هواشناسی

[جواد كاظميان]

آشنايي با فشار هوا
فشار هوا نيرويي است كه هوا بر يك واحد از سطح زمين وارد مي كند و مقدار آن در سطح درياي آزاد، برابر است با وزن ستوني از جيوه به ارتفاع 76 سانتيمتر. واحد اندازه گيري فشار هوا در آب و هواشناسي ميلي بار يا هكتوپاسكال مي باشد؛ هر ميلي بار يا هكتوپاسكال برابر با 1000 دين بر سانتي متر مربع مي باشد فشار ستون هوا در سطح درياي آزاد 1013 هكتوپاسكال بر سانتي متر مربع مي باشد.



از آنجا كه تراكم هوا با ارتفاع كاهش مي يابد، با افزايش ارتفاع فشار هوا نيز كم مي شود، اما تغيير فشار برحسب ارتفاع چندان منظم نيست؛ به طور كلي تا ارتفاع 1500 متري سطح زمين به ازاي هر 100 متر افزايش ارتفاع، فشار هوا حدود 12 هكتوپاسكال كم مي شود. پراكندگي افقي فشار اتمسفر را با استفاده از خطوط هم فشار به صورت سطح هم فشار نشان مي دهند. خط هم فشار خطي است كه تمام نقاط با فشار يكسان را به هم مربوط مي كند. نقشه هاي هم فشار براي سطوح مختلف اتمسفر تهيه مي شود.

پراكندگي فشار در سطح زمين

تكرار حالتهاي لحظه اي هوا در دراز مدت در پراكندگي فشار، الگويي ميانگين را نشان مي دهد كه كمابيش انعكاس تاثيرهاي گردش عمومي جو است، در نقشه هاي ميانگين فشار نمود هاي زودگذر و نادر ديده نمي شود و در مقابل نمود هاي عمده و غالب چه در مقياس محلي و چه در مقياس جهاني جلوه مي كنند؛ بنابراين مطالعه نقشه هاي ميانگين فشار اگر چه در كاربرد موضعي يا كوتاه مدت چندان كارآمد نيست اما براي شناخت نمود هاي عمده و غالب گردش عمومي هوا مهم است.

مراكز عمده فشار در سطح زمين به تبعيت از سيستم نصف النهاري گردش عمومي هوا، از استوا تا قطب به صورت كمربندهاي مداري متناوبي جلوه مي كند؛ اما وضعيت خشكي و دريا در نيمكره شمالي اين منظم را به هم مي زند و مراكز ياد شده را به صورت سلولهاي جدا از هم در مي آورد.

نتيجه گردش عمومي هوا در دراز مدت، وجود كمربندهاي كم فشار در استوا، پر فشار در منطقه جنب حاره كم فشار در منطقه معتدله و احتمالا در منطقه قطبي است.

[جواد كاظميان]

اتمسفر زمين را بر حسب چگونگي روند دما، اختلاف چگالي، تغييرات فشار، تداخل گازها و سرانجام ويژگيهاي الكتريكي به لايه‌هاي زير تقسيم كرده‌اند:



1- تروپوسفر (Troposphere)

2- استراتوسفر (Stratosphere)

3- مزوسفر (Mesosphere)

4- يونسفر (Ionosphere)

5- اگزوسفر (Exosphere)

1- تروپوسفر

تروپوسفر پايين ترين لايه اتمسفر است كه خود از لايه هاي كوچكتري تشكيل شده است.

وجه تمايز اين لايه با ديگر لايه هاي اتمسفر، تجمع تمامي بخار آب جو زمين در آن است؛ به همين دليل بسياري از پديده هاي جوي كه با رطوبت ارتباط دارند و عاملي تعيين كننده در وضعيت هوا به شمار مي آيند (از قبيل ابر، باران، برف، مه و رعد و برق) تنها در اين لايه رخ مي دهند.

منبع حرارتي لايه تروپوسفر انرژي تابشي سطح زمين است. از اين رو با افزايش ارتفاع با كاهش دما مواجه خواهيم بود.

ضخامت تروپوسفر، از شرايط حرارتي متفاوتي كه در عرضهاي جغرافيايي مختلف حاكم است تبعيت مي كند. اين ضخامت معمولاً از 17 تا 18 كيلومتر در استوا به 10 تا 11 كيلومتر در مناطق معتدل و 7 تا 8 كيلومتر در قطبها تغيير مي كند.

2- استراتوسفر

لايه استراتوسفر بر روي لايه تروپوسفر قرار دارد و ضخامت متوسط آن حدود 23 كيلومتر است. در 3 كيلومتر اول استراتوسفر، دماي هوا ثابت است اما در قسمتهاي بالاتر دماي هوا با ارتفاع افزايش مي يابد.

در استراتوسفر به ندرت ابر تشكيل مي شود و تنها در شرايط ويژه اي ممكن است ابرهاي كوهستاني به نام ابرهاي مرواريدي در ارتفاع 21 تا 29 كيلومتري از سطح زمين ظاهر شوند كه علت وجود آنها حركات موجي شكل هوا از سوي موانع مي باشد.

از ديگر ويژگيهاي مهم استراتوسفر وجود ازن در اين لايه است كه بخصوص در ارتفاع 20 تا 30 كيلومتري سطح زمين بر اثر واكنشهاي مختلف فتوشيميايي بدست مي آيد. مقدار ازن در اين لايه معمولاً روند فصلي دارد حداكثر آن در بهار و حداقل آن در پاييز مشاهده مي شود.

3- مزوسفر

در بالاي لايه گرم ازن لايه مزوسفر قرار دارد كه دما در آن متناسب با افزايش ارتفاع با آهنگ 3/0 سانتيگراد به ازاي هر 100 متر كاهش مي يابد به طوريكه دما در مرز فوقاني آن در ارتفاع 80 تا 90 كيلومتري به 80- درجه سانتيگراد مي رسد. و نتيجه اين دماي پايين انجماد بخار آب ناچيز موجود در اين لايه است كه باعث بوجود آمدن ابرهاي شب تاب مي شوند. اين ابرها درتابستان و در عرضهاي بالا ديده مي شوند. مزوسفر سردترين لايه اتمسفر تلقي مي شود.

4 - يونوسفر

از بخش فوقاني مزوسفر تا ارتفاع تقريبي 1000 كيلومتري اتمسفر زمين، بار الكتريكي شديدي حاكم است كه زاييده وجود يونها و الكترونهاي آزاد است. در حقيقت پرتوهاي پر انرژي خورشيد كه از فضاي خارج به طبقات بالايي اتمسفر وارد مي شوند باعث گسستگي پيوند يا يونيزاسيون مولكولها و اتمها مي شوند. بر اثر يونيزاسيون، الكترون آزاد مي شود و باقي مانده اتم به صورت يون در مي آيد؛ به همين علت اين لايه از جو را يونوسفر ناميده اند.

شدت يونيزاسيون در تمام ارتفاعات يونسفر يكسان نيست؛ بنابراين لايه هاي متفاوت با تراكم الكترون و يون متفاوت با ارتفاعات مجاور خود در يونسفر وجود دارد؛

اين لايه ها در ارتباطات راديويي اهميت بسياري دارند. اين لايه ها عبارتند از لايه هاي D,E,F .

5 - اگزوسفر

شرايط موجود در يونوسفر در اين لايه نيز حاكم است؛ بدين معني كه گازها در اين لايه همچنان قابليت هدايت الكتريكي خود را حفظ مي كنند. سرعت ذرات در اين لايه بسيار زياد است و در مواردي به 2/11 كيلومتر در ثانيه مي رسد.

اگزوسفر لايه گذار جو به فضاي كيهاني به شمار مي آيد كه بخش فوقاني آن را در ارتفاع بيش از سه هزار كيلومتري از سطح زمين برآورد كرده اند.

[جواد كاظميان]

خورشيد تنها ستاره منظومه شمسى مى باشد كه كرات وسيارات در اطراف آن مى چرخند و از انرژى آن استفاده مى كنند.زمين نيز يكى از كراتى است كه در أطراف خورشيد در حال حركت است .

فاصله ميان زمين و خورشيد حدود 149.800.000كيلومتر مى باشد ، كه در اين فاصله،زمين حدود 9^10×95/1 وات انرژى ازخورشيد دريافت مى كند كه ما تنها كسرى از آن (0000002/0) را استفاده مى كنيم . نور خورشيد 27/8 دقيقه طول مى كشد كه به زمين برسد.از صد در صد نورى كه به زمين مى تابد تنها 30% آن بر اثر ذرات و مولكول هاى موجود در لايه هاى بالايى منعكس مى شوند بقيّه آن ها از لايه ها زمين عبور مى كنند و به زمين مى رسند.در واقع مى توان به جرأت گفت كه حدود99%انرژى كه به زمين مى رسد از خورشيد وبقيه آن از ماه و كرات ديگر مى باشد.

