Synoptic - Satellite Analysis of Super Heavy Rainfall Wave in Chaharmahal-O Bakhtiari Province

جغرافیا و مخاطرات محیطی

Article 5, Volume 5, Issue 4 - Serial Number 20, January 2017, Pages 109-134   

Document Type: Research Article

DOI: 10.22067/geo.v5i4.56072

Authors

Behrouz Sobhani; Mehdi Aalijahan^* ; Batool Zeynali

University of Mohaghegh Ardebili

Abstract

. Introduction
The interaction between mesoscale convective cells and the synoptic conditions results in heavy precipitation which causes flooding in certain regions. Deep and dump convection, which are product of interaction of processes in various time-zone scales are different. When the moist troposphere which is conditional unstable and unstable air masses which are able to climb a medium scale systems, in that place at the moment, we can expect formation of a deep moist convection which results in heavy rainfall. Heavy rainfalls can be one of the most dangerous risks in most parts of the world as we have seen floods that killed many people around the world. In Iran and also in this region, heavy rainfalls occur in different parts of the country. But according to the country's arid and semi-arid climates and nature destruction and manipulation by humankind, such phenomena face with severe reaction, leading to severe flooding and destruction is in the range of Iran.
2. The Study Area
Chaharmahal-O Bakhtiari province with 533/16 square kilometers occupies 1% area of the country, and is a high area which has located in spread of Central Iranian Plateau and along the Zagros Mountains. In terms of geographical location it has located, between 31 degrees and 9 minutes to 32 degrees 48 minutes north latitude and 49 degrees 30 minutes to 51 degrees 26 minutes east longitude. Nearly 80 percent of this province is occupied with mountains and hills. This mountains has 16 peaks with more than 3,500 meters high. The highest one is the Zardkouh with 4548 high in north west of the country and 4548 meters in the north west and the lowest region of the country with 800 meters high, is located in exiting part of the Karoun river in joint of the Khorasan river to the Karoun. Precipitation in this area is as much as supplying 10 percent of the country's water which can feed central parts of Iran and Khuzestan plain as 4.7 billion cubic meters of water, in a year, exits from this province and is stored in Shahid Abbaspoor, Des and Zayandehroud dams.
3. Material and Methods
In this study, three sets of data, data from ground stations, data from upper atmosphere, and TRMM satellite data have been used to analyze heavy rainfall wave of Chaharmahal-O Bakhtiari. This was an 8-day study from April 25, 2009 to May 2, 2009. Data used from the upper atmosphere re-analyzed data elements of geopotential height, Omega orbital wind, meridional wind, especial humidity, relative humidity, sea level pressure that have been obtained from website of the National Center for Environmental Prediction (NCEP ). Also, we used 3B42 data of TRMM satellite for satellite analyzing. TRMM 3B42 data of seventh version of this satellite were available for anyone to use from May 22, 2012. This version has spatial resolution of 0/25 degrees latitude and 0/25 degrees longitude and temporal resolution of 1 day and 3 hours. For this purpose, at first according to data obtained from upper levels, atmospheric maps were designed and analyzed. For detecting occurred rainfall and estimating amount of it, after getting TRMM satellite's data, we prepared a data base in Excel. For zoning TRMM satellite rainfall data, some small amounts of data were transferred to GIS software and then Geostatistics model and Kriging method for precipitation zone were used, which had less error zone compared with other methods for estimating TRMM rainfall data.
4. Results and Disscussion
Drawing and analyzing atmospheric maps showed that the pressure gradient between anticyclone located on Central Europe, the North Caspian and West China, with cyclone located on the North West of Saudi Arabia, the Persian Gulf, the West Indies and North West Africa and on the other hand, domination of cyclonic conditions in last days of study in earth with blocking event on upper levels and stretching deep descending’s of them, on studied region in 500, 600, 700 and 850 HP, and ascendance of airflow in atmosphere (negative omega) which is indicator of air ascending and reinforcement of convection flows in mentioned levels that causes extreme divergence and instability. Atmospheric eddies with negative balance of 850, 925, 1000, HP has provided favorable conditions for the occurrence of heavy rainfall. In addition, supplying and feeding of humidity by the Red Sea at levels of 500, 600, 700 HP and the Persian Gulf at levels of 850, 925, 1000 HP, and at the end, existence of all mentioned conditions with domination of strong jet stream in most parts of Iran in period of study has caused rising atmospheric divergence and instability in studied region and resulted in 551 mm heavy rainfall. Considering precipitation estimated by TRMM satellite and comparing it with recorded values by observation stations, it is obvious that TRMM satellite does not have adequate accuracy for estimating rainfall in this region. And in most stations, the estimation was more than which has been observed. The correlation and coefficient determination between them is 22/0 and 05/0 percent.Conclusion
According to atmospheric maps analysis, we can say that pressure differences between anticyclone in the northern area and low pressure located in south of it, along with occurrence of blocking in the upper atmosphere and also locating the region in the East, along with this, domination of negative conditions of eddy and omega in atmosphere of studied area, with adequate moisture and with association atmospheric jet streams the proper condition for precipitation of heavy cloud has been prepared . TRMM satellite rainfall estimation results of the evaluation of this heavy precipitation cloud wave indicate not so good accuracy of this satellite in this area. TRMM satellite in most stations have had surplus estimation in comparison to other recorded data. Therefore, we can say that in complex topographical areas like Bakhtiari region due to being located in the Zagros mountainous region that has complex topography, we cannot trust estimated values of this satellite.

