برگزیده های پرشین تولز

آموزش مباني پايه آب و هوا و اقليم شناسي PWG

mehrdad_sh

کاربر فعال پرشین تولز
کاربر فعال
تاریخ عضویت
13 ژوئن 2011
نوشته‌ها
392
لایک‌ها
52,239
محل سکونت
TEHRAN
بسم الله الرحمن الرحيم
در اين تاپيك به ارائه مباني پايه آب و هوا و اقليم شناسي خواهيم پرداخت.

74457921999671342557.png
 
Last edited:

mehrdad_sh

کاربر فعال پرشین تولز
کاربر فعال
تاریخ عضویت
13 ژوئن 2011
نوشته‌ها
392
لایک‌ها
52,239
محل سکونت
TEHRAN
مقدمه

اجزا سیاره زمین:

  • لیتوسفر یا قسمت خشکی زمین
  • هیدروسفر یا قسمت آبی سیاره
  • اتمسفر(جو یا هواسپهر) یا جزء گازی زمین
00852006294518185046.png

آن بخش از علوم زمین را که به مطالعه اتمسفریا جوسیاره زمین می پردازد، علوم اتمسفری (Atmospheric science)می‌نامند. شاخصترین این علوم "هواشناسی (Meteorology) " و "آب و هواشناسی (Climatology) " است.

تعریف هواشناسی و اقلیم شناسی:
  • هواشناسی: این علم تغییرات کوتاه مدت عناصر جوی مانند دما، رطوبت، بارندگی، فشار، باد، تشعشع و... را مورد بررسی قرار می دهد. دامنه زمانی بررسی های هواشناسی ممکن است از چند ساعت تا چند روز متغیر باشد.
  • اقلیم شناسی: این علم مطالعه و شناخت رفتار سازه های جوی در دراز مدت را مورد بررسی قرار می دهد. (حداقل میزان اطلاعات مورد نیاز جهت مطالعات اقلیمی، یک دوره آماری 30 ساله می باشد).
تفاوت هواشناسی (Meteorology) و اقلیم شناسی (آب و‌هواشناسی Climatology)

1- هواشناسی، هوا را و اقلیم شناسی، آب و هوا را شناسایی و تبیین می کند.

2- هواشناسی وضعیت جوی را به طور عام و برای یک لحظه بررسی می کند اما آب و هوا‌شناسی تیپ هوای غالب یک مکان معین را در دوره طولانی مطالعه و تفاوتهای آب و هوایی مکانها را کشف می کند.

3- هدف هواشناسی شناخت مطلق و عام اتمسفر و تغییرات آن است ولی در آب و هواشناسی سعی می‌شود با شناخت آب و هوای هر منطقه، تأثیرهای آب و هوایی آن بر روی فعالیتهای انسانی مشخص شود.

4- هواشناس وضع هوا را در کوتاه مدت پیش‌بینی می کند اما آب و هواشناس براساس عوامل به وجود آورنده آب و هوا، پدید آمدن آب و هوای خاصی را در مکانی خاص و با توجه به تاثیر آن در زندگی انسانها، پیش بینی می کند.

5- ابزار شناسایی و توجیه هواشناس، اصول و قوانین و مدلهای فیزیکی و دینامیکی است. اما ابزار آب و هواشناس، علاوه بر اصول علم هواشناسی، اصول و مفاهیم جغرافیای نیز هست.

