compared to results that were before the error correction, which showed that the error correction method can be used for other network points that did not contain observational data. In general after correction, the RMSE for wind speed and relative humidity forecasts could decrease by 13% and 18%, and the skill score could increase to a maximum of 160% and 308%, respectively. Value of correlation coefficient, after correcting the model error, was significantly increased, compared to the raw model output. In general skill score for the raw wind speed and relative humidity forecast for more than 50% of the days was more than -0.5 and -0.3, but after corrections were  increased to 0.2, 0.4 respectively. Without exception, all climatic regions after error correction have higher skill scores than before error correction, so that the model skill score for most climatic regions after error correction was reached above zero for more than 75% of the days. The results showed that errors of the model in different months, places and climatic zones did not have a uniform distribution. In general, the model underestimated the wind speed and overestimated the relative humidity in most areas. In general, the lowest skill scores for relative humidity forecasts occurred in the colder months of November to February in most climatic zones. The 14-day error correction method did not improve the modeling skill score much compared to the 5-day error correction method, and they acted almost similarly. Knowing the spatial and temporal distribution of model forecast error can be helpful for researchers to have an overview of the areas (and months) where the model forecast error can be high or low.

    Keywords: climatic zones, Cokriging, interpolation, Skill Score, systematic error}
  • مجتبی شکوهی*، ابراهیم اسعدی اسکویی، محمدرضا محمدپور پنچاه

    در مسایل مرتبط با هواشناسی، آب شناسی و کشاورزی دسترسی به پیش بینی های دقیق دمای کمینه و بیشینه در هر مکانی ضروری است. ازاین رو استفاده از پیش بینی های با دقت مناسب مدل WRF در تمام نقاط شبکه ضروری است. اما خروجی مدل با خطای سامانمند همراه است. هدف این مطالعه تصحیح خطای پیش بینی های 24، 48 و 72 ساعته دمای بیشینه و کمینه در نقاط شبکه برروی ایران است. خطای مدل طی دوره آموزش 5 و 14 روزه، برای نقاطی از شبکه که دارای داده مشاهداتی هستند محاسبه شد. این خطاها در نواحی هم اقلیم، با استفاده از روش درون یابی کوکریجینگ، در سایر نقاط شبکه برآورد شد. بدین ترتیب پیش بینی خام مدل برای نقاط فاقد داده مشاهداتی حفظ، و تنها مقادیر برآورده شده خطا بر روی آنها اعمال می شود. دوره آماری 15 ماه، از 1/11/2019 الی 1/2/2021 برای 560 ایستگاه مشاهداتی کشور در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد خطای برونداد خام مدل در ماه ها، مکان ها و نواحی اقلیمی مختلف، توزیع یکنواختی ندارد. RMSE برونداد خام مدل برای کل کشور در پیش بینی های دمای بیشینه و کمینه به ترتیب تقریبا 6 و 5 درجه سلسیوس است، که بعد از تصحیح، به ترتیب به کمتر از 2 و 4 درجه می رسند. تغییر پذیری نمره مهارت در تمامی نواحی اقلیمی و ماه های مختلف بعد از تصحیح خطا بسیار کاهش یافته و در محدوده صفر تا یک قرار می گیرد. روش تصحیح خطای 14روزه نسبت به روش 5روزه چندان سبب بهبود نمره مهارت مدل نشد و می توان با روش 5روزه با هزینه محاسباتی کمتر به دقتی مشابه رسید.

    کلید واژگان: خطای سامانمند, درون یابی, کوکریجینگ, نمره مهارت, نواحی اقلیمی}
    Mojtaba Shokouhi *, Ebrahim Asadi Oskouei, MohammadReza Mohammadpour Penchah

    Weather forecasting and monitoring systems based on numerical weather forecasting models have been increasingly used to manage issues related to meteorology and agriculture. Using more accurate minimum and maximum temperature forecasts can be helpful in this regard. But systematic and random errors in the model affect the accuracy of forecasts. In this study, the model errors during the 5 and 14 days training period in the same climate areas on the points of the network where the observations are available are calculated.Then the errors are generalized on all points of the network using the cokriging interpolation method. This, preserves the model forecasts for other points of the network and only error values are applied to them. To better evaluate the model, the spatial and temporal distribution of the maximum and minimum temperature forecast errors are also investigated in the country. Observed daily maximum and minimum temperatures data from 560 meteorological stations for the period 1/11/2019 to 1/2/2021 are used to evaluate the WRF model. The WRF model is run daily at 12UTC, with a forecast time of 120 hours. And first 12 hours of each run is consider as the model spin-up and is not used in errors calculation. In order to correct the maximum and minimum temperature forecast errors for next three days (forecasts of 36, 60 and 84 hours), the forecasts for each day in the period of 11/1/ 2019 to 1/2/2021, is extracted from the model outputs. In order to evaluate the error correction method, the skill score index is used. The validation results of the error correction method shows that the absolute mean error value, correlation coefficient and RMSE are improved after the error correction compared to results that were before the error correction. This shows that the error correction method can be used for other network points that do not contain observational data. The results shows that the RMSE of the raw model maximum (minimum) temperatures forecasts for next three days is approximately 6 degrees Celsius (5 degrees Celsius), which after error correction reaches 2 degrees Celsius (4 degrees Celsius). Also the value of correlation coefficient, after correcting for the model error, has a significant increase compared to the raw model output. The average skill score for the raw minimum and maximum temperature forecast for more than 50% of the days is more than -1 and -1.9, respectively, but after correction, the model skill scores become closer to one and for more than 75 percentage of days that reach above zero. Without exception, all climatic regions after error correction have a higher skill score than before error correction, so that the model skill score for most climatic regions after error correction reaches above zero for more than 75% of the days. Before error correction, the warm semi-humid zone has the lowest average skill score for forecasting maximum and minimum temperatures among climatic zones, but after error correction it reaches the highest value among other zones. In general, for areas with hot and dry climates, the raw output skill score for predicting the minimum temperature in July, August, and September is minimized. The 14-day error correction method did not improve the modeling skill score much compared to the 5-day error correction method, and they acted almost similarly. In areas with high elevation gradient, the model error increases. In general, model underestimates the maximum and minimum temperatures in most areas. Knowing the spatial and temporal distribution of model forecast error can be helpful for researchers to have an overview of the areas (and months) where the model forecast error is high.

