Synoptic and thermodynamic characteristics of 30 March–2 April 2009 heavy rainfall event in Iran

• Authors
• Authors and affiliations
• M. SoltaniEmail author
• M. Molanejad
• F. Khoshakhlagh
• A. Ranjbar SaadatAbadi
• F. Ranjbar

Original Paper

First Online:

01 August 2014

Received:

21 November 2013

Accepted:

11 July 2014

DOI: 10.1007/s00703-014-0339-z

Cite this article as:

Soltani, M., Molanejad, M., Khoshakhlagh, F. et al. Meteorol Atmos Phys (2014) 126: 49. doi:10.1007/s00703-014-0339-z

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Abstract

A heavy rainfall event during the period from 30th of March to 2nd of April 2009 has been studied using upper air and surface data as well as NOAA HYSPLIT model. This observational study attempts to determine factors responsible for the occurrence of heavy rainfall over Iran induced by Mediterranean cyclone, a western severe sub-tropical storm that made rainfall on most regions of the country. On the surface chart, cyclones, anticyclones and weather fronts were identified. The positions of the cold and warm fronts, which extended from a two-core low pressure center, were quite in good agreements with directions of winds i.e., westerly, southerly and easterly flows as well as the regions of precipitation. The heavy rain event occurred due to a Mediterranean cyclonersquo;s activity over the study area, while other conditions were also responsible for this event such as an unstable atmosphere condition with abundant low-level moisture, which the warm and moist air parcels were brought by the southwesterly low-level jet into the country from Persian Gulf, Oman Sea, Indian Ocean and Caspian Sea at lower levels as well as Mediterranean Sea, Red Sea and Persian Gulf at upper levels over the examined period. A strong low-level convergence zone was observed along the wind-shift line between the southwesterly flow because of the low-level jet and the northeasterly flow due to the Russian high pressure. The amount of precipitable water varied between 20 and 24 kg m^minus;2, surface moisture convergence exceeded 2.5 g kg^minus;1 s^minus;1 and the highest CAPE value in the sounding profiles was observed in Birjand site with 921 J kg^minus;1 during the study period. The HYSPLIT model outputs confirmed the observed synoptic features for the examined system over the country.

Responsible editor: L. Gimeno.

1 Introduction

The importance of severe and heavy rainfall events is obvious for all countries especially those semiarid such as Iran. It has always led to serious human and property damages in different geographic regions, and it has also affected the human population and nature to a large extent. Iran possesses various climates because of its unique geographic location. The western mountainous areas of the country are affected by rain-bearing cyclonic systems of the Mediterranean Sea, and the southern half of the country is mostly influenced by Sudanrsquo;s low. The southeast part of the country is usually controlled by the weakened effects of the Monsoon during the summer. These conditions indicate that Iran is experiencing a spatiotemporal variability of climatic condition to a large extent. One of the most important societal impacts that arise from heavy rainfall includes flash flooding. Flash flooding occurs quickly on small time scales and is potentially deadly. According to the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA 2006), every year flooding costs an average of over 2 billion USD in damages and causes over 100 fatalities. In recent years, the flash flood threat has risen due to increasing urbanization. As areas become more populated and are covered with impermeable structures and surfaces such as buildings and roads, the amount of stormwater runoff increases (Kelsch 2002). Consequently, modest rainfall episodes can become potentially dangerous flash flood situations.

Researches carried out over the Middle East region indicates that the spatial distribution and the predominant mechanism of precipitation occurrence has been always recognized as the most important key of the synoptic researches in the region (Dayan and Abramski 1983; Zangvil and Druian 1990; Krichak and Alpert 1994, 1998; Membery 1997; Dayan et al. 2001; Alpert 2002; Barth and Steinkho

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伊朗2009年3月30日至4月2日大雨的天气过程和热力学特征

作者：M.Soltanibull;M.Molanejadbull;F. Khoshakhlaghbull;Ranjbar SaadatAbadibull;F. Ranjbar