Keywords

synoptic; Satellite TRMM; Climate risk; heavy precipitation; Chaharmahal-O Bakhtiari

References

اسفندیاری درآباد، فریبا؛ عالی‌جهان، مهدی؛ رحیمی، مسعود؛ 1393. ارزیابی مدل‌های جبری و زمین آماری در تخمین توزیع مکانی سطح ایستابی دشت اردبیل. نشریه پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، 3(2)، صص62 – 44.

امیدوار، کمال؛ 1387. بررسی سیلاب براساس موقعیت‌های سیستم‌های سینوپتیکی در استان یزد. فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 23(88)، صص165-137.

امیدوار، کمال؛ نبوی‌زاده، معصومه؛ 1393. پیش‌بینی بارش روزانه استان کرمان با شبکه عصبی مصنوعی (مطالعه موردی: کرمان، بافت و میانده جیرفت. جغرافیا و توسعه ناحیه‌ای، 12(23)، صص214-197.

پرنده خوزانی، اکرم؛ لشکری، حسین؛ 1389. بررسی سینوپتیک سیستم‌های سیل زا در جنوب ایران. تحقیقات منابع آب ایران، 6(2)، صص73-66.

حجازی زاده، زهرا؛ علیجانی، بهلول؛ ضیاییان، پرویز؛ کریمی، مصطفی؛ رفعتی، سمیه؛ 1391. ارزیابی بارش ماهواره-ای 3B43 و مقایسه آن با مقادیر حاصل از تکنیک درون‌یابی کریجینگ. نشریه سنجش از دور و GIS ایران، 4(3)، صص64 – 49.

رحیمی، داریوش؛ خوشحال، جواد؛ علیزاده، تیمور؛ 1389. تحلیل آماری – هم‌دیدی بارش‌های سنگین مناطق خشک ایران (مطالعه موردی: استان کرمان. مجله جغرافیا و توسعه‌ی ناحیه‌ای، 8(14)، صص69 – 51.

رسولی، علی اکبر؛ نصیری قلعه بین، سحر؛ ولی زاده کامران، خلیل؛ 1393. مدلسازی توزیع مکانی بارش‌های رعد و برقی مناطق کوهستانی شمال غرب ایران، سال‌های 2010 تا 2012. نشریه پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 46 (4)، صص417 – 407.

