ایران به دلیل گستردگی زیاد در طول و عرض جغرافیایی، پیچیدگی در پیکربندی ناهمواری ها و یورش توده های هوا با خاستگاه های گوناگون، از نظر دمایی شرایط ویژه ای دارد. تکرار توده های هوایی که به وسیله سامانه های چرخندی و واچرخندی و یا گسترش زبانه های آنها به ایران می رسند و شرایط رطوبتی و دمایی هوای روزمره را تعیین می کنند؛ در درازمدت، شرایط آب و هوایی ایران را به وجود می آورد (علیجانی،1383: 37).

سرزمین ما به دلیل  شرایط جغرافیایی خاص، یعنی موقعیت آن در رابطه با گردش عمومی جو و قرار گرفتن آن در عرضهای جغرافیایی میانه، در فصول مختلف سال تحت تاثیر آنتی سیکلونهایی با منشاهای مختلف و خصوصیات فیزیکی گوناگون قرار می گیرد، از جمله این آنتی سیکلون ها، پرفشار سیبری است که مهم ترین مرکز کنش جوی اوراسیا طی زمستان است و اثر محسوسی بر آب وهوای ایران دارد (لشکری 1375: 4).

از جمله سامانه های موثر بر توده هوای وارد شونده به سرزمین ایران می توان به موارد زیر اشاره کرد؛

 توده هوای عموما گرم و خشک ناشی از پرفشاره جنب حاره: پرفشاره جنب حاره، سامانه پویشی (دینامیکی) بزرگی در مقیاس سیاره ای است که کانونی روی اقیانوس اتلس شمالی دارد. در دوره گرم سال زبانه ای از پرفشار جنب حاره روی ایران است. قلمرو این زبانه از تراز 700 تا 1000 ه.پ گسترش دارد و سبب حاکمیت هوایی گرم و خشک بر بخش بزرگی از ایران (شبانکار و جلبیان، 1389: ص 48)، بویژه در سرزمین های دور از ساحل می شود.  با حرکت پرفشارجنب حاره و رودباد همراه با آن به عرض های پایین تر، از ماه دسامبر و ورود بادهای غربی به ایران در دوره سرد سال (امام هادی، 1383: 36) می توان شاهد ورود توده های هوایی دیگری بود.

n توده های هوای سرد و خشک ناشی از پرفشار سیبری: پرفشار سیبری از میانه ی مهر تا میانه ی فروردین بر آسیا حاکم است. این سامانه نقش دمایی مهمی در ایران بازی می کند و چنانکه پیش از این براتی و علیجانی (1378: 55)، تحقیق کرده اند، طی فصل بهار زبانه های سرمای آن از شمال شمال شرق و گاهی شمال غرب به ایران نفوذ می کنند. مسعودیان (1386: 22) نیز به گسترش این هوای بسیار سرد و خشک بر بخش هایی از کشور اشاره دارد.

n توده های هوای اقیانوسی مدیترانه ای ناشی از ورود بادهای غربی: دریای مدیترانه در مسیر بادهای غربی قرار دارد و اثرات آن از طریق این باد ها به ایران گسترش می یابد. در دورۀ سرد سال بر اثر استقرار فرود بلند مدیترانه، سامانه های غربی فشار هوا اعم از موج های سطح بالا و چرخندهای روی زمین به طرف ایران می آیند. از این رو رطوبت بارندگی ها در دورۀ سرد سال به وسیلۀ سامانه های مهاجر دریای مدیترانه تأمین می شود (علیجانی؛1391).

n  توده هوای نسبتا گرم و مرطوب ناشی از ورود زبانه های کم فشار سودانی: کم فشار سودانی که در شمال آفریقا تشکیل می شود و در فصل تابستان به صورت یک کم فشار حرارتی عمل می کند و در زمستان رفتار پویشی دارد .هر گاه کم فشار سودانی و مدیترانه ای با هم مرتبط شوند، ناوۀ عمیق در شرق مدیترانه به وجود  می آید و موجب ورود توده های نسبتاً گرم و مرطوب و بارش های سنگین در اغلب نقاط ایران می شود (جوانمرد و همکاران،1382).

