نگاهی به وارونگی دما در کلان شهر مشهد که زمستان‌ها تشدید می‌شود

نسرین حسین آبادی - دکترای آب وهواشناسی | شهرآرانیوز؛ افزایش تمرکز آلاینده‌ها در جو کلان شهر‌ها در نتیجه پایداری جو، مسئله آزاردهنده‌ای است که بیشتر کلان شهر‌های ایران ازجمله مشهد در فصول سرد سال با آن روبه رو هستند. در حالت طبیعی تراز‌های زیرین جو دائم حرکات عمودی دارند و هوای آلوده سطح زمین به لایه بالایی صعود می‌کند و هوای عاری از آلودگی جایگزین آن می‌شود. گاهی، اما در ارتفاعی مشخص یا در بخشی از جو به جای اینکه دما با ارتفاع کاسته شود، افزایش می‌یابد که این حالت را وارونگی دمایی (اینورژن) می‌نامند.

در این حالت، هوای سرد و سنگین سطح زمین تمایلی به جابه جایی یا حرکت به سمت بالا ندارد و دائم در معرض تزریق مواد آلاینده از منابع آلودگی قرار می‌گیرد و سبب نگهداری مواد آلاینده و افزایش ظرفیت آلودگی می‌شود. با بررسی سامانه‌های فشاری مؤثر بر افزایش آلودگی هوا در شهر مشهد، ۵ الگو برای روز‌های آلوده در کلان شهر مشهد شناسایی شده است که در این میان سامانه‌های کم فشار و عبور امواج غربی از روی مشهد نقش زیادی دارند. در گزارش زیر به وارونگی دمای مشهد و علل آن نگاه کرده ایم.

سرعت و جهت ماهانه باد ایستگاه مشهد برحسب متربرثانیه

شهر مشهد دومین کلان شهر کشور در دشتی با همین عنوان در میان ۲ رشته کوه موازی هزارمسجد و بینالود قرار گرفته است. دشت آن به صورت دره‌ای وسیع با ابعادی به طول بیش از ۱۰۰ کیلومتر و عرض متوسط حدود ۲۵ کیلومتر و وسعت حدود ۲۵۰۰ کیلومترمربع است. بیشتر وسعت شهر را اراضی مسطح و کم شیب به خود اختصاص داده است. شیب بیشتر در محدوده شهر و حریم آن بین صفر تا ۲۰ درصد و پس از آن ۲ تا ۵ درصد است. در چنین وضعی باد غالب مشهد، باد جنوب شرقی است.

پس از آن باد شرقی و جنوبی بیشترین فراوانی را دارند. با محاسبه درصد فراوانی وقوع سرعت باد، مشاهده می‌شود که بیشترین باد‌های مشهد با سرعت ۵ تا ۱۱ کیلومتر بر ساعت می‌وزند و پس از آن باد‌های با سرعت ۱۱ تا ۱۴ کیلومتر بر ساعت بیشترین فراوانی را دارند. میانگین ماهانه سرعت باد با نزدیکی به فصل گرم (بهار و تابستان) به تدریج افزایش می‌یابد و در فصل سرد، سرعت باد کم می‌شود.

فراوانی وارونگی‌های دمای رخ‌داده در شهر مشهد در سال ۲۰۰۷ تا ۲۰۲۱

در ایستگاه هواشناسی مشهد از مجموع ۵۴۷۹ روز بررسی‌شده در دوره ۲۰۰۷ تا ۲۰۲۱، ۴۷۹۲ روز وارونگی دمایی دیده می‌شود. همچنین، ۳۳۰ روز بدون وارونگی دمایی و ۳۵۷ روز نیز بدون داده رادیوسوند است. مقادیر وارونگی هر سال را می‌توانید در جدول زیر ببینید.

رادیوسوند یا رادیوگُمانه (Radio sonde) از ابزار‌های مهم اندازه‌گیری دما، رطوبت، فشار، سمت و سرعت باد در جو بالاست. این ابزار با بالون‌های هواشناسی به اعماق جو فرستاده می‌شود و وظیفه دیده‌بانی از سطوح بالایی جو را انجام می‌دهد.

سهم وارونگی‌ها براساس شدت در فصول مختلف سال در ایستگاه هواشناسی مشهد

وارونگی‌های ضعیف بیشترین سهم را در فصل بهار دارند و فصل پاییز کمترین وارونگی‌های ضعیف را دارد. وارونگی‌های متوسط تقریبا توزیع یکنواختی در همه فصول دارند و فصل تابستان با اندکی افزایش، سهم بیشتری از وارونگی‌های متوسط دارد. فصول زمستان و پاییز با ۲۷ درصد بیشترین سهم از وارونگی‌های قوی شهر مشهد را به خود اختصاص داده اند. در ایستگاه هواشناسی مشهد در دوره مطالعه شده ۲۰۰۷ تا ۲۰۲۱ فصل زمستان و سپس پاییز بیشترین وارونگی‌های خیلی شدید را تجربه کرده اند.

