به کارگیر روش تحلیل نیمرخ عمودی دما(روش Heffter)، برای ارزیابی تغییرات ماهانه ارتفاع لایه مرزی(مطالعه موردی ایستگاه مهرآباد تهران)

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیارگروه جغرافیا دانشگاه لرستان

2 دانشجوی دکتری دانشگاه تربیت مدرس

3 دانشجوی دکتری آب و هواشناسی دانشگاه لرستان

چکیده

ارتفاع لایه مرزی، یکی از مهمترین مولفه های تعیین کننده، وسعت آمیزش آلاینده‌ها و کیفیت هوای لایه نزدیک به سطح زمین می‌باشد. متغیرهای زیادی در تعیین ارتفاع لایه مرزی اتمسفر نقش دارند که محققین مختلف از آنها برای برآورد و تخمین ارتفاع لایه مرزی و تعیین سقف آن استفاده نموده‌اند. هدف اساسی این تحقیق تقریب سقف یا ارتفاع لایه مرزی بر اساس پیمایش قائم جو در ایستگاه مهر آباد با استفاده از روش وارونگی بحرانی یا تحلیل نیمرخ عمودی دمای پتانسیل می‌باشد. در این راستا از داده‌های مربوط به پیمایش قائم جو برای ایستگاه مهرآباد از پایگاه داده‌های اقلیمی Wyoming بدست آمد استفاده گردید. با ترسیم و تحلیل گراف‌های Skew-T و براساس روش وارونگی بحرانی Heffter، درهر ماه یک روز به عنوان روز همراه با وارونگی بحرانی انتخاب گردید و سقف وارونگی به عنوان سقف لایه مرزی اتمسفری در نظر گرفته شد. نتایج گویای آن بود در دو ماه فوریه و دسامبر وارونگی های بحرانی از نوع سوبسیدانس هوای سرد بوده میزان خیزآهنگ دمای پتانسیل درآن‌ها به ترتیب برابر 024/0 و 0026/0 درجه کلوین در متر بوده است ارتفاع لایه مرزی در پایینترین حد خود بوده است که برابر 1482 و 1267 متر می‌باشد. بیشترین ارتفاع لایه مرزی براساس روش مذکور مربوط به ماه‌های جولای و اوت بوده که به ترتیب ارتفاع لایه مرزی برابر 3060 و 3312متر بوده است وارونگی‌های بحرانی مشاهداتی این روز‌ها نیز از نوع فرونشینی بوده است. همچنین در این تحقیق مشاهده گردید که دروارونگی‌های بحرانی نوع تابشی که فراوانترین نوع وارونگی بوده است، میزان خیزآهنگ دمای پتانسیل بسیار پایینتر از روزهای همراه با وارونگی فرونشینی و جبهه‌ای بوده است اما ضخامت لایه وارونه در وارونگی‌های تابشی بالاتر بوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of the monthly change in the boundary layer height using the vertical temperature profile models , Case study: Tehran’s Mehrabad station

نویسنده [English]

  • daryosh yarahmadi 1
چکیده [English]

One of the most important components of the extent of pollutants mixing and air quality at near the Earth''s surface is the height of boundary layer. Many variables involved in determining the height of the boundary layer of atmosphere. Researchers have used of these variables to estimate and determine of the height and the roof of the boundary layer. The primary aim of this study is to approximate the height or the ceiling of boundary layer on Mehrabad station by vertical sounding of atmosphere. The analysis of vertical profiles of the potential temperature and the inversion Critical have used. In this respect, the vertical sounding data of the atmosphere of Tehran’s Mehrabad station from the database of Wyoming University was used. By drawing and analysis of Skew-T graphs based on Heffer critical inversion, one day per month was chosen as a day with the critical inversion. So the inversion roofing of those days was considered as the roof of the boundary layer of atmosphere. The results show that the cold air subsidence is the permanent type of the critical inversions in both February and December. Also the lapse rates of the potential temperature are 0.024 and 0.026 Kelvin respectively in meters. In these months the height of boundary layer (1482 and 1267 meters) is in the lowest situation. The maximum height of the boundary layer has seen in July and August which is equal to 3060 and 3312 meters, respectively, and the kind of these critical inversions is air subsidence. The study also showed that the most frequent type of the critical inversions is radiation inversions and also in days with these types of inversions the lapse rate of the potential temperature are lower than days with subsidence and frontal inversions. Also the results shows that the thickness of inversion layer in the radiation inversions is higher than others inversions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Boundary Layer
  • Heffer
  • the critical inversion
  • potential temperature
  • Mehrabad station
علی اکبری بیدختی، عباسعلی و تاج­الدین بنی­هاشم. 1376. لایه آمیخته شهری و آلودگی هوا، مجله محیط شناسی، شماره 20، صص 51- 61.

