شناسايي كانون‌هاي گردوغبار با استفاده از مدل WRF - Chem و طرح‌واره‌هاي فرسايش بادي GOCART و AFWA (طوفان شبيه سازي شده 2 خرداد 1397)

Identifying dust springs using WRF-Chem model and GOCART and AFWA wind erosion schemas (simulated dust storm on 05/22/2018)

امروزه گردوغبار يك چالش اساسي جوامع انساني محسوب مي‌شود. گردوغبار‌ها تأثير قابل‌توجهي روي بودجه تابشي زميني، چرخه‌هاي بيوژئوشيميايي جهاني، تشكيلات خاك، تركيب­هاي شيميايي اتمسفر مي‌گذارند. اين پديده مي‌تواند روي سنجه‌هاي سلامت عمومي تأثير بگذارد. فلات مركزي ايران به ­دليل قرار گرفتن در اقليم خشك و نيمه‌خشك سالانه با فراواني بيشتري نسبت به ديگر منطقه­ ها با اين پديده روبرو است. مديريت و كنترل گردوغبار منوط به شناسايي كانون‌هاي بحراني آن و تثبيت در منطقه برداشت امكان‌پذير است. هدف از اين مطالعه، شناسايي كانون‌هاي گردوغبار داخلي با استفاده از پارامتر شار قائم گردوغبار است. مواد و روش‌ها: اين مطالعه در منطقه فلات مركزي ايران كه اقليم بيشتر منطقه موردمطالعه گرم و خشك هست، انجام ‌شده است. بيابان ­هاي كوير و لوت منطقه وسيعي از اين حوزه را مي­پوشانند. در اين مطالعه به‌منظور شناسايي كانون‌هاي گردوغبار از مدل WRF - Chem و طرح‌واره‌هاي فرسايش بادي GOCART و AFWA استفاده گرديد. براي تشخيص كانون‌هاي گردوغبار از خروجي شار گسيل طرح‌واره‌هاي فرسايش بادي استفاده گرديد. در همين راستا طوفان شديد 2 خرداد 1397 توسط مدل WRF - Chem براي شبيه‌سازي انتخاب گرديد. به‌منظور صحت سنجي و انتخاب بهترين طرح‌واره فرسايش بادي فلات مركزي ايران از داده‌هاي پايگاه باز تحليل MERRA2 و مقادير غلظت سطحي گردوغبار استفاده شد. نتايج و بحث: نتايج نشان داد خروجي‌هاي طرح‌واره‌هاي GOCART و AFWA با يكديگر متفاوت است. طرح‌واره GOCART سه كانون گردوغبار قوي در منطقه موردمطالعه شناسايي كرد كه اين چشمه‌ها در حوزه جازموريان، حوزه لوت و بيابان مركزي (بيابان كوير) قرار دارند اما مدل AFWA فقط يك كانون ضعيف در حوزه لوت توانست شناسايي كند. نتايج نشان مي‌دهد مركز بيابان لوت، جنوب حوزه جازموريان و همچنين مركز بيابان دشت كوير (بيابان مركزي) به‌عنوان كانون‌هاي گردوغبار داخلي شناخته مي‌شوند. به‌طوريكه از يك مترمربع اين منطق­ها در ثانيه امكان برخاستن 5800 ميكروگرم گردوغبار به اتمسفر وجود دارد. با توجه به اينكه مدت‌زمان طوفان 12 ساعت بوده است از هر هكتار كانون‌هاي گردوغبار داخلي حدود 2 تن و 505 كيلوگرم گردوخاك به اتمسفر انتقال داده مي‌شود. به‌منظور صحت سنجي از داده‌هاي باز تحليل MERRA2 و پارامتر غلظت سطحي استفاده گرديد. نتايج طرح‌واره GOCART با داده‌هاي سري زماني سه‌ساعته پايگاه باز تحليل MERRA2 مطابقت بيشتري داشت و به‌عنوان بهترين طرح‌واره فرسايش بادي در فلات مركزي ايران انتخاب شد. نتيجه‌گيري: نتايج نشان داد كه مدل WRF - Chem به‌خوبي توانايي شبيه‌سازي اين پارامتر در منطقه موردمطالعه را دارد. نتايج حاصل از طرح‌واره‌هاي GOCART و AFWA بسيار متفاوت بود به‌طوريكه مدل AFWA كانون‌هاي گردوغبار داخلي را بسيار ضعيف برآورد كرد اما مدل GOCART به‌خوبي كانون‌هاي گردوغبار داخلي را شناسايي كرد.

Today, dust is a major challenge for human societies. Dusts have a significant impact on the Earth's radiation budget, global biochemical cycles, soil formations, and chemical compounds in the atmosphere. This phenomenon can affect public health indicators. The Iranian Central Plateau is located in arid and semi-arid climates; it is more likely to face this phenomenon than other regions. Dust management and control depend on identifying critical hotspots and stabilizing the harvesting area. The aim of this study was to identify internal dust sources using the vertical dust flux parameter. Material and methods: Kavir and Loot deserts cover a large area of the Iranian Central Plateau. In this study, the WRF-Chem model and GOCART and AFWA wind erosion schemas were used to identify dust springs. Emission fluxes were used to detect dust springs. In this regard, a severe storm was selected on 05/22/2018 by WRF-Chem model for simulation. In order to verify and select the best wind erosion schematic of the Iranian Central Plateau, the data of MERRA2 re-analysis database and surface dust concentration values ​​were used. Results and discussion: The results showed that the outputs of GOCART and AFWA schemas were different. The GOCART schemas identified three strong dust sources in the study area that were located in the Jazmourian Basin, the Loot Basin, and the Central Desert (Kavir Desert), but the AFWA schemas were able to identify only one weak source in the Loot area. The results showed that Loot Desert Center, south of Jazmourian Basin, as well as Dasht-e Kavir Desert Center (Central Desert) are known as internal dust sources. So that from one square meter of these areas, it is possible for 5800 micrograms of dust to rise into the atmosphere per second. Due to the fact that the storm lasted for 12 hours, about 2 tons and 505 kg of dust were transferred to the atmosphere from each hectare of internal dust springs. The results of the GOCART schema were more consistent with the three-hour time-series data of the MERRA2 re-analysis database and were selected as the best wind erosion schematic in the Iranian Central Plateau. Conclusion: The results showed that the WRF-Chem model had a good ability to resemble the dust flux in the study area. The results of the GOCART and AFWA schemas were different. The AFWA model estimated the internal dust sources to be very weak. However, the GOCART model well detected internal dust sources.