بیکرانی، مـادر

تقدیم به:

این پایان‌نامه را مدیون عشق سرشار زندگی، همکار علمی و همسر مهربانم هستم:
سرکارخانم مهندس سمیه رضایـی
ای بهیــــن باغ و بهارانــــم تــــــو سبـــزی چشـــم تـو دریای نیاز
ساحل ســــــــبز ســــــرافرازی را من به چشــمان تـو می‌یابــم باز

سپاسگزاری:

سپاسـگزاری از استادان ارجمنـدی که مرهون راهنمایی‌‌های بی‌دریغ علمی و اخلاقی آن‌ها هستم:
جناب آقای دکتر «تقی طاوسی» و جناب آقای دکتر «محمود خسـروی»

قدردانی از استادان محترمی که مطالب لطیف علمی و فلسفی را از آن‌ها آموختم:
جناب آقای دکتر «فرامرز بریمانی» و جناب آقای دکتر «بهلول علیجانی»

قدرشناسی از استادان گرانقدری که با داوری دقیق خود بر خرد و دانایی‌ام افزودند:
جناب آقای دکتر «محمدحسین رامشت» و جناب آقای دکتر «سعید جهانبخش اصل»

تقدیر از استادان بزرگواری که در مجموعه دانشکده جغرافیا اینجانب را از دانش خود بهره‌مند کردند:
جناب آقای دکتر « حسین نگارش» و جناب آقای دکتر « صمد فتوحــی»

و تشکر از دوستان عزیزی که در طول تحصیل از ارائه همکاری‌‌های علمی و فنی به اینجانب دریغ نکردند:
جناب آقای دکتر «مرتضـی یعقوبی» و جناب آقای دکتر «محمدرضا پودینه»
و ســرکار خانم «اسـداللهی»

