Geography and Regional Planning

Geography and Regional Planning

Synoptic Analysis of Atmospheric Patterns Governing Extreme Cold Waves in Northwestern Iran

Document Type : Original Article

Authors
Roghieh Jafari 1
Karim Amini Nia 2
Ali Panahi 3
1 PhD Candidate in Climatology, Department of Geography, Faculty of Humanities, Ahar Branch, Islamic Azad University, Ahar, Iran
2 Faculty Member, Department of Geography, Faculty of Humanities, Ahar Branch, Islamic Azad University, Ahar, Iran
3 Associate Professor, Department of Geography, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
10.22034/jgeoq.2026.574184.4415
Abstract
Extreme cold temperature events are among the natural characteristics of climate that occur annually and cause numerous problems in agricultural, industrial, and economic sectors, as well as road-related hazards. A sharp decrease in temperature can adversely affect various aspects of human life and activities, as well as the ecological conditions of plants. The aim of this study is to investigate the synoptic atmospheric patterns influencing extreme cold waves in northwestern Iran. For this purpose, daily minimum temperature data from 36 synoptic stations in northwestern Iran were used over the period 1986–2017 for the months of January, February, March, April, November, and December. Using the standardized cold day index, days with intensity lower than −1.2 were identified as extreme cold days on a monthly basis for each station. By applying factor analysis to sea-level pressure data corresponding to extreme cold days, four dominant patterns affecting the formation of cold waves in northwestern Iran were extracted as representative patterns. Synoptic analysis of these patterns indicates that the dominant synoptic systems responsible for extreme cold waves include the Siberian High, migratory European high-pressure systems, or their ridges at sea level over the northwestern region of Iran, which lead to the advection of cold air from higher northern latitudes toward the region. At the 500 hPa level, the presence of ridges, blocking conditions, or the establishment of the western arm of a deep trough over northwestern Iran, along with mid-tropospheric convergence, enhances subsidence and atmospheric stagnation in the lower levels. This process strengthens the intrusion of cold air from higher latitudes and ultimately leads to the formation of extreme cold waves over northwestern Iran
Keywords
Siberian High
Blocking
Cold Wave
European High Pressure
Northwestern Iran
جهانبخش، سعید؛ رضایی، سمیه؛ قاسمی، احمد رضا؛ تدینی، معمومه؛ 1390 . تحلیل سینوپتیکی یخبندان­های بهاره تبریز (مطالعۀ موردی: سرمای بهار 1382 و 1383) تحقیقات جغرافیایی. شماره 102 . صص: 24- 1.
دوستکامیان، مهدی، جلالی، مسعود، طاهریان زاده، اله مراد، 1396، تحلیل آماری- سینوپتیکی امواج سرمایشی و فراگیر شمال غرب ایران، پژوهش های جغرافیای طبیعی، دوره 49، شماره 4، صص 718- 699.
رضازاه، یعقوب، علیجانی، بهلول، 1396، تحلیل آماری سینوپتیکی امواج سرمایی خسارت بار شمال غرب ایران، جغرافیا و برنامه ریزی، شماره 61، صص 202- 183.
  شاهبایی کوتنایی، علی، 1393، تحلیل همدید موج های سرمای زمستانی در ایران، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم انسانی، گروه جغرافیا، دانشگاه زنجان، استاد راهنما دکتر حسین عساکره.
عزیزی، قاسم و یوسفی، حسن، 1384، زمانیابی ورود پرفشار سیبری به سواحل جنوبی دریای خزر، مجله مدرس، شماره 63- 64، صص 165- 149/
علیجانی، بهلول ؛ هوشیار، محمود؛ 1387 . شناسایی الگوهای سینوپتیکی سرماهای شدید شمال غرب ایران. پژوهشهای جغرافیای طبیعی. شماره 65 . صص: 16-1.
