چکیده
کیفیت شناخت پارامترهای هواشناسی به منظور پیشگیری از سوانح و رویدادهای صنایع هوایی کافی نبوده و همواره نیازمند پیشرفت و نوآوری می‌باشد. نحوه مواجه شدن با تلاطم‌های جوی در حین پرواز به‌منظور احساس آسایش در مسافران، ایجاد ایمنی، کارایی و اقتصادگرایی شرکت‌های هوایی از اهمیت فراوانی برخوردار است.
این پژوهش مربوط به مطالعه موردی و مقایسه گزارش تلاطم هوای صاف پروازهای عبوری مسیر شرق و جنوب شرق کشور (سکتور ۵ و ۶) می‌باشد. تحلیل و بررسی صورت گرفته با استفاده از سامانه پیشبینی همادی توسعه داده شده هواشناسی نیروی هوایی ارتش جمهوری اسلامی ایران در خصوص پیشبینی صادر شده تلاطم هوای صاف با گزارش ارائه شده حاکی از توانمندی این سامانه در پیشبینی تلاطم هوای صاف است.
۱. مقدمه
هرساله صنعت هوایی با خطرات تلاطم هوایی بسیاری دست و پنجه نرم می‌کند. تلاطم هوای صاف موجب کشته و یا زخمی شدن تعداد قابل توجهی از مردم و خسارات جدی به تجهیزات و هواپیماها می‌شود. باوجود این انگیزه‌ها، کیفیت و دقت پیشبینی وقایع هواشناسی در صنایع هوایی به‌منظور پیشگیری کافی نبوده و همواره نیازمند پیشرفت و نوآوری می‌باشد.
مواجه شدن با تلاطم هوایی یا در اصطلاح عامیانه چاله‌های هوایی نه‌تنها به‌منظور ایجاد احساس آسایش برای مسافران از اهمیت بالایی برخوردار بوده بلکه برای ایجاد ایمنی، کارایی و اقتصادگرایی شرکت‌های هوایی نیز دارای اهمیت فراوانی است. به خوبی روشن است که تنها با تکیه بر تصاویر ماهواره‌ای و لحظه‌ای نمی‌توان تشخیص دقیقی در خصوص تلاطم‌های هوایی ارائه کرد، اما تجارب بدست آمده و نیز استفاده از الگوریتم‌های عددی می‌تواند کمک شایانی به تایید تشخیص تلاطم و همچنین پیشبینی تلاطم‌ها بکند.
با توجه به مقیاس فضایی و زمانی در هوانوردی پیشبینی تلاطم به صورت واضح و عملیاتی به طوری که بتواند تمامی نواحی هوایی را پوشش دهد امری غیر ممکن است. با این وجود از آن‌جایی که منابع انرژی مرتبط با تلاطم‌ها در مقیاسی بزرگ قرار دارند، نتیجه‌گیری در خصوص احتمال وقوع تلاطم نیازمند بررسی‌ها و آزمایشات دقیقی در مقیاس بزرگ به ویژه در سطوح بالا است. برخی از این الگوهای بزرگ مقیاس توسط محققانی نظیر هاپکین، لی، لستر و ناپ مورد بررسی قرار گرفته است.
در قدیم این الگوها توسط کارشناسان هواشناسی مراکز و دپارتمان‌های هواشناسی انجام می‌شد که در سال‌های اخیر این شیوه‌ها به سمت الگوریتم‌های اتوماتیک تغییر یافته است به طوری که امروزه پیشبینی تلاطم توسط سرویس‌های هواشناسی انجام می‌شوند.
۲. پیكربندی مدل و حوزه محاسباتی
کار حاضر با استفاده از سامانه پیشبینی همادی توسعه داده شده برای مدل WRF هواشناسی نهاجا انجام شده است. برای طرح‌واره‌های فیزیکی در مدل WRF انتخاب‌های متعددی وجود دارد که از جمله آن‌ها می‌توان برای پارامترسازی خُردفیزیک، طرح‌واره‌های لین، WSM6 ،WSM3 ،Ferrire و تامسون را نام برد که از جمله طرح‌واره‌های پرکاربرد هستند.
برای پارامترسازی لایه مرزی سیارهای نیز دو طرحواره YSU و MYJ بیشتر در موارد عملیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. طرح‌واره‌های کین فریج، بتس-میلر-جانیک (BMJ) و گرل-دونجی نیز برای پارامترسازی کومه‌ای (کومولوس) مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین برای سطح زمین نیز دو طرحواره Noah LSM و MM5 5-layer LSM بیشترین استفاده را دارند.
برای لایه سطحی نیز می‌توان به طرح‌واره‌های MM5 similarity و Eta similarity و برای تابش موج بلند می‌توان به طرح‌واره‌های RRTM و GFDL و برای تابش موج کوتاه نیز می‌توان به طرح‌واره‌های Dudhia و GFDL اشاره نمود.
در کار حاضر از پنج پیکربندی فیزیکی مشخص با ایجاد پریشیدگی در شرایط اولیه استفاده شده است به طوری که مجموع اعضای سامانه ترکیبی از فیزیک‌های متفاوت و شرایط اولیه متفاوت است. در اینجا پیشبینی سامانه همادی با ۲۵ عضو انجام شده است که شامل پنج پیکربندی فیزیکی مدل همراه با چهار پریشیدگی مثبت و منفی برای هر یک از آن‌ها می‌باشد که در مجموع ۲۵ عضو را تشکیل می‌دهند.
