بررسی رخدادهای گردوغبار در استان قم با مدل رقومی و مطالعه کاربری اراضی منشا آن‌ها با استفاده از طبقه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای

سابقه و هدف: امروزه پدیده گردوغبار یکی از بزرگ‌ترین مشکلات زیست‌محیطی در جهان است و هر ساله خسارات بزرگی به بخش‌های مختلف از جمله صنعت، حمل‌ونقل، کشاورزی، گردشگری و بهداشت وارد می‌کند. طوفان گردوغبار که معمولاً در مناطق خشک و نیمه‌خشک مانند مناطق مرکزی و جنوبی ایران رخ می‌دهد، ذرات معلق بسیاری را باخود حمل می‌کند و فعالیت‌های روزانه انسان و دید افقی را کاهش می‌دهد. طبق اعلام سازمان هواشناسی جهانی، هنگامی که سرعت باد از پانزده متر در ثانیه فراتر رود و مقدار زیادی گردوغبار وارد جو شود تا دید افقی به کم‌تر از 1000 متر برسد، طوفان گردوغبار گزارش می‌شود. گردوغبار ناشی از عوامل طبیعی و هم عوامل انسانی است که جزء انسانی آن عمدتاً پاسخی به تغییر در پوشش خاک و کاربری اراضی است. یکی از اهداف پژوهش حاضر، بررسی موقعیت وقوع و منشا گردوغبار (مبدا و مقصد گردوغبار) و جریان‌ها/مسیرهای حرکت طوفان‌های گردوغبار است. مواد و روش‌ها: در این مطالعه داده‌های هواشناسی شامل دما، رطوبت نسبی، بارندگی، تبخیر، سرعت باد و تعداد روزهای گردوغبار مربوط به سه ایستگاه هواشناسی استان قم از سازمان هواشناسی اخذ شد و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. هم‌چنین در این مطالعه، برای تعیین منشاهای بالقوه گردوغبار از روش‌های طبقه‌بندی حداکثر احتمال و حداقل فاصله در تصاویر ماهواره‌ لندست استفاده گردید تا کاربری اراضی و جنس خاک مناطق مختلف مشخص گردد. این فرآیند با استفاده از تصاویر سری زمانی ماهواره لندست استان قم طی 30 سال از 1989 تا 2019 با فواصل زمانی 5 ساله و پایش تغییرات این دوره در 11 کلاس مختلف انجام گرفت. در مرحله بعد، با توجه به داده‌های ثبت شده گردوغبار (دید افقی) در ایستگاه هواشناسی شکوهیه/قم که وقوع طوفان گردوغبار مطابق با تعریف سازمان هواشناسی جهانی را نشان می‌داد، مدل‌سازی پسگرد مسیرهای هوایی با استفاده از مدل هواشناسی hysplit انجام پذیرفت. مسیرهای پس‌گرد، اگر نزدیک به سطح زمین باشد و منطقه به‌صورت بالقوه قادر به تولید و انتشار گردوغبار از سطح به هوا باشد، می‌تواند منشا پدیده گردوغبار در نظر گرفته شود.یافته‌ها: نتایج نشان داد که 30 منطقه با خاک و پوشش متفاوت به‌عنوان منبع گردوغبار وجود دارد که شامل 20 لکه زمین بایر، 5 لکه زمین نمکی و 5 لکه زمین شنی یا ماسه‌ای بود. منابع عمده طوفان های گردوغباری مطالعه شده استان در این تحقیق، در نیمه شرقی استان، در مجاورت دریاچه نمک و دشت لوت واقع شده است. در قسمت آخر، داده‌های هواشناسی که مستقیماً وقوع طوفان‌های گردوغبار را گزارش می‌دهند، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. سپس براساس داده‌های ثبت شده و اعمال برخی از شرایط محدود کننده، تاریخ‌های موردنظر انتخاب شد، که طوفان گردوغبار تعریف شده توسط سازمان جهانی هواشناسی می‌باشد. کدهای w=06 و w=07 مربوط به پدیده گردوغبار هستند و در این مطالعه از هر دو استفاده گردید. نگاه توام به پوشش خاک و کاربری اراضی منطقه مورد مطالعه و نیز بررسی رخدادهای گردوغبار اتفاق افتاده از جمله نوآوری های این پژوهش به حساب می آید.نتیجه‌گیری: نتایج مدل hysplit نشان می‌دهد که عمده منشاهای رخدادهای گردوغباری مطالعه شده در این پژوهش از مناطق شرقی هم‌جوار مانند سمنان است. این طوفان‌ها در نهایت به‌عنوان یک رویداد گردوغبار داخلی در نظر گرفته می‌شوند. برخی از رخ‌داد‌های طوفان گردوغبار در تاریخ‌های مورد مطالعه، گردوغبار خارجی بوده‌اند. این رویدادها عمدتاَ از منشاهای خارجی هستند و از کشورهای غربی و جنوب غربی ایران مانند عراق، عربستان سعودی و شاید سوریه وارد شده و به عنوان گردوغبار خارجی محسوب می‌شوند و عموماً به عنوان طوفان‌های شدید گردوغبار تلقی می‌گردند.

