فهرست مطالب

1-1- مقدمه و هدف 5

1-2-1- بارندگي: 5

1-2-2- فرايند بارندگي 6

1-2-3- انواع بارندگي 9

1-2-4- قوانين حاكم بر بارندگي 11

1-2-5- پراكنش بارندگي در ايران 13

1-2-6- تغييرات بارندگي 14

1-2-7- شبكه بارانسنجي و تعداد ايستگاههاي مناسب در يك منطقه 18

1-2-12- ميانيابي مكاني داده‌هاي بارندگي 24

3-1- محدوده مطالعاتي 27

3-1-1- جغرافياي طبيعي 27

3-1-2- سيماي اقليمي 27

– مركز پر فشار سيبري 31

– مركز پرفشار كلاهك قطبي 32

– مركز پر فشار آزر 32

3-3-1-2- رابطه خطي با چند متغير مستقل 47

3-3-1-2-1- مدل خطي عمومي بر حسب نمادهاي ماتريسي 48

3-3-2- روش نسبت نرمال 50

3-3-4- روش‌هاي زمين آماري 51

3-3-4-1- تعريف زمين آمار 52

3-3-4-2- روش‌هاي تخمين: 53

3-3-4-2-1- روش ميانگين متحرك وزني 53

3-3-4-2-2- روش كريجينگ 55

4-1- كليات 60

4-1-1- ماتريس فاصله ايستگاهها 60

4-1-2- ماتريس ضرائب همبستگي بارندگي 62

4-1-3- انتخاب ايستگاه شاهد براي بازسازي 62

4-2- بازسازي ها 63

4-2-1- بازسازي با استفاده از اطلاعات موجود 63

4-2-1-1- بازسازي به روش رگرسيون خطي با يك متغير مستقل 64

4-2-1-2- بازسازي به روش رگرسيون خطي با چند متغير مستقل 64

4-2-1-3- روش نسبت نرمال 65

4-2-1-4- روش عكس مجذور فاصله 65

4-2-1-5- روش‌هاي زمين آماري 65

4-2-2- بازسازي داده‌ها در دوره‌هاي منحصراً خشك 66

4-2-2-1- ايجاد خلاء‌هاي مصنوعي 66

4-2-2-2- روشهاي بازسازي مورد استفاده در دوره‌هاي منحصراً خشك 67

4-2-3- بازسازي داده‌ها در دوره‌هاي منحصراً تر 67

1-1- مقدمه و هدف

اولين قدم در مراحل مطالعاتي يك پروژه آبي، مطالعات هواشناسي است، به طوريكه ساير مطالعات مانند هيدرولوژي، سيلخيزي، فرسايش و رسوب و غيره بر آن متكي است.

بديهي است دسترسي به داده‌هاي كافي و دقيق شبكه ايستگاه‌هاي هواشناسي از يك طرف موجب كوتاهتر شدن مدت مطالعات گرديده و از طرف ديگر در بر آورد مقرون به صحت ابعاد تاسيسات و به دنبال آن هزينه‌هاي اجرايي طرح موثر است.

از آنجا كه آمار هواشناسي و به ويژه بارندگي در ايران با خلاء‌هاي گسترده ناشي از عدم ديده‌باني يا مشكوك بودن آمار مواجه است، لذا دستيابي به يك روش صحيح بازسازي خلاء‌هاي آماري ضروري به نظر مي‌رسد.

آنچه در اين پژوهش دنبال مي‌شود انتخاب روشي مناسب جهت بازسازي خلاء‌هاي آماري بارندگي مي‌باشد به طوريكه آمار بازسازي شده با آنچه واقعيت داشته ولي به دلايلي ثبت نگرديده حدالامكان نزديك باشد.