نور سفيد خورشيد از ميلياردها ميليارد رنگ تشكيل شده است كه هر كدام از اين رنگ ها داراى طول موج و انرژى مخصوص به خود مى باشند، وما هنگامى كه اين نور را تفكيك مى كنيم به هفت رنگ تجزيه مى شوند كه هر كدام از اين رنگ ها از ميلياردها رنگ تشكيل شده اند...

پرتوهاى فوق بنفش داراى طول موج كوتاه و انرژى زياد مى باشند .پرتوهاى فوق بنفش با انرژى زيادى كه دارند براى تمام موجودات زنده خطرناك مى باشند وموجب سرطان پوست يا آفتاب سوختگى مى شوند .

خوشبختانه زمين در برابر اين پرتوى خطرناك، محافظى بنام لايه اوزون دارد كه از ورود پرتوهاى خطرناك به سطح زمين جلوگيرى مى كند. قبل از آنكه به بحث درباره برخورد پرتوهاى فوق بنفش و مولكول ها اوزون بپردازيم ابتدا به اطلاعاتى درمورد اوزون مى پردازيم.

اوزون چيست؟

دانشمندان لايه ها زمين را به چهار قسمت تقسيم مى كنند :

1 - تروپوسفر (كه نسبت به سطح دريا 12تا15 كيلومترارتفاع دارد)

2 - استراتوسفر

3 - مزوسفر

4 - تروموسفر (خارجى ترين لايه زمين)

مولكول اوزون (o3)از يك مولكول اكسيژن و يك اتم اكسيژن كه ناپايدار و واكنش پذير مى باشد، تشكيل شده است . پيوند ميان مولكول اكسيژن و اتم اكسيژن در مولكول اوزون بسيار ضعيف مى باشد و ممكن است با كوچكترين برخورد از هم جدا ويا با دريافت كوچكترين انرژى به حالت اوليه خود برگردند . لايه اوزون در لايه استراتوسفر زمين قرار دارد .در شب ها به دليل عدم دسترسى به انرژى تابشى خورشيد، ضخامت لايه اوزون كمتر از ضخامت آن در روز ها مى باشد. هنگامى كه پرتوهاى فوق بنفش به مولكول ها اوزون برخورد مى كنند، پرتو هاى فوق ـ بنفش مقدار زيادى از انرژى خود را از دست مى دهند وبه پرتو هاى فرو سرخ تبديل مى شوند ، و همچنين بر اثر اين برخورد ، مولكول اوزون به مولكول اكسيژن واتم اكسيژن تبديل مى شود و با تابش مجدد نور خورشيد ، مولكول اوزون دوباره پديدار مى شود.

مولكول هاى اوزون هرچند كه براى ما مفيد هستند اما وجود آن ها در لايه تروپوسفر (لايه اى كه ما در آن زندگى مى كنيم) بسيار خطرناك مى باشند.

نيتروژن هاى پراكسيد خارج شده از اگزوز موتورهاى ديزلى بر اثر تابش نور خورشيد (عمل فتو شيميايى) با مولكول هاى اكسيژن واكنش مى دهند و مولكول هاى اوزون را پديدار مى كنند . چون در مولكول هاى اوزون اتم هاى اكسيژن فعال (راديكالى) وجود دارد ، تنفس آن ،موجب اختلال در دستگاه تنفسى مى شود .

*حفره اوزون* تا سال 1980ميلادى از سوراخى لايه اوزون خبرى نبود ؛ اما در سال 1985م ، دانشمندان از نازك شدن لايه اوزون در قطب جنوب خبر دادند. در آن زمان با تحقيقات انجام شده علت نابودى مولكول هاى اوزون را ،گاز هاى cfc (كلر و فلوئور و كربن) مى دانستند. گاز هاى cfc بعنوان گاز هاى خنك كننده در يخچال ها ،كولرها و همچنين در مواد پلاستيكى مورد استفاده قرار مى گيرند . در cfc ها اتم هاى كلر ناپايدار و واكنش پذير مى باشند و هنگامى كه گاز هاى cfc به لايه هاى بالا مى روند ، در لايه هاى بالا بر اثر برخورد با نور خورشيد ،گاز هاى كلر آزاد مى شوند. اتم هاى كلر در لايه استراتوسفر با مولكول هاى اوزون واكنش مى دهند. هر اتم كلر به تنهايى مى تواند 100.000 مولكول اوزون را از بين ببرد . به همين دليل در گستره جهانى ،در سازمان ملل متحد ،در معاهده اى بنام معاهده مونترال كشورها متعهد شدند كه از توليد و فروش گاز هاى cfc خوددارى كنند ،و همچنين به كشور هاى فقير اين امكان را بدهند كه بجاى استفاده از گاز هاى cfc ، از گاز هاى خنك كننده ديگرى استفاده كنند. ما مى دانيم كه بيشترين كشور هاى صنعتى در نيم كره شمالى قرار دارند ، پس چرا در قطب جنوب لايه اوزون سوراخ شده است ؟! براي پاسخ به اين سوال ، پژوهش هاي زيادي انجام شده است كه بعضي از اين پژوهش ها تاكنون در دست تحقيق است .

اخيراً دانشمندان علت ايجاد حفره در لايه اوزون را گرداب هاي سنگين ، كه در قطب جنوب جريان دارند ، مي دانند . در زمستان در طول شبهاي قطبي، نور خورشيد درتمام سطح قطب جنوب در دسترس نيست ، به همين دليل در اين قطب در لايه استراتوسفر طوفان هاى سنگيني گسترش مى يابند كه به آن ها "گرداب قطبي"(polar vortex) مى گويند . گرداب قطبي مي تواند ذرات سازنده هوا را تجزيه كند .

اين گرداب ها باعث ايجاد ابرهاى سردي مي شوند كه بر فراز قطب جنوب جريان مي يابند. كه به اين ابرها "ابر استراتوسفر قطبي" (polar stratosphere cloud) مي گويند.اختصار آن psc است. Pscها بسيار سرد هستند و دماي آن ها حدود 80- سيلسيوس است.* Psc از نيتريك اسيد تري هيدرات (nitric acid trihydrate) تشكيل شده است و با ابرهايي كه ما آن ها را در آسمان مي بينيم كاملاً متفاوتند. پس اين ابرهاي اسيدي مي توانند لايه اوزون را تخريب كنند. "بنايراين با استناد به تحقيقات انجام يافته ،موارد زير را مي توان از عوامل موثر در تخريب لايه اوزون دانست:

1 - حور زمين به گونه اى مى باشد كه نور خورشيد به قطب شمال بيشتر از قطب جنوب مى تابد به همين دليل ضخامت لايه اوزون در قطب شمال بيشتراز ضخامت آن در قطب جنوب مى باشد ( زيرا ما گفتيم كه پيوند ميان مولكول اكسيژن و اتم اكسيژن در مولكول اوزون بسيار ضعيف مى باشد و ممكن است با كوچكترين برخورد از هم جدا ويا با دريافت كوچكترين انرژى(مانند انرژى تابشى خورشيد ) به حالت اوليه خود برگردند)

2 - از مورد دوم نتيجه مى گيريم كه هواى قطب جنوب سردتر از هواى قطب شمال مى باشد ، بنابراين هواى گرم هنگامى كه بر اثر جريان هايى به قطب جنوب مى روند ، چون سبك مى باشند ،به سمت بالا مى روند و موجب نابودى لايه هاى اوزون برفراز قطب جنوب مىشوند.

3 - در زمستان نور خورشيد كاملاً در تمام سطح قطب جنوب در دسترس نمي باشد، واين امر باعث كاهش دما و تشكيل ابرهاي psc مي شود .

4 - ابرهاي psc اسيدي هستند و به همين دليل آن ها به لايه اوزون آسيب مي رسانند."

علاقه مندان براي دريافت اطلاعات در مورد ابرهاي psc مي توانند به سايت هاي

[url]http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/glossary.html[/url]

[url]http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/part3.html[/url]
مراجعه كنند.

[جواد كاظميان]

ماهواره‌هاي آب و هوائي اولين بار توسط آمريكائي‌ها و در سال 1960 براي مشاهده و دريافت اطلاعات واقعي آب و هوائي به آسمان پرتاب گرديدند. در آگوست همين سال، نخستين تصوير زمين از فضا در روزنامه ملي ژئوگرافيك (Geographic) منتشر گرديد. از اين تاريخ به بعد، ماهواره‌هاي بيشتري به فضا پرتاب شدند.



