تشخيص و پايش گرد و غبار
گرد و غبار، در اصطلاح هواشناسي، ذرات بسيار كوچك، جامد و سبك سيلتي[1]، رسي[2] يا ماسه‌اي ناشی از فرسايش بادي و بيابان‌زايي هستند که توسط باد در جو زمين تا مسافت بسيار طولاني جا به جا و منتقل می‌شوند و ديد افقي را بين یک تا دو كيلومتر يا كمتر محدود مي‌كنند (DI Mei, 2008).
ریزگرد پدیده‌ای جوی است و مجموعه‌ای از گرد و غبار، دود و دیگر ذره‌های خشک معلق در هوا است که باعث کدر شدن آسمان و در اغلب موارد سبب کاهش دید می‌شود. خاستگاه ریزگرد آلاینده‌های صنعتی، رفت و آمد خودروها، آتش‌سوزی جنگل‌ها، گسترش بیابان‌ها، شخم‌زدن زمین در آب و هوای خشک و غیره است. ریزگرد اغلب زمانی اتفاق می‌افتد که ذرات گرد و غبار و دود در هوای خشک افزایش یابد (ویکی‌پدیا، دانشنامه آزاد).
به طور کل، عبارت ریزگرد به ذرات بسیار کوچک و سبک با قطر کمتر از پنج میکرون اتلاق می‌شود و هرگاه سرعت باد از حد آستانه بیشتر گردد و ديد افقي به علّت گرد و غبار به كمتر از يك كيلومتر برسد، طوفان گرد و خاك گزارش مي‌شود.
بيشترين گرد و غبار موجود در جو با منشاء ذرات ريزدانه اتفاق مي‌افتند و اين ذرات ريز در مناطق خشك و نيمه خشك جهان (با بارش سالانه کمتر از 200 تا 250 میلی‌متر) از فراواني بالاتري برخوردارند. مناطق خشك و نيمه خشك با خاك‌هاي ريزدانه‌ي فرسوده و نا‌منسجم، بزرگترين منابع اوليه‌ي گرد و غبار هستند و این پديده می‌تواند مناطقی تا فاصله چندین هزار کیلومتر از خاستگاه اولیه خود را تحت تأثیر قرار دهد.
خاورميانه از كانون‌هاي عمده‌ي گرد و غبار در ماه‌هاي تابستان است و طوفان‌هاي گرد و غبار در اين منطقه، اغلب با بادهاي شمالي و سيكلون‌ها (یا چرخندها) همراه مي‌شوند. بيشترين ميزان فراواني و طولاني‌ترين تداوم زماني اين طوفان‌ها، در مناطق سوريه و عراق مشاهده شده است. علاوه بر اين، بالاترين تراكم منابع گرد و غبار در خاورميانه، در نواحي شمال عراق بين رودخانه‌هاي دجله و فرات و در امتداد مرز سوريه و عراق وجود دارد (رئيس‌پور، 1387).
با این توصیف، کشور ما در منطقه‌اي قرار گرفته كه به شدت تحت تأثير طوفان‌هاي گرد و غبار است. منطقه‌ای که طوفان‌هاي گرد و غبار در سطح وسيعي از آن گسترش دارند و قادرند ذرات برخاسته و معلق در هوا را تا مناطق دوردست انتقال دهند. بنا بر این براي تشخيص طوفانهای گرد و غبار در این منطقه، به تصاويري با پوشش زياد و قابليت تكرار نياز است. سنجنده MODIS روی ماهواره ترا[3] علاوه بر ويژگي‌هاي فوق، بازه وسيعي از انرژي تابشي را در محدوده‌هاي طيفي مرئي و نامرئي دريافت می‌كند و به همین دلیل براي اهداف مورد نظر قابل استفاده است. تصاوير سنجنده MODISبه دليل در دسترس بودن، پائین بودن هزينه و تكرار‌پذيري آن در دو بازه زماني طی 24 ساعت، براي پايش گرد و غبار مناسب است. سنجنده MODIS روی دو ماهواره ترا و آکوا[4]، با هم، سطح زمین را در 36 باند طيفي و در مدت زمان دو روز تصویر‌برداری می‌کند و یک منطقه روي زمين را چهار بار در روز مشاهده می‌نماید.