摘要：

本文通过借助上升气流和地表数据以及NOAA HYSPLIT模型分析2009年3月30日至4月2日期间的一次强降水事件，试图确定地中海气旋造成伊朗大雨降雨的原因，地中海气旋是一个西部强烈的亚热带气旋，使伊朗全国大部分地区降雨。在地面图上，确定了气旋，反气旋和锋前天气的位置。从双中心低压延伸的冷暖锋面的位置与风的方向（即西风，南风和东风流以及降水区）有很好的一致性。大雨的发生是由于研究区域内地中海气旋的活动，而其他因素也影响此次降水事件，如不稳定的大气条件与充足的低层水汽，温暖潮湿西南低空急流从波斯湾进入伊朗，观测期间低层的气流来自阿曼海，印度洋和里海，高层的气流来自地中海，红海和波斯湾。沿着西风气流的风的流线由于低空急流和俄罗斯高压的东北气流可以看到强烈的低压辐合区。在研究的时间段内，可降水量在20和24 kg m-2之间变化，地面水汽辐合超过2.5 g kg-1 s-1，在测量剖面中观察到最高的CAPE值为921 J kg-1。HYSPLIT模型输出证实了在全国观测系统观察到的天气特征。

责任编辑：L. Gimeno

1简介：

强降水和大雨事件的重要性对于所有国家，特别是象伊朗这样的半干旱国家是显而易见的。它一直在不同地理区域造成严重的人身和财产损失，并在很大程度上影响了人口和自然。因为其独特的地理位置，伊朗拥有各种气候。伊朗的西部山区受到地中海的含雨气旋系统的影响，南部一半主要受苏丹低压影响，东南部分通常由夏季期间季风弱化的影响控制。这些现象表明伊朗在很大程度上经历了气候条件的时空变化。暴雨造成的最重要的社会影响之一包括闪电洪水。骤发洪水在小的时间尺度上快速发生，并且潜在地致命。根据国家海洋和大气管理局（NOAA 2006），每年洪水造成的平均损失超过20亿美元，造成超过100人死亡。近年来，由于城市化的加剧，暴洪威胁已经上升。随着区域变得越来越多，并且被不可渗透的结构和表面（例如建筑物和道路）覆盖，雨水径流量增加（Kelsch 2002）。因此，适度的降水事件可能造成潜在危险的暴洪情况。

在中东地区进行的研究表明，降水发生的空间分布和主要机制总是被认为是该地区天气研究中最重要的关键因素（Dayan，Abramski 1983； Zangvil，Druian 1990； Krichak，Alpert 1994，1998； Membery 1997； Dayan等人2001； Alpert 2002； Barth，Steinkhol 2004）。Kavyani和Hojatizadeh（2001）分析了1992年3月在卡泽龙盆地洪水事件的天气和热力学特征。他们发现，源自西北沙漠阿拉伯半岛的雨水系统造成的洪水事件导致伊朗西南部的极端降雨。Alijani（2002）调查了500 hPa位势高度的空间和时间变率及其与伊朗降水和温度异常的关系。他的结论是，区域凹陷/脊导致了重要的冬季降水和温度异常。Omidvar（2007）调查了有利于Shirkoh地区降雨发生的天气和热力学条件。他发现三种类型的天气系统影响了该地区。第一种类型是伴随着苏丹低压在沙特阿拉伯半岛的位置。第二种类型是苏丹 - 地中海的组合系统。最后，第三种类型是地中海系统。在类似的工作中，Omidvar等人（2013）基于热力学特征，对伊朗中部和西南地区切断低压现象引起的极端降水事件进行了研究。热力学指标的结果表明，伴随特定湿度的不稳定条件相当可观，使得该地区的极端降雨量。Azizi等人（2009）试图在2005年3月7-14日期间分析有利于西部大降雨的天气条件。他们发现地中海的低压系统与苏丹低压地带一起导致了这些严重降水的发生，地中海，黑海和红海在这些地区对系统提供水汽和湿度起着重要作用。