همانطور كه زمين و ديگر سياره‌ها در مدار خاص خود به دور خورشيد مي‌گردند، ماهواره‌هاي مصنوعي نيز در مدارهاي خاصي در حال چرخش‌اند. انتخاب اين مدارها براي ماهواره‌ها به منظور و هدفي كه ماهواره به آن منظور به فضا پرتاب شده است بستگي دارد. مي‌توان مداري را انتخاب نمود كه در مسير قطب شمال و جنوب قرار مي‌گيرد و يا مداري كه حول خط استوا مي‌باشد و يا هر مداري ما بين اين دو حالت. همچنين در انتخاب مدار ماهواره عامل ارتفاع نيز مي‌تواند درنظر گرفته شود مثلا ارتفاعات هزاران مايلي بالاي زمين و يا ارتفاعات صدها مايلي. دو نوع اصلي ماهواره‌هاي آب و هوائي وجود دارد :

1 - ثابت زمين Geostationary

2 - مدار قطبي Polar Orbiting

ماهواره هاي Geostationary براي هشدارهاي كوتاه مدت و ماهواره‌هاي Polar Orbiting براي پيش بيني‌هاي بلند مدت تر بكار مي‌روند. هر دو نوع ماهواره‌ها براي ديده باني‌ كامل آب و هوائي جهان لازم هستند.

در اواخر دهه 70 نياز به ماهواره‌هائي كه 24 ساعته در روز بتوانند تصاوير ماهواره اي را تهيه نمايند احساس گرديد. ماهواره اي كه بتواند هر24 ساعت يكبار در مداري كه در ارتفاع 40000 كيلومتري بالاي خط استوا قرار دارد و با سرعتي كه با سرعت زمين برابر مي باشد به دور زمين بچرخند. اين نوع ماهواره ها، ماهواره هاي زمينآهنگ ناميده مي شوند.

از آنجاييكه سرعت چرخش اين ماهواره ها به دور زمين با سرعت چرخش زمين متناسب مي باشد، اين ماهواره‌ها نسبت به يك موقعيت روي سطح زمين ثابت باقي مي مانند و به اين دليل كه زمين نيز در روز يكبار به دور محورش مي‌گردد آن ها نيز يكبار در روز مدار خود را طي مي‌كنند.

براي مثال دو ماهواره‌ Goes (ماهواره‌هاي محيطي- عملياتي ثابت زمين) جز ماهواره هاي زمين آهنگ هستند و در مدار زمين آهنگ (geosynchronous) دور زمين مي‌چرخند. در حداقل ارتفاع 36000 كيلومتري بالاي خط استوا قرار دارند.

اين ماهواره‌ها به طور پيوسته تصاوير دقيق ولي با جزئيات كم تهيه مي‌كنند و اين تصاوير را هر 30 دقيقه يكبار به زمين ارسال مي نمايند. ديده باني پيوسته اين ماهواره‌ها براي تجزيه و تحليل متمركز داده‌ها ضروري مي‌باشند. اين تصاوير بوسيله يك نرم افزار تجزيه و تحليل شده و بصورت پيوسته و گرافيكي تهيه مي شوند. به دليل است كه به عنوان مثال تصاويري كه از حركت ابرها نمايش داده مي شود، مربوط به 8 ساعت گذشته مي باشد.اين اطلاعات ارزشمند درباره نوع، جهت و بزرگي ابر مي تواند كار پيش بيني را بسيار ساده نمايد.

با توجه به اين كه اين ماهواره ها نسبت به يك موقعيت بر روي سطح زمين ثابت هستند قادرند در شرائط بد آب وهوائي مانند گردباد ،سيلاب ، طوفان‌هاي تگرگي و تندبادها هشدارهائي بدهند.

ماهواره هاي مدار ثابت مختلفي وجود دارد، براي مثال ماهواره ثابت زمين GMS براي استراليا و ژاپن،GOES8ه (GOES=Geostationary operational Environmental Satellites) براي آمريكاي شرقي،GOES 10 براي آمريكاي غربي،INS/Meteosat5 براي روسيه و هند و Meteosat7 براي اروپا نمونه‌ هايي از ماهواره‌هاي ثابت زمين مي‌باشند. البته ماهواره ها ي Meteosat تمام اروپا و افريقا را مي پوشانند.

دو ماهواره Meteosat و GOES تصاويري از ديگر ماهواره هاي ثابت زمين را نيز دوباره ارسال مي دارند اين امر موجب مي شود كه به عنوان مثال آب و هواي استراليا را بتوان در لندن يا شيكاگو مشاهده نمود.

ماهواره هاي زمين آهنگ با فركانس 1691MHzداده ها را ارسال مي دارند وبراي دريافت اطلاعات آن ها به ديش ثابت و كوچكي نياز مي باشد. اين ارسال WEFAX ناميده مي شود و چون از استاندارد بسيار بالايي برخوردار مي باشند تفاوت اندكي بين تصاوير اين ماهواره ها وجود دارد.

[جواد كاظميان]

هر ساله توفان هاى موسمى بسيار بزرگ كه تندبادهايى با سرعت بيش از 120 كيلومتر بر ساعت را ايجاد مى كنند، سراسر درياهاى گرمسيرى را درنورديده و به سوى خطوط ساحلى حركت مى كنند. اين امر غالباً باعث مى شود كه بخش هاى وسيعى از نوارهاى ساحلى در نقاط مختلف جهان دچار آسيب هاى جدى و فراوانى شوند. وقتى اين توفان هاى پى در پى كه در ميان ساكنين سواحل اقيانوس اطلس و سواحل شرقى اقيانوس آرام به نام Hurricane، در سواحل غربى اقيانوس آرام به نام Typhoon و در سواحل حاشيه اى اقيانوس هند به نام Cyclone معروف اند به نواحى پرجمعيت هجوم مى برند، ممكن است هزاران نفر كشته و ميلياردها دلار خسارت بر جاى گذارند. و هيچ چيز، مطلقاً هيچ چيز، در برابر آنها توان ايستادگى و مقاومت ندارد.



اما آيا اين نيروهاى مهيب طبيعت بايد براى هميشه از حيطه كنترل ما خارج باشند؟ من و همكاران محقق ام هرگز اينگونه نمى انديشيم. تيم تحقيقاتى ما از مدت ها پيش در پى يافتن پاسخ اين سئوال است كه چطور مى توان توفان ها را به مسيرهاى كم خطرتر هدايت كرد يا در غير اين صورت لااقل آنها را به جهات مختلف پراكنده ساخت. گرچه تحقق اين هدف بزرگ شايد براى دهه ها بعد قابل تصور باشد، اما نتايج تحقيقات ما نشان مى دهند كه مطالعه احتمالات متعدد در اين زمينه چندان آسان نخواهد بود.

براى برداشتن نخستين گام ها در مسير كنترل توفان ها، محققان بايد قادر باشند كه اولاً مسير جارى شدن يك توفان را با دقت فوق العاده زيادى پيش بينى كنند، ثانياً هويت تغييرات فيزيكى (از قبيل تغييرات دماى هوا) را كه بر رفتار توفان اثرگذار خواهند بود تشخيص دهند و ثالثاً راه هايى را براى تأثيرگذارى بر آن تغييرات پيدا كنند. اين كار اكنون در مراحل آغازين خود قرار دارد، اما شبيه سازى هاى كامپيوترى توفان ها كه طى چند سال گذشته با موفقيت قابل وصفى انجام شده اند به وضوح نشان مى دهند كه تعديل رفتار توفان ها بالاخره روزى ميسر خواهد بود. در اين ميان، چيزى كه بيش از هر چيز ديگر پيش بينى آب و هوا را مشكل مى سازد، حساسيت فوق العاده اتمسفر (جو زمين) به تحريكات كوچك است، اما همين امر مى تواند كليد واقعى دستيابى بشر به كنترلى باشد كه دائماً در جست وجوى آن است. نخستين تلاش تيم تحقيقاتى ما براى اثرگذارى بر مسير يك توفان شبيه سازى شده، به عنوان مثال، از طريق ايجاد تغييرات كوچك در كيفيت اوليه توفان، به طور قابل ملاحظه اى موفقيت آميز از كار درآمد و نتايج بعدى نيز همچنان روند مطلوب قبلى را تداوم بخشيده اند.