وضعیت وارونگی‌های سالانه مشهد

درصد روز‌هایی که وارونگی دارند، در ایستگاه هواشناسی مشهد نشان می‌دهد که سال ۲۰۱۷ بیشتر از ۹۸ درصد روز‌ها وارونگی دمایی داشته اند و فقط یک روز بدون وارونگی دمایی بوده است. در ایستگاه هواشناسی مشهد در دوره مطالعه شده به جز سال ۲۰۰۹ که حدود ۶۵ درصد روز‌های سال وارونگی دمایی داشته اند، از سال ۲۰۱۱ تا ۲۰۲۱ بیشتر از ۹۰ درصد روز‌های سال وارونگی دمایی داشته اند. در سال‌های ۲۰۰۷، ۲۰۰۸ و ۲۰۱۰ نیز بیش از ۸۰ درصد روز‌های سال وارونگی دمایی را تجربه کرده اند.

توزیع فراوانی انواع تیپ‌های هفت‌گانه وارونگی در شهر مشهد

در مشهد بیشترین فراوانی تیپ وارونگی تابشی مربوط به سال ۲۰۰۷ است که این مقدار ۳۰ درصد کل روز‌های وارونگی سال ۲۰۰۷ (۲۷۸ روز) است و کمترین فراوانی وارونگی تیپ تابشی در سال ۲۰۱۷ در ایستگاه مشهد مشاهده شده است که سهم آن کمتر از یک درصد کل وارونگی‌های سال ۲۰۱۷ (۳۵۸ روز) است.
کمترین و بیشترین فراوانی وارونگی فرونشستی در مشهد به ترتیب در سال ۲۰۰۸ با ۱۱ درصد از ۲۹۵ روز وارونگی و بیشترین مقدار فراوانی در سال ۲۰۱۷ با ۲۷ درصد از ۳۵۸ روز وارونگی است. در ایستگاه مشهد هم کمترین فراوانی تیپ جبهه‌ای متعلق به سال ۲۰۱۷ است که هیچ وارونگی جبهه‌ای مشاهده نشده است.

همچنین، بیشترین سهم این تیپ وارونگی با مقدار ۶ درصد در سال ۲۰۱۰ اتفاق افتاده است. در مشهد کمترین فراوانی تیپ ترکیبی تابشی-فرونشستی- جبهه‌ای در سال‌های ۲۰۰۹ و ۲۰۱۸، ۶ درصد و بیشترین فراوانی در سال ۲۰۲۱ با ۱۹ درصد مشاهده شده است. در مشهد کمترین فراوانی تیپ وارونگی فرونشستی جبهه‌ای در سال ۲۰۰۹ و ۲۰۲۰ با ۲ درصد و بیشترین فراوانی آن در سال ۲۰۱۷ است که ۱۵ درصد کل وارونگی سالانه است.

درصد فراوانی تیپ ترکیبی تابشی جبهه‌ای در سال ۲۰۱۷ کمترین مقدار (۵۶/۰ درصد) بوده و سال ۲۰۱۳ با ۶ درصد بیشترین مقدار این تیپ وارونگی را داشته است.
در ایستگاه هواشناسی مشهد تیپ وارونگی ترکیبی تابشی فرونشستی بیشترین فراوانی را در بین وارونگی‌های ترکیبی دارد. کمترین سهم وارونگی تیپ تابشی فرونشستی در مشهد ۳۵ درصد در سال ۲۰۰۸ و بیشترین مقدار این تیپ وارونگی در سال ۲۰۲۱ است که ۵۲ درصد کل وارونگی‌ها را شامل می‌شود.

تغییرات فصلی فراوانی انواع وارونگی‌های مشهد در دوره ۲۰۰۷ تا ۲۰۲۱

توزیع فصلی انواع تیپ‌های هفت گانه وارونگی در شهر مشهد در دوره مطالعه شده ۲۰۰۷ تا ۲۰۲۱ نشان می‌دهد که وارونگی تیپ یک، وارونگی تابشی، بیشترین فراوانی وقوع را در فصل بهار داشته و کمترین مقدار وقوع را در فصل زمستان تجربه کرده است. هرچند از لحاظ درصد وقوع، این تیپ وارونگی، توزیع تقریبا متوازنی بین ۲۲ درصد تا ۲۸ درصد در فصول مختلف شهر مشهد داشته است.

بیشترین فراوانی وقوع وارونگی‌های تیپ ۲، وارونگی فرونشستی، در شهر مشهد در فصل بهار و زمستان مشاهده شد و تابستان کمترین سهم وقوع این تیپ وارونگی معادل ۱۹ درصد را در بین فصول مختلف دارد.
تیپ وارونگی جبهه ای، تیپ ۳، سهم اندکی از تیپ‌های هفت گانه وارونگی مشهد دارد. در دوره مطالعه شده ۲۰۰۷ تا ۲۰۲۱ سهم این تیپ وارونگی بین صفر تا ۵ درصد کل وارونگی‌های سالانه را شامل می‌شود. در این بین، فصل زمستان با ۴۶ درصد بیشترین فراوانی و فصل تابستان با ۶ درصد کمترین مقدار وارونگی جبهه‌ای را دارند.