چکیده
هدف اصلی پژوهش حاضر بررسی ارتباط احتمالی بین دانش اقلیم‌شناسی و علم تکتونیک در بستر مطالعات جغرافیایی بود. از این رو به شیوه‌ای نوین و یکپارچه، موضوع پیش‌نشانگر‌های اتمسفری پیش از رخداد زمین‌لرزه‌های بزرگ مورد بحث و بررسی قرار گرفت. در همین ارتباط در گام اول، تحلیل همدید پیش‌نشانگر‌های اتمسفری کوتاه‌مدت قبل از زلزله بزرگ 8/7 درجه ریشتری شمال سراوان در 16 آوریل 2013 (27 فروردین 1392) به انجام رسید. نتایج نشان داد که تصاعد ناگهانی و ناهنجار برخی از گاز‌های گلخانه‌ای همچون اُزون تروپوسفری و دی‌اکسیدنیتروژن در روزهای 8 و 9 آوریل 2013 درست یک هفته قبل از وقوع زلزله شمال سراوان بر روی کانون سطحی زلزله رخ داده است که در طی آن پدیده محلی گلخانه‌ای ابرهای خطی ناهنجار، افزایش غیرمعمول برای شار گرمای نهان سطحی، رطوبت ویژه، بارش و سرعت وزش باد و همچنین ناپایداری و تلاطم هوا، تقویت هسته فروبار و تشدید چرخندگی به وجود آمده است. سپس با استناد به ادبیات جهانی موجود مشخص شد که دست‌کم، تغییرات ناهنجار دو پارامتر بارش تجمعی و شار گرمای نهان سطحی قبل از زلزله‌های بزرگ از عمومیت و وضوح بیشتری برخوردارند. لذا در گام دوم، شرایط اتمسفری پیش از 39 زلزله بزرگ بالای 6 درجه ریشتر خاورمیانه در طی بازه زمانی 2013–2002 بررسی شد و نشان داد که دو پارامتر بارش تجمعی و متوسط شار گرمای نهان دست‌کم در 29 مورد از زلزله‌ها (حدود 75 درصد) در باره زمانی 3 تا 23 روز قبل از لرزه اصلی، دچار افزایش ناگهانی شده‌اند. سپس بین تقدم زمانی زلزله‌ها (فاصله زمانی بین وقوع پیش‌نشانگر اتمسفری تا زلزله اصلی) با بزرگای زلزله و عمق کانونی آنها به ترتیب ضرایب همبستگی نسبتاً قوی معادل 696/0 و 825/0 برای مناطق لرزه‌خیز خاورمیانه برآورد گردید. به منظور ارائه تفسیرهای اقلیم‌شناختی برای یافته‌های آماری، پژوهش حاضر به سمت پیشنهاد یک فرضیه مهم اقلیمی در بحث پیش‌بینی زلزله هدایت شد و آن بررسی نقش وقوع بلاکینگ‌های اتمسفری در رخداد انبوهه زلزله‌های برانگیخته شده بود. در این راستا نتایج گام سوم پژوهش نشان داد که هسته کم‌فشار یک بلاکینگ از نوع شار شکافته دو قطبی همراه با یک ناهنجاری ارتفاعی چشمگیر فروبار (76– متر) در طی روزهای 5 تا 9 آوریل 2013 بر روی جنوب ایران در قالب 3 بازه زمانی به ترتیب بر روی 3 کانون سطحی از زلزله‌های انبوهه 4/6 درجه ریشتری بوشهر، 1/6 درجه ریشتری انگهران و 8/7 درجه ریشتری سراوان مستقر شده و آنها را تحریک کرده است و به طور همزمان ناهنجاری ارتفاع ژئوپتانسیل و ناهنجاری‌های اتمسفری دمای هوا، سرعت صعودی ستون هوا، نرخ بارش و شار گرمای نهان سطحی را رقم زده است. در پایان این پژوهش یک مدل مفهومی اقلیمی جدید تعریف شد که توضیح دهنده زنجیره‌ای از رخدادهای ناهنجار بارش‌های وابسته به بلاکینگ، تنش‌های لرزه‌ای تحریک شده از بارش، چرخندزایی، توفان‌های تندری و لرزه‌خیزی القایی پس‌آیند ناشی از تنش‌ها در بازه زمانی 3 تا 33 روز پیش از تکانش اصلی زلزله‌ها در خاورمیانه بود. آزمون اعتبارسنجی این مدل مفهومی نیز با تأیید همبستگی تأخیری کوتاه‌مدت بین رخدادهای بلاکینگ و وقوع 19 زلزله بزرگ بعد از آنها در طی 2013–2000، صحت و اعتبار این مدل را تأیید کرد.
کلمات کلیدی: پیش‌نشانگرهای زمین‌لرزه، ناهنجاری‌های آب‌و‌هوایی، ارزیابی همدید، بلاکینگ اتمسفری، خاورمیانه

فهرست مطالب

عنوان مطلب صفحه

فصل اول: کلیات پژوهش 1
1–1– مقدمه 2
1–2– تعریف مسأله و سؤال‌های اصلی پژوهش 3
1–3– سابقه و ضرورت انجام پژوهش 5
1–4– فرضیه‌های پژوهش 8
1–5– هدف‌های پژوهش 9
1–6– تعیین قلمرو مطالعاتی پژوهش 9
1–7– نوآوری پژوهش 10
1–8– روش و ابزار گردآوری اطلاعات 11
1–9– جامعه آماری و روش نمونه گیری 12
1–10– روش تجزیه و تحلیل اطلاعات 13
1–11– ساختار طرح و فرآیند پژوهش 15
فص
ل دوم: ادبیات و پیشینه نظری پژوهش 17
2–1– مقدمه 18
2–2– زلزله و متغیرهای آن 18
2–2–1– تعریف و دسته‌بندی زلزله‌ها 18
2–2–2– متغیرهای مکانی و امواج زلزله 19
2–3– ادبیات پیش‌بینی اقلیمی زلزله در جهان 24
2–4– ارتباط پارامترهای اقلیمی با وقوع زلزله 26
2–4–1– پدیده گلخانه‌ای 26
2–4–2– ناهنجاری‌های دمایی 27
2–4–3– یونیزه شدن و آبگیری مولکول‌های هوا 27
2–4–4– بازتابش امواج بلند خروجی زمین 28
2–4–5– تشکیل ناهنجار ابرها 28
2–4–6– تلاطم هوا، بارش‌های ناهنجار و توفان‌های تندری 29
2–5– ارتباط بلاکینگ اتمسفری با ناهنجاری‌های اقلیمی 30
2–5–1– تعریف بلاکینگ، امواج رزبای و شاخص مداری 30
2–5–2– چرخندزایی و بلاکینگ 31
2–5–3– ناهنجاری‌های بلاکینگ 33