1-1-1- اهمیت سرماهای بحرانی از نظر محققان

دما از مهمترین عناصر آب وهوایی است و تغییرات ناگهانی آن به ویژه افت دما به مقادیر زیر صفر درجه، منشأ بسیاری از تحولات فیزیکی، شیمیایی و زیست محیطی است. به همین دلیل، بررسی روند دما در مقیاس های مختلف زمانی و مکانی مورد توجه محققان بوده، بخش بزرگی از ادبیات آب وهوا شناسی را به خود اختصاص داده است. در این مجال به بیان اهمیت موضوع دماهای بحرانی سرد از سه جهت می پردازیم:

– به لحاظ مفهومی:

هن و همکاران (2009)، در تحقیق خود یک موج سرد را  با عنوان یک کاهش دمای سریع و غیرمتعارف برای یک دوره کوتاه مدت 24 ساعته روزانه تعریف کرده اند البته نه سرد مطلق بلکه سردی نسبی معادل انکه انسان کاهش درجه حرارت را احساس کند.

مشکلاتی که هر ساله دماهای بحرانی سرد در مناطق مختلف جغرافیایی و بخصوص منطقه ایران مرکزی به وجود می آورند باعث شده که موضوع مطالعه این دماها اهمیت علمی و کاربردی پیدا کرده، اثرات مختلف این دماها بررسی شود. این اثرات از جمله شامل ترکیدن لوله های آب، دیواره استخرها و حوض ها، بروز بیماری های واگیردار زمستانی مانند سرماخوردگی آنفلوانزایی، سارس و آلودگی هوا و مصرف زیاده از حد سوخت، مرگ و میر حیوانات وحشی و هجوم آنها به مراکز زیست انسانی، وقوع اینورژن های حرارتی و تشعشعی است (قویدل رحیمی و خوشحال دستجردی، 1389: 180). 

– به لحاظ کمی: گاوس و همکاران (2014)، اندازه گیری هوای سرد بحرانی را از طریق شاخص های مختلف آب و هوایی از جمله آستانه های بحرانی (دمای زیر 15- درجه)، سرمازدگی (تعداد روزهایی که دمای حداقل زیر صفر باشد)، یخبندان (تعداد روزهایی که دمای حداکثر روزانه زیر صفر درجه باشد) و شاخص مدت زمان دوام سرما (مثلاً، شش روز متوالی دمای حداکثر روزانه پایین تر از صدک دهم باشد) می داند.

– به لحاظ پیامدها و زیان ها:

بسیاری از بحران های ایجاد شده به طور کلی خطر نامیده می شوند و بیشتر از شرایط آب و هوای نشأت می گیرند (علیجانی،1390). مشکلاتی که هر ساله دماهای بحرانی سرد در مناطق مختلف جغرافیایی و بخصوص منطقه ایران مرکزی به وجود می آورند باعث شده که موضوع مطالعه این دماها اهمیت علمی و کاربردی پیدا کند. اثرات مختلف این دماها، در مواقع افت قابل بحث است مانند مسایلی که برای

 جوامع به وجود می آورد (مثل ترکیدن لوله های آب، دیواره استخرها و حوض ها، بروز بیماری های واگیردار زمستانی مانند سرماخوردگی آنفلوانزایی، سارس، آلودگی هوا با مصرف زیاده از حد سوخت، مرگ و میر حیوانات وحشی و هجوم آنها به مراکز زیست انسانی، وقوع اینورژن های حرارتی و تشعشعی مورد بررسی قرار داده شود (قویدل رحیمی و خوشحال دستجردی، 1389: 180).

       از نمونه این خسارات می توان به وقوع موج سرمای دی ماه 1386 اشاره کرد که همه ایران را در بر گرفت و به تبع آن استان های مورد پژوهش این تحقیق نیز طی چندین روز متوالی از 15 تا 20 دی 1386 شاهد دمای شدید سرد و یخبندان بودند. از خسارات این سرما می توان به تعطیلی تمام مقاطع تحصیلی و دانشگاه های استانهای تهران، سمنان و یزد به مدت دو روز، قطع و افت فشار گاز در اغلب شهرهای تهران، شاهرود، کاشان، یزد و کرمان، لغو اکثر پروازهای مسافرتی بعلت برودت و سردی هوا اشاره کرد (سایت خبر گذاری تابناک؛ در تاریخ 16/10/1386) همچنین کاهش دما به زیر صفر درجه در تمام ایستگاه ها، از جمله در استان سمنان کاهش دما تا منفی 13 درجه، شاهرود منفی 12 (سایت خبر گذاری فارس؛ 18/10/1386). اعلام وضعیت حاد برای هشت استان كشور، سرگردانی بیش از سه هزار تن در راه های یزد اشاره کرد . این امواج سرد که با کاهش شدید دما و ریزش برف سنگین (100سانتی متر در اطراف قمصر) همراه بود، باعث مسدود شدن اکثر راههای ارتباطی شهری و روستایی کاشان، تهران به قم و دیگر شهرها شد (سایت سازمان مدیریت بحران کشور؛ در تاریخ 17/10/1386).