  1. Deardroff, J.W. 1974. Three dimensional numerical study of the height and mean structure of heated planetary boundary layer, pp: 25-35
  2. Hanna, S.R. 1969. The thickness of the planetary boundary layer, Atmos, Environ. 3: 519-536.
  3. Heffter, J.L. 1980. Transport Layer Depth Calculations, Second Joint Conference on Applications of Air pollution Meteorology, New Orleans, LA.
  4. Holtslag, A.A.M., and Boville, B.A. 1993. "Local versus Nonlocal Boundary-Layer Diffusion in a Global Climate Model". Journal of Climate6: 1825–1842.
  5. Holzworth, G. 1967. Mixing depths, Wind speeds and air pollution potential from selected Locations in the United States, J., Appl. Met., 6: 1039-1044.
  6. Hong, Song-You, Hua-Lu, Pan 1996. "Nonlocal Boundary Layer Vertical Diffusion in a Medium-Range Forecast Model". Monthly Weather Review, 124: 2322–2339.
  7. Igor Pesenson, 2002. Implementation and evaluation of the Heffter Method to calculate the height of the planetary boundary layer above a southern Great Plains site, http://escholarship.org/uc/item/6pp1d93m
  8. Jensen, Michael 2008. "Investigation of Regional and Seasonal Variations in Marine Boundary Properties from MODIS Observations". Journal of Climate 21: 4995–4973.
  9. Kaimal, J.C., Wyngaard, D., Haugen, A., Coté, O.R., Izumi, Y. Caughey, S.J. and Readings, C.J. 1976. Turbulence Structure in the Convective Boundary Layer. J. Atmos. Sci., 33: 2152–2169.
  10. Kienzel, M. 1990. Development and Application of the potential Instability Mixing Depth Estimation Technique (PIMIX), ARS-90-24, ENSCO, INC.
  11. Kienzel, M., Atchinson, K., and Masters, S. 1985. Worldwide Climatological Maximum Mixed: Layer heights, DCS-ATR-84-74, ENSCO, INC.
  12. Lin, Jin-Tai, Michael MaElroy, B. 2010. "Impacts of boundary layer mixing on pollutant vertical profiles in the lower troposphere: Implications to satellite remote sensing". Atmospheric Environment, 44: 1726–1739.
  13. Liu S., and Liang, X.Z. 2010. “Observed Diurnal Cycle Climatology of Planetary Boundary Layer Height.”, Journal of Climate 23: 5790–5807.
  14. Marsik F.J., Fischer, K.W. McDonald, T.D. and Samson, P.J. 1995. “Comparison of Methods for Estimating Mixing Height Used During the 1992 Atlanta Field Intensive.” Journal of Applied Meteorology, 34(8): 1802–1814.
  15. Panofsky, H.A., and Dutton, J.A. 1984. Atmosphericeturbulence. NewYork, Willey & Sons, Inc, 397pp.
  16. Seibert P., Beyrich, F., Gryning, S.E., Joffre, S., Rasmussen, A. and Tercier, P. 2000. “Review and Inter comparison of Operational Methods for the Determination of the Mixing H eight.” Atmospheric Environment, 34(7):1001–1027.    
  17. Sandro Finardi, and Umberto Pellegini, 2002. Systematic Analysis of meteorological conditions causing severe urban air pollution episodes in the central PO Valley, ARIANET, viaGilino 9, 20128 Milano, Italia.
  18. Stull, Roland, 1997. An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Boston: Kluwer Academic Publishers. p. 442.
  19. Stull, R.B. 2000. Meteorology for scientists and engineers, Brooks Cole, 502pp.
  20. Stull, R.B. 1993. An Introduction to Boundary Layer Meteology, Kluwer Academic publishers.
  21. Stull, R.B. 1988. An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Dordrecht, Kluwer Academic publishers. 670pp.
  22. Wyngaard, John C., Richard A. Brost 1983. "Top-down and bottom-up Diffusion of a scalar in the convective boundary layer". Journal of the atmospheric sciences. 1(41): 102–112.
  23. Yamada, T. 1979.Prediction of the nocturnal surface inversion height, J. Appl. Met., 18: 526-531.
  24. 1. احمدی گیوی، فرهنگ؛ سمانه ثابت قدم و عباسعلی علی­اکبری بیدختی. 1388. بررسی نوسان عمق لایه آمیخته جو شهری تهران با استفاده از مدل MM5 و عوامل مؤثر در آن، مجله فیزیک زمین و فضا، دوره 35، شماره 2، صص 105- 117.