Survey of Dust Events in Qom Province with Numerical Model and Study of Land Use their Sources Using Satellite Imagery Classification

Background and Objectives: Nowadays the dust phenomenon is one of the biggest environmental problems in the world, causing major damage to sectors such as industry, transportation, agriculture, tourism and human health each year. The dust storm, which commonly occurs in arid and semiarid regions such as the central and southern parts of Iran, carries a large amount of dust and reduces daily human activities and horizontal visibility. According to the World Meteorological Organization (WMO), when the wind speed exceeds 15 meters per second and a large amount of dust enters the atmosphere so that the horizontal visibility reaches less than 1000 meters, dust storms are reported. The creation of dust is caused by natural and manmade factors, the human component of which is mainly a response to changes in soil cover and land use. One of the objectives of the present study is to monitor the location and source of dust (origin and destination of dust) and the movement of dust storms and streams/trajectories containing dust Materials & Methods: In this study, meteorological data including temperature, relative humidity, rainfall, evaporation, wind speed and number of dusty days from 3 meteorological stations of Qom province were obtained from Meteorological Organization and analyzed. Also in this study, to determine the potential dust sources by the maximum likelihood and minimum distances classification methods was done to determine the land use and soil type of different areas with Landsat images. This process was completed using time series images of Qom province in 30 years, from 1989 to 2019 with 5year steps and monitoring the changes of this period with in 11 different classes. Next, according to the recorded dust data (horizontal visibility) at Shokouhieh/Qom Meteorological Station showing the occurrence of dust storms as defined by the World Meteorological Organization, backward tracking of air trajectories using the HYSPLIT meteorological model. The backward trajectory, if it is close to the surface of the earth and the area potentially capable of spreading dust from the surface into the air, can be considered as the source of the dust phenomenon.Results: The results identified 30 areas with different soils and cover as the source of dust. There were 20 spots of bare land, 5 spots of salt land and 5 spots of sandy land. The main sources of dust storms studied in this province are located in the eastern half of the province adjacent to the Namak Lake and the Dashte Lut. In the final part of the present study, meteorological data that directly report the occurrence of dust storms were first analyzed. Then, based on the recorded data and some restrictive conditions, the target dates that the dust storm defined by the World Meteorological Organization at that time were selected. Codes w=06 and w=07 are related to the dust phenomenon, and both codes are used in this study. One of the innovations of this research is the combined view of soil cover and land use in the study area and also the investigation of dust events.Conclusions: The results of HYSPLIT model show that the main sources of dust events studied in this study are from neighboring eastern regions such as Semnan. These storms are ultimately considered as a domestic dust event. About 15 percent of the total dust storm events in the studied dates are likely to have been foreign dust. These events are mainly of foreign source and have been imported from western and southwestern Iran countries such as Iraq, Saudi Arabia and perhaps Syria and are modeled as foreign dust and generally considered as sever dust storms.