تعریف عناصر اقلیمی و عوامل اقلیمی:
  • عناصر اقلیمی (عناصر جوی): پدیده هایی نظیر فشار، باد، درجه حرارت و بارندگی ... عناصر اقلیمی هستند.
  • عوامل اقلیمی: عرض جغرافیایی، دوری و نزدیکی به دریاها، ارتفاع، ناهمواریها، مراکز پرفشار و کم فشار جزء عوامل اقلیمی هستند.
برخی شاخه های علوم جوی
  • هواشناسی فیزیکی: بررسی ویژگیها و منشا تغییرات عوامل آب و هوا را مد نظر دارد.
  • هواشناسی دینامیکی: به مطالعه توده‌های هوا و بررسی عوامل انرژی مجموعه اتمسفر و یا جریانات اتمسفری می‌پردازد.
  • هواشناسی اتمسفر آزاد: پدیده‌های اتمسفر را از سطح زمین تا ارتفاعات بیشتر مطالعه می‌کند.
  • هواشناسی هوانوردی: هواپیمائی یا هوانوردی یا ترابری هوائی به فعالیتهائی اشاره می کند که شامل پرواز مکانیکی و صنعت وسائل ترابری هوائی می شود و وسیله ترابری هوائی، شامل انواع بال ثابت (هواپیما)، بال چرخان (بالگرد)، و نیز وسائل ترابری هوائی سبکتر از هوا مانند بالونها و کشتی های هوائی (هواناو نیز نامیده می شود) می شوند.
  • هواشناسی مهندسی
  • هیدروکلیماتولوژی
  • هواشناسی زیستی
  • هواشناسی کشاورزی
 
Last edited:

mehrdad_sh

کاربر فعال پرشین تولز
کاربر فعال
تاریخ عضویت
13 ژوئن 2011
نوشته‌ها
392
لایک‌ها
52,239
محل سکونت
TEHRAN
اتمسفر در واقع یک نوع سیال است که اطراف کره زمین را احاطه نموده و از نظر اجزا تشکیل دهنده آن ( ابر ها)، پروفیل دما، فشار و حرکات افقی و عمودی (باد) مرتبا در حال تغییر است.
انرژی دریافتی زمین از خورشید همواره تحت تاثیر دو فاکتور خصوصیات اتمسفر و هندسه زمین-خورشید قرار دارد. در این جلسه تنها به خصوصیات اتمسفر می پردازیم که شامل موارد زیر است:

1- ترکیبات اتمسفر
2- مقیاس دما
3- ساختار حرارتی جو
4- چگالی اتمسفر
5- فشار اتمسفر
6- واحد های فشار و فشار در بالای سطح دریا
7- تغییرات عمودی در چگالی و فشار

ترکیبات، ویژگی ها و آلاینده های جو زمین
  • ترکیبات اولیه جو زمین (هیدروژن و هلیم)
  • تکوین جو زمین: سرد شدن پوسته زمین ← آغاز فعالیت زمین از دیدگاه زمین شناسی← وارد شدن گازهایی مانند N2، CO2 و H2O به جو زمین در اثر فعالیت های آتشفشانی ← خروج تدریجی گازهای H2 و He از حوزه گرانش زمین به علت سبکی ← کاهش فعالیت های آتشفشانی و سرد شدن تدریجی آتمسفر← تراکم بخار آب و ریزش باران ← آغاز چرخه هیدرولوژی و پیدایش رودخانه ها، دریا و اقیانوس ← پیدایش گیاهان آبزی و انجام عمل فتوسنتز← ورود O2 به جو زمین.
18431922540200926906.jpg

اجزای تشکیل دهنده اتمسفر
  • گازهای ثابت: نیتروژن، اکسیژن، آرگن و ...( 99 درصد ترکیبات اتمسفر تغییرات بسیار اندکی در مقیاس های زمانی مرتبط با آب و هوا دارند)
  • گازهای متغیر: دی اکسید کربن، بخار آب، ازن، متان اکسید نیتروژن و ...(در تغییرات آب و هوایی و اقلیمی نقش بسیار مهمی دارند)
67189318514051671074.png

گاز های متغیر

دی اکسید کربن
85163976270898342105.png

58325588145239638996.png

بخار آب
  • بخشی از سیکل هیرولوژی است: غلظت بسیار متغیر است
  • توانایی جذب گرمای تشعشع یافته توسط زمین را دارد: گاز های گلخانه ای
  • انرژی خورشیدی ورودی به زمین را تحت تاثیر قرار می دهد.
  • تاثیر زیادی بر گرمای نهان دارد ( تامین کننده انرژی لازم برای آشفتگی های اتمسفر)
متان
  • احشام
  • تجزیه زباله های ارگانیک
  • تولید و انتقال گاز های طبیعی، نفت و ذغال سنگ
76733007290210456706.png
ازن

در دوسطح از جو وجود دارد:

1) در سطح نزدیک زمین: بعنوان آلودگی (دود)
2) در سطوح بالایی جو: ازن استراتوسفریک: تشعشع خورشیدی (uv) را جذب می کند.

