Routing Dust Storms using Suspended Particulates Concentration and Meteorological Models in Hamadan Province

Document Type : Research Article

Authors

• Kamran Shayesteh ¹
• Shiva Gharibi ²
• Mohammad Parsimehr ²

¹ Assistant Professor, Department of Environmental Sciences, Faculty of Natural Resources and Environment, Malayer University, Malayer, Iran

² PhD Candidate in Environmental Science, Malayer University, Malayer, Iran

10.22067/geoeh.2021.71200.1082

Abstract

Dust is one of the natural hazards that occur mainly in arid and semi-arid areas of the world such as Iran. In recent years, dust storms have been one of the most important air pollution crises in Hamadan province. Identifying the dust and sand sources is the first step in controling this phenomenon. Thus, this study tried to identify dust sources of Hamadan province using Aerosol Optical Depth (AOD) from the MODIS satellite images and numerical modeling to predict airflow from 2008 to the end of 2018. In the next step, using HYSPLIT model, the path of particles’ moves and their source were determined at three levels of 500, 1000 and 1500 meters for 48 hours before the storm for external sources and 18 hours for internal sources. The meteorological data of the model was obtained from a 0.5-degree GDAS. Finally, its movement from source to Hamadan urban area was monitored using GIS and Spatial Analysis Tools. The results showed that the origin of the dust phenomena in this city are three sources including internal parts the province (Famenin, Malayer and Razan county), outside the province (such as Kurdestan, Markazi, and Khuzestan province) and out of Iran (Western parts of Iraq, Syria, Jordan and northern Saudi Arabia). So, it is necessary to monitor the spatial patterns of dust sources in the western regions of Iran for different years. The combination of remote sensing data, Hysplit model, and field based data could well show dust transport corridors.

Graphical Abstract

Keywords

• Dust
• Modis
• AOD
• Hamadan

20.1001.1.23221682.1401.11.1.1.3

---

References

ارجمند، مریم؛ راشکی، علیرضا؛ سرگزی،  حسین. (۱۳۹۷). پایش زمانی و مکانی پدیده گردوغبار با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای در جنوب شرق ایران با تأکید بر منطقه جازموریان. فصلنامه اطلاعات جغرافیایی (سپهر)، دوره 27، شماره 106، ۱۵۳- ۱۶۸                                                            DOI: 10.22131/sepehr.2018.32339

جبالی، عاطفه؛ زارع، محمد؛ اختصاصی، محمدرضا؛ جعفری، رضا. (1399). بررسی گستره تغییرپذیری دید افقی مناطق متأثر از رخدادهای گردوغبار در استان یزد. نشریه مدیریت بیابان، شماره 15، 21-36.   

DOI: 10.22034/JDMAL.2020.44927

دانیالی، محمد؛ محمدنژاد، بایرامعلی؛ کریمی، نعمت‌الله. (1397). تحلیل مکانی گردوغبار استان خوزستان به کمک تصاویر ماهواره­ای. سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، دوره 9، شماره 1، 73-57.

https://girs.bushehr.iau.ir/article_540416.html

رایگانی، بهزاد؛ خیراندیش، زهرا. (1396). بهره‌گیری از سری زمانی داده‌های ماهواره‌ای به‌منظور اعتبارسنجی کانون‌های شناسایی شده تولید گردوغبار استان البرز. نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، دوره 4، شماره 4، 18-1.                                                                 http://jsaeh.khu.ac.ir/article-1-2683-fa.html

رجبلو، علی؛ آقا محمدی، حسین؛ رحیم زادگان، مجید؛ رجایی، محمدعلی. (۱۳۹۷). تجزیه‌وتحلیل و تولید نقشه پهنه‌بندی کیفی هوای شهر تهران با استفاده از داده پایش زمینی و RS. مجله کاربرد سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش‌ازدور در برنامه‌ریزی، دوره 9، شماره ۴، ۶۹-۸۲. 