    Keywords: climatic zones, Cokriging, interpolation, Skill Score, systematic error}
  • ابراهیم اسعدی اسکوئی*، محمدرضا محمدپورپنچاه، لیلا گودرزی، مجتبی شکوهی
    زمینه و هدف

    تبخیر و تعرق به عنوان یکی از مولفه های اصلی چرخه هیدرولوژی، نقش قابل توجهی در برنامه ریزی صحیح آبیاری و مدیریت منابع آب دارد. بنابراین برآورد دقیق این پارامتر ضروری است. به دلیل فقدان داده و کمبود ایستگاه های هواشناسی، تخمین تبخیر و تعرق با محدودیت روبه رو است. بنابراین امروزه مدل های عددی مانند WRF ابزاری قدرتمندی برای تولید و پیش بینی کمیت های هواشناسی (سرعت باد، رطوبت و غیره) مورد نیاز برای تخمین تبخیر و تعرق به حساب می آیند. تاکنون تحقیقی در زمینه ی بررسی تاثیر طرحواره های مختلف مدل WRF بر روی تخمین تبخیر و تعرق برنج انجام نشده است. هدف این مطالعه ارزیابی کارایی مدل WRF و به دست آوردن تنظیمات بهینه برای تخمین تبخیر و تعرق گیاه برنج در جلگه مرکزی گیلان می باشد. 

    روش پژوهش

    مقادیر واقعی تبخیر و تعرق با نصب یک لایسیمتر شالیزاری در یکی از مزارع پژوهشی موسسه تحقیقات برنج کشور به ابعاد 150 در 100 متر (5/1هکتار) با مختصات منطقه 37 درجه شمالی و 49 درجه شرقی و ارتفاع 24 متر از سطح دریا اندازه گیری شد. FAO روش پنمن- مانتیث را به عنوان بهترین روش برای تخمین ETo برای انواع اقلیم ها توصیه کرده است. برای برآورد ETo به روش پنمن- مانتیث نیاز به کمیت های آب و هوایی است که این کمیت ها از خروجی مدل WRF حاصل شد. از آنجا که این کمیت ها تاثیر بسزایی در برآورد تبخیر و تعرق دارند، چهار پیکربندی مختلف با استفاده از فیزیک تابش طول موج کوتاه و بلند، لایه سطحی و لایه مرزی برای مدل WRF انتخاب و مورد آزمایش قرار گرفتند. در مرحله بعد، مقادیر اندازه گیری شده تبخیر و تعرق توسط لایسیمتر با مقادیر برآورده شده از خروجی های مدل (با به کارگیری 4 طرحواره های مختلف محلی و غیر محلی) مقایسه و تنظیمات بهینه مدل برای تخمین میزان تبخیر و تعرق مشخص شد. 

    یافته ها

    مقادیر تبخیر و تعرق در بازه ی 7/2 تا 5/8 میلی متر در روز در تغییر است. میانگین ET در طی سه دوره ی مختلف رشد گیاه شامل دوره ی ابتدایی، میانی و انتهایی به ترتیب برابر 63/4، 97/5 و 98/5 میلی متر در روز برآورد شده است. سه پیکربندی 1، 2 و 4 عمدتا در پیش بینی تبخیر و تعرق گیاه برنج، بیش برآورد داشته و مقادیر محاسباتی بیشتر از مقدار اندازه گیری شده توسط لایسیمتر تخمین زده شده است. نتایج نشان می دهد که بیشترین میزان RMSE در پیکربندی شماره 4 و به میزان 47/8 و کمترین میزان آن در پیکربندی شماره 3 و به میزان 26/1 رخ داده است. جمع بندی نتایج نشان می دهد که پیکربندی شماره 3 در هر چهار معیار ذکر شده در مقایسه با دیگر پیکربندی ها در پیش بینی تبخیر و تعرق روزانه گیاه برنج بهتر عمل کرده است. نتایج نشان داد که طرحواره ی غیر محلی بکار گرفته شده در مدل نسبت به طرحواره های محلی، تبخیر و تعرق روزانه گیاه برنج را بهتر شبیه سازی می کند. یافته ها نشان می دهد که در طرحواره محلی YSU، دقت پیش بینی ها به طور قابل توجهی افزایش یافته و تنها به میزان 64/0 میلی متر به طور متوسط نسبت به داده های لایسیمتری کمتر برآورد شده است. 