رضایی، پرویز؛ 1388. تحلیل همدیدی رخداد سیلاب در حوضه ماسوله. پژوهش‌های جغرافیایی طبیعی، 41(68)، صص118-105.

رنجبر سعادت آبادی، عباس؛ توحیدی سردشت، آزاد؛ 1393. مطالعه بارش‌های فرین فصل بهار استان آذربایجان غربی (2008-2003. مجله جغرافیا و توسعه ناحیه‌ای، 12(22)، صص 169-151.

شیروانی، امین؛ فخاری زاده شیرازی، الهام؛ 1393. مقایسه مقادیر مشاهداتی بارش و برآوردهای ماهواره TRMM در استان فارس. نشریه هواشناسی کشاورزی، 2(2)، صص15 – 1.

صلاحی، برومند؛ عالی‌جهان، مهدی؛ 1392. تحلیل سینوپتیک مخاطرت اقلیمی شهرستان یاسوج (مطالعه موردی: بارش سنگین 20 اسفند 1389. مجله جغرافیا و مخاطرات محیطی،2(5)، صص 89 – 73.

صمدی، زهرا؛ 1386. تحلیل سینوپتیکی بارش سیل زای پاییز سال 1382 ساحل جنوبی دریای خزر. مجله پژوهشی دانشگاه اصفهان، 6(27)، صص94-77.

عزیزی، قاسم؛ صمدی، زهرا؛ 1386. تحلیل الگوی سینوپتیکی 28 مهرماه 1382 استان‌های گیلان و مازندران. پژوهش‌های جغرافیایی، 39(60)، صص61-74.

قویدل رحیمی، یوسف؛ 1389. نگاشت و تفسیر سینوپتیک اقلیم. انتشارات سها دانش، تهران.

قویدل رحیمی، یوسف؛ 1390. نگاشت و تحلیل همگرایی جریان رطوبت جو طی بارش فوق سنگین ناشی از توفان حاره‌ای فت در سواحل چابهار. برنامه ریزی و آمایش فضا، 15(2)، صص118-101.

قویدل رحیمی، یوسف؛ عالی‌جهان، مهدی؛ اوجی، روح‌الله؛ 1393. بررسی مدل‌های جبری و زمین آماری در پهنه-بندی بارش استان اردبیل. فصلنامه علمی – پژوهشی فضای جغرافیایی، 15(50)، صص231 – 209.

کاویانی، محمد رضا؛ علیجانی، بهلول؛ 1388. مبانی آب و هواشناسی. انتشارات سمت، تهران.

کرمی، فریبا؛ شیراوند، هنگامه؛ درگاهیان، فاطمه؛ 1389. بررسی الگوی سینوپتیک سیل بهمن 1384 شهرستان پلدختر. فصلنامه جغرافیا و مطالعات محیطی، 2(4)، صص106-99.

گندمکار، امیر؛ 1389. بررسی همدید بارش‌های شدید در نواحی جنوبی استان بوشهر. چشم انداز جغرافیایی، 4(10)، صص157-143.

لشگری، حسن؛ اصغرپور، منیره؛ متکان، علی اکبر؛ 1386. تحلیل سینوپتیکی عوامل ایجاد بارش‌های سیل زا در استان گلستان. فصلنامه مدرس علوم انسانی، 12(2)، صص211-181.

محمدی، بختیار؛ مسعودیان، سیدابوالفضل؛ 1388. تحلیل همدید بارش‌های سنگین ایران مطالعه موردی: آبان ماه 1373. جغرافیا و توسعه، 8(19)، صص70-47.

محمدی‌ها، امیر؛ غیبی، ابوالحسن؛ خوارزمی، سعیده؛ ریحانی پروری، محمد؛ بهادری، فرشته؛ 1392. مطالعه مورد همسنجی متغیر بارش تجمعی روزانه برآوردی ماهواره TRMM، رادار تهران و ایستگاه‌های باران سنجی. پانزدهمین کنفرانس دینامیک شاره‌ها، بندرعباس، دانشگاه هرمزگان.

