قابلیت های مدل عددی Chem-WRF در برآورد غلظت گرد و خاک (مطالعه موردی طوفان گرد و خاک تهران)

سابقه و هدف: اگرچه در سال‌های اخیر چندین مدل عددی گرد و خاک برای منطقه خاورمیانه ارزیابی شده‌اند، اما به دلیل وسعت منطقه، توسعه و پیدایش چشمه‌های جدید گرد و خاک، نیاز است تا تحقیقات جامع‌تری در ارزیابی مدل‌های عددی گرد و خاک برای منطقه خاورمیانه صورت گیرد. پژوهشگران گوناگونی مانند Marticorena and Bergametti (1995), Shao et al. (1996), Marticorena et al. (1997) Shao et al. (2004) با توسعه روش‌های تخمین انتشار ذرات گرد و خاک با محاسبه فرآیندهایی همچون جهش و خزش ذرات گرد و خاک، و سرعت اصطکاکی آستانه، مدل‌های یکپارچه فیزیکی فرسایش باد را که قابلیت جفت‌شدن با مدل‌های جوی دارند، توسعه دادند.مواد و روش‌ها: در این پژوهش با استفاده از نسخه 3.6.1 از مدل جفت‌شده WRF-Chem، شبیه‌سازی برای 2 روز از تاریخ 11 تا 13 خرداد ماه سال 1393 با استفاده از داده‌های آنالیز GFS به منظور شرایط اولیه و مرزی صورت پذیرفت. در این اجرا از طرحواره پیشرفته MADE-SORGAM به عنوان طرحواره گسیل ذرات معلق جوی استفاده شد. این طرحواره بر پایه مدل دینامیکی مودال برای هواویزها1 در اروپا طراحی شده است که این رهیافت نیز به نوبه خود بر پایه مدل منطقه‌ای ذرات معلق طراحی شده است. در طرحواره MADE ذرات معلق جوی در سه مد ایتکن با قطر کمتر از 0.1 میکرومتر، تجمعی با قطر بین 0.1 تا 2 میکرومتر، و درشت با قطر بزرگتر از 2 میکرومتر با توزیع لوگ-نرمال در فرآیند شبیه‌سازی کیفیت هوا وارد می‌شوند.نتایج و بحث: جهت ارزیابی خروجی مدل WRF-Chem، با استفاده از برنامه پس‌پردازشی NCL، نقشه‌های توزیع PM10 به همراه غلظت این پارامتر ترسیم شد. خروجی مدل WRF-Chem برای غلظت PM10 و باد سطحی در ساعت 12 روز 12 خرداد ماه سال 1393 نشان داده شده است. در ساعت 12 توده کوچکی در شمال‌غربی استان تهران مشاهده می‌شود، به تدریج با گذشت زمان میزان غلظت ذرات افزایش یافته و وزش بادهای غرب و شمال‌غربی سبب ورود گرد و خاک به داخل شهر تهران می‌گردد تا جایی که در ساعت 15 کلانشهر تهران را با غلظت زیادی در برگرفته است، پس از آن، ذرات به سمت شرق منتقل شده، گستردگی مناطق تحت پوشش بیشتر می‌شود ولی غلظت ذرات PM10 کاهش می‌یابد. نکته قابل توجه این است که اگرچه مدل غلظت زیادی را در مناطق غربی کشور نشان می‌دهد، که منشاء آن نواحی شرق و شمال‌شرقی کشور عراق است، چشمه گسیل طوفان گردوخاک شهر تهران را کاملا داخلی و مستقل از آن بدست آورده است. به دلیل وجود برخی محدودیت‌ها در طرحواره MADE برای مناطق با وضعیت زمین شناختی پیچیده، خروجی این طرحواره ممکن است در برخی نقاط دارای بیش‌برآورد یا کم‌برآورد باشد. همین‌طور در صورت وجود خطا در الگوی کاربری اراضی و جنس خاک از نظر فرسایش‌پذیری که نقش تعیین‌کننده در برآورد غلظت گرد و خاک دارد، نتایج خروجی مدل می‌تواند با واقعیت اختلاف داشته باشد. مناطقی از حوضه شبیه‌سازی مانند شرق دریای خزر و ترکمنستان عموما دارای غلظت‌های بالای گرد و خاک است که در مقایسه با مقادیر عمق نوری ذرات گرد و خاک حاصل از سنجنده MODIS مشخص می‌گردد که مقادیر قابل توجهی از گرد و خاک بر فراز بخش‌هایی از دریای خزر تجمع یافته است.نتیجه‌گیری: به طور کلی عملکرد مدل عددی WRF-Chem در این پژوهش، قابلیت کاربردی این مدل را در مدل‌سازی و پیش‌بینی کیفیت هوا، به ویژه برای هواویزهایی که از چشمه‌های گسیل طبیعی مانند مناطق فرسایش‌پذیر و بیابان‌ها تولید می‌شوند، تایید می‌کند. شرایط کاربری اراضی و فرسایش خاک به دلیل تغییراتی که در سال‌های اخیر از نظر اقلیم، پوشش گیاهی، و سایر فراسنج‌های زمین‌شناختی در منطقه خاورمیانه رخ داده است، در برخی از مناطق دچار دگرگونی قابل‌توجهی شده است. ولی داده‌های زمین‌شناسی که در مدل WRF استفاده می‌شود همچنان مربوط به سال‌های گذشته است که در پژوهش‌های کیفیت هوا عامل ایجاد خطا در خروجی مدل است. بدین منظور می‌بایست حداقل در مقیاس منطقه‌ای، داده‌های زمین‌شناختی موثر در گسیل ذرات گرد و خاک تصحیح شده و در اختیار مدل قرار بگیرد.