    نتایج

    نتایج نشان داد کاربرد طرحواره مناسب در لایه سطحی و لایه مرزی مدل WRF بر دقت پیش بینی های تبخیر و تعرق تاثیر دارد. نتایج این تحقیق نشان داد که این مدل با کاربرد طرحواره ی لایه مرزی غیر محلی YSU قادر است که مقادیر تبخیر و تعرق گیاه برنج را با دقت قابل قبولی برای یک روز بعد پیش بینی کند که دلیل آن قابلیت بالاتر این طرحواره در پیش بینی پارامترهای موثر بر تبخیر و تعرق (از جمله دما و باد) است. بنابراین مدل WRF می تواند با استفاده از داده های پیش بینی GFS برای چند روز آینده اجرا و با اعمال معادله ی فایو- پنمن- مانتیث بر خروجی های مدل، مقادیر تبخیر و تعرق پتانسیل برای مناطق مختلف کشور محاسبه گردد. از آنجایی که تبخیر و تعرق در ارتباط مستقیم با فرآیندهای ترمودینامیکی جو است، کاربرد دیگر طرحواره های مختلف فیزیک جو (که در این تحقیق مد نظر نبوده است) می تواند نتایج متفاوتی تولید کند.

    کلید واژگان: پیش بینی تبخیر و تعرق, لایسیمتر, مدل WRF, فائو- پنمن- مانتیث, نیاز آبی}
    Ebrahim Asadi Oskouei *, Mohammadreza Mohammadpour Penchah, Leila Goodarzi, Mojtaba Shokouhi
    Background and Aim

    Evapotranspiration as one of the main components of the hydrological cycle, has a significant role in proper irrigation planning and water resources management. In this case, estimating evapotranspiration is limited due to a lack of data and a deficiency of meteorological stations. Therefore, today numerical models such as WRF are a powerful tool for generating and predicting meteorological quantities (wind speed, humidity, etc.) that are needed to estimate evapotranspiration. So far, no research has been conducted to investigate the effect of different schemes of the WRF model on the estimate of rice evapotranspiration. The purpose of this study is to evaluate the efficiency of the WRF model and obtain the result for estimating evaporation for rice plant in the central plain of Guilan.

    Method

    Evapotranspiration rates vary from 2.7 to 8.5 mm per day. The average ET during three different periods of plant growth, including the initial, middle, and final periods, is estimated to be 4.63, 5.97, and 5.98 mm per day, respectively. The three configurations 1, 2, and 4 are mainly overestimated in predicting evapotranspiration of rice plants, and the computational values are estimated to be higher than the values measured by the lysimeter. The results show that the highest amount of RMSE occurred in configuration No. 4 at 8.47 and the lowest rate occurred in configuration No. 3 at 1.26. Summary of results shows that configuration No. 3 in all four criteria mentioned has performed better than other configurations to predict daily evapotranspiration of rice. The results showed that the non-local schema used in the model, simulates better than the local schemas for the daily evapotranspiration of the rice plant. Findings show that in the local YSU schema, the accuracy of predictions is significantly increased and is only 0.64 mm on average less than the estimated lysimetric data.

    Results

    The results showed that using appropriate schemas in the surface layer and boundary layer of the WRF model, affects on accuracy of evapotranspiration predictions. The results of this study showed that, this model by using the YSU non-local boundary layer scheme can accurately predict the evapotranspiration rates of the rice plant for the next day and this is due to the higher ability of this schema in predicting the parameters affecting evapotranspiration (including temperature and wind). Therefore, the WRF model can be implemented by using GFS forecast data for the next few days and by applying the FAO-Penman-Monteith equations to the model outputs, the values of potential evapotranspiration for different regions of the country can be calculated. Since evapotranspiration is directly related to atmospheric thermodynamic processes, so using other different atmospheric physics schemas (not considered in this study) can produce different results.

