مطالعه پارامترهای فیزیکی هواویزهای جو زنجان با استفاده از اندازه گیری های شیدسنج خورشیدی، داده های ماهواره ای، مدل هواشناسی hysplit و داده های ncep/ncar

هواویزها ذرات ریز جامد یا مایع معلق در هوا هستند که ابعاد آنها از چندین نانومتر تا چندین ده میکرون متغیر است. اغلب آنها در اثر عوامل طبیعی چون وزش باد در صحراها، تبخیر سطحی آب اقیانوس ها و دریاها، فوران های آتشفشانی و سوختن جنگل ها و چمنزارها وارد جو می شوند. عوامل انسانی نظیر سوزاندن سوخت های فسیلی و تغییر پوشش سطحی زمین سهم ده درصدی در تولید هواویزهای جوی دارد. هواویزها بر زور تابشی جو، ویژگی ابرها، کیفیت هوا و سلامتی انسانها تأثیر می گذارند. توزیع زمانی و مکانی هواویزهای جوی بسیار متغیر است و به همین دلیل بررسی تأثیرات هواویزها، نیازمند مطالعه پیوسته و جهانی آنهاست. نمونه برداری از هواویزها و بررسی آزمایشگاهی آنها در کنار روش های سنجش از دور از طریق دستگاه های زمین-پایه، دستگاه های نصب شده بر روی ماهواره های هواشناسی و هواپیماها، روش های مختلف و مکمل بررسی هواویزهاست. شیدسنج خورشیدی نوعی تابش سنج زمین-پایه است که شدت نور مستقیم رسیده از خورشید و پراکنده شده از آسمان را در طول موج های معین و با میدان دید باریک ثبت می کند. با استفاده از اندازه گیری های شیدسنج خورشیدی می توان ویژگی های فیزیکی و اپتیکی هواویزها شامل عمق اپتیکی هواویزها، نمای آنگستروم، سپیدایی پراکندگی یگانه، تابع فازی، ضریب شکست و تابع توزیع اندازه هواویزها را به دست آورد. در این پایان نامه از اندازه گیری های شیدسنج خورشیدی برای استخراج ویژگی های هواویزهای جو شهر زنجان در بازه های زمانی مهر ????-مهر ???? و دی ????-شهریور ????استفاده شده است. عمق اپتیکی هواویزها بیانگر میزان هواویزهاست و از خاموشی نور مستقیم خورشید در چهار طول موج ???، ???، ??? و ???? نانومتر حاصل می شود. نمای آنگستروم به عنوان معیاری کیفی از ابعاد هواویزها از ارتباط میان اندازه گیری های عمق اپتیکی هواویزها در سه طول موج ???، ??? و ??? نانومتر به دست می آید. سپیدایی پراکندگی یگانه، تابع فازی، ضریب شکست و تابع توزیع اندازه هواویزها از تحلیل داده های نور پراکنده شده از آسمان که شیدسنج خورشیدی در طول موج ??? نانومتر آن را اندازه گیری و ثبت می کند؛ استخراج می شوند. این کمیت ها اطلاعات ارزشمندی از میزان، نوع غالب و چگونگی توزیع ابعادی هواویزها را در اختیار می گذارند. استخراج این ویژگی ها نیازمند برآورد نظری شدت نور پراکنده شده از آسمان با استفاده از حل معادله انتقال تابش و سپس به کارگیری روش وارون سازی برای مقادیر نظری و واقعی شدت نور پراکنده شده از آسمان است. نظریه های پراکندگی می و ریلی در تمامی مراحل روش فوق برای محاسبه نظری کمیت های اپتیکی درگیر در مسأله برهمکنش نور خورشید با هواویزها و مولکول ها به کار گرفته می شوند. پنجاه رویداد غباری با استفاده از اندازه گیری های شیدسنج خورشیدی در بازه های زمانی اشاره شده برای جو زنجان ثبت شده اند که برای یافتن میزان نشست آنها در جو زنجان، چشمه های تولید کننده آنها، مسیرهای حرکتی و گستره جغرافیایی آنها از نتایج نمایانی افقی سطح شهر زنجان، مدل هواشناسی hysplit، داده های ncep/ncar و داده های عمق اپتیکی سامانه modis ماهواره aqua استفاده شده است. نتیجه این مطالعات نشان داده اند که ذرات غبار و هواویزهای شهری-صنعتی دو نوع اصلی هواویزهای تشکیل دهنده جو زنجان هستند. هواویزهای شهری-صنعتی نوع غالب هواویزهای جو زنجان در بازه زمانی اواسط پاییز تا اواسط زمستان هستند. این نوع از هواویزها اغلب ریزدانه اند و دارای مقادیر سپیدایی پراکندگی یگانه و بخش حقیقی ضریب شکست کمتری در مقایسه با ذرات غبار هستند. افزوده شدن هواویزهای نوع غبار به جو زنجان موجب می شود که آنها هواویز غالب در بقیه طول سال (اواخر زمستان - اوایل پاییز) باشند. ابعاد اغلب ذرات غبار بیشتر از یک میکرون است و آنها بیشترین مقادیر سپیدایی پراکندگی یگانه و بخش حقیقی ضریب شکست را در میان همه انواع هواویزها دارا هستند. مشاهده شده است که به ویژه میزان غبار جو شهر زنجان در فصل بهار و اوایل تابستان افزایش چشمگیری می یابد. همچنین ?? رویداد غباری برای اندازه گیری در بازه های زمانی اشاره شده ثبت شده اند که ??? آنها بین ماه های فروردین و تیر توزیع شده اند. در رویدادهای غباری نمایانی افقی سطح زمین کاهش می یابد که نشانگر چگالی بالای غبار در نزدیکی سطح زمین است. همچنین بخش درشت دانه تابع توزیع ابعادی هواویزها افزایش شدیدی نشان می دهد و مقادیر کمیت های سپیدایی پراکندگی یگانه و بخش حقیقی ضریب شکست هواویزهای جو زنجان به مقادیر مشخصه این کمیت ها برای غبار میل می کند. غبار مشاهده شده در جو زنجان چشمه محلی ندارد و از انتقال غبار چشمه های غباری منطقه خاورمیانه به جو زنجان ناشی می شود. نتایج مدل هواشناسی hysplit، داده های ncep/ncar و نیز داده های عمق اپتیکی سامانه modis ماهواره aqua نشان می دهند که چشمه غباری حوزه رودخانه های دجله و فرات در کشور عراق منشأ بیش از ??? رویدادهای غباری جو زنجان است. انتقال غبار از چشمه های غباری ناحیه بین دریاچه های خزر و آرال و دریاچه نمک قم به جو شهر زنجان نیز مسئول بخش اندکی از رویدادهای غباری آن است.