1-2- فرايند بارش و ويژگي‌هاي آن

1-2-1- بارندگي:

بارندگي يا بارش شامل كليه نزولات جوي مانند باران، برف و تگرگ مي‌باشد كه بر اساس اقاليم مختلف باران و يا برف قسمت عمده از آن را تشكيل مي‌دهد. بارش در واقع ورودي سيكل هيدرولوژي مي‌باشد. بارندگي در مناطق مرطوب با پراكنش منظم و در تمام طول سال اتفاق مي‌افتد، در حاليكه در مناطق خشك و نيمه خشك پراكنش نامنظم و حتي گاهي در يك بارندگي كوتاه مدت بيش از 50% بارندگي سالانه بوقوع مي‌پيوندد.

1-2-2- فرايند بارندگي

به طور كلي مكانيسم بارندگي ناشي از افزايش رطوبت نسبي هوا تا حد معيني است كه اين پديده يا در اثر تبخير از سطح آب يا سطوح نمناك حاصل مي‌شود يا در اثر كاهش دماي هوا و يا ممكن است تلفيقي از اين دو باشد.

سرد شدن هوا در طبيعت عمدتاً معلول صعود هواست. در اين عمل كه تقريباً به حالت آدياباتيك مي‌باشد. هوا ضمن صعود به علت كاهش فشار سرد مي‌شود. مكانيسم‌هاي اصلي صعود هوا عبارتند از صعود جبهه‌اي، صعود كوهستاني، صعود جابجايي و صعود سيكلوني.

چرخه آبي در اتمسفر سه مرحله مجزا از هم تشكيل مي‌دهد كه عمدتاً عبارتست از تبخير، تراكم و بارندگي. تفاوت تبخير و تراكم امري واضح و روشن است ولي تفاوت تراكم و بارندگي احتياج به كمي بررسي دارد.

به طور كلي فرايند تراكم شامل يك انباشتگي حداكثر از مولكولهاي بخارآب تا رسيدن به حد ذرات ريز است در صورتيكه فرايند بارندگي، مرحله‌اي از پيوستن ذرات ريز يا قطركها و سيكل قطرات مايع و يا تراكمي از بلورهاي يخ مي‌باشد.

عمل تراكم احتياج به يك هسته  كه هسته تراكم  ناميده شده دارد تا مولكولهاي آب در اطراف آن جمع شوند. ذرات گرد و خاك معلق در هوا مي‌توانند به عنوان هسته‌هاي تراكم عمل كند. ذرات داراي يون روي هسته‌ها اثر مي‌كنند، زيرا يونها با داشتن الكتريسيته ساكن مولكولهاي آب را در باندهاي قطبي خود جذب مي‌كند. يونها در اتمسفر شامل ذرات نمك ناشي از تبخير از سطح دريا و يا تركيبات سلفور و نيتروژن ناشي از احتراق مي‌باشند. قطر اين ذرات از 3-10 تا 10 ميكرون تغيير مي‌كند كه اين ذرات به عنوان هواويز  شناخته مي‌شوند. براي مقايسه بايد متذكر شد كه اندازه يك اتم حدود 4-10 ميكرون است، بنابراين كوچكترين هواويز ممكن است فقط از چند اتم تشكيل شده باشد.

قطرات ريز كه در اثر حركت تلاطمي حمل مي‌شوند بوسيله تراكم و برخورد با ذرات مجاور خود رشد مي‌كند تا اينكه به اندازه كافي بزرگ شوند تا حديكه نيروي جاذبه زمين بر اصطكاك غالب شود و شروع به ريزش كنند. افزايش بيشتر اندازه قطرات در نتيجه برخورد آنها با قطرات ديگر در مسير ريزش صورت مي‌گيرد. ولي گاهاً وقتيكه قطره به سمت پائين حركت مي‌كند هنگام عبور از لايه‌هاي گرمتر تبخير مي‌شود و اندازه قطره كاهش يافته و بنابراين ممكن است قطره باز به اندازه يك هواويز تبديل شود و به واسطه حركت تلاطمي هوا به سمت بالا حركت كند در حركت به سمت بالا فقط يك سرعت 5/0 سانتيمتر بر ثانيه كافي است تا يك قطر 100 ميكروني را حركت دهد. (محمدپور، 1373)

چرخه تراكم، ريزش، تبخير و صعود به طور متوسط حدود 10 بار قبل از اينكه قطره به اندازه بحراني حدود 1/0 ميليمتر برسد اتفاق مي‌افتد. مكانيسم بارش در ابرها در شكل 1-1 نشان داده شده است.