    Keywords: Prediction of evapotranspiration, lysimeter, WRF model, FAO-Penman-Monteith, Water requirements of paddy fields}
  • ابراهیم اسعدی اسکویی*، مجتبی شکوهی، محمدرضا محمدپور پنچاه، ابراهیم اکبرزاده کاسانی
    برنج یکی از محصولات کشاورزی استراتژیک کشور است که بعد از گندم غذای اصلی مردم ایران را تشکیل می دهد. با توجه به تاثیر زیاد وضعیت جوی در مراحل مختلف رشد و تولید برنج در این پژوهش سعی شده است با در نظر گرفتن تاثیر وضعیت جوی در بازه های زمانی مختلف فصل کشت برنج، این بازه زمانی به مراحل مختلف تقسیم شده و الگوریتمی برای صدور توصیه به کشاورزان جهت آسیب کمتر به شالیزارها و حتی خود کشاورزان صادر شود. برای این منظور، از تلفیق سری داده های مشاهداتی سه روز گذشته ی 40 ایستگاه هواشناسی و نتایج مدل های پیش بینی عددی وضع هوا برای سه روز آینده استفاده شده است. در هر مرحله از تولید برنج، آستانه هایی برای کمیت های جوی اثرگذار شامل دما، بارش و باد، تعیین و سپس با برنامه نویسی در محیط R این شرایط در قالب یک فرآیند خودکار به نقشه های توصیه برای شالیکاران در منطقه شمالی کشور تبدیل شد. در این نقشه ها این توصیه ها به صورت گرافیکی در پهنه های مختلف که هر رنگ بیانگر یک توصیه عملیاتی به کشاورزان در مراحل مختلف تولید برنج است در آمده است. ارزیابی توصیه های صادر شده نشان از مطابقت بالای 75 درصدی توصیه های صادر شده با واقعیت را دارد.
    کلید واژگان: برنج, پیش بینی وضع هوا, خودکار}
  • پروین غفاریان*، نفیسه پگاه فر، محمدرضا محمدپور پنچاه
    در این تحقیق کارایی مدل میان مقیاس WRF برای شبیه سازی باد سطحی تحت شرایط اولیه و مرزی متفاوت در سواحل و فراساحل دریای عمان ارزیابی شده است. بدین منظور از داده بازتحلیل Era-interim و داده های تحلیلی NCEP-FNL و NCEP-GFS به عنوان شرایط اولیه و مرزی استفاده شده است. خروجی میدان باد حاصل از شبیه سازی مدل با داده های ایستگاه های سینوپتیکی واقع در سواحل دریای عمان در کشورهای ایران و عمان، داده بویه قشم و داده ماهواره ترکیبی مقایسه شده اند. از روش کشانش (Nudging) برای بهبود در نتایج خروجی مدل استفاده شده است. نتایج هر سه شبیه سازی نشان می دهند که مدل در نقاط ساحلی، مقادیرسرعت باد را پیش برآورد کرده است. به گونه ای که بیشترین برآورد مربوط به داده Era-Interim و کمترین مربوط به داده FNL بوده است. برای مناطق فراساحلی، میانگین اریبی روی کل دامنه مورد مطالعه نشان داد که شبیه سازی هایی که با داده های GFS و FNL انجام شده بود، تمایل به کم برآوردی داشته، درحالی که داده های Era-Interim سرعت باد را بیش برآورد کرده اند. از مقایسه نمودار هیستوگرام سرعت باد مشخص شد که در هر سه شبیه سازی بیشترین میزان خطا در بازه های زمانی که سرعت باد کم بوده، رخ داده است. ارزیابی جهت باد نیز نشان داد که داده FNL نسبت به دو داده دیگر عملکرد بهتری را به عنوان شرایط اولیه و مرزی برای شبیه سازی در منطقه مورد مطالعه داشته است. در کل بهترین عملکرد مدل برای شبیه سازی میدان باد در دوره مورد مطالعه با داده های FNL در نقاط ساحلی و فراساحلی بوده است.
    کلید واژگان: میدان باد, مدل WRF, دریای عمان, داده بازتحلیل و تحلیلی, شرایط اولیه و مرزی, کشانش}
    Parvin Ghafarian *, Nafiseh Pegahfar, Mohammad Reza Mohammadpour Penchah
    Oman Sea and its coastlines have an important role in the international trade, coastal management and marine industries. Large weather instability and intense wind occur in Oman Sea due to tropical cyclones. The wind field simulated by atmospheric models can be used in ocean model for wave prediction. The main purpose of this research is to investigate applicability of WRF mesoscale model version 3-7-1 in surface wind simulation using various boundary and initial conditions over Oman Sea. for this aim, three data sets including Era-Interim reanalysis data, FNL and GFS analysis data have been used. Simulated wind at the coasts of Oman has been evaluated using observational data measured at synoptic stations in Iran and Oman and also data measured by buoy at Gheshm Island. Evaluation of simulated offshore wind has been done using data from National Climatic Data Center Blended Sea Winds with 0.25 degree horizontal resolution and 6-hourly time step. Moreover, SST data from NCEP dataset with 0.083 degree in horizontal resolution have been used as WRF input data. Model outputs have been improved based on nudging technique. In this research, WRF model has been run using three 3-, 9- and 27-km nests, that the smaller one covers Oman Sea and some portions of the Persian Gulf. The model has been run for a time of 60 hour with 12 hour spin-up period for June 2009. Finally, fifteen “2-day re-started” simulations were performed to complete one month simulations. Results show that all three simulations overestimate wind speed at the considered coast area and the largest error belong to simulations that used Era-Interim dataset and the smallest error occurred in simulations that used FNL dataset. Comparison of the three datasets (analysis and reanalysis ones) with observational data indicated that using GFS dataset provided more accurate data due to its higher resolution. Moreover, ECMWF datasets underestimated them, while simulations using ECMWF them data as initialization and boundary conditions overestimated the winds. Bias-averaged values over the offshore areas demonstrated that using GFS and FNL datasets leads to underestimation, while using Era-Interim dataset resulted in overestimation in of predicted winds. Histogram of wind speed reveals that maximum error occurred for low wind speed for all three datasets (wind speed smaller than 3 m/s). In the mid-range (wind speed between 3-12 m/s), the model has an appropriate performance for simulating wind speed. Using GFS and FNL underestimates wind speed larger than 12 m/s, while using Era-Interim data overestimates that. Simulations using GFS and FNL have little discrepancy for various wind speeds, due to same model in producing these datasets. While results obtained from Era-Interim differ significantly with those from GFS and FNL datasets. Using FNL dataset produced the least error in wind direction. Since both GFS and FNL datasets are produced in NCEP with the same data assimilation techniques and forecast systems, the significant difference between these two datasets refers to the number of used observational data in producing analysis dataset (more observational datasets have been used in producing FNL dataset, comparing with those used in producing GFS dataset). Therefore, it can be concluded that dense grid of observational data in producing analysis dataset has an important role in mesoscale simulations. As a conclusion, using FNL dataset an input of WRF model led to the best performance in simulation of wind speed and wind direction for coasts and offshore part of Oman Sea.