آشکارسازی و پهنه‌بندی گرد و غبار
اطلاعات حاصل از مشاهدات و اندازه‌گیري‌هاي زمینی و نیز اطلاعات حاصل از مشاهدات و سنجش‌هاي ماهوارهاي، از مهم‌ترین منابع مطالعه و بررسی پدیدة گرد و غبار و طوفان‌هاي مرتبط با آن هستند. شناسائی و تشخیص منشاء رخداد پديده گرد و غبار، به طور عموم، به كمك تصاوير ماهواره‌ای و با استفاده از باندهاي مرئي و باندهاي حرارتي سنجنده MODIS انجام می‌شود. بسياري از محققان با استفاده از فناوری سنجش از دور ماهوارهاي، مطالعات و آزمايش‌هاي مختلفی را در زمینه گرد و غبار انجام داده‌اند. در این بررسی‌ها، از شاخص‌ها و روش‌هاي متعددي از جمله شاخص نرمال شده گرد و غبار[5] ، شاخص اختلاف دماي روشنايي آکرمن[6]، شاخص میلر[7]، و TDI به منظور آشکارسازی، جداسازی و پهنه‌بندي گرد و غبار استفاده شده است.
پیش‌بینی حركت گرد و غبار
بدیهی است که شرايط نامساعد جوی و ناپايداري و تلاطم در هواي مناطق خشك و بياباني، خیزش گرد و غبار را تقویت می‌کند. برخي الگوهاي هواشناسي شناخته‌شده مانند سامانه‌هاي جبهه‌اي (سامانه‌هاي انتقالی در مرز بین دو توده هوا) و سامانه‌هاي همديد (الگوهای گردشی و جریانات جوی)، موجب تشدید انتشار این پدیده می‌شوند. ایجاد مدل پیش‌بینی گرد و غبار به پارامترهاي روزانه هواشناسی مانند بیشینه، کمینه و میانگین دما، میانگین رطوبت، بارش، دید، فشار سطح دریا، سرعت و جهت باد نیاز دارد. در تحليل‌های سينوپتيكي براي تعیین چگونگي حركت گرد و غبار از منشاء، به طور معمول از ارتفاع ژئوپتانسيل تراز 500 هكتوپاسكالي استفاده می‌گردد.
نتیجه
شناسائی خاستگاه گرد و غبار و درک فرآیند شكل‌گيري آن، پهنه‌بندی مناطق تحت تأثیر و همچنین پیش‌بینی مسیر حركت گرد و غبار، مستلزم بررسي همزمان تصاوير ماهواره‌ای و نقشه‌های سينوپتيكي است. آشکارسازي گرد و غبار با بهره‌گيري از فناوری سنجش از دور و الگوريتم‌های خاص تشخيص[8] ممکن می‌گردد. در این میان، پایش شرایط هواشناسی حاکم در زمان وقوع گرد و غبار از اهمیت بالائی برخوردار است. نفوذ و استقرار یک ناوه عمیق و وجود چرخند قوی در محور آن و، به طور کل، وقوع پدیده‌های حدی هواشناسی زمینه را برای خیزش و انتقال گرد و غبار مهیا می‌سازد. از این‌رو، تلفيق نتايج حاصل از آشکارسازي گرد و غبار (به کمک تصاوير سنجنده‌ي MODIS) و نتایج تحليل‌هاي سینوپتیکی (و همديدي) مبتني بر خروجی پایگاه‌های داده[9] و ایستگاه‌های هواشناسی، موجب می‌شود تا هم پهنة گرد و غبار و شدت آن با دقت بهتری تعیین گردد و هم مسير حركت گرد و غبار با درستی بیشتری پیش‌بینی شود.
منابع اصلی:
· ززولی، محمد فلاح؛ وفايي‌نژاد، عليرضا؛ خيرخواه زركش، ميرمسعود؛ احمدي دهكاء، فريبرز؛ پايش و تحليل سينوپتيكي پديده گرد و غبار با استفاده از سنجش از دور و GIS (مطالعه موردي: گرد و غبار 18 ژوئن 2012)، فصلنامه علمی – پژوهشي اطلاعات جغرافيايي (
)، دوره 23، شماره 91، پاییز 93· شمشیري، سیروس؛ جعفري، رضا؛ سلطانی، سعید؛ رمضانی، نفیسه؛ آشکارسازي و پهنه‌بندي ریزگردهاي استان کرمانشاه با استفاده از تصاویر ماهوارهاي MODIS، بوم‌شناسی کاربردي، سال سوم، شماره هشتم، تابستان 1393
· صمدي، مهدي؛ (1390)؛ آشکارسازي و منشاءيابي طوفانهای گرد و غبار با استفاده از تصاوير ماهوارهاي، پايان‌نامه کارشناسي ارشد، گروه كارتوگرافي، دانشگاه تهران.
· رئيس‌پور، كوهزاد، 1387، تحليل آماري و همديدي پديده گرد و غبار در استان خوزستان، پايان‌نامه كارشناسي ارشد، دانشگاه سيستان و بلوچستان، صفحه 189
· DI Mei, LU Xiushan, SUN Lin, WANG Ping, 2008. A Dust-Storm process dynamic monitoring with multi-temporal modis data. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B7. Beijing.