ضخامت لایه ازن:
ضخامت استاندارد لایه ازن تقریبا 3 میلی متر است. لایه ازن در منطقه مداری 23.5 شمالی تا 23.5 درجه جنوبی نازک بوده اما در زمستان و بهار یک کاهش زیاد در مقدار مولکول های ازن در منطقه قطبی 60 تا 75 درجه جنوبی مشاهده می شود.

44192587130107131263.png

  • ازن موجود در جو عموما در لایه استراتوسفر تمرکز یافته است (15 تا 35 کیلومتری سطح زمین). غلظت ازن در فاصله حدود 25 کیلومتری سطح زمین به بیشترین مقدار خود (12ppm) می رسد.
  • اشعۀ ماورای بنفش خورشید در لایه های 80 تا 100 کیلومتری سبب تجزیه اکسیژن می شود. این اتمهای جدا شده با مولکولهای اکسیژن ترکیب شده و گاز اُزن را تشکیل می دهند. گازن اُزن در ارتفاع 30 تا 60 کیلومتری که احتمال برخورد بین O و O2 زیاد است تشکیل می شود.
  • عوامل تخریب لایه ازن: گاز اکسید نیتریک حاصل از پرواز هواپیماهای مافوق صوت تجاری و حاصل از کاربرد کودهای شیمیایی ازته، گاز کلروفلوئورکربن حاصل از تولید قوطی های اسپری و گاز یخچال.
منبع تولید و محل مصرف برخی از گازهای اتمسفر
  • نیتروژن
تولید: فرآیند تجزیه و از بین رفتن مواد گیاهی و جانوری
مصرف: عموما توسط باکتری های خاک
  • اكسيژن
تولید: فرآیند فتوسنتز
مصرف: تجزیه مواد آلی، فرآیند اکسیداسیون، سوخت مواد فسیلی و تنفس جانداران
  • دي اكسيد كربن
تولید: فعالیت های آتشفشانی، سوخت کامل مواد فسیلی و یا اندام گیاهی، بازدم موجودات زنده و تنفس گیاهان
مصرف: فرآیند هوازدگی سنگها، فتوسنتز گیاهان، جذب توسط آب اقیانوس ها
 
Last edited:

Amoo Navid

Registered User
تاریخ عضویت
12 آگوست 2012
نوشته‌ها
345
لایک‌ها
27,114
محل سکونت
شهر دور
ساختار اتمسفر زمین

اتمسفر زمین را بر حسب چگونگی روند دما ، اختلاف چگالی ، تغییرات فشار ، تداخل گازها و سرانجام ویژگی های الکتریکی به لایه های متفاوتی به شرح زیر تقسیم می شود :
1- تروپوسفر
2- استراتوسفر
3- مزوسفر
4- یونوسفر
5- اگزوسفر

مرز بین لایه های فوق را پسوند پاوُز مشخص می کنند :
مثلا تروپوپاوُز ( مرز بین تروپسفر و استراتسفر ) و مزوپاوز ( مرز بین مزوسفر و یونسفر )
در پست های بعدی هر کدام از این لایه ها معرفی خواهند شد .
 

Amoo Navid

Registered User
تاریخ عضویت
12 آگوست 2012
نوشته‌ها
345
لایک‌ها
27,114
محل سکونت
شهر دور
1- تروپوسفر

تروپوسفر پایین ترین لایه اتمسفر است که خود از لایه های کوچکتری تشکیل شده است. وجه تمایز این لایه با دیگر لایه های اتمسفر، تجمع تمامی بخار آب جو زمین در آن است؛ به همین دلیل بسیاری از پدیده های جوی که با رطوبت ارتباط دارند و عاملی تعیین کننده در وضعیت هوا به شمار می آیند (از قبیل ابر، باران، برف، مه و رعد و برق) تنها در این لایه رخ می دهند. منبع حرارتی لایه تروپوسفر انرژی تابشی سطح زمین است. از این رو با افزایش ارتفاع با کاهش دما مواجه خواهیم بود.

