چکیده
در این مقاله مشخصه‌هاي هواشناسی دریایی و اقیانوس شناسی خلیج فارس و دریاي عمان با استفاده از روش جفت شدن مدل‌هاي عددي هواشناسی WRF و مدل اقیانوس شناسی ROMS شبیه‌سازي شده است. ابتدا مدل WRF بر روي دریاي عمان اجرا و نتایج آن مورد بررسی و راستی آزمایی قرار گرفته و سپس مدل عددي ROMS بر روي این دریا با توجه به واداشت‌هاي هواشناسی پیش‌یابی شده، اجرا و مورد ارزیابی قرار گرفت.
پدیده عمده براي بررسی مدل WRF مونسون تابستانی اقیانوس هند بود. براي مدل ROMS نحوه انتقال آب سطحی اقیانوس هند به خلیج فارس و دریاي عمان مورد بررسی قرار گرفت. مدل اقیانوسی براي یک دوره هفت ساله اجرا گردید و نتایج مدل اقیانوسی با تصاویر ماهواره‌اي مقایسه گردیدند. نتایج نشان داد که با در نظر گرفتن برهم‌کنش متقابل جو و اقیانوس (با درنظر گرفتن جفت شدگی) نتایج واقعی‌تري به دست می‌آید.
۱. مقدمه
دریاي عمان دریاي جنوب شرقی ایران است که در حقیقت ادامه اقیانوس هند به شمار می‌رود. از شمال به سواحل مکران ایران و از جنوب به دریاي عربستان و کشور عمان محدود است و مدار راس السرطان از جنوب آن می‌گذرد. عرض آن از دماغه حد، در شمال شرقی کشور عمان، تا بندر گواتر، در منتی الیه جنوب شرقی ایران (در مرز ایران و پاکستان)، حدود ۳۲۰ کیلومتر و طول آن حدود ۵۶۰ کیلومتر است. در شمال غربی از طریق تنگه استراتژیک هرمز، در شمال شبه جزیره مسندم (راس مسندم)، به خلیج فارس یکی از مهم‌ترین کانون‌هاي تامین انرژي جهان می‌پیوندد.
اقلیم این منطقه با توجه به موقعیت جغرافیایی، از یک طرف تحت تأثیر جریان‌هاي جوي متعدد مانند مونسون و به تبع آن باران‌هاي موسمی اقیانوس هند است و از طرف دیگر تحت تأثیر فشار زیاد عرض‌هاي متوسط قرار دارد که گرماي شدید مهم‌ترین پدیده مشهود اقلیمی آن است. دریاي عمان یک گذار از خور به گردش آب اقیانوس عمیق می‌باشد.
گردش آب در دریاي عمان شامل ساختارهاي زیر می‌باشد:
الف- یک خروجی در عمق از تنگه هرمز به عمقی تا حدود ۲۰۰ متر فرو می‌رود و در عرض حوضه پخش می‌شود.
ب- پیچک‌هاي خلاف عقربه‌هاي ساعت که یک ساختار فراجهندگی آب سرد در طول سواحل ایرانی ایجاد می‌کند.
در دریاي عمان یک گردش آب با دو پیچک وجود دارد. یک گردش آب در جهت عقربه‌هاي ساعت در غرب دریا، بر آب‌هاي سطحی در سواحل کشور عمان و تنگه هرمز تاثیر می‌گذارد. یک گردش خلاف جهت عقربه‌هاي ساعت نیز در ناحیه مرکزي دریاي عمان وجود دارد. ترکیب این دو پیچک یک رشته آب سرد ایجاد می‌کند. در این تحقیق شبیه‌سازي مشخصه‌هاي اقیانوس شناسی این محیط آبی توسط مدل جفت شده جوي و اقیانوسی انجام می‌شود.
۲. داده و روش‌ها
مدل پیشرفته تحقیقاتی (ARW) WRF نسخه ۳.۵.۱ براي شبیه‌سازي وضعیت جوي در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت. براي شبیه‌سازي مشخصه‌هاي اقیانوس شناسی از مدل عددي ROMS استفاده گردید.
مدل ROMS، یک مدل اقیانوسی سطح آزاد با دستگاه مختصات وابسته به زمین است که در آن از معادلات پایه اقیانوسی استفاده شده است. این مدل داراي دقت و کارآمدي فیزیکی بالاست که قابلیت کاربرد در مناطق اقیانوسی عمیق و مناطق ساحلی (کم عمق) را دارد که داراي طرح‌واره‌هاي اختلاط عمودي مختلف، سطح‌هاي چندگانه، شبکه‌هاي مرکب و آشیانه‌اي است.
در راستاي قائم، معادلات پایه بر اساس متغیر توپوگرافی و با استفاده از مختصات وابسته به زمین گسسته سازي می‌شوند. شرایط مرزي قائم در سطح که بر اساس واداشت جوي بدست می‌آید به صورت زیر است:
که دو جمله اول مربوط به تنش سطحی ناشی از باد در راستاي x و y، جمله سوم مربوط به تغییرات دما به صورت گرماي نهان و آشکار، جمله چهارم مربوط به تغییرات شوري بر اساس بارندگی و تبخیر، و جمله پنجم مربوط به تغییرات مولفه قائم سرعت بر اساس تغییرات تراز آب است.
براي اجراي مدل ROMS، داده‌هاي عمق‌سنجی از مجموعه داده‌هاي ETOPO1، داده‌هاي مقادیر اولیه، مرزها و کلیماتولوژي از مجموعه داده‌هاي WOA و براي مقادیر ورودي واداشت جوي از خروجی مدل WRF استفاده گردید.