https://gisrs.semnan.iau.ir/article_665875.html

ززولی، فلاح؛ وفایی نژاد، علیرضا؛ خیرخواه زرکش، میرمسعود؛ احمدی دهکا، فریبرز. (1393). منشأ یابی گردوغبار غرب و جنوب غرب ایران و تحلیل سینوپتیکی آن با استفاده از سنجش‌ازدور و سیستم اطلاعات جغرافیایی. سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی، دوره 5، شماره 4، 78-61.

 https://girs.bushehr.iau.ir/article_516681.html

فاریابی، آذر؛ متین فر، حمیدرضا؛ علوی پناه، سید کاظم؛ نوروزی، علی‌اکبر. (1398). شناسایی گردوغبار در نواحی غرب و جنوب غرب ایران بر مبنای الگوریتم سنجه DAI و داده‌های طیفی سنجنده مودیس. فصلنامه علوم محیطی، دوره 17، شماره 3، 162- 151                          https://dx.doi.org/10.29252/envs.17.3.151  

میری، پروین؛ راشکی، علیرضا؛ سپهر، عادل. (1396). بررسی تغییرات زمانی و مکانی شاخص‌های گردوغبار در شرق خراسان بر پایۀ داده‌های ماهواره‌ای. جغرافیا و مخاطرات محیطی، شماره 23، 20-1.

 https://dx.doi.org/10.22067/geo.v6i3.54464

میری، مرتضی؛ عزیزی، قاسم؛ شمسی‌پور، علی‌اکبر. (1393). شناسایی الگوهای گردش جوی تابستانه و زمستانه ورود گردوغبار به غرب ایران. جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، دوره 25، شماره 4(56)، 220-203.

https://dorl.net/dor/20.1001.1.20085362.1393.25.4.12.0

یارمرادی، زهرا؛ نصیری، بهروز؛ محمدی، غلامحسین؛ کرم‌پور، مصطفی. (1398). تحلیل و ردیابی مسیرهای ورود طوفان‌های گردوغبار به شرق ایران با استفاده از مدل پخش ذرات لاگرانژی ذرات HYSPLIT. پژوهش‌های فرسایش محیطی، دوره 9، شماره 1، 44-27.     http://dorl.net/dor/20.1001.1.22517812.1398.9.1.3.7

 

Air Resources Laboratory., 2021. https://www.ready.noaa.gov/hypub-bin/ trajsrc.pl? trjtype=4

Ashrafi K, Shafiepour-Motlagh M, Aslemand A, Ghader S., 2014. Dust storm simulation over Iran using HYSPLIT. Journal of environmental health science and engineering, 12(1):9

DOI: 10.1186/2052-336X-12-9

Baghbanan P, Ghavidel Y, Farajzadeh M., 2020. Temporal long-term variations in the occurrence of dust storm days in Iran. Meteorology and Atmospheric Physics, 1–14.

DOI: 10.1007/s00703-020-00728-3

Boloorani AD, Samany NN, Mirzaei S, Bahrami HA, Alavipanah SK., 2020. Remote Sensing and GIS for Dust Storm Studies in Iraq. In: Environmental Remote Sensing and GIS in Iraq. Springer, 333–75 p. DOI: 10.1007/978-3-030-21344-2_14

Cao H, Amiraslani F, Liu J, Zhou N., 2015. Identification of dust storm source areas in West Asia using multiple environmental datasets. Science of the Total Environment, 502:224–35.DOI: 10.1016/j.scitotenv.2014.09.025

Escudero M, Stein A, Draxler RR, Querol X, Alastuey A, Castillo S, Avila A., 2006. Determination of the contribution of northern Africa dust source areas to PM10 concentrations over the central Iberian Peninsula using the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model (HYSPLIT) model. Journal of Geophysical Research, 111. DOI: 10.1029/2005JD006395

Esmaili O, Tajrishy M, Arasteh PD., 2006. Evaluation of dust sources in Iran through remote sensing and synoptical analysis. Int. J,Vol. x, No. x.

Farebrother W, Hesse PP, Chang H-C, Jones C., 2017. Dry lake beds as sources of dust in Australia during the Late Quaternary: A volumetric approach based on lake bed and deflated dune volumes. Quaternary Science Reviews, 161:81–98.