برای تامین شرایط اولیه و مرزی سامانه نیز از داده‌های GFS با تفکیک افقی نیم درجه استفاده شده است. بخشی از ارزیابی‌های سامانه توسط قادر و همکاران (۱۳۹۷) ارائه شده است. حوزه محاسباتی کار حاضر محدوده‌ای شامل ایران را در بر می‌گیرد. این حوزه محاسباتی از ۲ شبکه تودرتو (لانه‌ای) با فواصل شبکهای افقی ۲۷ و ۹ کیلومتر همراه با ۴۹ تراز قائم تشکیل شده است. حوزه مذکور که در شکل ۱ نشان داده شده است.
۳. تشخیص تلاطم
مرکز پیشبینی و پژوهش هواشناسی نهاجا همه روزه و در چندین نوبت نقشه‌های پیشبینی بسیاری تولید و در اختیار پرسنل پروازی قرار می‌دهد. یک از این نقشه‌های برآورد شاخص تلاطم هوای صاف است.
در پژوهش حاضر برای تشخیص و پیشبینی تلاطم هوای صاف از شاخص ارائه شده توسط الرورد و ناپ (۱۹۹۱) و با استفاده از سامانه فوق الذکر استفاده شده است. این شاخص از حاصل ضرب برش قائم باد در مجموع تغییر شکل و همگرایی بدست آمده که عددی بی‌بعد است. مقادیر ۴ تا ۸ این شاخص نشان دهنده تلاطمی سبک تا متوسط در هنگام پرواز می‌باشد. مقادیر ۸ تا ۱۲ نیز تلاطم متوسط و از ۱۲ بالاتر نشان دهنده تلاطمی شدید در حین پرواز خواهد بود. این شاخص با توجه به اهمیت سطوح پروازی ۲۰ تا ۳۰ و ۳۰ تا ۴۰ هزارپایی در ماموریت‌های پروازهای نیروی هوایی ارتش برای این دو سطح اجرا شده است.
۴. شرح رويداد و پیشبینی صادر شده
گزارش پروازهای عبوری نواحی شرق و جنوب شرق کشور (سکتور ۵ و ۶) ظهر پنجشنبه ۲۴ بهمن ۹۸ تا ساعات اولیه شب حاکی از وجود توربولانس سبک و سبک تا متوسط برای این نواحی بوده که بعضاً منجر به درخواست تغییر سطح پروازی شد. توربولانس هوای صاف، آسمان استان‌های فارس، هرمزگان، سیستان و بلوچستان، کرمان و جنوب یزد را در برگفته و سطوح پروازی ۲۸ تا ۴۵ هزار پایی را تحت تاثیر خود قرار داده بود. در ادامه به بررسی پیشبینی سامانه هواشناسی نهاجا طی ساعات پایانی این روز می‌پردازیم.
در شکل ۲ الف نقشه پیشبینی رطوبت تراز ۷۰۰، ۵۰۰ و ۳۰۰ هکتو پاسکالی ساعت ۱۲ به وقت هماهنگ جهانی ۲۴ بهمن نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می‌شود براساس این نقشه نواحی جنوبی و جنوب شرقی کشور ابرناکی خاصی وجود ندارد. شکل ۲ ب نیز نقشه پیشبینی خطوط هم تندی باد ۳۵ هزار پایی نشان داده شده است.
همانطور که مشاهد می‌شود در نواحی ذکر شده فشردگی خطوط هم تندی باد به طور واضح مشاهده می‌شود که این خود نشان دهنده وجود تلاطم جوی در این ارتفاع پروازی است. شکل ۳ نیز پیشبینی تلاطم هوای صاف ۲۴ بهمن و برای ارتفاع‌های پروازی ۲۲ تا ۳۰ هزار پایی و ۳۰ تا ۳۸ هزار پایی به همراه خطوط پربندی ۳۵۰ و ۲۵۰ هکتو پاسکال نشان داده شده است. همانطور که ملاحظه می‌شود تلاطم هوای صاف با افزایش ارتفاع پروازی افزایش یافته است.
۵. نتیجه‌گیری
کار حاضر حاصل بررسی پیشبینی یک مورد تلاطم هوای صاف و مقایسه آن با گزارش پروازهای عبوری می‌باشد. جهت تهیه نقشه پیشبینی تلاطم هوای صاف از شاخص الرورد و ناپ (۱۹۹۱) استفاده شد. با توجه به گزارش پروازی که پس از صدور نقشه پیشبینی از نحوه عبور هواپیماها روی منطقه جمع‌آوری شد، حاکی از وجود تلاطم با همان شدت پیشبینی شده و در نواحی مشخص شده است و حاکی از عملکرد مناسب سامانه است. البته نکته قابل توجه در این گونه پیش‌بینی‌ها اجرای مداوم و در دسترس بودن برونداد آن جهت امور پروازی و برنامه‌ریزی ماموریت‌های نهاجا است.
مرجع:
جوان نژاد، ر.، محمود، ص.، قادر، س.، “پیشبینی تلاطم هوای صاف در منطقه ايران: مطالعه موردی کاربرد عملیاتی”، مجموعه مقالات نوزدهمین کنفرانس ژئوفیزيك ايران، ارديبهشت ۹۹