ماهيت توفان ها

براى اينكه ببينيم اساساً چرا توفان ها (Hurricanes) و ساير تندبادهاى گرمسيرى مى توانند مستعد پذيرش مداخله انسان باشند، بايد ماهيت و منشاء اصلى وقوع توفان ها را دريافت. توفان ها، به شكل دسته هايى از تندبادهاى همراه با آذرخش و صاعقه بر فراز اقيانوس هاى گرمسيرى ظاهر مى شوند. درياهاى واقع در عرض هاى جغرافيايى پايين دائماً حرارت و رطوبت زيادى را براى اتمسفر به ارمغان مى آورند و اين امر باعث مى شود تا هواى گرم و مرطوب فراوانى بر فراز سطح دريا تشكيل شود. وقتى اين هوا به سمت سطوح فوقانى جو حركت مى كند، بخار آب موجود در آن تقطير مى شود و بدان وسيله موجبات تشكيل ابرها و فرو ريختن انواع نزولات را فراهم مى سازد. تقطير بخار آب موجود در هوا باعث آزاد شدن حرارت در سطوح فوقانى جو مى شود و اين حرارت كه اصطلاحاً از آن به عنوان «گرماى نهان تقطير» نام برده مى شود، به همراه حرارت تابشى خورشيد كه اصلى ترين عامل تبخير آب در سطح اقيانوس محسوب مى شود، سبكى بيشترى را براى هوا به ارمغان آورده و باعث مى شوند تا هوا طى يك فرايند بازخوردى تقويتى (Feedback) آمادگى صعود به ارتفاعات بالاتر را پيدا كند. نهايتاً، فرود اين هواى گرمسيرى باعث سازماندهى تدريجى و تقويت سامانه اى مى شود كه به نوبه خود موجبات تشكيل «قطب مركزى سكون»اى را فراهم مى سازد كه يك توفان دريايى به دور آن مى چرخد. با رسيدن اين سامانه به زمين، منبع پايدار آب گرم توفان از آن جدا مى شود كه همين امر به تضعيف سريع توفان مى انجامد.

روياى كنترل توفاناز آنجايى كه توفان بيشتر انرژى اش را از حرارت آزاد شده در نتيجه تقطير بخار آب بر فراز اقيانوس (كه بعدها به تشكيل ابر و فرود نزولات جوى مى انجامد) به دست مى آورد، لذا نخستين چيزى كه محققان در روياهاى خويش براى پيش بينى زمان وقوع اين پديده هاى وهم آسا مجسم ساخته بودند، تلاش همه جانبه براى ايجاد تغيير در فرايند تقطير با استفاده از تكنيك هاى بارورسازى ابرها بود كه در دهه هاى دورتر به عنوان تنها راه عملى براى تأثيرگذارى بر شرايط آب و هوايى مناطق مطرح بود. در اوايل دهه ،1960 يك هيات مشاوره اى علمى به نام Project Stormfury كه از سوى دولت آمريكا مأموريت يافته بود، اقدام به انجام يك سرى آزمايش هاى دليرانه يا شايد متهورانه با هدف تعيين چگونگى امكان اجرايى كردن آن راهكار نمود.

هدف Project Stormfury كاستن از سرعت گسترش يك توفان از طريق تشديد يا تقويت سرعت نزول باران در نخستين باند يا حوزه بارانى در خارج از Eye Wall يا حلقه ابرها و بادهاى شديدى بود كه در حوزه ديد قرار داشتند [براى آگاهى بيشتر در اين زمينه به مقاله «تجربيات ملايم سازى توفان» اثر«آر اچ سيمپسون» و «جوآنه اس مالكوس» در نسخه دسامبر 1964 نشريه ساينتيفيك آمريكن مراجعه كنيد].

آنها تلاش كردند تا اين هدف را با پاشيدن ذرات يديد نقره بر روى ابرها به وسيله طياره محقق سازند: در اين روش، از ذرات يديد نقره به عنوان هسته هايى لازم براى تشكيل يخ از بخار آبى استفاده شد كه پس از صعود به بالاترين و سردترين محدوده هاى ارتفاعى توفان عملاً مادون سرد (Supercooled) شده بود. اگر همه چيز طبق پيش بينى هاى روياپردازانه مبتكران آن طرح پيش رفته بود، ابرها سريع تر رشد مى كردند و موجودى هواى گرم و مرطوب نزديك سطح اقيانوس را به مصرف مى رساندند و در نتيجه جايگزين EyeWall قبلى مى شدند. اين فرايند در ادامه باعث افزايش شعاع عملكرد توفان و در نتيجه كاهش شدت آن مى شد، درست همان طورى كه يك اسكيت باز خبره براى كاستن از سرعت دوران خود دستانش را به طرفين باز مى كند.نتايج تحقيقات Project Stormfury در بهترين حالت مبهم و دو پهلو بودند. هواشناسان امروزى انتظار ندارند كه اين كاربرد ويژه بارورسازى ابرها در مورد توفان ها مؤثر باشد، زيرا برخلاف تصورات اوليه، توفان ها حاوى بخار آب مادون سرد نيستند.

آب و هواى مغشوش

مطالعات جارى ما از دل يك كشف قديمى بيرون آمد كه من 30 سال پيش، زمانى كه تازه از دانشگاه فارغ التحصيل شده بودم و به تحقيق پيرامون ابعاد مختلف وجودى تئورى آشوب (Chaos Theory) مشغول بودم، به آن پى برده بودم. يك سيستم بى نظم (Chaotic System) سيستمى است كه در نگاه اول به نظر مى رسد كه رفتارى تصادفى داشته باشد، اما در واقع، همين سيستم تحت حاكميت قوانينى قرار دارد. چنين سيستمى به شرايط اوليه نيز بسيار حساس است، به گونه اى كه ورودى هاى ظاهراً ناچيز و دلخواه قادرند تأثيرات شگرفى را بر روى آن داشته باشند كه اين امر نيز به نوبه خود نتايج پيش بينى ناپذيرى را در سريع ترين زمان ممكن در پى خواهد داشت. در مورد توفان ها، بروز تغييرات كوچك در جنبه هايى از قبيل دماى اقيانوس، موقعيت مكانى جريان هاى شديد باد (كه تنظيم كننده سرعت و جهت حركت توفان ها هستند)، يا حتى شكل ابرهاى بارانى حاضر در سراسر حوزه ديد مى تواند تأثير عميقى را بر مسير حركت و توان بالقوه يك توفان بر جاى نهد.



حساسيت شديد جو زمين به تغييرات كوچك و آميختگى سريع خطاهاى كوچك با مدل هاى پيش بينى آب و هوا چيزى است كه پيش بينى طولانى مدت (بيش از پنج روز پيش از وقوع توفان) را تا اين حد مشكل ساخته است. اما اين حساسيت همچنين من را به تعجب وا مى دارد كه چطور ممكن است ورودى ها يا تحريكات جزيى چنان تأثيرات عميقى را بر توفان ها بر جاى نهند كه بتوانند آنها را از مراكز جمعيتى ساحلى دور كرده يا لااقل از سرعت بادهاى همراه آنها بكاهند.

من در زمان هاى دور قادر به پيگيرى آن ايده ها نبودم، اما طى دهه گذشته، شبيه سازى كامپيوترى و فناورى هاى حساس به تغييرات بسيار جزيى به قدرى رشد كرده اند كه ظاهراً قادر به تحقق بخشيدن روياهاى دوره جوانى من در كنترل پديده هاى آب و هوايى در مقياس بزرگ خواهند بود. هم اينك، من و همكارانم در مؤسسه «تحقيقات جوى و زيست محيطى» (AER) كه يك شركت مشاوره اى در زمينه تحقيقات و توسعه محسوب مى شود، با حمايت مالى «مؤسسه مفاهيم پيشرفته ناسا» (سازمان فضانوردى آمريكا) مشغول بهره بردارى از مدل هاى كامپيوترى توفان ها با هدف تشخيص انواع عملياتى هستيم كه ممكن است نهايتاً در جهان واقعى به مورد اجرا گذاشته شوند. به ويژه، ما از فناورى پيش بينى وضعيت آب و هوا براى شبيه سازى رفتار توفان هاى قبلى و سپس آزمايش نتايج مداخلات متعدد از طريق مورد ملاحظه قرار دادن تغييرات در توفان هاى مدل سازى شده استفاده مى كنيم.

مدل سازى آب و هواى مغشوش

حتى بهترين مدل هاى كامپيوترى پيش بينى وضعيت آب و هوا در روزگار فعلى وقتى پاى پيش بينى به ميان مى آيد بسيارى چيزها را در حد رويا باقى مى گذارند، اما با توسل جستن به آنها مى توان مدل سازى توفان ها را ساده تر كرد. مدل هاى كامپيوترى ياد شده به روش هاى عددى اى بستگى دارند كه فرايند پيچيده گسترش يك توفان را با به محاسبه درآوردن شرايط برآورده شده جوى در فواصل زمانى كوتاه و پى در پى شبيه سازى مى كنند. محاسبات عددى پيش بينى وضعيت آب و هوا بر اين فرض اوليه استوارند كه در جو زمين هيچ آفرينش يا انهدام جرم، انرژى، مومنتوم (اندازه حركت) و رطوبتى ميسر نخواهد بود [اصل بقاى جرم، انرژى و . . . ]. در يك سيستم سيال، نظير يك توفان، اين كميت هاى تغييرناپذير دوشادوش جريان توفان جابه جا مى شوند. با اين حال، نزديك مرزها يا حواشى سيستم، بر پيچيدگى مسائل افزوده مى شود. به عنوان مثال، در سطح دريا، شبيه سازى هاى ما بايد بتوانند پاسخگوى به دست آوردن يا از دست دادن چهار كميت تغييرناپذير اصلى باشند.