    Keywords: Wind field, WRF model, Oman Sea, reanalysis, analysis data, Initial, boundary conditions, Nudging}
  • سحر تاج بخش*، محمد مرادی، مهدی رشیدزاد، محمدرضا محمدپور پنچاه
    مه یکی از پدیده های وضع هواست که در نشست و برخاست هواپیماها، به سبب کاهش دید، نقش مهمی دارد. در این مطالعه سعی شده است در دو فرودگاه مهرآباد تهران و شهید هاشمی نژاد مشهد، ضمن ارائه الگوهای همدیدی شرایط مه آلود، روشی به منظور بهبود حدس اولیه برای پیش بینی مه ارائه شود. با در نظر گرفتن داده های موجود، 25 مطالعه موردی برای رخداد مه به کمک دو روش تجربی متداول (سندرس و کروداک-پریچارز) در فرودگاه های یادشده بررسی و دمای نقطه مه با داده های واقعی و پیش بینی تعیین شد. الگوهای همدیدی در حالت های موردی معرف حضور پرفشار قوی با مقادیر حداقل 1020 هکتوپاسکال در نوار شمالی ایران است که با فرارفت هوای سرد تراز 850 هکتوپاسکال، باد های شمالی و نم ویژه 6 تا 8 گرم بر کیلوگرم همراه است. ارزیابی به روش بایاس نشان داد که روش سندرس در 75% حالات با رخداد مه در فرودگاه های یادشده هم خوانی دارد. این ارزیابی برای روش کروداک-پریچارز به 65% کاهش یافت. با هدف استفاده از این روش ها برای پیش بینی رخداد مه، روش های یادشده به کمک خروجی های مدل پیش بینی عددی WRF نیز مطالعه شد و ارزیابی نتایج صحت کمتری (50%) را نشان داد. از این رو به نظر می رسد روش تجربی سندرس برای حدس اولیه رخداد مه روش مناسبی باشد و در صورت افزایش صحت و دقت خروجی های مدل پیش بینی عددی برای 12 ساعت آینده قابل استفاده است.
    کلید واژگان: حداقل دید فرودگاه, دمای نقطه مه, روش سندرس, مه, مدل پیش بینی عددی WRF}
    Sahar Tajbakhsh *, Mohammad Moradi, Mehdi Rashidzad, Mohammadreza Mohammadpur Panja
    Fog is among the most important weather hazards from the aviation perspective. This phenomenon can substantially lead to horizontal visibility reduction. Therefore, accurate prediction is essential for flight safety and easing air traffic. Fog consists of a weather condition in which water drops and ice crystals reduce the horizontal visibility to less than 1000 meters. Various methods are suggested for fog forecasting. Numerical and statistical methods, experimental approaches, and very short range fog forecasting are some of the most common methods. Experimental methods are commonly used for first guess in forecasting centers. Saunders technique is one of the forecasting methods for radiation fogs using radio sounds data. Although this technique goes back to many years ago, it is being used in many parts of the world, including UK Met Office, and is recommended by World Meteorological Organization.
    Present study tries to evaluate the performance of two experimental methods using real data after studying synoptic condition of fog occurrence in two selected airports. The validity of them is then measured with the real occurrence in a number of case studies of fog occurrence for the selected airports using the bias technique in order to choose the more appropriate method. In the next step, the more appropriate method is administered using the numerical prediction model output and is again evaluated with the bias technique. In both these methods, an index called fog point temperature has been used, and the fog occurrence has been determined by calculating this temperature and comparing it with the minimum temperature. The selected airports are Mehrabad Airport, Tehran and Shahid Hasheminezhad Airport, Mashhad, which have been chosen because of high flight traffic (in Tehran) and high fog occurrence (in Mashhad). Experimental methods examined in this study are Saunders and Prichars-Crodack techniques, which 25 case studies in selected Airports tried to offer the best results for first guess of fog occurrence. The accuracy of these relations was evaluated comparing real conditions using Bias technique. After choosing the more appropriate method, a similar process has been carried out using numerical prediction model of WRF for the next 12 hours.
    Results of synoptic evaluations show that high-pressure systems are a major factor in creating coldness in lower levels of the atmosphere. Evaluation of pressure field in this study doesnt show figures below 1020 hPa. Specific humidity values were 6-8 g/kg and 4-6 g/kg for 1000 and 925 hPa levels respectively. Winds are frequently northern or eastern and cold weather advection is seen in selected stations.
    In Saunders technique, using radio sound data of 1200 UTC in 25 case studies for mentioned airports, the fog point is calculated. This temperature is then compared with next day's minimum temperature and if the difference is less than -2°C, fog occurrence would be ruled out. Saunders considers this method mostly useful for radiation fog. In Crodack-Prichars technique, which is performed by creating a regression association between temperature and dew point temperature, the fog point temperature is determined. Here again, fog is not formed If the temperature difference is less than -2°C.