عنوان مطلب صفحه

فصل سوم: روش‌شناسی پژوهش 35
3–1– مقدمه 36
3–2– شناخت قلمرو مطالعاتی خاورمیانه 36
3–2–1– موقعیت جغرافیایی 36
3–2–2– بررسی‌های اقلیمی 38
3–2–3– بررسی‌های لرزه‌زمین‌شناسی 47
3–3– جمع‌آوری داده‌های لرزه‌خیزی 54
3–3–1– فراهم‌سازی پایگاه داده زلزله‌های بالای 3 درجه ریشتر 54
3–3–2– فراهم‌سازی داده‌های زلزله مبنای مطالعاتی بالای 6 درجه ریشتر 59
3–4– جمع‌آوری داده‌های اقلیمی و اتمسفری 64
3–4–1– فراهم‌سازی داده‌های سری زمانی و مکانی روزانه اقلیمی 64
3–4–2– فراهم‌سازی پایگاه داده‌های بلاکینگ اتمسفری 64
3–5– روش تجزیه و تحلیل داده‌ها 72
فصل چهارم: بحث و یافته‌های پژوهش 75
4–1– مقدمه 76
4–2– سطح یک: آزمایش و بررسی وجود ارتباط بین اقلیم و زلزله‌های بزرگ 78
4–2–1– ارزیابی تغییرات پارامترهای اتمسفری پیش از زلزله بزرگ 8/7 ریشتری سراوان، 2013 78
4–2–1–1– بررسی محدوده جغرافیایی زلزله سراوان 78
4–2–1–2– شواهد بروز اثر پدیده گلخانه‌ای در زلزله سراوان 83
4–2–1–3– تعیین ناهنجاری‌های اتمسفری در زلزله سراوان 84
4–2–1–4– چرخش آشفته و اغتشاش هوا در زلزله سراوان 90
4–2–2– نتیجه‌گیری سطح اول 91
4–3– سطح دو: اکتشاف و استقرای رابطه پارامترهای اقلیمی و زلزله‌های خاورمیانه 106
4–3–1– ارزیابی نقش تنش‌های لرزه‌خیزی در ناهنجاری‌های اتمسفری 106
4–3–1–1– بررسی مناطق لرزه‌خیزی خاورمیانه 106
4–3–1–2– بررسی و تحلیل برانگیختگی پارامترهای اتمسفری نرخ بارش و شار گرمای نهان 109
4–3–1–3– همبستگی بین زلزله‌ها و پیش‌نشانگرهای اتمسفری در مناطق لرزه‌خیزی خاورمیانه 151
4–3–2– نتیجه‌گیری سطح دوم 154
4–4– سطح سه: استنتاج قیاسی برای یک مدل مفهومی اقلیمی در پیش‌بینی زلزله 157
4–4–1– تئوری‌های بنیادی در پیوندهای اتمسفری– لیتوسفری 157
4–4–1–1– لرزه‌خیزی برانگیخته شده از بارش 157
4–4–1–2– لرزه‌خیزی برانگیخته شده از چرخند‌زایی و توفان‌های تندری 158
4–4–2– ارزیابی نقش بلاکینگ اتمسفری در تنش‌های لیتوسفری و ناهنجاری‌های اتمسفری 159
عنوان مطلب صفحه

