تحلیل هارمونیکی فشار جو (مطالعه موردی: در تهران و بابلسر)

فشار جو یکی از فراسنج های هواشناختی است که اندازه گیری صحیح، دقیق و تبدیل درست آن در یک تراز ثابت از اهمیت ویژه‌ای در هواشناسی و برخی از علوم برخوردار است. تحلیل هارمونیکی که یکی از روش‌های آشکارسازی تناوب‌ها در سری‌های زمانی منجمله سری‌های زمانی متغیرهای جوی است، در یک بررسی موردی برای فشار جو در ایستگاه‌های تهران مهرآباد واقع در منطقه داخلی فلات ایران و بابلسر واقع در منطقه پست ساحلی دریای خزر در دوره زمانی 2007-1961 انجام می گیرد. برخی دیگر از ویژگی های این عنصر نیز در دوره فوق‌الذکر مورد بررسی قرار می گیرد. در این بررسی دو هارمونیک اول به خوبی تغییرات میانگین ماهانه فشار تراز دریا (qff) را برآورد می‌نمایند. در تهران (بابلسر) سهم واریانس حاصل از هارمونیک اول 96/7 درصد (93/9 درصد) و سهم دو هارمونیک اول 99/6 درصد (99/4 درصد) می‌باشد. در بررسی تغییرات طبیعی میانگین‌های سالانه فشار qfe و qff نیز مدل‌های چند جمله‌ای در مقایسه با مدل‌های خطی، نمایی، توانی و لگاریتمی برازش بهتری را نشان می‌دهند. در دوره مورد مطالعاتی فوق الذکر، چند جمله‌ای درجه چهارم (0/475=r) برای qfe تهران بهترین برازش و چند جمله‌ای درجه پنجم (0/69=r) برای qfe بابلسر بهترین برازش را نشان می‌دهد. برای تحلیل qffّ روزانه، از دیدبانی‌های سینوپتیکی (همدیدی) با فاصله زمانی 3 ساعته استفاده شد. تحلیل فوریه این فشارها نشان داد که در تهرآن‌هارمونیک‌اول (تغییرات شبانه‌روزی) غالب بر هارمونیک دوم (تغییرات نیمه شبانه روزی) و در بابلسر هارمونیک دوم غالب بر هارمونیک اول است. تناوب‌های شبانه‌روزی و نیمه شبانه‌روزی فشار در تهران به ترتیب 56 و 43 درصد و در بابلسر به ترتیب 47 و 52 درصد از کل واریانس را پوشش می‌دهند. زاویه فاز هارمونیک‌های اول و دوم در تهران 22/5 و 1/2 و در بابلسر 41/1 و 7/1 می‌باشد.

Harmonic Analysis of Atmospheric Pressure(Case Study: Over Tehran and Babolsar)

IntroductionAtmospheric pressure among meteorological elements, is the only element that it’s relatively little changes can cause major changes of weather. Atmospheric pressure due to being influenced by diurnal temperature changes and by solar and lunar attractions has both diurnal and semidiurnal cycles (Ahrens, 2010). Fourier analysis method has been applied to those atmospheric elements including pressure that have periodic nature. Some researchers believe that more than one harmonic is necessary to analyze air pressure and other meteorological variables time series.Data and methodsIn this case study, this method was applied to atmospheric pressure time series of TehranMehrabad as a station in the interior of Iranian plateau and of Babolsar as a station in coastal lowland region of Caspian Sea in 47year period of 19612007. We also examined some other characteristics of atmospheric pressure for the two stations in the above mentioned period. According to Glickman (2000), harmonic analysis is “a statistical method for determining the litude and period of certain harmonic or wave components in a set of data with the aid of Fourier series. Harmonic analysis has been used in meteorology, for exle, to determine periodicities in climatic data”.ResultsAnnual average of QFF in Babolsar for period 19612007 is 1015.8 hPa. Low values of standard deviation (SD=0.72) and of coefficient of variation (CV=0.07) is indicative of low variability of annual averages of QFFs in Babolsar. Corresponding values for Tehran are 1017.3 hPa, 0.98, and 0.10 that confirm a bit more variability in this station. Figure 4 compares observed monthly averages of QFF in both stations with estimated values by first 3 and 4 harmonics. First three harmonics cover 99% of total variance in both stations.ConclusionHighest variability of monthly averages of QFF for the both stations was found in February. The only significant trend was found for annual averages of QFF over Tehran with r = 0.55. First two harmonics show very well periodic variations of mean monthly sea level pressure (QFF) in both stations. Contribution of variance of first harmonic to total variance in Tehran (Babolsar) is 96.7% (93.9%) and of first two harmonics is 99.6% (99.4%). Best fitted frequency model for mean monthly QFF, among linear, exponential, power, polynomial, and logarithmic ones, was a fourth order polynomial with significant coefficient of correlation (r=0.475) for Tehran and a fifth order polynomial with significant coefficient of correlation (r=0.69) for Babolsar.Analysis of QFF at synoptic hours showed dominance of first harmonic (diurnal cycle) over second harmonic (semidiurnal cycle) in Tehran and vice versa in Babolsar. First and second harmonics covered 56% and 43% of total variance in Tehran and 47% and 52% in Babolsar respectively. Furthermore phases of first two harmonics were 22.5 and 1.2 in Tehran and 41.1 and 7.1 in Babolsar.