مرادی، حمید رضا؛ 1383. پیش بینی وقوع سیلاب‌ها براساس موقعیت‌های سینوپتیکی در ساحل جنوبی دریای خزر. پژوهش‌های جغرافیایی، 38(2)، صص 131-109.

مسعودیان، ابوالفضل؛ محمدی، بختیار؛ 1389. تحلیل فراوانی رودبادهای مرتبط با رخداد بارش‌های ابر سنگین ایران. تحقیقات منابع آب ایران، 7(2)، صص 91-81.

مسعودیان، سید ابوالفضل؛ رعیت پیشه، فاطمه؛ کیخسروی کیانی، محمد صادق؛ 1393. معرفی و مقایسه پایگاه‌های داده بارشی TRMM و اسفزاری. مجله ژئوفیزیک ایران، 8(4)، صص 15 – 31.

یاراحمدی، داریوش؛ مریانجی، زهرا؛ 1390. تحلیل الگوی دینامیکی و همدیدی بارش‌های سنگین در جنوب غرب خزر و غرب ایران (مطالعه موردی: بارش). پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 43(76)، صص120-105.

Almazroui, M. (2011). Calibration of TRMM rainfall climatology over Saudi Arabia during 1998–2009. Atmospheric Research, 99(3), 400-414.

Baik, J., & Choi, M. (2015). Spatio-temporal variability of remotely sensed precipitation data from COMS and TRMM: Case study of Korean peninsula in East Asia. Advances in Space Research, 56(6), 1125-1138.

Bocheva, L., Marinova, T., Simeonov, P., & Gospodinov, I. (2009). Variability and trends of extreme precipitation events over Bulgaria (1961–2005). Atmospheric Research, 93(1), 490-497.

Cavalcanti, I. F. A. (2012). Large scale and synoptic features associated with extreme precipitation over South America: A review and case studies for the first decade of the 21st century. Atmospheric Research, 118, 27-40.

Charabi, Y., & Al-Hatrushi, S. (2010). Synoptic aspects of winter rainfall variability in Oman. Atmospheric Research, 95(4), 470-486.

Doswell III, C. A. (1987). The distinction between large-scale and mesoscale contribution to severe convection: A case study example. Weather and Forecasting, 2(1), 3-16.

Doswell III, C. A., Brooks, H. E., & Maddox, R. A. (1996). Flash flood forecasting: An ingredients-based methodology. Weather and Forecasting, 11(4), 560-581.

Doswell III, C. A., Ramis, C., Romero, R., & Alonso, S. (1998). A diagnostic study of three heavy precipitation episodes in the western Mediterranean region. Weather and Forecasting, 13(1), 102-124.

Fleming, K., & Awange, J. L. (2013). Comparing the version 7 TRMM 3B43 monthly precipitation product with the TRMM 3B43 version 6/6A and BUREAU of Meteorology datasets for Australia. Australian Meteorological and Oceanographic Journal, 63, 421-426.

Gabler, R. E., Petersen, J. F., Trapasso, L. M., & Sack, D. (2008). Physical geography. USA: Brooks/Cole, Cengage Learning.

Gu, H. H., Yu, Z. B., Yang, C. G., Ju, Q., Lu, B. H., & Liang, C. (2010). Hydrological assessment of TRMM rainfall data over the Yangtze river basin. Water Science Engineering, 3(4), 418-430.

Hidalgo-Muñoz, J. M., Argüeso, D., Gamiz-Fortis, S. R., Esteban-Parra, M. J., & Castro-Diez, Y. (2011). Trends of extreme precipitation and associated synoptic patterns over the southern Iberian Peninsula. Journal of Hydrology, 409(1), 497-511.

Huffman, G. J., & Bolvin, D. T. (2013). TRMM and other data precipitation data set documentation. NASA, Greenbelt, USA, 1-40.