Mohammadi等人（2012）调查了苏丹系统和伊朗西南部的暴雨发生。他们的研究表明，在选定的风暴中，中间两个潜在的涡度最大值中心，一个在东地中海，另一个在西红海，位于苏丹。位于红海以及波谷向东发展的高压脊，以薄层的形式向伊朗延伸。最终，潜在涡度在伊朗西南部逐渐增加。Raziei等人（2012a）调查了与大规模大气环流有关的伊朗日降水的空间格局和机制。他们的结果表明，伊朗降水的空间分布主要由中东对流层中槽和阿拉伯反气旋的地理位置决定。事实上，在几乎所有的降水区域（PR）中，作为预处理因子的槽导致区域尺度的上升运动，而阿拉伯反气旋引起从南方水体到低层对流层的水汽运输到伊朗近海，触发产生雨水的条件。在类似的工作中，Raziei等人（2012b）研究了大气环流类型及其与伊朗冬季日降水量的关系。他们发现，两个特殊的（大气）循环类型（CTS）影响全国大部分地区的降水发生，而另10或更多区域为降水区的贡献可以忽略不计。然后识别每个降水子区域中较多多（较少）影响的CT，并且提供控制冬季降水场的主要大尺度大气特征的表征。

在世界其他地区，使用不同的技术进行了分析以研究强降雨事件。

例如，Parasnis和Goyal（1990）研究了印度夏季风期间大气边界层的热力学特征。他们的研究表明，在活跃的季风期间，混合层的抑制，没有反转/稳定层和低层的对流不稳定性。在弱/中断季风期间观察到相反的情况。Severo（1994）对巴西南部Itajai河谷全年的降水事件进行了天气系统的气候研究。他确定了与这些事件相关的五种不同的典型大尺度模式：冷暖锋面系统，上层气旋涡度，风场配置和低空急流。Chen和Lin（1997）分析了台湾TAMEX期间的强降雨事件。研究结果表明，在雨带中有几个长时间尺度（gt; 2 h）的反射率最大值。它们通常具有几个具有小时间尺度的单个小系统。在雨带的西南角和沿低层风场形成的反射率最大值。最大值在从西南到东北沿雨带的运动期间加强。 此外，台湾的暴雨发生的统计也由Chen等人负责（2007）。他们发现，在冬季，由于大气分层稳定，水分含量低，极端强降雨（gt; 130 mm /日）不常见。Sias和Silva-Dias（2002）调查了1989年冬天在圣保罗市发生的对流事件。他们发现，冬季降水量超过50 mm /天，平均每10年出现一次，主要与冷锋过境有关。Gao等人（2009）调查了与严重热带风暴Bilis（2006）在中国登陆后相关的强降雨机制。他们的结果表明，在降雨的第二阶段，所有三种深厚的暖湿空气对流（水分，不稳定性和抬升运动）的成分都很充分。几种机制，包括垂直风切变，暖空气平流，锋面形成和地形，可能同时促成了在这一阶段产生强降雨所必需的抬升条件。Seluchi等人（2011），通过研究巴西Serra do Mar的冬季强降雨事件，得到的结论是降雨主要原因是该地区持续约6天的相对强烈的冷锋相关的层状云。大规模的循环决定了地表附近的南风和东南风的持续性。到达大陆后，这些风被Serra do Mar山脉抬升。

根据伊朗危机管理组织洪水部门报告的统计，在研究期间发生的降雨事件，即截至2009年3月30日至4月2日，导致伊朗一些省份发生洪水。洪水不仅在一些地方造成道路和房屋的破坏，还造成一些人口死亡。根据报道的统计，超过25人死于Hormozgan，SouthKhorasan，Fars和Qom省，由于Sistan ，Baluchistan， Fars， Kerman， Hormozgan ， Qom省的洪水，数千家庭财产损失严重。降雨量非常大大，以至于一些台站在观测的时期内接收到其年平均降水量的一半以上的数据（表1）。因此，关于2009年春季发生的强烈和广泛的降雨，有必要调查此次降水过程。本研究以以下方式呈现：数据和方法将在第二部分（sect2）中进行说明。结论和讨论在第三部分（sect3），总结在第四部分（sect4）。

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