مدل سازان وضعيت جوى را به عنوان يك ويژگى كامل متغيرهاى فيزيكى قابل اندازه گيرى، از جمله فشار، دما، رطوبت نسبى، و سرعت و جهت باد، تعريف مى كنند. اين كميت ها معادل خواص فيزيكى تغييرناپذيرى هستند كه شبيه سازى هاى كامپيوترى بر آنها استوارند. در بيشتر مدل هاى آب و هوايى، اين متغيرهاى رويت پذير بر روى يك نمودار ميله اى سه بعدى از اتمسفر به تصوير كشيده مى شوند، بنابراين مى توان نقشه اى از هر ويژگى را براى هر ارتفاع معينى رسم كرد. مدل سازان به هيچ وجه مجموعه مقادير همه اين متغيرها را نقاط ميله اى كيفيت مدل نمى نامند.براى انجام يك پيش بينى مناسب، يك مدل عددى پيش بينى وضعيت آب و هوا پى درپى كيفيت مدل را لحظه به لحظه در فواصل زمانى كوتاه (از چند ثانيه تا چند دقيقه بسته به مقياس طرح مورد بررسى توسط مدل) بهبود مى بخشد. مدل عددى ياد شده ميزان تأثيرات به وجود آمده را كه حين هر فاصله زمانى معين در مقادير خواص متعدد جوى و نيز فرايندهاى تبخير، بارش، سايش سطحى، سرمايش مادون قرمز و گرمايش خورشيدى كه در ناحيه مورد نظر اتفاق مى افتد، محاسبه مى كند.

خاصيت پيش بينى

متأسفانه پيش بينى هاى هواشناسانه ناقص و اعتمادناپذير هستند. در وهله اول، كيفيت آغازين مدل ها همواره ناقص و غيردقيق است. كيفيت اوليه مدل ها براى توفان ها نيز داراى نواقصى بوده و خصوصاً تعريف شان مشكل است، زيرا مشاهدات مستقيم بسيار معدود بوده و انجام شان نيز مشكل است. با اين حال ما از مشاهده تصاوير ماهواره اى ابرها به اين نتيجه مى رسيم كه توفان ها داراى ساختارهاى پيچيده و تودرتويى هستند. اگرچه اين تصاوير بالقوه بسيار سودمند خواهند بود، اما ما نيازمند آگاهى يافتن از مسائلى بسيار بيشتر و پيچيده تر از اين هستيم. ثانياً حتى با كيفيت كامل اوليه، مدل هاى كامپيوترى توفان هاى گرمسيرى بزرگ به خودى خود مستعد بروز اشتباه هستند.

به عنوان مثال اتمسفر فقط در يك ميله از نقاط مدل سازى مى شود. وجوهى كوچكتر از طول ميله كه همانا مسافت بين دو نقطه ميله اى مجاور را تشكيل مى دهد، به طور دقيق قابل لمس نخواهند بود. بدون يك عزم بسيار جدى، ساختار يك توفان در مجاورت Eye Wall مهمترين وجه آن پوشيده باقى مانده و جزئيات آن نيز نامعلوم باقى خواهد ماند. به علاوه، اين مدل ها، درست شبيه اتمسفرى كه شبيه سازى مى كنند، طبق يك الگوى بى نظم رفتار مى كنند و اشتباهات برآمده از هر دوى اين منابع خطا به موازات اقدام براى انجام محاسبات پيش بينى وضع هوا سريعاً فزونى مى يابند.به رغم محدوديت هايش، اين فناورى هنوز براى اهداف ما اجتناب ناپذير جلوه مى كند. ما براى پيگيرى تجربيات مان اقدام به طرح ريزى يك سيستم بسيار كارآمد اوليه پيش بينى آب و هوا به نام «شبيه سازى چهاربعدى داده هاى تغييرپذير» 4 DVAR كرده ايم.

بعد چهارمى كه در اين روش به آن استناد شده «زمان» است. محققان «مركز پيش بينى هاى آب و هوايى متوسط اروپا» يكى از مهمترين مراكز هواشناسى جهان از اين تكنيك پيشرفته براى پيش بينى وضع آب و هواى هر روز اروپا استفاده مى كنند. براى تحقق بخشيدن به هدف متعالى استفاده بهينه از همه مشاهدات جمع آورى شده توسط ماهواره ها، كشتى ها، راهنماهاى شناور و حسگرهاى هوابرد پيش از آنكه عمليات پيش بينى آغاز شود4، DVAR اين اندازه گيرى ها را با يك حدس اوليه قابل قبول از كيفيت اوليه اتمسفر طى فرآيندى به نام يكسان سازى داده ها تركيب مى كند. اين حدس اوليه معمولاً يك پيش بينى 6 ساعته است كه در هنگام مشاهدات اصلى معتبر خواهد بود. توجه داشته باشيد كه4 DVAR براى هر مشاهده اى دليل موجهى اقامه مى كند، درست زمانى كه از آن به جاى گروه بندى آن مشاهدات در طول يك بازه زمانى چندساعته استفاده مى شود. نتيجه تركيب كردن داده هاى حاصل از مشاهده و حدس اوليه سپس براى گام برداشتن در مسير پيش بينى 6ساعته بعدى مورد استفاده قرار مى گيرد.

[جواد كاظميان]

از زمان باستان، دريانورداني كه در شمال اقيانوس هند كشتي‌راني مي‌كردند، با واژه‌اي خطرناك آشنائي داشتند. باران‌هاي موسمي تابستان كه پيرامون شبه‌قاره هند، به ويژه خليج بنگال را توفاني و نا امن مي‌ساخته و دامنه آن، حتي در برخي موارد به قلب درياي پارس هم كشيده مي‌شده و در چند مورد مركز ايران را هم تحت تاثير قرار داده است. (سيل امام‌زاده داوود 1336)

در خردادماه و در حالي‌كه نيم‌كره شمالي به سوي تابستاني سوزنده پيش مي‌تازد، در شبه قاره هند گوئي زمستان آغاز مي‌شود. گرمائي دهشتناك و مرگ‌آور توسط باراني سيل آسا به نام مانسون يا توفان‌هاي موسمي قطع شده و زندگي در اين سرزمين را امكان پذير مي‌سازد.

خط استواي هواشناسي ITCZ كه بر خلاف استواي جغرافيايي ثابت نيست و به شدت متغير است، بر روي فلات تبت مستقر شده و شبه قاره هند را كه از ديدگاه جغرافيايي در نيم‌كره شمالي قرار دارد، از ديدگاه هواشناسي در نيم‌كره جنوبي قرار مي‌دهد.

سرچشمه اصلي نيروي مانسون

همانند كليه سيستم‌هاي اقيانوس‌شناسي و هواشناسي در سياره زمين، مانسون‌ها هم نيروي اصلي خود را از خورشيد مي‌گيرند. كم‌وبيش حدود 30% از انرژي خورشيدي كه به سطوح بالاي جوي مي‌رسد، به‌وسيله سطوح فوقاني ابرها و سطح زمين به فضا بازتاب مي‌شوند. مقدار بسيار كمي از آن نيز به‌وسيله جو جذب مي‌شود. تضاد و تقابل فصل‌ها در دو نيمكره شمالي و جنوبي، موجب حركت آرام هوا از نيمكره زمستاني به سوي نيمكره تابستاني، به وسيله گراديان افقي فشار و نيروي عمودي شناوري از اختلاف درجه حرارت، مي‌شود.

اما آب و خشكي، به مقدار يكسان انرژي دريافتي از خورشيد، دو واكنش متفاوت نشان مي‌دهند. دودليل براي اين تفاوت ذكر شده است. نخست اينكه دماي ويژه آب دو برابر دماي ويژه خاك است، يعني با مقدار مساوي انرژي دريافتي، خاك دو برابر آب گرم مي‌شود. دليل دوم، ‌كه از دليل نخست بسيار مهم‌تر است اين‌است‌كه، گنجايش مؤثر دما، (توانايي يك ماده براي نگه داشتن گرما)، براي اقيانوس‌ها بسيار بيشتر از قاره‌هاست.

