دوشنبه ۱ آبان ۱۳۹۶

تحلیل طوفان های 62 ساله

برای دستیابی به اهداف پروژه، روش به‌کار گرفته شده شامل تحلیل تمام طوفان‌های اندازه‌گیری شده توسط اطلاعات altimetry و QuikSCAT برای دوره 1992 تا 2010 می‌باشد. میدان باد ECMWF (1993 تا 2010) که دقیق‌ترین میدان باد موجود برای انجام این مطالعات می‌باشد، توسط این اندازه‌گیری‌ها، با اعمال یک ضریب فزاینده ساده به سرعت‌های باد، واسنجی شد (در این‌جا هدف عمدتاً تولید شدت بادهای طوفان بوده است). دو میدان باد دیگر که برای پوشش کامل دوره مدل‌سازی استفاده شدند، شامل میدان‌ها NCEP1 (1948 تا 1957) و ERA40 (1958 تا 1992) بودند که برای هر نقطه از شبکه با توجه به میدان‌های ECMWF واسنجی شدند.

بعد از واسنجی مدل موج WaveWatch III با استفاده از ترکیبات مشابه استفاده شده در گزارش اقلیم امواج آب عمیق، شبیه‌سازی‌ها برای حدود 360 طوفان رخ داده در دوره زمانی مطالعات، اجرا شدند. دوره‌ای که شامل طوفان گنو و فت می‌شد، در این مرحله از مطالعات حذف شد، تا به دلیل طبیعت متفاوت و منحصربه‌فرد این پدیده‌ها، به صورت جداگانه توسط مدل گردبادی پارامتری مورد مطالعه قرار گیرند. در ادامه از نتایج میدان‌های موج حاصل برای استخراج حداکثر ارتفاع مؤثر امواج در هر نقطه از شبکه استفاده شد. برای استخراج دوره بازگشت‌های مختلف ارتفاع امواج حدی و پارامترهای مربوطه، از تحلیل آماری حدی Pareto استفاده شده است.

براساس اصول تئوری که در بخش‌های قبل بحث شد، روش به‌کار رفته در تحلیل طوفان‌ها را می‌توان به 5 گام اصلی تقسیم کرد:

1.    ماده‌سازی میدان باد و موج اولیه برای دوره 1948 تا 2010 فقط برای تعیین تاریخ وقوع طوفان‌ها. این میدان متعاقباً دور انداخته می‌شوند.

2.    واسنجی میدان‌های باد طوفان‌های ECMWF و مدل موج WaveWatch توسط داده‌های altimetry و QuikSCAT طوفان‌ها

3.    واسنجی میدان‌های باد NCEP و ERA40 توسط میدان‌های باد واسنجی شده ECMWF برای هر نقطه از شبکه، جهت کاهش ناهمگنی منطقه‌ای و ارتقاء موقت همگنی میدان‌های باد آنالیز دوباره

4.    شبیه‌سازی تمام طوفان‌ها که در گام 1 تعیین شدند توسط ترکیب بهینه مدل WaveWatch که در گام 2 بدست آمده و میدان‌های باد واسنجی شده در گام 3.

5.    تحلیل حدی بر روی نتایج ارتفاع امواج حداکثر برای هر نقطه از شبکه

storm1

 

شکل 1 – توزیع زمانی سالانه طوفان‌های مدل شده

storm2 

 شکل 2 – میدان‌های باد مدل شده توسط ECMWF (بالا، سمت چپ) و ERA40 (بالا سمت راست) برای یک طوفان جنوبی در سال 1997

شبیه‌سازی گردباد گنو

طوفان گنو شدیدترین طوفان رخ داده در محدوده اقیانوس هند و دریای عمان است که در دسته‌بندی طوفان‌ها، در دسته 5 قرار گرفت. این طوفان بادهایی با سرعت تقریباً m/s70 یا km/h250 و پیک تقریبی 1 دقیقه‌ای تولید کرد. این طوفان از گوشه خط ساحلی عمان در تاریخ 6 June 2007 قبل از حرکت به داخل دریای عمان و ناپدید شدن در شمال عبور کرد و بادهای قوی و موج‌های بلندی را در مسیر حرکت خود تولید کرد. همان‌طوری‌که اشاره شد، از نظر آماری یا متودولوژی، در نظرگیری این طوفان در تحلیل آماری برای تعیین ارتفاع امواج حدی و مقادیر متناظرش توجیه‌پذیر نیست.

پیش‌یابی گنو با استفاده از میدان‌های باد ECMWF برای دوره یکم تا نهم ماه June سال 2007 و هم‌چنین میدان‌های گردبادی پارامتری که در این میدان‌ها، assimilate شده بودند، انجام شد. مدل گردبادی پارامتری توسط GlobOcean توسعه داده شده است و برای پیش‌یابی طوفان‌ها و گردبادها و تخمین موقعیت طوفان، حداکثر سرعت بادها، فشار مرکزی، شعاع گردبادها و شعاع چشم طوفان استفاده می‌شود.

storm3

شکل 3 – حداکثر ارتفاع موج مدل شده در حین طوفان گنو

 

storm4

شکل 4 – نتایج اعتبارسنجی میدان‌های باد طوفان گنو در مقابل Altimetry

نتایج تحلیل طوفان‌ها

یک تحلیل حدی شامل رگرسیون منحنی Pareto روی Hs حداکثر طوفان‌های رخ‌داده برای تمام نقاط شبکه جهت استخراج ارتفاع امواج حدی با دوره بازگشت‌های 1، 5، 10، 20، 50، و 100 و هم‌چنین مقادیر Tp و Hmax متناظر آن‌ها انجام شد. مطالعه جداگانه‌ای روی طوفان گنو و فت با استفاده از میدان باد پارامتریک برای استفاده در مدل موج که توسط اطلاعات Altimetric و دستگاه‌های اندازه‌گیری واسنجی شده، انجام شد. مقایسه بین این نتایج و مقادیر Hsهای حداکثر با دوره بازگشت 100 ساله حاصل از تحلیل Pareto نشان داد که نتایج تقریباً یکسان هستند.

مقایسه نتایج ارتفاع امواج حاصل از تحلیل حدی Pareto با دیگر مطالعات، نشان داد که مطالعه حاضر ارتفاع امواج مناسبی را ارائه می‌کند و همچنین روش استفاده شده در این مطالعه را می‌توان بسیار منسجم‌تر از مطالعات قبلی درنظر گرفت که مهم‌ترین دلیل آن را می‌توان اقدام به صحت‌سنجی مدل طوفان به‌صورت محلی در هر جایی‌که ممکن بوده با استفاده از اطلاعات ماهواره‌ای و اندازه‌گیری‌های میدانی انجام شده قلمداد کرد.

مقادیر حدی به‌همراه مقادیر پریود پیک، حداکثر ارتفاع موج 3 ساعته و جهت غالب متناظر به ‌همراه لیست طوفان‌هایی که در این محاسبات استفاده شده، برای تمام نقاط شبکه قابل دستیابی می‌باشد. نمودارهای زیر نیز شمایی از توزیع منطقه‌ای مقادیر Hs و Tp حدی حاصل از تحلیل برای دوره بازگشت‌های 1 و 5 و 10 و 20 و 50 و 100 سال را نشان می‌دهد.

storm5

storm6

شکل 5 – مقادیر حدی Hs , Tp  حاصل از تحلیل برای دوره بازگشت 20 سال