نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس اداره کل هواشناسی تبریز

2 عضو هیأت علمی دانشگاه تبریز، گروه آب و هواشناسی

3 استاد یار

4 گروه آب و هو اشناسی دانشگاه تبریز /عضو هیات علمی

10.22034/gp.2020.10825

چکیده

با توجه به معضل کاهش مستمر حجم آب دریاچه ارومیه، شناسایی دقیق توزیع زمانی­ ـ مکانی بارش­های محدوده حوضه آبریزدریاچه ارومیه از نقطه نظرهای اقلیم­شناسی و هیدرولوژیکی، از اهمیت ویژه­­ای برخوردار است. رادارهای داپلر یکی از فناوری­های جدید سنجش از دورفعال است که در سال­های اخیر اطلاعات با ارزشی از ویژ­گی­های ابر (نمایه سه­بعدی، اندازه و نوع ذرات) و انواع بارش­های ناشی از آن ارائه می­دهد. هدف از پژوهش حاضر ارزیابی کارایی و مزایای کاربردی استفاده از رادارهای داپلری در مطالعه و تحلیل بارش­های شدید حوضه دریاچه ارومیه می­باشد. برای این کار، به عنوان نمونه خروجی محصول برآورد بارش تجمعی رادار تبریز، با داده­های اندازه­گیری شده ایستگاه­های سینوپتیک، در روزهای 29-22 مهر ماه 1393مورد مقایسه و ارزیابی قرار    گرفته ­است. نتایج مطالعه نشان­ داد رادار داپلر می­تواند با دقت نسبتا بالا و دید وسیع، ابزار مناسبی در جهت برآورد بارش باشد، اما در مناطق کوهستانی و مرتفع (مانند منطقه مورد مطالعه)، با توجه به اثر مسدود­کنندگی امواج، در برخی نواحی مقدار خطا حتی تا100درصد نیز افزایش می­یابد. البته این مشکل را می­توان با استفاده از روش­های درونیابی فضایی، به کمک اطلاعات سایر نقاطی که دارای دقت برآورد قابل قبول هستند مرتفع نموده و اطلاعات بدست آمده را به عنوان جایگزین مناسبی برای نقاط صعب العبور و فاقد ایستگاه، در مطالعات مدیریت منابع آب استفاده نمود.


 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Tabriz Doppler Radar data Using Synoptic Concurrent Data by Analyzing Intensive Rainfall over Urmia Lake Basin in October 2014

نویسندگان [English]

  • mohammad omidfar 1
  • Ali akbr Rasouli 2
  • Hashem Rostamzadeh 3
  • BEHROOZ SARISARRAF 4

1 Tabriz meteorology

2 Professor,University of Tabriz , Department of Climatology

3 climatology faculty,environmental planning,university of Tabriz

4 CLIMATOLOGY DEPT,UNIVERSITY OF TABRIZ IRAN

چکیده [English]

Introduction
Considering the problem of continuous reduction of the water amount of urmian Lake, Identifying the distribution of rainfall in the basin area of Lake has a particular importance from the point of view of climate and hydrology. Doppler weather radar has an ability of the estimating of intensity and the accumulation of daily rainfall with suitable spatial and diurnal resolutions. In current study, radar rainfall data, observed at the Sahand station, were evaluated with 10 synoptic weather stations data inside the Urmia Lake Basin exampling some of intensive rainfall events. The compared models show that among synoptic stations Tabriz, Shabestar, Sahand, Urmia, and Bostanabad have a best fit with radar daily rainfall productions, having high-quality conformity in northwest of the study area. In contrast, low level of agreements between two sets of radar has been observed in mountainous area.
Due to the problem of continuous decreasing volume of Urmian lake water, accurate identification of the temporal distribution of rainfall can be very important from climatic and hydrological points of view. There are various ways to measure or estimate rainfall. Synoptic stations have a relatively low efficiency compared to radar and satellite due to their point and number limitation, relative to the area of the study area and other influential factors such as weather and human error. Tabriz Doppler Radar is one of the 12 radars of the National Radar Network of the Meteorological Organization of Iran, which works in the frequency band of Doppler C-type radars. The aim of this study was to investigate the efficacy and accuracy of radar-distance measurement tools in the study of heavy precipitation, which due to the infancy and lack of similar studies, the results can be used in future research.
Methodology
 The accumulative precipitation data of synoptic stations in the studied area and the product of the daily accumulative precipitation of Tabriz Doppler radar, which is produced by the radar equation, by converting the echo-return intensity of precipitation, have been used. In this study, the data of accumulative precipitation of synoptic stations of the study area and the product of daily accumulative precipitation of Tabriz Doppler radar have been used. With the help of radar software, the product of surface precipitation intensity is produced in a 24-hour period and its temporal resolution is 15 minutes. Other product specifications such as start time, spatial resolution, and maximum distance, frequency of repetition of sent waves, name of the saved file, color scale of the data and the name of the radar site next to the product are listed.
Radar accumulative rainfall on the most severe rainy day in Urmia Lake basin , the distance from the site of the radar site (concentric circles with a distance of 50 km from each other) and the location of the stations studied. Also, to compare the difference in estimation between radar and stations, error estimation indicators such as: mean error, absolute error mean, mean square error and Pearson correlation coefficient were used.
Results and discussion
 The October 14 to 21, 2014 heavy rainfall in Urmia Lake basin has been studied by various radar products and among them 24-hour collective rain product, due to compliance with the cumulative rainfall data of stations, for 10 synoptic stations around Lake Urmia. Due to the collision of the waves with mountains, the topography of the area has a significant impact on the accuracy of radar estimation. They are considered invisible spots; these points causes a lot of errors (in some cases even up to 100%). Therefore, to compare radar data with the station, the accuracy of the separate precipitation estimate at different stations was examined.
Conclusion
The 24-hour accumulative precipitation comparison of the stations northwest of Urmia (for the cities of Tabriz, Sahand and Shabestar)with radar estimates on the days of heavy rains in October 2014, was highly consistent and the only difference in radar estimates on 20 and 21 days, was about 5 mm that less than Measured by synoptic stations. The correlation coefficient between the data is 0.996, which confirms the closeness of the measurement values of the two methods. The remarkable point in the chart is the significant difference and jump in rainfall on October 19 compared to other days. An examination of the graphs of the cities of Salmas and Urmia in the west and Bostanabad in the east of Urmia Lake shows less accurate but acceptable estimates of rainfall and differs.
Conclusion: The comparative graph of rainfall in the Ajabshir city, despite its proximity to the radar site (50 km from the radar), shows a relatively large difference between the radar estimates and the stations. The most important cause of the error is the orientation of the southern Sahand Mountain. In moving to the more southern areas, the radar accuracy is lower, but the comparative rain chart of Ajabshir city, despite its proximity to the radar site, shows a significant difference. Overall, the results shows that: the southern regions, both due to the large distance from the radar and blocking effect of radar waves, almost all of the return waves are weakened from the targets and the radar estimates the amount of precipitation zero.

کلیدواژه‌ها [English]

  • intensive rainfall
  • Dopler Radar
  • evaluation
  • Urmian Lake Basin
  • Beam Blocking Effect
بارانی­زاده، ا.، جوانمرد، س.، عابدینی، ی.، (1390)، صحت­سنجی برآورد بارندگی الگوریتم ماهواره­ایPERSIANN با داده­های بارش زمینی شبکه­بندی ­شده در ایران، کنفرانس فیزیک ایران، فیزیک میان­رشته­ای،صص2615 – 02618
-حاجی­میر­رحیمی، م.، (1386)، ارزیابی تطبیقی مقادیر بارشی نظاره شده توسط سنجنده­های ماهواره­ای و رادار هواشناسی(محدوده مورد مطالعه_شمال­غرب کشور)،پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تبریز.
-حجازی­زاده، ز.، علیجانی، ب.، ضیائیان، پ.، رفعتی، س.، (1391)،­ارزیابی بارش ماهواره های 3B43  و مقایسه آن با مقادیر حاصل از تکنیک درون یابی کریجینگ، فصلنامه سنجش از دور  و GIS ایران، سال چهارم، شماره سوم، صص64-49.
-عرفانیان، مهدی، بابایی، س. ،قنبرلو.ز،(1391)، ارزیابی داده­های بارش ماهواره TRMM و روش­های مختلف زمین آماری برای تهیه نقشه متوسط بارندگی سالانه حوضه آبریز دریاچه ارومیه، سومین همایش ملی مدیریت جامع منابع آب ، ساری.
-عرفانیان،مهدی،(1392)،ارزیابی و کالیبراسیون داده­های باران ماهواره TRMM در مناطق خشک و نیبمه خشک ایران، فصلنامه جغرافیا،سال سوم، شماره 3،ص 95-83.
-قلی نژاد، ن.، (1386)، مدل­سازی توزیع  مکانی بارش­های شدید منطقه سهند  با استفاده از تصاویر ماهواره­ای، پایان نامه کارشناسی­ارشد، استاد راهنما بهروز ساری­صراف و علی­محمد خورشید دوست، دانشکده جغرافیا و برنامه­ریزی، دانشگاه تبریز.
-کتیرائی بروجردی، پ.، (1392)، مقایسه داده­های بارش ماهانه ماهواره­ای و زمینی در شبکه­ای ­روی ایران ، مجله ژئوفیزیک ایران ، جلد 7 ، شماره 4 ، صص160- 149.
-کریم خانی،م.، ارکیان،ف.،(1393)، بررسی نوع طوفان­های تندری منجر به سیل در منطقه آذربایجان­شرقی، شانزدهمین کنفرانس ژئو فیزیک ایران،صص257-261.
-محمدیها، ا.، معماریان، م.، ریحانی­پروری، م.، (1392)، ارزیابی برآوردهای رادار هواشناسی تهران از کمیت بارشی به روش Z-R برای سه رویداد بارش سال­های 2010- 2011، مجله فیزیک زمین و فضا، دوره 39، شماره2، صص 204-187.
-مظفری، غ.، نارنجی­فرد، م.،فنودی، م.،(1393)، بررسی پراکنش مکانی_زمانی بارش در استان سیستان و بلوچستان با استفاده از داده­های ماهواره TRMM، همایش  ملی کاربرد مدل­های پیشرفته تحلیل فضاییدر آمایش سرزمین، دانشگاه آزاد یزد.
-غضنفری مقدم،م.، علیزاده، ا.، موسوی­بایگی، م.، فریدحسینی، ع.، و بنابیان اول، م.، (1390)، مقایسه مدلPERSIANN با روش­های درون­یابی به منظور کاربرد در تخمین مقادیر بارندگی روزانه (مطالعه موردی خراسان شمالی)، نشریه آب و خاک، دانشگاه فردوسی مشهد( علوم و صنایع کشاورزی)،شماره 25(1)،صص215–207.
-Alamgir, Sh., (2009),Characterization and Estimation of Rainfall in Bangladesh Based on Ground Radar and Satellite Observations, PH.D thesis, Institute National Scientific, Bangladesh.
-Almazroui, M., (2010), Calibration of TRMM rainfall climatology over Saudi Arabia during 1998-2009, Atmospheric Research Journal, 99, PP. 400-414.
-Battan, L., (1973), Radar Observation of the Atmosphere, University of Chicago Press, pp. 324.
-Haque, R., (2013), Validation of TRMM Rainfall for Pangani River Basin­­ in Tanzania, Journal Hydrology and Environment Research, VOL 1, NO1, pp. 30-40.
-Hohl, R., Schiesser, H., (2002), the use of weather radars to estimate hail damage to automobiles: an exploratory study in Switzerland, Atmospheric Research, VOL. 61, pp. 215-238.
-Javanmard, S, Yatagi, A., Nodzu, M., Bodag Jamali, J. and Kawamoto, H., ( 2010), Comparing  high resolution  gridded precipitation data with satellite rain fall  estimate of  TRMM  3B42 over  Iran, Adv.Geo.sci.,PP.119 – 125.
-Kitz Miller, D., Miller, D., Fulton, R., (2013), Radar and Multi sensor Precipitation Estimation Techniques in National Weather  Hydrologic Operations, J. Hydro l. Eng. , NO18, PP.133-142.
-Mishra.A.K, (2012), Application of Merged Precipitation Estimation Technique to Study Intense Rainfall Events over India and Associated Oceanic Region, Atmospheric and Climate Scenes, 2, pp. 222-229.
-Moazeami, S., Golian, S., (2013), Comparison of PERSIANN and V7 TRMM Multi satellite precipitation Analysis (TMPA).products with rain gauge data J. Remote.sens.vol34, no.22, pp.8156-8171.
-Nair, S. & Srinivasan, G., (2009), Evaluation of multi satellite TRMM Derived Rainfall Estimate over a western state of India & journal of the meteorological society of Japan VOL.87, NO.6, pp. 927–939.
-Nelson,B., Part, O., (2015), Evaluation of precipitation Estimate over CONUS derived from Satellite, Radar and Rain gauge data sets at daily to annual Scales(2002-2012), Hydro l. Earth syst. Sci., 19, 20337-2056.
-Overeem, A., (2009), PHD Thesis, Climatology of extreme rainfall from rain gauges and Weather Radar, Wageningen University, the Netherlands.
-Sheng, Ch., (2012), Performance evaluation of radar and satellite rainfalls for typhoon Moroak over Taiwan: Are remote sensing products ready for gauge denial scenario of extreme events, Journal of Hydrology, NO 506, PP .4 – 13.
-Steiner,M., R., Houze, J. and Gutter,S., (1995),Climatologically  characterization of  three  Dimensional storm structure from operational Radar and Rain Gauge Data  Journal of Applied Meteorology, VOL 34, P.P1978 – 1959.
Toofani Nejad, Z., (2007), Use of X Band Weather surveillance radar for areal rainfall estimation Wageningen University and Research Centre, M. Sc Thesis, The Netherlands.
-Vucinic, Z., & Najd, J. , (2014), Comparison of Polarize Techniques for precipitation estimation in Serbia & ERAD, Abstract, ID 197.
-Yazdani, A., Khalili, M. , Golkar, F.,  (2004), Weather radar calibration in central iran applying ground basedrain gauges data, Sixth international symposium on hydro logical Application of weather radar, 2-4 Feb 2004, Melbourne, Australia.
-Yilmaz, K., Hogue, T., Hsu, K., Soroshian, S., Gupta, H. and Wagener, T., (2005), Inter comparison of rain gauge, radar, and satellite-based precipitation estimates with emphasis on hydrologic forecasting,  Journal of Hydro meteorology, VOL 6, pp 497-517.