در فصل زمستان، خشكي بيش از انرژي كه از خورشيد دريافت مي‌كند، انرژي به هوا گسيل مي‌كند. گرمائي كه در تابستان پيش در ژرفاي خاك ذخيره شده بود، اينك به سطح زمين مي‌آيد. ازآنجاييكه در اقيانوس، گرماي بيشتري ذخيره مي‌شود، در زمستان سطح آن كمتر سرد مي‌شود.

چرخه تابستاني مانسون هند

در فصل تابستان در هر نيم‌كره، انرژي دريافتي خورشيد، بيش از انرژي بازتابشي است. همچنين خشكي گرماي خود را زودتر از دست مي‌دهد. اين خصوصيت به‌ويژه بر روي بيابان ربع‌الخالي، يكي از بزرگترين بيابان‌هاي جنب‌حاره، و فلات تبت، با ارتفاع متوسط 4 كيلومتر از سطح دريا، در ميانه قاره آسيا، نمايان است. اين گرماي از دست رفته، حد غربي و شمالي مانسون هند را توجيه مي‌كند. در خردادماه هندوستان شمالي از چندين ماه پيش همچنان خشك است و دما در آن به بيش از 40 درجه سانتيگراد مي‌رسد. همزمان در نيم‌كره جنوبي، زمين سرد است. در هر نيم‌كره، تبادل انرژي ميان خشكي و دريا برقرار مي‌شود. نتيجه كلي، بالا رفتن گرماي هندوستان و شمال افريقا در برابر پايين آمدن گرماي اقيانوس هند است.

در هنگامي‌كه ناحيه مانسون آسيا به بيشينه دماي خود مي‌رسد، گراديان افقي فشار بر فراز خشكي و دريا شدت مي‌يابد. گراديان فشار و نيروهاي شناوري كه به وسيله گرماي هوا ايجاد مي‌شوند، موجب حركت همگرائي در نزديكي سطح زمين مي‌گردند. اين خود موجب حركت هواي مرطوب-سنگين از سوي استوا و اقيانوس هند به سوي منطقه كم‌فشار جنوب آسيا مي‌شود. به دليل وجود شتاب كوريوليس، مسير واقعي حركت بادها منحني است. پادساعت‌گرد روي شبه قاره هند و ساعت‌گرد بر روي فلا تبت.

باران‌هاي موسمي

جريان هواي برخاسته در روي شبه قاره هند، محيطي با فشار كم را ايجاد مي‌كند. اين هوا نخست منبسط شده سپس سرد مي‌شود، آنگاه رطوبتي را كه با خود حمل مي‌كرده به ابر و سرانجام باران تبديل مي‌گردد. فرآيند ميعان نيز گرماي نهان (latent heat) ذخيره شده در مولكول‌هاي آب را آزاد مي‌كند. اين منبع عظيم گرما به نيروي شناوري براي ايجاد چرخه مانسون افزوده مي‌شود. رشته كوه‌هاي Ghats در ساحل غربي هند و رشته كوه‌هاي سترگ هيمالايا در فلات تبت در شمال شبه‌قاره هند، نيروي مكانيكي بالارونده‌اي توليد مي‌كنند كه اين نيرو به فرآيند ميعان و بارش بسيار كمك مي‌كند.

باران‌هاي موسمي تابستاني آسيا، براي حدود يكصد روز، تقريبا همزمان با بادهاي 120 روزه سيستان، از روزهاي پاياني خرداد ماه آغاز شده و در روزهاي آغازين مهرماه به پايان مي‌رسد. روز آغازين اين باران‌ها براي هر سال متفاوت از سال‌هاي ديگر است، اما اين روز در يك محدوده يك ماهه قرار دارد. در Kerala، كه در عرض جغرافيايي 8 درجه شمالي قرار دارد، اين باران‌ها در روز 12 خرداد، با تقريب يك هفته‌اي، آغاز مي‌شود. سپس مانسون به آهستگي به سوي شمال‌غربي پيش‌روي مي‌كند. روز 21 خرداد در بمبي، 19 درجه شمالي، و روز 26 خرداد در دهلي، 28.5 درجه شمالي، خود را نشان مي‌دهد. در نيمه نخست تيرماه، تمامي شبه قاره هند زير نفوذ مانسون قرار مي‌گيرد. تعادل آب در هندوستان چنان موبه‌مو و تنگاتنگ است كه فقط يك هفته تاخير در باران به فاجعه‌اي بزرگ منجر مي‌شود. هرچند تاريخ آغاز اين باران‌ها اغتشاشي يك‌ماهه دارد، اما پژوهش‌ها نشان مي‌دهد كه مقدار باران موسمي، ربطي به تاريخ آغاز آن ندارد. بيشينه اين بارش‌ها در Cherranpunji با ميانگين 425 اينچ در سال است، اما در يك مورد حتي 1024 اينچ بارندگي هم ثبت شده است.

بررسي و مطالعه باران‌هاي موسمي نشان مي‌دهد كه اين جريان در حدود اواخر مرداد و اوايل شهريور، يك وقفه 3 الي 21 روزه دارد.

از مهرماه تا خردادماه در شبه‌قاره هند، به‌جز منطقه تاميل‌نادو و رشته‌كوه‌هاي Ghats، به ندرت بيش از چند ميلي‌متر باران مي‌بارد. در مهرماه باران‌هاي موسمي به سوي جنوب‌شرقي هند حركت مي‌كند. در آبان‌ماه جبهه مانسون به تاميل‌نادو رسيده و تقريبا در همين زمان مانسون زمستاني در جنوب هند به آرامي آغاز مي‌شود.

در اين زمان، ديگر مناطق شبه‌قاره هند به سوي خشكي پيش مي‌رود، بادهاي گرم‌و‌مرطوب جنوب‌غربي به بادهاي سردوخشك شمال‌شرقي، و مانسون تابستاني به مانسون زمستاني تبديل مي‌شود. در زمستان بادهاي شمال‌وز، هواي سرد و خشكي را بر روي شبه‌قاره حاكم مي‌كنند. اين فرآيند موجب ايجاد هوايي سرد، خشك و بدون ابر، به ويژه در ماه‌هاي بهمن و اسفند مي‌شود. از ميانه‌هاي اسفند ماه تا آغاز باران‌هاي موسمي در خرداد‌ماه، توفان‌هاي تندري پيش‌درآمد مانسون، گهگداري اين گرماي دهشتناك را مي‌شكند. در اواخر خردادماه، كرانه‌هاي هند شاهد ظهور دوباره باران‌هاي موسمي خواهند بود. اين چرخه هوائي زندگي مردم در اين منطقه را به شدت تحت تاثير خود قرار مي‌دهد.

باران‌هاي موسمي در مالزي-استراليا

جنوب‌شرقي آسيا و شمال استراليا تحت تاثير سيستم مانسون واحدي قرار دارند كه در دو سوي خط استوا گسترده شده و به اين دليل با مانسون‌هاي ديگر متفاوت است. البته مانسون شمال‌شرقي استراليا از اين سيستم مجزاست و جداگانه عمل مي‌كند. حجم عظيم آب ميان استراليا و آسيا تاثير شگرفي بر آب‌وهواي منطقه حاره و مانسون تابستاني آن دارد. جزاير فراوان، اندونري، فليپين، ملانزي، پلي‌نزي، پلي‌پونزي و ...، آب‌وهواي متنوع حاره‌اي را در خود جاي داده است. توفان‌هاي پيچندي تايفون كه در فصل مانسون ايجاد مي‌شوند به پيچيدگي آن مي‌افزايند.

شمال چين، كره و ژاپن را، به دليل فصول، آهنگ بارش در عرض‌هاي مياني، هواي سرد قاره‌اي در زمستان، جبهه زائي، نوسان باران و سيستم‌هاي پرفشار خشك در فصل گرم، از اين گروه جدا مي‌كنيم. در حقيقت اين مناطق، بيشتر در زير نقوذ سيستم مانسون هندوستان قرار دارند. مرز طبيعي منطقه حاره، مابين ناحيه غير مانسون و سرزمين‌هاي جنوبي مانسون‌دار به شدت به چشم مي‌خورد.

حد شمالي مانسون حاره‌اي، حتي به عرض 25 درجه شمالي هم مي‌رسد. در مناطق شمالي‌تر، مانسون نيروي چنداني ندارد كه با سيستم پرفشار جنب حاره‌اي مقابله كند. به اين ترتيب باران‌هاي موسمي در تيرماه و شهريورماه، كه به وسيله واچرخندهاي پرفشار در مردادماه از هم ديگر جدا مي‌شوند، رخ مي‌دهد. در جنوب چين و فليپين، بادهاي تجارتي حاره‌اي شرق‌وز، از مهرماه تا ارديبهشت‌ماه وزيده و اغلب به وسيله سيستم پرفشار ايجاد شده در منطقه سيبريه تقويت مي‌شوند. جايگزيني اين باد در ماه‌هاي خرداد تا شهريور به وسيله بادهاي جنوب‌غربي، در اثر مانسون ايجاد مي‌شود.