۳. نتایج
بر اساس خروجی‌هاي بدست آمده از اجراي ۷ ساله مدل، الگوي تغییرات دما، شوري و جریان در سطح آب مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. براي راستی آزمایی دامنه تغییرات مقادیر از داده‌هاي ماهواره‌اي استفاده گردید.
۱.۳. دماي آب
برش مداري و نصف‌النهاري دماي آب خلیج فارس، دریاي عمان و تنگه هرمز در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفت.. شکل ۱ الگوي دماي سطح آب را در ماه فوریه نشان می‌دهد. همان‌گونه که در شکل مشاهده می‌شود، آب گرم اقیانوس هند از سمت شمال دریاي عمان و از طریق تنگه هرمز به خلیج فارس انتقال می‌یابد. جبهه دمایی ایجاد شده در جنوب شرقی خلیج فارس قابل مشاهده است.
در این منطقه دو پیچک قابل ملاحظه است که حرکت آن‌ها به سمت غرب خلیج فارس رویت می‌شود. تغییرات دمایی در دریاي عمان جزئی است و تقریبا مشابه با شرایط شمال اقیانوس هند است. مقدار دماي آب در دریاي عمان حدود ۲۴ درجه سانتیگراد و در شمال خلیج فارس حدود ۱۸ درجه است.
همچنین داده‌هاي باز تحلیل دماي سطح آب موسسه NOAA (ستون سمت چپ) براي سال ۲۰۰۰ براي روزهاي اول ماه‌هاي میلادي با خروجی مدل اقیانوسی ROMS مورد مقایسه قرار گرفتند (شکل ۲). محدوده دمایی و الگوي خطوط هم‌دما در بیشتر ماه‌هاي سال در تصاویر ماهواره‌اي و خروجی مدل از تطابق خوبی برخوردار است و اختلاف دمایی در ماه‌هاي آگوست و سپتامبر براي خلیج فارس و براي ماه‌هاي نوامبر و دسامبر براي منطقه دریاي عمان قابل مشاهده است.
۲.۳. شوری
الگوي پراکندگی شوري سطح آب در خلیج فارس و دریاي عمان در ماه فوریه در شکل ۳ مشاهده می‌شود. بیشترین مقدار شوري در خلیج فارس (حدود ۴۰ PSU) و کمترین مقدار در سمت دریاي عمان (حدود ۳۵ PSU) می‌باشد.
در این تصویر تنها انتشار سطحی شوري از دریاي عمان به خلیج فارس از مرزهاي ایران مشاهده می‌شود. تنها زبانه انتقال شوري از خلیج فارس به دریاي عمان از بخش جنوب تنگه هرمز دیده می‌شود که این زبانه بعد از تنگه هرمز ناپدید می‌شود و امکان انتقال از لایه‌هاي پایین‌تر در این تنگه را نشان می‌دهد. همچنین تغییرات شوري در ماه‌هاي مختلف در خروجی مدل در سال ۲۰۰۰ در شکل شماره ۳ نشان داده شده است.
۳.۳. جریان
در شکل شماره ۴ الگوي جریان سطحی در دریاي عمان و خلیج فارس در ماه فوریه مشاهده می‌شود. الگوي غالب مشاهده شده در دریاي عمان نشان دهنده یک پیچک بزرگ در محل اتصال دریاي عمان به اقیانوس هند و همچنین جریان رو به غرب در بخش شمالی و جریان رو به شرق در سواحل جنوبی آن می‌باشد. همچنین الگوي غالب جریان در خلیج فارس گردش پاد ساعتگرد آب و وجود پیچک در بخش میانی خلیج فارس می‌باشد.
۴. نتیجه‌گیری
در این تحقیق الگوي میدان مشخصه‌هاي هواشناسی بر روي خلیج فارس و دریاي عمان و همچنین گردش عمومی این حوزه‌هاي آبی با استفاده از مدل‌هاي عددي ROMS و WRF شبیه‌سازي شده و نتایج آن به صورت کمی و کیفی مورد بررسی قرار گرفتند. گردش عمومی خلیج فارس و دریاي عمان بر اساس نتایج خروجی مدل ROMS و مقایسه آن با نتایج کارهاي انجام شده قبلی مورد بررسی قرار گرفت.
الگوي توزیع دمایی در خلیج فارس و دریاي عمان نشان دهنده انتقال آب‌هاي اقیانوس هند از طریق سواحل شمالی دریاي عمان و تنگه هرمز به خلیج فارس از سطح آن بود. تشکیل پیچک در خلیج فارس و دریاي عمان از مواردي بود که در خروجی مدل مشاهده شد. همچنین بررسی پروفایل عمودي دماي آب در دریاي عمان نشان دهنده فراجهندگی در مجاورت سواحل شمالی دریاي عمان بود.
الگوي شوري آب در نتایج مدل اقیانوس شناسی خلیج فارس و دریاي عمان نشان دهنده انتقال آب شور از زیر سطح خلیج فارس و از طریق تنگه هرمز به دریاي عمان است. الگوي جریان سطحی شبیه‌سازي شده در این حوزه‌هاي آبی توسط مدل ROMS در تطابق با کارهاي مشابه مدل‌سازي در این منطقه در سال‌هاي گذشته بود.
مرجع:
لایقی، ب.، علی اکبری بیدختی، ع.، قادر، س.، آزادی، م.، “شبیه سازي عددي مشخصه‌هاي اقیانوس شناسی و هواشناسی دریایی خلیج فارس و دریاي عمان با استفاده از مدل جفت شده ROMS و WRF”، چهارمین کنفرانس بین‌المللی اقیانوس شناسی خلیج فارس، تهران، بهمن ۹۶