ضخامت تروپوسفر، از شرایط حرارتی متفاوتی که در عرضهای جغرافیایی مختلف حاکم است تبعیت می کند. این ضخامت معمولاً از 17 تا 18 کیلومتر در استوا ، به 10 تا 11 کیلومتر در مناطق معتدل و 7 تا 8 کیلومتر در قطبها تغییر می کند.
دمای تروپوپاوز ( مزر تروپوسفر و استراتوسفر ) از حدود 40- درجه سلسیوس در قطب ها به 56- درجه سلسیوس در مناطق معتدل ، تا 80- الی 90- درجه سلسیوس در استوا تغییر می کند .
حرکات قائم و افقی هوا در تروپوسفر نسبت به لایه های بالاتر از آن در اتمسفر بسیار شدیدتر است ، این شدت تداخل بیشتر گازها را در این لایه میسر می کند و باعث می شود که نسبت ترکیبات جو تا ارتفاع بسیار پیوسته ثابت بماند .
در تروپسفر جهت بادها به تبعیت از حرکت وضعی زمین ، از غرب به شرق است و سرعت آن ها با افزایش ارتفاع از سطح زمین ، معمولا زیاد می شود ( به دلیل کاهش اصطکاک ) در زیر تروپوپاوز و گاهی لایه های پایین استراتوسفر ، هسته های باریکی از سرعت به نام رودباد تشکیل می شود که سرعت آن ها گهگاه به حدود 300 گره ( حدود 550 کیلومتر بر ساعت ) می رسد ( ایشنبرگر ، 1962 )
این رودبادها که طی جنگ جهانی دوم کشف شدند ، در هدایت سیستم های فشار لایه های پایین اتمسفر زمین و نیز در هوانوردی اهمیت بسیاری دارند .
خود لایه تروپوسفر بر اساس ویژگی های حرارتی و رطوبت به لایه هایی نظیر بیوسفر و پپلوسفر تقسیم می شود . که به دلیل اهمیت لایه اصطکاک ( پپلوسفر ) در اقلیم شناسی و هواشناسی به بعضی ویژگی های آن در ادامه اشاره خواهد شد .
 

Amoo Navid

Registered User
تاریخ عضویت
12 آگوست 2012
نوشته‌ها
345
لایک‌ها
27,114
محل سکونت
شهر دور
1-1 پپلوسفر
اشنایدر کاریوس ( 1953 ) اقلیم شناسی آلمانی با بررسی لایه ای که اکثرا تا یکی دو کیلومتری سطح زمین وجود دارد و با پوششی غبار آلود مشخص می شود ، آن را از لایه های فوقانی اتمسفر تفکیک کرد و به آن نام پپلوسفر ( لایه اصطکاک ) داد .
او با تحلیل نمودارهای آیرودینامیک و مقایسه تغییرات دما و رطوبت در قسمت های پایینی تروپوسفر توانسته است انواعی از این لایه را که در فرایندهای مربوط به روند تحولات هوا و چگونگی شکل گیری اقلیم مناطق مختلف اهمیت بسیار دارند ، شناسایی کند . در ایجاد شکلهای گوناگون پپلوسفر ، نقش اصطکاک سطح زمین از یک طرف و جا به جایی های همرفتی از طرف دیگر ، که تاثیر مشترک و همزمان دارند ، بسیار است ، در نتیجه فرایندهای حاصل از اصطکاک و همرفت ، در حوالی سطح زمین فضایی بدون ابر به وجود می آید که روی آن را ( غبار ) اشغال می کند .
ارتفاع حضور پپلوسفر ( پپلوپاوز ) بسیار متغیر است و از 200 متری تا 3 کیلومتری سطح زمین تغییر می کند ، کاهش دما هم روند عادی خود را با افزایش ارتفاع در آن طی می کند .
انواع عمده پپلوسفر را بر اساس ساختار آن چنین تشخیص داده اند :
1- لایه وارونگی : مرز غبار یا پپلو پاوز ، حداکثر سرعت باد ، ارتفاع 200 تا 500 سطح زمین ، افزای دما با افزایش ارتفاع ( بر خلاف معمول ) و تشکیل لایه وارونگی ، هوا غبار آلود و تشکیل مه زمینی
2- مه مرتفع : روند کاهش دما در 100 تا 200 متر ابتدایی عادی ، لایه های غبار آلود و فاقد ابر را به وجود می آورد ، در ارتفاع 600 تا 900 متری با تضعیف روند کاهشی دما زمینه ای برای تشکیل ابرهای استراتوس کم ارتفاع در آن به وجود می آید .
3- معمولی : لایه اصطکاک و لایه همرفتی به ترتیب روی هم قرار می گیرد و شرایط متفاوتی در مورد هر یک وجود دارد . لایه پایینی فاقد گرد و غبار و لایه بالایی معمولا غبار آلود است .
4- همرفت : در این پپلوسفر و در قسمت فوقانی لایه اصطکاکی که با حداکثر سرعت باد توام است کمابیش ابرهای جوششی ( از نوع کومولوس ) تشکیل می شوند .
5- متلاطم : بیشترین ضخامت پپلوسفر در این نوع از آن وجود دارد ( 3 کیلومتر و بیشتر ) ، که این ناشی از رشد بیش از حد لایه همرفتی است .
 