    After calculating fog point temperature using Saunders technique and comparing it with actual observation, it was found that among 25 cases, 15 fog observations were consistent with Saunders technique calculations. In the five cases of fog nonoccurrence, the results of this method were consistent with reality. So, Bias evaluation technique shows 75% for probability of detection.
    The same process has been carried out for Crodack-Prichars technique. In this method, a linear relationship exists between temperature, due point temperature, and fog point temperature. Wind condition and cloudiness are also presented experimentally in the form of a table. For different amounts of these two factors, a numerical amount of 1.5 to -1.5 is added to the fog point temperature. Fog occurrence is determined by calculating fog point temperature using Crodack-Prichars technique and comparing it with the minimum temperature according to table 2. This evaluation showed that in 13 of 20 fog occurrence cases, the right answer were obtained, and 5 cases of fog nonoccurrence, were consistent with reality. Therefore, POD index was reduced to 65%. Based on the results, Saunders technique has been considered as the more appropriate method for initial guessing in fog forecasting in the airports under study. Now, the values of temperature and due point temperature were determined for the next 12 hours using WRF numerical prediction model, and Saunders technique was used again for predicting fog (using predicted data). The results of this evaluation were also investigated using Bias evaluation technique, which were not so agreeable, so that it was consistent with reality in 50% of cases. Hence, it seems that careful consideration of numerical prediction models output is needed.
    Keywords: fog, Sanders Method, fog point, WRF numerical weather prediction}
  • محمدرضا محمدپور پنچاه، حسین ملکوتی، سمیرا باباحسینی
    توفان گرد و غبار ازجمله پدیده هایی است که در سال های اخیر مشکلات فراوانی را برای مناطق مختلف کشور ایجاد کرده است. شناسایی چشمه این نوع توفان ها از اولین گام ها در مقابله با این پدیده مخرب است. از جمله روش هایی که برای این منظور استفاده می شود مدل سازی عددی است. در این مطالعه سعی شده است رویکرد مناسبی برای شناسایی چشمه توفان های گردوغبار با استفاده از مدل های عددی معرفی شود. برای این منظور توفان گردوغبار شدیدی که در روزهای 17-14 تیر 1388 (8 - 5 جولای 2009) انتخاب شد که تقریبا اکثر نقاط کشور را تحت تاثیر قرار داده بود.سپس با استفاده از مدل عددی مطالعه و پیش بینی جوی WRF و مدل محاسبه مسیرهای برگشت و پخش HYSPLT توفان مورد نظر،مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا مدل WRF برای شبیه سازی شرایط جوی حاکم بر توفان اجرا گردید و شرایط همدیدی حاکم بر این توفان با استفاده از تحلیل خروجی های این مدل به دست آمد. سپس خروجی های به دست آمده برای دست یابی به چشمه های احتمالی و تحلیل مسیر انتقال گردوغبار به مدل HYSPLT داده شد. سرانجام رویکرد پخش ذرات از مناطق احتمالی به دست آمده، برای دقیق تر شدن روی مناق چشمه، بکار گرفته شد. نتایج نشان داد که اغلب مسیرهای به دست آمده، از مناطق شمالی و مرکزی عراق و سوریه گذشته و منشا توفان گردوغبار ذکر شده، مناطق کویری و خشک شمال عراق و سوریه است. این نتایج مطابقت خوبی با مطالعات گذشته بر اساس سنجش از دور داشته و بیانگر این است که مدل های عددی ذکر شده توانایی پیش بینی توفان های گردوغبار را دارند.
    کلید واژگان: توفان گردوغبار, چشمه, WRF, HYSPLT, مسیر برگشت}
    Mohammadreza Mohammadpour Penchah, Hosein Malakooti, Samira Babahoseini
    Introduction One of the factors that affect the climate of arid and semi-arid areas is dust storm. Numerical models are new methods for evaluation of dust storms which can also be used for forecasting dust storms. The goal of this research was to utilize air mass back trajectory and mesoscale meteorological model analyses to investigate the wind patterns in Iran leading to synoptic-scale dust outbreaks impacting the west and center of this region. Back trajectories from a receptor site should assist in determining the air masses and dust transport patterns into the area of study to help better understand and forecast the formation and direction of motion of dust plumes. Synoptic-scale desert dust outbreaks are initiated by specific weather conditions that depend on the nature and strength of large-scale wind systems over the region. Weather patterns that lead to dust outbreaks can be simulated using computer models that support a wide range of simulations related to the long-range transport, dispersion, and deposition of aerosols. Also, identify the source of infection is the first step in the process of determining an effective strategy for controlling pollution. One way to find the sources of pollution is back trajectory this means that the back trajectories from the receiver site can be used to specify the source locations. A coupling of meteorological and trajectory models is common method in studies of dust storms. In this study, we evaluated one off intense dust event that affected most of Iran. We used two numerical models, Weather Research and Forecasting (WRF) model and HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model. WRF model analyses were used to investigate meteorological conditions in the center of Iran and HYSPLIT back-trajectory analyses were used to investigate the wind patterns that led to dust outbreaks by evaluating air transport pathways reaching Iran during dusty days.