-فتاحی، ابراهیم؛ صالحی پاک، تهمینه، 1388، تحلیل الگوهای سینوپتیکی یخبندانهای زمستانه ایران، فصلنامه جغرافیا و توسعه . شماره 13، صص  136- 127.
کریمی، مصطفی، کاکی، سیف الله، 1397، تحلیل آماری-همدیدی الگوهای سرماهای فراگیر غرب ایران، مخاطرات محیط طبیعی سال هفتم، شماره 18، صص 188- 169.
کریمی، صادق؛ نگارش، حسین؛ طاوسی، تقی و علیجانی، بهلول، 1391، تحلیل همدید امواج سرماهای فراگیر ایران(موردی موج سرمای دی و بهمن 1383 استان چهارمحال و بختیاری)، جغرافیا و توسعه، شماره 29، صص 76- 55.
لشکری، حسن و کیخسروی، قاسم،  1387، تحلیل سینوپتیکی موج سرمای 15- 8 در ماه 1385 در ایران، مجله مدرس علوم انسانی، شماره 14، صص 177- 155.
مسعودیان، سید ابوالفضل؛ دارند، محمد؛ 1392 . تحلیل همدید یخبندان­های فراگیر و با دوام ایران. جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، شماره 50، صص: 144- 129.
مطلبی زاده، سلماز، 1394، شناسایی، طبقه بندی و تحلیل سینوپتیک امواج سرمایی منطقه شمال غرب ایران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده علوم انسانی، استاد راهنما، یوسف قویدل رحیمی.
یار مرادی، زهرا، کیخسروی، قاسم، نصیری، بهرز، 1397، بررسی امواج سرمای ناحیه غرب ایران، پژوهشهای دانش زمین، شماره 35، صص 67-51.
یارنال، برنت، 1390 ،  اقلیم شناسی همدید و کاربردهای آن در مطالعات محیطی، برگردان سیدابوالفضل مسعودیان، چاپ دوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان.
هژبرپور، قاسم، علیجانی، بهلول، 1386، تحلیل همدید یخبندانهای استان اردبیل، فصلنامه جغرافیا و توسعه، دوره 5، شماره 10، صص 106- 89.
References  
Aalijahan, Mehdi, Salahi, Bromand, Ghavidel Rahimi, Yousef , Farajzadeh Asl, Manuchehr, 2019, A new approach in temporal-spatial reconstruction and synoptic analysis of cold waves in the northwest of Iran, Theoretical and Applied Climatology,Vol.137, pp:341-352.
Ashcroft L.C. Pezza A.B. Simmonds I. (2009), Cold Events Over Southern Australia: Synoptic Climatology and Hemispheric Structure, Journal of Climate, Vol. 22, PP: 6679-6698.
Chang, J. 1972. Atmospheric Circulation Systems and Climates. Oriental Publishing Company, Hawaii.
Domonkos P, Kysely J, Piotrowicz K, Petrovic P, Likso T (2003) Variability of extreme temperature events in south-central Europe during the 20th century and its relationship with large-scale circulation. Int J Climatol 23(9):987–1010
Klein, W.H. 1957. The Frequency of Cyclones and Anticyclones in Relation to the Mean Circulation. Journal of Applied Meteorology. 15: 98-102.
Kostopoulou, E. and Jones, P. D, (2007), Comprehensive analysis of the climate variability in the eastern Mediterranean, Part II: relationships betwee atmospheric circulation patterns and surface climatic elements, Int. J. Climatol, 27: 1351-1371.
Kutiel, H. and Turkes, M, (2005), New evidence for the role of the North Sea-Caspian Patter on the temperature and precipitation regimes in continental central Turkey, Geografiska Annaler: Series A, Phys Geography, 87: 501- 513.
Muller, GV. and Berri GJ (2007), Atmospheric Circulation Associated with Persistent Generalized Frosts in Central-Southern South America, Mon. Wea. Rev. 135, 4, 1268-1289.
Ninomiya, K, Nishimura T, Suzuki T, Matsumura, S (2006), Polar-air outbreak and air-mass transformation over the east coast of Asia as simulated by an AGCM. J Meteor Soc Japan No. 84: 47–68.
Pettersen, S. 1950. Some Aspects of the General Circulation of the Atmosphere. Centenary Proceedings. R. M. S: 120-155.
Takahashi H (1990) Migration of the cold air mass related to rain belt formation of the Chinese continent and atmospheric systems during the Baiu season (in apanese). Geographical Rev Japan Series A 64: 10–24.
Tannehill IR (1982) Severe cold waves on the Texsas coast. MonWeather Rev 56(2):41–47.