DOI: 10.1016/j.quascirev.2017.02.019

Hahnenberger M, Nicool K., 2012. Meteorological characteristics of dust storm events in the eastern Great Basin of Utah, U.S.A. Atmospheric Environment, 60: 601-612. DOI:10.1016/j.atmosenv.2012.06.029

Heidarian P, Azhdari A, Joudaki M, Khatooni JD, Firoozjaei SF., 2018.Integrating Remote Sensing, GIS, and Sedimentology Techniques for Identifying Dust Storm Sources: A Case Study in Khuzestan, Iran. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 46(7):1113–24. DOI: 10.1007/s12524-018-0774-2

Johanston F, Hanigan I, Henderson S, Morgan G, Bowman D., 2011. Extreme air pollution events from brushfires and dust storms and their association dust events (2005-2010) over South-Eastern Spain. Journal of Atmospheric Chemistry and Physics, 12(3), 59-622.

DOI: 10.1016/j.envres.2011.05.007

Kenneth W, Warner CF, Davis W., 1998. Air pollution, its origin and control. Third Edition, Eddison Wesley, USA, 168.

Menéndez I, Diaz-Hernandez JL, Mangas J, Alonso I, Sánchez-Soto PJ., 2007. Airborne dust accumulation and soil development in the North-East sector of Gran Canaria (Canary Islands, Spain). Journal of Arid Environments, 71(1):57–81. DOI: 10.1016/j.jaridenv.2007.03.011

Momtaz AM, Choobchian S, Farhadian H., 2019. MEASURING THE AMOUNT OF FARMERS'RESILIENCE IN FACING CLIMATE CHANGE IN IRAN (CASE OF: HAMEDAN PROVINCE). Plant Archives, 19(2):1698–704.

Muhs DR. 2013. The geologic records of dust in the Quaternary. Aeolian Research, 9:3–48. DOI:10.1016/J.AEOLIA.2012.08.001

NASA, 2019. https:// worldview. earthdata .nasa. gov/ ?v=-67. 8269580447 3344,-42.12246 791905239, 162.48166343467085, 57. 73791092553308&t =2021-04-13-T13%3 A40%3 A26Z

Nouri H, Faramarzi M, Sadeghi SH, Nasseri S., 2019. Effects of regional vegetation cover degradation and climate change on dusty weather types. Environmental Earth Sciences, 78(24):723. DOI: 10.1007/s12665-019-8763-5

Shan W, Yin Y, Lu H, Liang S., 2009. A meteorological analysis of ozone episodes using HYSPLIT model and surface data. Atmospheric Research, 93(4):767-76

DOI: 10.1016/j.atmosres.2009.03.007 

Taghavi F, Owlad E, Ackerman SA., 2017. Enhancement and identification of dust events in the south-west region of Iran using satellite observations. Journal of Earth System Science, 126(2):28. DOI: 10.1007/s12040-017-0808-0

Wang H, Jia X, Li K, Li Y., 2015. Horizontal wind erosion flux and potential dust emission in arid and semiarid regions of China: A major source area for East Asia dust storms. Catena, 133:373–84. DOI: 10.1016/j.catena.2015.06.011

Wong S, Dessler AE., 2005. Suppression of deep convection over the tropical North Atlantic by the Saharan Air Layer. Geophysical research letters, 32(9). DOI: 10.1029/2004GL022295

Xu C, Guan Q, Lin J, Luo H, Yang L, Tan Z., 2020. Spatiotemporal variations and driving factors of dust storm events in northern China based on high-temporal-resolution analysis of meteorological data (1960–2007). Environmental Pollution, 260:114084.

DOI: 10.1016/j.envpol.2020.114084

Xuan J, Sokolik IN, Hao J, Guo F, Mao H, Yang G., 2004. Identification and characterization of sources of atmospheric mineral dust in East Asia. Atmospheric Environment, 38(36):6239–52. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2004.06.042

Zhang Y, Liu Y, Kucera PA, Alharbi BH, Pan L, Ghulam A., 2015. Dust modeling over Saudi Arabia using WRF-Chem: March 2009 severe dust case. Atmospheric Environment, 119:118–30. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2015.08.032