تیپ ۴ که وارونگی‌های تابشی-فرونشستی-جبهه‌ای را شامل می‌شود، بین ۶ تا ۱۲ درصد وارونگی‌های سالانه دوره مطالعه شده را به خود اختصاص داده است و بیشترین فراوانی را در فصل تابستان و پاییز و کمترین درصد وقوع را در فصل بهار دارد.
وارونگی‌های فرونشستی جبهه ای، تیپ ۵، سهمی بین ۲ تا ۱۵ درصد وارونگی‌های سالانه شهر مشهد را دارد. بیشترین درصد وقوع این تیپ وارونگی در فصول سرد پاییز و زمستان و کمترین درصد وقوع در فصل تابستان مشاهده شده است.

تیپ وارونگی تابشی جبهه ای، تیپ ۶، حدود یک تا ۶ درصد وارونگی‌های سالانه شهر مشهد را شامل می‌شود که از این میان، پاییز و بهار بیشترین سهم و تابستان و زمستان کمترین فراوانی وقوع این تیپ وارونگی را دارند.
تغییرات فصلی وارونگی‌های تیپ ۷، تابشی فرونشستی، نشان می‌دهد که این تیپ وارونگی ۳۵ تا ۴۸ درصد کل وارونگی‌های سالانه شهر مشهد را به خود اختصاص داده است. همچنین، بیشترین درصد وقوع را در بین تیپ‌های هفت گانه وارونگی شهر مشهد دارد. از لحاظ توزیع فصلی نیز این تیپ وارونگی توزیع متوازنی در همه فصول سال دارد. بااین حال، فصول تابستان و پاییز درصد بیشتری از این تیپ وارونگی را به خود اختصاص داده اند.

پیشنهاد‌ها

از آنجایی که پایداری جوی ناشی از وارونگی دمایی از مهم‌ترین علل افزایش ظرفیت آلودگی هوا به ویژه در کلان شهرهاست و همه انواع وارونگی‌ها در سطح زمین یا ارتفاعات بالاتر، از اختلاط جوی جلوگیری می‌کنند و موجب تجمع آلاینده‌ها می‌شوند و همچنین، وارونگی دمایی را نمی‌توان به هیچ عنوان جابه جا کرد، باید بسامد بروز و نشست آن را شناخت تا بتوانیم با مد یریت هوشمند انه، خودمان را عملا از ضربه آن خارج کنیم.

در غیر این صورت، هرسال در فصول سرد با بروز وارونگی‌های دمایی شدید ناشی از استقرار سامانه‌های پرفشار، شاهد آلودگی‌های شدید هوا در کلان شهر‌ها و تعطیلی‌های پیاپی مدارس و درک ضرر‌های آن خواهیم بود.
باتوجه به بررسی و شناسایی سامانه‌ها منجر به پایداری جوی و رخداد وارونگی‌های شدید در کلان شهرها، وارونگی‌های دمای شدید و بسیار شدید قبل از وقوع آن‌ها پیش بینی شوند.

باتوجه به جهت وزش باد غالب در هر شهر، خارج کردن صنایع آلوده ساز از شهر و اطراف کلان شهر‌ها به نقاطی که خارج از مسیر وزش باد‌های غالب در هر کلان شهر باشد، باید اساس کار قرار گیرد.
مکان گزینی مناسب ایستگاه‌های رادیوسوند برای نشان دادن اطلاعات واقعی حاکم بر شهر.

از آنجا که وارونگی دما پدیده‌ای طبیعی است و هیچ راهی برای جلوگیری از بروز آن وجود ندارد، برای کاستن اثرات وارونگی بر آلودگی هوا در کلان شهر‌ها می‌توان از این راهکار‌ها استفاده کرد: تغییر ساعت آغازبه کار ادارات تا آخر زمستان و تغییر تقویم آموزشی مدارس و دانشگاه‌ها برای فاصله گرفتن ساعات اوج ترافیک از ساعات اوج تأثیر وارونگی دمایی تا آلاینده‌های خروجی خودرو‌ها فرصت صعود پیدا کنند که قطعا از تراکم آلاینده‌ها به سبب بروز وارونگی دمایی کاسته خواهد شد.

باتوجه به روند صعودی افزایش وارونگی‌های ترکیبی تابشی فرونشستی در سال‌های گذشته، بررسی وضعیت وقوع این نوع وارونگی‌ها و بررسی میزان تأثیرگذاری آن‌ها بر آلودگی هوای شهر‌ها نسبت به وارونگی‌های خالص می‌تواند مطالعه شود.