    Methodology In this study numerical models are used to investigate and forecast of dust storms. The Advanced Research version of WRF (ARW) was used to produce atmospheric fields at a high resolution over the study region. WRF model analyses were used to investigate meteorological conditions in region. WRF is a limited-area, non-hydrostatic, terrain-following sigma-coordinate model designed to simulate or predict mesoscale atmospheric circulation. HYSPLIT model was used to compute simple air parcel trajectories as well as dispersion and deposition simulations. 1 nested domains of 30 km horizontal resolutions and 28 vertical levels was defined in WRF model. The model was integrated continuously for 192 h starting from 00UTC of 30 Jun 2009. Initial and boundary conditions were adopted from National Centers for Environmental Prediction Final Analyses (NCEP FNL) data available at 1° horizontal resolution. Boundary conditions were updated at 6-h intervals during the period of model integration. Then WRF outputs converted to format of input data for HYSPLIT model and this model was run to investigate the source of dust storm using calculation of back trajectories from receptor site. The back trajectories provide the Lagrangian path of the air parcels in the chosen time scale, which will be useful to identify the source locations of the pollutant that fall in the track of the back trajectories. Also for reduce uncertainty of back trajectories, trajectories were calculated at different altitudes (100 m, 500 m and 1000 m).
    Discussion On the sixth day of July, 2009, when the storms come to Tehran, horizontal visibility is less than 100 meters. Many cities and human activities were suspended. Shamal Wind is the prominent stream. From late May to early July, One alternate weather phenomena in the central region of the Middle East, is a summer wind that is of great significance in enhancing surface dust flux. The storm occurred on the sixth of July 2009, the present of a low-thermal pressure on Iran creates a strong pressure gradient in a semi-permanent high-pressure zone on Saudi Arabia. Synoptic conditions simulated with WRF showed that the formation mechanism of a summer shamal wind on the Tigris and Euphrates basin set on the Mediterranean and a frontal cyclone with remarkable high level forcing is made. With strengthen the System, A heavy postfrontal dust storm has formed that by passing Zagros mountain transport this dust to wide range. Convergence of location paths using the HYSPLT model, seen in the West Country and the Iran-Iraq border that indicate the possible locations of springs in the area behind this point. Behind the convergence point is located parts of Iraq and Syria, where is included arid and dry land and could be source of this dust storm.
    Conclusion In this study, we try to test use of numerical models to investigate the conditions governing the formation of dust storms and also measure the performance of numerical models in forecasting of dust storms. For this purpose, one of the severe dust storms that affected most of Iran was selected and WRF model was used to simulate the atmospheric conditions governing it. WRF model output results forecasted Shamal wind that was main factor governing the formation of the storm. Then, back and forward trajectories of particles scattered on windy days (18-12 July 2009) by the HYSPLIT model indicate that wind in these days came from northern Syria and Iraq. Using the results obtained in this study it can be said that the coupling atmospheric forecasting model (WRF) of diffusion model (HYSPLIT) can be well evaluated Weather conditions and trajectories and forecast dust storms.
    Keywords: Dust storm, source, WRF, HYSPLIT, back trajectory}
  • محمدرضا محمدپور پنچاه، محمدحسین معماریان، سید مجید میررکنی
    استان یزد ازجمله استان های کم بارش ایران است که تقریبا نیمی از آن را بیابان و دشت کم آب وعلف پوشانده و همواره در معرض طوفان گرد و غبار است. در این مطالعه سعی شده است با استفاده از مدل های عددی، رویکردی مناسب برای تحلیل دینامیکی طوفان های گرد و غبار استان یزد به کار گرفته شود. ابتدا طوفان های گرد و غبار در دوره آماری1388-1379 بررسی شده و طوفان های گرد و غبار شدید (با دید زیر 1000 متر) انتخاب شدند که شامل 20 مورد می باشند. از بین تاریخ های استخراج شده یکی از شدیدترین طوفان های گرد و غبار که در تاریخ8 خرداد 1382 اتفاق افتاده و دید را در ایستگاه های یزد و میبد و طبس نزدیک به صفر رسانده بود، به تفصیل بررسی گردید. برای این منظور ابتدا با استفاده از خروجی های مدل WRF به تحلیل همدیدی و دینامیکی طوفان پرداخته شده است. سپس برای بررسی چشمه طوفان، خروجی های مدل WRFبه مدل HYSPLIT داده شد و مسیرهای برگشت رسیده به ایستگاه ها، به دست آمد. نتایج نشان می دهند که عبور سامانه های چرخندی از سطوح بالای جو و ریزش هوای سرد ناشی از آن ها همراه با گرمایش سطحی در سطح زمین، زمینه ایجاد ناپایداری در منطقه را ایجاد کرده است. این شرایط همراه باوجود لایه آمیخته عمیق در مناطق مرکزی و خشک ایران در ساعت های قبل از شروع طوفان و همچنین منطقه بیشینه همگرایی باد و سرعت سطحی قوی در ساعت وقوع طوفان، این طوفان را به وجود آورده است. بررسی مسیرهای برگشت نیز نشان دهنده وجود چشمه احتمالی طوفان در مناطق خشک و نمک زار حاصل از خشک شدن باتلاق گاوخونی و کویرهای اطراف آن است.
    کلید واژگان: طوفان گرد و غبار, مدل WRF, مدلHYSPLIT, لایه آمیخته, مسیر برگشت}
    Mohammadreza Mohammadpour Penchah, Mohammad Hosein Memarian, Seyed Majid Mirrokni
    Introduction