در هندوچين مانسون‌هاي تابستاني بسيار نيرومندترند. جريان رسيده از جنوب‌غربي از خردادماه تا آبان‌ماه، با ابرهائي به ضخامت 4 الي 5 كيلومتر، باراني فراوان را به همراه مي‌آورد. ماه‌هاي آذر و دي، فصل سرد و خشك، و ماه‌هاي فروردين و ارديبهشت فصل بسيار گرم منطقه است. در شرق و جنوب‌شرقي مانسون زمستاني باران‌زاست.

در اندونزي به دليل گسترش آب‌ عرض جغرافيائي پايين منطقه، مانسون بسيار ضعيف عمل مي‌كند. به دليل كوچكي ابعاد و سادگي زمينه، استراليا ساده‌ترين الگوي مانسون را دارد. شمال آن داراي يك برش باد ميان تابستان (شمال‌غربي) و زمستان (جنوب‌شرفي) است. اما دو تفاوت نيز با ديگر مانسون‌ها دارد. نخست اينكه باد شمال‌شرقي، مانسوني است كه با حود باران را به ژرفاي قاره مي‌برد و دوم اينكه حتي در تابستان بادهاي تجارتي جنوب‌شرقي به دليل واچرخندهاي پرفشار گذري، چشمگير هستند.

مانسون غرب آفريقا

در حدود 200 سال است كه باران‌هاي موسمي غرب افريقا شناخته شده‌اند. در زمستان اين باران‌ها از جنوب‌غربي به جايي مي‌آيند كه بادهاي تجارتي شمال‌شرقي كه از صحرا و كرانه‌هاي شرقي افريقا مي‌وزند، گرماي دهشتناك به همراه توفان شن را با خود به آنجا مي‌آورند. منطقه‌اي با شب‌هاي سرد و روزهاي بسيار گرم. در چنين شرايطي مراكز پرفشار واچرخنددر عرض جغرافيايي 20 درجه شمالي به همراهي رودبادهاي شرقي (Jet stream) در عرض جغرافيايي 10 درجه شمالي، كه از شبه قاره هند به خط استوا بسيار نزديك‌تر هستند، باران‌هاي موسمي را ايجاد مي‌كنند. مانسون غرب افريقا از نظر مكاني تقريبا ميان بادهاي جنوب‌غربي و بادهاي سطحي خشك زمستاني كرانه‌هاي غربي افريقا harmattan قرار دارد. وجود اين باران‌هاي موسمي از نفوذ هواي خشك از عرض 20 درجه شمالي به پايين‌تر جلوگيري مي‌كند. هواي گرم و خشك در حدود عرض 8 درجه شمالي به‌طور كامل ناپديد مي‌شود.

مانسون در اروپا و امريكاي شمالي

مانسون‌هاي تكامل نيافته

باران‌هاي موسمي تاثير فراواني در اروپاي مركزي دارد. جاييكه جهت باد از سوي اقيانوس اطلس حدود 30 الي 40 درجه تغيير مي‌كند و نه به‌طور پيوسته اما بسيار زياد با دگرگوني‌هاي جبهه‌اي، سرما، هواي ابري، باران و توفان تندري را همراه است. از ديدگاه اقليم‌شناسي اين باران‌ها موسمي هستند، اما فقط مراحل بدوي و نخستين يك مانسون، كه پي‌آمد هوايي منحصر به فرد است. اين حالات تا تبديل شدن به يك مانسون واقعي راه زيادي در پيش رو دارد.

در عرض‌هاي پايين جغرافيايي امريكاي شمالي و در كرانه‌هاي خليج مكزيك، فضاي مناسبي براي گسترش مانسون وجود دارد. در طول تابستان، بر روي مناطق گرم، بارها سيستم‌هاي كم فشار چرخندي ايجاد مي‌شوند. بادهاي تجارتي شمال‌شرقي، به بادهاي شرقي، جنوب‌شرقي و حتي جنوبي تبديل مي‌شوند. ايالت تگزاس و كشورهاي پيرامون خليج مكزيك،‌تحت تاثير هواي مرطوب اقيانوسي، كه تا حد زيادي داخل خشكي نفوذ مي‌كنند، قرار دارند. البته باران‌ها، ويژگي‌هاي يك مانسون را نشان نمي‌دهند. در كل بارش‌ها 2 يا 3 و يا حتي 4 نقطه اوج بارش وجود دارد. در زمستان جريان‌هاي شمالي كه اغلب به وسيله سيستم‌هاي پرفشار واچرخندي ايجاد مي‌شوند، سرما را با خود به داخل خشكي مي‌آورند. اگرچه بارش‌هاي تابستاني و زمستاني، ويژگي‌هاي باران موسمي را از خود نشان مي‌دهد، اما هيچكدام آنچنان توانمند نيستند كه در گروه مانسون طبقه‌بندي شوند.

در امريكاي مركزي يك مانسون واقعي در بين عرض‌هاي جغرافيايي 5 و 12 درجه شمالي، در منطقه كوچكي از اقيانوس آرام رخ مي‌دهد. نه فقط بادهاي فصلي آن، بلكه بارش آن هم كاملا مانسون است. فصل زمستان آنجا بسيار خشك است. فصل بارش آن خرداد ماه در شمال خليج مكزيك و تيرماه در جنوب مكزيك آغاز مي‌شود و در مهرماه در شمال و آذر ماه در جنوب به پايان مي‌رسد. اين روند در جنوب مكزيك حدود 3 ماه و در كستاريكا حدود 7 ماه به طول مي‌كشد. اين مانسون در حقيقت نمونه كوچكي از مانسون هند است.

[bb]