شكل 1-1 مكانيسم تشكيل قطرات باران در ابر (چو  و همكاران،1988)

1-2-3- انواع بارندگي

هواي مرطوب در اثر صعود و سرد شدن به مرحله‌اي مي‌رسد كه ديگر قادر به نگهداري رطوبت خود نيست در نتيجه توليد بارندگي نموده كه بر مبناي نحوه صعود هواي مرطوب، بارندگيها را به صورت زير تقسيم‌بندي مي‌كنند:

الف- بارندگيهاي همرفتي

در اتمسفر آرام هواي اشباع و غير اشباع مجاور سطح زمين بر اثر تشعشعات خورشيد بويژه به روش غير مستقيم گرم و در نتيجه متسع شده و به طور عمودي جابجا مي‌شود. در حين صعود بسته به وضعيت رطوبتي طبق گراديان آدياباتيك خشك (يعني 10 درجه سانتيگراد به ازاء هر كيلومتر) و يا آدياباتيك اشباع (يعني 4 تا 8 درجه سانتيگراد به ازاء هر كيلومتر) سرد شده و در يك ارتفاع كه ارتفاع تراكم ناميده مي‌شود به نقطه ميعان مي‌رسد. از اين ارتفاع به بالا ابرها شروع به تشكيل شدن مي‌كند و اگر جريان قائم اوليه كنوكسيون شدت داشته باشد اين عمل مي‌تواند مدتها ادامه يابد. مسلماً سيستم ابر حاصله پس از رسيدن به نقطه سرد و يا داراي تلاطم نسبتاً شديد ايجاد باران خواهد نمود. بنابراين بارندگيهاي حاصل كه به كنوكسيون شهرت دارند محصول هواي گرم بوده كه اغلب با رعد و برق و طوفان همراهند. قسمت اعظم اين بارندگيها به صورت باران و يا همراه با تگرگ مي‌باشد. اين بارندگيها عمدتاً در مناطق گرمسيري و استوايي ديده مي‌شود، چون در آنجا بر اثر ضعف عادي بادها جريانات هوا اغلب عمودي است. بارندگيهاي كنوكسيون در مناطق معتدله نيز در فصول گرم به صورت طوفانهاي تابستاني و موضعي خيلي شديد ايجاد مي‌شوند البته بايد دانست كه تمام طوفانها از مكانيسم بارندگي كنوكسيون نتيجه نمي‌شوند.

ب- بارندگيهاي كوهستاني

زمانيكه بادهاي مرطوب در حال وزش از اقيانوسها به طرف خشكيها به يك مانع كوهستاني برخورد كرده و يا از يك منطقه تحت نفوذ درياي گرم به مناطق خشك و وسيع سردتر مي‌رسند بالطبع بالا رفته و افزايش حجم آنها موجب سرد شدن و تشكيل توده‌هاي ابر و بالاخره ايجاد بارندگي مي‌شود. اين بارندگيها معروف به ريزشهاي كوهستاني بوده به صعود باران يا برف روي دامنه‌هائي كه در معرض باد هستند فرو مي‌ريزند. به علاوه چه از لحاظ مقدار و چه نحوه توزيع مكاني بسيار نامنظم و تحت نفوذ اغتشاشات سيلكوني مي‌باشد. همانطوري كه جذب يك فلوي نوراني توسط يك جسم كدر ايجاد سايه مي‌كند به همان طريق سد معبر توده‌هاي مرطوب توسط كوه توليد يك منطقه كم باران و خشك در دامنه يا ناحيه‌ايكه در جهت مخالف باد قرار گرفته خواهد نمود. هوا بر اثر پائين‌ آمدن در روي اين دامنه گرمتر شده و رطوبت نسبي آن كاهش مي‌يابد (پديده فون).