Huffman, G. J., Bolvin, D. T., Nelkin, E. J., Wolff, D. B., Adler, R. F., Gu, G., & Stocker, E. F. (2007). The TRMM multisatellite precipitation analysis (TMPA): Quasi-global, multiyear, combined-sensor precipitation estimates at fine scales. Journal of Hydrometeorology, 8(1), 38-55.

Kavyani, M. R., & Alijahni, B. (2009). Fundamental of climatology. Tehran: Samt Press.

Kummerow, C., Barnes, W., Kozu, T., Shiue, J., & Simpson, J. (1998). The tropical rainfall measuring mission (TRMM) sensor package. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 15(3), 809-817.

Kummerow, C., Simpson, J., Thiele, O., Barnes, W., Chang, A. T. C., Stocker, E., & Nakamura, K. (2000). The status of the tropical rainfall measuring mission (TRMM) after two years in orbit. Journal of Applied Meteorology, 39(12), 1965-1982.

Liu, Z., Ostrenga, D., Teng, W., & Kempler, S. (2012). Tropical rainfall measuring mission (TRMM) precipitation data and services for research and applications. Bulletin of the American Meteorological Society, 93(9), 1317-1325.

Mantas, V. M., Liu, Z., Caro, C., & Pereira, A. J. S. C. (2015). Validation of TRMM multi-satellite precipitation analysis (TMPA) products in the Peruvian Andes. Atmospheric Research, 163, 132-145.

Mastrangelo, D., Horvath, K., Riccio, A., & Miglietta, M. M. (2011). Mechanisms for convection development in a long-lasting heavy precipitation event over southeastern Italy. Atmospheric Research, 100(4), 586-602.

Moffitt, C. B., Hossain, F., Adler, R. F., Yilmaz, K. K., & Pierce, H. F. (2011). Validation of a TRMM-based global flood detection system in Bangladesh. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 13(2), 165-177.

Nastos, P. T., Kapsomenakis, J., & Philandras, K. M. (2015). Evaluation of the TRMM 3B43 gridded precipitation estimates over Greece. Atmospheric Research. 169, 1-18.

Norbiato, D., Borga, M., Sangati, M., & Zanon, F. (2007). Regional frequency analysis of extreme precipitation in the eastern Italian Alps and August 29, 2003 flash flood. Journal of Hydrology, 345(3), 149-166.

Pombo, S., & de Oliveira, R. P. (2015). Evaluation of extreme precipitation estimates from TRMM in Angola. Journal of Hydrology, 523, 663-679.

Prakash, S., Mitra, A. K., Agha Kouchak, A., & Pai, D. S. (2015). Error characterization of TRMM multisatellite precipitation analysis (TMPA-3B42) products over India for different seasons. Journal of Hydrology. 529, 1-11.

Schumacher, R. S. (2009). Mechanisms for quasi-stationary behavior in simulated heavy-rain-producing convective systems. Journal of the Atmospheric Sciences, 66(6), 1543-1568.

Schumacher, R. S., & Johnson, R. H. (2005). Organization and environmental properties of extreme-rain-producing mesoscale convective systems. Monthly Weather Review, 133(4), 961-976.

Schumacher, R. S., & Johnson, R. H. (2008). Mesoscale processes contributing to extreme rainfall in a midlatitude warm-season flash flood. Monthly Weather Review, 136(10), 3964-3986.

Seibert, P., Frank, A., & Formayer, H. (2007). Synoptic and regional patterns of heavy precipitation in Austria. Theoretical and Applied Climatology, 87(1-4), 139-153.

Treble, P. C., Budd, W. F., Hope, P. K., & Rustomji, P. K. (2005). Synoptic-scale climate patterns associated with rainfall δ 18 O in Southern Australia. Journal of Hydrology, 302(1), 270-282.

Twardosz, R. (2010). An analysis of diurnal variations of heavy hourly precipitation in Krakow using a classification of circulation types over southern Poland. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 35(9), 456-461.

www.chaharmahalmet.com

www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalisis

www.irimo.ir .com