4–4–2–1– محدوده مطالعاتی زلزله‌های انبوهه جنوب ایران در آوریل و مه 2013 159
4–4–2–2– تحلیل همدید شرایط اتمسفری منطقه خاورمیانه قبل از زلزله‌های انبوهه 2013 164
4–4–2–3– یک مدل مفهومی اقلیمی جدید در زمینه پیش‌بینی کوتاه‌مدت زلزله 182
4–4–3– نتیجه‌گیری سطح سوم 184
4–5– آزمون آماری برای اعتبارسنجی مدل مفهومی اقلیمی 189
4–5–1– جمع‌آوری داده‌های مکانی برای آزمون اعتبارسنجی 189
4–5–2– تحلیل روابط بین زلزله‌ها و بلاکینگ‌های اتمسفری 2013–2000 191
4–5–3– پیشنهاد یک شاخص جدید لرزه–‌اقلیمی در آزمون روابط بلاکینگ با زمین‌لرزه خاورمیانه 195
4–5–4– ارزیابی نقش بلاکینگ بر زلزله‌های بزرگ با شاخص لرزه–‌اقلیمی بالای 6 203
فصل پنجم: نتیجه‌گیری 214
5–1– مقدمه 215
5–2– تفسیر مکانیسم فیزیکی پیوند اتمسفری و لیتوسفری در مدل مفهومی اقلیمی 215
5–3– جمع‌بندی یافته‌ها 217
5–4– آزمون فرضیات و پاسخ به سؤال پژوهش 219
5–5– پیشنهاد زمینه‌های تحقیقاتی جدیدتر 220
مراجع 222
پیوست‌ها 234
پیوست شماره 1: مقاله اول مستخرج از پایان‌نامه 235
پیوست شماره 2: مقاله دوم مستخرج از پایان‌نامه 237
پیوست شماره 3: مقاله سوم مستخرج از پایان‌نامه 239

فهرست جدول‌ها

عنوان جدول صفحه

جدول (3–1): زلزله‌های بزرگ بالای 6 درجه ریشتر مورد مطالعه در خاورمیانه در بازه زمانی 2013–2002 63
جدول (3–2): فراوانی رخداد بلاکینگ‌ها در بازه زمانی 2013–2000 69
جدول (4–1): تغییرات پارامترهای بارش، شار گرمای نهان و زمانی وقوع آنها قبل از زلزله‌های بزرگ خاورمیانه 150
جدول (4–2): متوسط پارامترهای اتمسفری و متغیرهای لرزه‌خیزی قبل از زلزله‌های بزرگ 154
جدول (4–3): همبستگی بین پارامترهای اتمسفری و متغیرهای لرزه‌خیزی قبل از زلزله‌های بزرگ 154
جدول (4–4): زلزله‌های بالای 3 درجه ریشتر خاورمیانه در ماه‌های آوریل و مه به تفکیک طول جغرافیایی 163
جدول (4–5): لیست بلاکینگ‌های نیمکره شمالی در ماه‌های آوریل و مه به تفکیک طول ج
غرافیایی 166
جدول (4–6): منطقه‌بندی خاورمیانه بر اساس اقلیم بارشی 191
جدول (4–7): وضعیت لرزه‌خیزی پیش و پس از اپیزودهای بلاکینگ و شاخص‌های لرزه–‌اقلیمی 197
جدول (4–8): وضعیت لرزه‌خیزی برای اپیزودهای بلاکینگ با شاخص‌های لرزه–‌اقلیمی بالای 6 201
جدول (4–9): همبستگی بین مقادیر شاخص لرزه–‌اقلیمی با متغیرهای لرزه‌خیزی 201
جدول (4–10): اپیزودهای بلاکینگ برانگیزاننده زلزله‌های بزرگ بالای 6 درجه ریشتر خاورمیانه 205

فهرست شکل‌ها

عنوان شکل صفحه

شکل (1–1): چارچوب روش‌شناسی تحقیق 16
شکل (2–1): نقشه صفحات زمین‌ساخت در مقیاس جهانی 20
شکل (2–2): نقشه ریسک خطر زلزله در مقیاس جهانی 21
شکل (3–1): موقعیت جغرافیایی محدوده مطالعاتی خاورمیانه و مرزهای تکتونیکی آن 37
شکل (3–2): متوسط دمای میانگین سالانه محدوده