    One of the factors that affect the climate of arid and semi-arid areas is dust storm. Numerical models are new methods for evaluation of dust storms which can also be used for forecasting dust storms. Weather patterns that lead to dust outbreaks can be simulated using computer models that support a wide range of simulations related to the long-range transport, dispersion, and deposition of aerosols. Mesoscale atmospheric models are widely used to capture the complex flow and meteorological parameters essential in dust outbreaks (for example, Ginoux et al, 2001; Zender et al, 2003; Kim, 2008).But one of the main problems in the study of contaminates such as dust is to quantify the relationship between air quality and pollution sources. Identify the source of infection is the first step in the process of determining an effective strategy for controlling pollution. One way to find the sources of pollution is back trajectory this means that the back trajectories from the receiver site can be used to specify the source location (Petzold et. al. 2009). Today, a coupling of meteorological and trajectory models are common methods in studies of dust storms. Yazd province is one of the low rainfall areas in the center of Iran that is almost covered with desert and sandy plains. Consequently, this province is frequently faced with dust storm phenomena. In this study, owing to lack of numerical studies of dust storm in Iran, dust storms of Yazd province were analyzed using numerical models. We used two numerical models, Weather Research and Forecasting (WRF) model and HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model. WRF model analyses were used to investigate meteorological conditions in the center of Iran and HYSPLIT back-trajectory analyses were used to investigate the wind patterns that led to dust outbreaks by evaluating air transport pathways reaching Yazd area during dusty days. Study area: Yazd Province is one of the 31 provinces of Iran. It is in the center of the country. The province of Yazd has one of the driest climates in Iran due to its location east of the Zagros Mountains. Yazd is the driest major province in Iran, with an average annual rainfall of only 60 millimeters (2.4 in), and also the hottest north of the Persian Gulf coast, with summer temperatures very frequently above 40 °C (104 °F) in blazing sunshine with no humidity. Due to this climate and geographical position, the province of Yazd have been subjected to dust storm phenomena and have been suffering from large damages.
    Materials And Methods
    In this study numerical models are used to investigate and forecast of dust storms. At first, Dust storms in the period of 2000-2009 were studied and dust storms which reduced visibility to less than 1000 meters were extracted. Then one of the strongest dust storms on 29 May 2003 was analyzed in detail. The Advanced Research version of WRF (ARW) was used to produce atmospheric fields at a high resolution over the study region. HYSPLIT model was used to compute simple air parcel trajectories as well as dispersion and deposition simulations. 2 nested domains of 45 and 15 km horizontal resolutions and 28 vertical levels was defined in WRF model that first domain was used for synoptic analysis and second domain was used for analysis of convergence zones and convective motions in the center of Iran. The model was integrated continuously for 48 h starting from 00UTC of 28 May 2009. Initial and boundary conditions were adopted from National Centers for Environmental Prediction Final Analyses (NCEP FNL) data available at 1° horizontal resolution. Boundary conditions were updated at 6-h intervals during the period of model integration. Then WRF outputs converted to format of input data for HYSPLIT model and this model was run to investigate the source of dust storm using calculation of back trajectories from receptor site. The back trajectories provide the Lagrangian path of the air parcels in the chosen time scale, which will be useful to identify the source locations of the pollutant that fall in the track of the back trajectories. Also for reduce uncertainty of back trajectories, trajectories were calculated at different altitudes (10 m, 500 m and 1000 m).
    Results And Discussion
    Results of this study indicated that 20 dusty dates with visibility less than 1000 meter were occurred in Yazd station. Most of these cases occurred in February to July and in most of these cases wind direction were west and northwest. Synoptic and dynamic analysis of dust storm on 29 May 2003 using WRF outputs shows that passing of cyclonic systems of high levels and surface heating create strong instability and high surface wind speed in the region that this higher surface wind speeds lead up dust and sand. These conditions are associated with deep mixed layers and convective conditions before storm and a maximum area of strong convergence of surface wind at the time of starting dust storm and dust storm has formed. Back trajectory analysis using HYSPLIT model indicated that Gavkhoni marsh in southern part of Isfahan province and arid lands around it are the sources of the considered dust storm.
    Conclusion
    In this study it was shown that the use of numerical models and appropriate approach to assess and predict dust storms. The models were used in this study were Weather Research and Forecasting (WRF) model and HYSPLIT trajectory model. For the case that investigate in this study WRF model simulated the wind flow under the influence of an existing cyclonic system during the study period. The passage of the cyclone with cold air in the central regions of Iran simultaneously with the heating surface area has created severe instability and formed the dust storm. Further, the back trajectories obtained from HYSPLIT model predict winds come in the quadrant between north and west where the Gavkhoni dry salt marsh is located.
    Keywords: Dust Storm, WRF model, HYSPLIT model, Mixing Layer, Back Trajectory}
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال