انتخاب روشی مناسب جهت بازسازی خلاء‌های آماری بارندگی
-1- مقدمه و هدف
اولین قدم در بررسیهای علمی- مهندسی مربوط به محیط نظیر پروژه های آبی،تحقیقات منطقه ای هواشناسی كشاورزی و نظایر آن ، مطالعات هواشناسی است، به طوریكه مطالعات سایر بخشها، مانند هیدرولوژی، سیلخیزی، فرسایش و رسوب ، و پهنه بندی های آگروكلیمایی وغیره بر آن متكی است.
بدیهی است دسترسی به داده‌های كافی و دقیق شبكه ایستگاه‌های هواشناسی از یك طرف موجب كوتاهتر شدن مدت مطالعات گردیده و از طرف دیگر موجب بر آورد دقیقتر پارامترهای هدف و تقلیل هزینه های اجرایی طرحها می گردد.
از آنجا كه آمار هواشناسی و به ویژه بارندگی در ایران با خلاء‌های گسترده ناشی از عدم دیده‌بانی یا مشكوك بودن ارقام مواجه است، لذا دستیابی به یك روش صحیح بازسازی خلاء‌های آماری ضروری به نظر می‌رسد.
آنچه در این پژوهش دنبال می‌شود انتخاب روشی مناسب جهت بازسازی خلاء‌های آماری بارندگی می‌باشد به طوریكه آمار بازسازی شده با آنچه واقعیت داشته ولی به دلایلی ثبت نگردیده حتی الامكان نزدیك باشد.
1-2- فرایند بارش و ویژگی‌های آن
1-2-1- بارش
بارش شامل كلیه نزولات جوی مانند باران، برف و تگرگ می‌باشد كه در اقلیم های مختلف باران و یا برف قسمت عمده از آن را تشكیل می‌دهد. بارش یكی از ورودی های اصلی سیكل هیدرولوژی می‌باشد. بارندگی در مناطق مرطوب با پراكنش منظم و در تمام طول سال اتفاق می‌افتد، در حالیكه در مناطق خشك و نیمه خشك پراكنش نامنظم است و حتی گاهی در یك بارندگی كوتاه مدت بیش از 50% بارندگی سالانه بوقوع می‌پیوندد.
1-2-2- فرایند بارش
به طور كلی مكانیسم بارندگی ناشی از افزایش رطوبت نسبی هوا تا حد معینی است كه این پدیده یا در اثر تبخیر از سطح آب یا سطوح نمناك یا در اثر كاهش دمای هوا حاصل می‌شود و یا ممكن است تلفیقی از این دو باشد.
سرد شدن هوا در طبیعت عمدتاً معلول صعود هواست. در این عمل كه تقریباً به حالت آدیاباتیك می‌باشد. هوا ضمن صعود به علت كاهش فشار سرد می‌شود. مكانیسم‌های اصلی صعود هوا عبارتند از صعود جبهه‌ای، صعود كوهستانی، صعود جابجایی و صعود سیكلونی.
چرخه آبی در اتمسفر سه مرحله مجزا از هم تشكیل می‌دهد كه عمدتاً عبارت از تبخیر، تراكم و بارندگی هستند. تفاوت تبخیر و تراكم امری واضح و روشن است ولی تفاوت تراكم و بارندگی توضیح بیشتری نیاز دارد.
به طور كلی فرایند تراكم شامل یك انباشتگی حداكثر از مولكولهای بخارآب تا رسیدن به حد ذرات ریز است در صورتیكه فرایند بارندگی، مرحله‌ای از پیوستن ذرات ریز یا قطركها و سیكل قطرات مایع و یا تراكمی از بلورهای یخ می‌باشد.
عمل تراكم احتیاج به یك هسته[1] كه هسته تراكم[2] نامیده شده دارد تا مولكولهای آب در اطراف آن جمع شوند. ذرات گرد و خاك معلق در هوا می‌توانند به عنوان هسته‌های تراكم عمل كند. ذرات دارای یون روی هسته‌ها اثر می‌كنند، زیرا یونها با داشتن الكتریسیته ساكن مولكولهای آب را در باندهای قطبی خود جذب می‌كند. یونها در اتمسفر شامل ذرات نمك ناشی از تبخیر از سطح دریا و یا تركیبات سلفور و نیتروژن ناشی از احتراق می‌باشند. قطر این ذرات از 3-10 تا 10 میكرون تغییر می‌كند كه این ذرات به عنوان هواویز[3] شناخته می‌شوند. برای مقایسه باید متذكر شد كه اندازه یك اتم حدود 4-10 میكرون است، بنابراین كوچكترین هواویز ممكن است فقط از چند اتم تشكیل شده باشد.
قطرات ریز كه در اثر حركت تلاطمی حمل می‌شوند بوسیله تراكم و برخورد با ذرات مجاور خود رشد می‌كند تا اینكه به اندازه كافی بزرگ شوند، این عمل تا آنجا ادامه می یابدكه نیروی جاذبه زمین بر اصطكاك غالب شود و شروع به ریزش كنند. افزایش بیشتر اندازه قطرات در نتیجه برخورد آنها با قطرات دیگر در مسیر ریزش صورت می‌گیرد. گاهی وقتیكه قطره به سمت پائین حركت می‌كند هنگام عبور از لایه‌های گرمتر تبخیر می‌شود و اندازه قطره كاهش یافته و بنابراین ممكن است قطره باز به اندازه یك هواویز تبدیل شود و به واسطه حركت تلاطمی هوا به سمت بالا حركت كند در حركت به سمت بالا فقط یك سرعت 5/0 سانتیمتر بر ثانیه كافی است تا یك قطر 100 میكرونی را حركت دهد. (محمدپور، 1373)
چرخه تراكم، ریزش، تبخیر و صعود به طور متوسط حدود 10 بار قبل از اینكه قطره به اندازه بحرانی حدود 1/0 میلیمتر برسد اتفاق می‌افتد.
1-2-3- انواع بارندگی
هوای مرطوب در اثر صعود و سرد شدن به مرحله‌ای می‌رسد كه دیگر قادر به نگهداری رطوبت خود نیست ،در نتیجه تولید بارندگی نموده كه بر مبنای نحوه صعود هوای مرطوب، بارندگیها را به صورت زیر تقسیم‌بندی می‌كنند:
الف- بارندگیهای همرفتی[4]
در اتمسفر آرام هوای اشباع و غیر اشباع مجاور سطح زمین بر اثر تشعشعات خورشید بویژه به روش غیر مستقیم گرم و در نتیجه منبسط شده و به طور عمودی جابجا می‌شود. در حین صعود بسته به وضعیت رطوبتی طبق گرادیان آدیاباتیك خشك (یعنی 10 درجه سانتیگراد به ازاء هر كیلومتر) و یا آدیاباتیك اشباع (یعنی 4 تا 8 درجه سانتیگراد به ازاء هر كیلومتر) سرد شده و در یك ارتفاع كه ارتفاع تراكم نامیده می‌شود به نقطه میعان می‌رسد. از این ارتفاع به بالا ابرها شروع به تشكیل شدن می‌كند و اگر جریان قائم اولیه جابجایی شدت داشته باشد،این عمل می‌تواند مدتها ادامه یابد. مسلماً سیستم ابر حاصله پس از رسیدن به نقطه سرد و یا دارای تلاطم نسبتاً شدید،ایجاد باران خواهد نمود. بنابراین بارندگیهای حاصل كه به كنوكسیون شهرت دارند محصول هوای گرم بوده كه اغلب با رعد و برق و طوفان همراهند. قسمت اعظم این بارندگیها به صورت باران و یا همراه با تگرگ می‌باشد. این بارندگیها عمدتاً در مناطق گرمسیری و استوایی دیده می‌شود، چون در آنجا بر اثر ضعف عادی بادها جریانات هوا اغلب عمودی است. بارندگیهای كنوكسیون در مناطق معتدله نیز در فصول گرم به صورت طوفانهای تابستانی و موضعی خیلی شدید ایجاد می‌شوند البته باید دانست كه تمام طوفانها از مكانیسم بارندگی كنوكسیون نتیجه نمی‌شوند.