Amoo Navid

Registered User
تاریخ عضویت
12 آگوست 2012
نوشته‌ها
345
لایک‌ها
27,114
محل سکونت
شهر دور
2- استراتوسفر
استراتوسفر لایه ای از جو زمین است که در بالای لایه تراپوسفر قرار دارد.
استراتوسفر در بالای تراپوسفر ودرست در زیر مزوسفر قرار دارد.در داخل این لایه دما با افزایش ارتفاع افزایش می یابد که بالا ترین منطقه آن دمایی در حدود 270 درجه کلوین دارد.
استراتوسفر ناحیه ای است که فعالیتهای شدیدی از جمله فعالیتهای تشعشعی، دینامیکی و فرآیندهای شیمیایی در آن رخ می دهد. آمیزش افقی ترکیبات گازی بیشتر و سریعتر از آمیزش عمودی آنهاست.
استراتوسفر به خاطر جذب اشعه فرابنفش خورشید توسط لایه اوزون گرمتر از قسمت بالایی تراپوسفر است.
فرایندهای اتمسفری و تظاهراتی که تحت عنوان ( چگونگی یا وضع هوا ) شناخته می شوند تا حدود زیادی به به تروپسفر محدود است . اما از لایه استراتوسفر هم تاثیر می پذیرد .
مثلا افزایش شدید تابش ماورای بنفش ، به هنگام طغیان های سطح خورسید ، به شدت استراتوسفر را گرم می کند و تحولات قابل ملاحظه ای در وضعیت هوا به وجود می آورد ، همچنین پدیده های الکتریکی در اتمسفر پایین ، فعل و انفعالات فتوشیمیایی ، پخش و انتشار امواج رادیویی ، مستقیما با چگونگی وضعیت اتمسفر بالایی ارتباط دارد .
با توجه به میانگین روزانه روند دما در درازمدت ، دو لایه متفاوت را در استراتوسفر تشخیص داده اند . معمولا از ارتفاع 11 تا حدود 25 کیلومتری استراتوسفر دما ثابت است ( وضعیت ایزوترمی ) و مقدار آن در حد 56- درجه سلسیوس باقی می ماند . در بالاتر از این ارتفاع به علت جذب بخشی از تابش ماورای بنفش خورشید که به وسیله ازن صورت می گیرد ، دما تا ارتفاع 50 کیلومتری ، تا به صفر درجه سانتی گراد افزایش می یابد . این لایه از اتمسفر را اُزُنسفر نیز می نامند . و مرز آن با لایه بالایی ( مزوسفر ) را استراتوپاوُز می نامند .
در استراتوسفر به ندرت ابر تشکیل می شود و تنها در شرایط ویژه ای ممکن است ابرهای کوهستانی ، به نام ابرهای مرواریدی ، در ارتفاع 21 تا 29 کیلومتر از سطح زمین ظاهر شوند که علت وجود آن ها حرکات موجی هوا روی موانع است . گاهی این ابرها در اروپا در شرایط دمای خیلی پایین ( معمولا 82- درجه سلسیوس ) بر فراز کوهستان های اسکاتلند و نروژ به وجود می آیند ( لیلیه کویست ، 1986 )
 
بالا