       مرتبط با دماهای بحرانی سرد، رزنویک (1996) و ساکاموتو (1997) اشاره می کنند که  قرار گرفتن در معرض دماهای بسیار پایین در فصل سرد سال برای سلامت کودکان، سالمندان، بی خانمان ها و افرادی که بیماریهای تنفسی، قلبی و عروقی دارند، زیان زیادی به همراه دارد. علاوه بر این اگر دماهای سرد همراه با بارش برف باشند می تواند اقتصاد مناطق را بی تحرک کند. این محققان تخمین زده اند که سرماهای شدید در طول مدت ماه های سرد سال منجر به 3 تا 18 درصد از مجموع مرگ و میر در کشورهای توسعه یافته اقتصادی می شود. تخمین زده می شود که مرگ و میر سالانه مربوط به سرمای شدید  ایالات متحده 0.8درصد از متوسط مرگ و میرهای سالانه باشد (دسکینس؛ 2007). کمیسیون اتحادیه اروپا اثر سوانح ناشی از دماهای حدی آب و هوایی را به 5 بخش شامل صدمات در بخش های جنگلداری و کشاورزی، صدمات بوم شناختی، گردشگری، انرژی و بیمه و حفاظت تاسیسات تقسیم کرده اند (هانسون و همکاران؛ 2007). نتایج تحقیقات هان و همکاران (2009) در سئول کره جنوبی نشان داد افراد مسن و افراد مبتلا به بیماریها قلبی و عروقی در معرض دمای منفی 2 درجه سلسیوس دچار مشکلات جسمی جدی و حتی مرگ و میر می شوند. شبیه این نتایج در اسپانیا برای افراد مسن (بالای 70 سال) و مرتبط بیماری های تنگی نفس، قلب و عروق و آنفلونزا و ذات الریه بدست آمد است (کامرون و همکاران؛ 2010).

   لذا مطالعه و شناسایی دقیق دماهای بحرانی برای برنامه ریزی زندگی آرام و پایدار انسان و حفظ تعادل محیط زیست لازم است. به منظور انجام برنامه ریزی های منطقی برای هر قسمتی از زمین باید اول بحران های موجود شناخته شوند تا برنامه های عمرانی و پیشرفت قابل اجرا باشد.

   امروزه با استفاده از داده های جوی زمینی و ترازهای بالا می توان روابط سامانه های فشار با ویژگی ها و رفتار  دماهای بحرانی طی دوره  سرد سال مطالعه و مدل سازی کرد تا بتوان از خسارتها کاسته، راهکارهایی برای کاهش آنها در منطقه پیشنهاد داد.

   شهرهای منتخب در این تحقیق در گسترۀ چهار استان شامل سمنان،اصفهان، یزد و کرمان قرار دارند که در محدوده30 تا 35 عرض شمالی و 25 تا 62 شرقی قرار دارند. این ناحیه با امتداد شمال شرق- جنوب غربی و در راستای جهت نفوذ سامانه پرفشارسیبری، دارای میانگین انحراف به هنجار دما برابر 3- درجه سلسیوس است.

      ماهیت پست بودن منطقه، فقر پوشش گیاهی و در نتیجه امکان ذخیره اندک حرارتی زمین ها در پی آن گسترش زبانه های هوای سرد، گاه باعث وقوع دماهای بحرانی تا منفی 2/13 درجه سلسیوس برای نمونه در اصفهان (1374) و در نتیجه بروز اختلال در ارتباطات و خسارات به خطوط انتقال سوخت شده است. در این تحقیق با استفاده از داده های بیشینه روزانه ایران مرکزی و تعیین سالهایی که دما کمتر از میانگین بوده است و در نتیجه تعیین دماهای بحرانی منطقه طی فصل سرد و نهایتاٌ تحلیل نقشه های هوا در محدوده تعریف شده، تراز و سمت فرارفت جریان های سرد هوا بررسی و مدلسازی شد. بر پایه موارد اهمیت یاد شده، اهداف این تحقیق شامل موارد زیر بودند.