مفاهیم رطوبت
یك توده هوا عبارت است از حجم عظیمی از هوا كه خصوصیات فیزیكی آن بویژه از نظر دما و رطوبت در سطح افقی برای صدها كیلومتر تقریباً همسان باشد.
● مهFog : تراكم حاصل از سردشدن ذرات بخار آب در نزدیكی سطح زمین كه بصورت ذرات معلق در فضای سطحی مشاهده می‌گردند مه نامیده می‌‌شود. به عبارت دیگر مكانیزم تشكیل مه شبیه مكانیزم تشكیل ابرها می‌باشد اساساً بیان جدایی مه از ابر نیز مشكل است زیرا مه‌ها در حقیقت ابرهای استراتوس هستند كه در سطح زمین و یا در طبقه‌ایی بسیار نزدیك به زمین تشكیل می‌گردند.
● توده‌های هوا : یك توده هوا عبارت است از حجم عظیمی از هوا كه خصوصیات فیزیكی آن بویژه از نظر دما و رطوبت در سطح افقی برای صدها كیلومتر تقریباً همسان باشد.
مناطق منشأ و انواع توده‌های هوا : توده‌های هوا خصوصیات اصلی خود را از سطحی كه در روی آن تشكیل می‌شوند كسب می‌كنند و از این جهت است كه خصوصیات حرارت و رطوبت هر توده هوا به طور مستقیم از طریق طبیعت سطح زیرین آن تعیین می‌گردد. مهمترین مناطق منشأ توده‌های هوا در روی كره زمین مراكز پرفشار جنب حاره و مناطق قطبی می‌باشند.
توده‌های هوا با حركت تدریجی خود خصوصیات نواحی منشأ خود را به سایر مناطق جهان گسترش می‌دهند این حالت را معمولاً «هجوم موج سرد» و یا موج گرم می‌گویند.
● جبهه‌ها : به طور كلی بین توده‌های هوای مختلف با خصوصیات متفاوت، منطقه گذرایی كه در اصطلاح هواشناسی بنام «جبهه» معروف است وجود دارد . جبهه‌ها نواحی انتقالی كوچك یا وسیعی می‌باشند كه وسعت ناحیه آنها از ده الی صد كیلومتر تغییرمی‌كند با وجود این در روی نقشه های هواشناسی جبهه‌ها را باخطی نشان می‌دهند جبهه‌ها از لحاظ شرایط اقلیمی و هواشناختی اهمیت ویژه‌ای را حائزند. زیرا در مناطق انتقالی و گذری آنها بین عناصر فشارـ حرارت‌ـ پراكندگی بارندگی‌ـ میزان ابرناكی‌ـ جهت وزش بادـ و شدت آن ارتباط بسیار نزدیكی برقرار می‌گردد.
و می‌توان از ‎آن چهار نوع جبهه نام برد جبهه گرم- جبهه سرد-جبهه مسدود و جبهه ساكن
● تبخیر (Evaporation):در مورد تبخیر از سطح آبها،درجه حرارت،شدت باد- و درجه نمناكی بزرگترین نقش را بازی می‌كنند درواقع تبخیر تابعی از شرایط حرارتی است علاوه بر عوامل اساسی یاد شده فوق،فشار بخار آب،خصوصیات آب،وعمق و درجه شوری آن نیز بر تبخیر اثر می‌گذارند.
تعرق :گیاهان آبی را كه برای تامین فعالیت حیاتی خود از طریق زمین بدست می‌آورند بعد از مصرف بصورت بخار آب به اتمسفر پس می‌دهند آخرین مرحله گردش آب درون پوشش گیاهی را تعرق می‌گویند.
● گرمای نهان تبخیر (Latent-heat-of vaporization):برای تبخیر یك گرم آب در دمای صفر درجه سانتیگراد ششصد كالری گرما و در دمای صد درجه سانتیگراد پنصد و چهل كالری از گرما مورد نیاز است و چون دما عبارت است از «میانگین انرژی حركت مولكولی یك جسم» زمانی كه آب تبخیر می‌شود فقط ذراتی قادرند سطح آب را ترك كرده و به اتمسفر وارد شوند كه دارای سرعت فوق میانگین انرژی یاد شده باشند. از این رو حركت مولكولی كند شده و دمای سطح آب در حال تبخیر پایین می‌آید.
انرژی گرمایی اضافی كه با ذرات تبخیر محل می‌گردند به عنوان (گرمای نهان تبخیر) نامیده می‌شود. این گرما در زمان تراكم رطوبت،از طریق توده آب متراكم و یا تشكیل ابرها به اتمسفر پس داده می‌شود. اهمیت جذب گرمای نهان در فرایند مهمی چون گرم شدن اتمسفر و نقش آن در بیلان گرمای اتمسفر روشن است .
● ظرفیت (Capacity):بخار آب موجود در اتمسفر به عنوان رطوبت هوا نامیده می‌شود. حداكثر بخار آبی كه هوا در دمای معینی می‌تواند دارا باشد به عنوان ظرفیت هوا نامیده می‌شود .
اشباع(ٍSaturation):اشباع عبارت است از حداكثر ظرفیت رطوبتی هوا در دمای معین بطور كلی هوا زمانی به حالت اشباع می‌رسد كه یا میزان بخار آب در آن به حداكثر ظرفیت خود برسد و یا از درجه حرارت آن تا نقطه شبنم كاسته شود.
● نقطه شبنم (Dewpoint) : دمایی است كه در آن هوا به حد اشباع می‌رسد و به عبارت دیگر، در صورتی كه در فشار ثابت تغییری در نسبت مخلوط ایجاد نگردد ولی دمای هوا پایین آید دمای ویژه جدیدی حاصل خواهد شد كه بدان ، دمای نقطه شبنم گفته می‌شود.
● نم مطلق(Absolute.humidity) : وزن بخار آب موجود بر حسب گرم در هر واحد حجمی از هوا (بر حسب متر مكعب یا سانتی متر مكعب ) را نم مطلق می‌گویند و میزان آن از استوا به سمت قطبها و از سواحل به درون خشكیها و از مناطق پست به سمت نواحی مرتفع كاسته می‌شود .
● نم ویژه (Specificn humidity) : نسبت وزن بخار آب به وزن واحد هوایی را كه شامل آن است نم مخصوص می‌گویند وبه صورت فرمول خلاصه‌ زیر بیان می‌گردد .
در این فرمول mw جرم بخار آب
ma واحد جرم هوای شامل بخار آب
● نم نسبی (Relative humidity) : رطوبت نسبی عبارت است از نسبت میزان رطوبت مطلق موجود در هر حجمی از هوا با دما معینی، به حداكثر رطوبت مطلقی كه همان حجم از هوا در همان دما می‌تواند داشته باشد. به عبارت دیگر نسبت جرم بخار آب موجود در هر حجمی از هوا به جرم بخار آب موجود در همان حجم هوا را در حالت اشباع «نم نسبی» می‌گویند. مثلاً اگر یك كیلوگرم از هوا در دما و فشار معینی قابلیت جذب حداكثر تا ۳۰ گرم بخار آب را داشته باشد ولی فقط دارای ۱۰گرم رطوبت باشد دمای نم نسبی معادل ۵۰ درصد است .
● فشار بخار آب (Vapor pressure) : در هر دمایی بخار آب موجود در هوا دارای فشاری است كه به عنوان فشار بخار آب نامیده می‌شود . میزان در ارتباط با عرض و فصل در حدود ۰/۲ میلی بار از سیبری شمالی در دی ماه تا ۳۰ میلی بار در مناطق حاره در تیر ماه تغییر می‌كند.
تراكم : تبدیل بخار آب به حالت جامد یا مایع در هوا را تراكم می‌گویند. شرط اصلی جهت تراكم رسیدن و گذر از نقطه اشباع است از طرف دیگر شرط لازم برای وقوع فرایند تراكم وجود هسته‌های تراكم در هواست این هسته‌ها عموماً باید جاذب رطوبت باشند و مهمترین ذرات جاذب رطوبت در اتمسفر،نمك دریاـ ذرات اوگانیك‌ـ تری اكسید سولفور است .
● تصعید(Sublimation) : زمانی كه درجه حرارت هوا زیر نقطه انجماد باشد،بخار آب ممكن است مستقیماً به یخ تبدیل گردد این فرایند تصعید نامیده می‌شود.
● شبنم (Dew) : شبنم رطوبتی است متراكم كه به صورت قطراتی روی اشیاء و سطوح مختلف مشاهده می‌گردد در شب‌های صاف و آرام،زمین از طریق تشعشع خود،به سرعت سرد می‌شود و در نتیجه درجه حرارت آن از هوای مجاور كمتر می‌شود در نتیجه هوای اطراف كه خنك شده،در نتیجه تماس با زمین تا نقطه شبنم سرد می‌شود لازم به یادآوری است كه به احتمال قوی این امر در لایه بسیار نازكی از هوا و حدود چند سانتی‌متر قبل از برخورد با زمین بوقوع می‌پیوندد. در نتیجه سرد شدن زیادی در زیر نقطه شبنم،بخار آب مازاد در هوا متراكم می‌شود.
● ژاله (Frost) : شرایط ژاله و شبنم عملاً با یك استثناء همسانند. شبنم زمانی كه پدیده تراكم در روی اشیاء سرد فوق نقطه انجماد بوجود آید تشكیل می‌شود در صورتی كه ژاله زمانی كه تراكم در زیر دماهای نقطه انجماد رخ می‌دهد تشكیل می‌شود. تحت چنان شرایطی،رطوبت هوا،مستقیماً از حالت بخار به حالت جامد،بدون گذشتن ازحالت مایع،تغییر شكل می‌دهد به این ترتیب ژاله پدیده متبلوری است كه به شكل فلس- سوزن- و پرمرغ در شب‌های سرد،در روی سطح زمین و اشیاء بوجود می‌آید.
● مه یخ‌زده (Rime) : در برخورد قطرات ریز یك توده هوای مه دار با اشیاء جامدی كه دارای دمای زیر نقطه انجمادند،ته نشینی از كریستال‌های یخ سفید و زبر تشكیل می‌شود كه به آن مه یخ زده می‌گویند.

[bb]

آشنایی با لایه های جو
تروپوسفر پایین ترین لایه اتمسفر است كه خود از لایه های كوچكتری تشكیل 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 كه با رطوبت ارتباط دارند و عاملی تعیین كننده در وضعیت هوا به شمار می آیند (از قبیل ابر، باران، برف، مه و رعد و برق) تنها در این لایه رخ می دهند.
اتمسفر زمین را بر حسب چگونگی روند دما، اختلاف چگالی، تغییرات فشار، تداخل گازها و سرانجام ویژگیهای الكتریكی به لایه‌های زیر تقسیم كرده‌اند:
۱- تروپوسفر (Troposphere)
۲- استراتوسفر (Stratosphere)
۳- مزوسفر (Mesosphere)
۴- یونسفر (Ionosphere)
۵- اگزوسفر (Exosphere)
۱- تروپوسفر
تروپوسفر پایین ترین لایه اتمسفر است كه خود از لایه های كوچكتری تشكیل 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 كه با رطوبت ارتباط دارند و عاملی تعیین كننده 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 كاهش دما مواجه خواهیم بود.
ضخامت تروپوسفر، از شرایط حرارتی متفاوتی كه در عرضهای جغرافیایی مختلف حاكم است تبعیت می كند. این ضخامت معمولاً از ۱۷ تا ۱۸ كیلومتر در استوا به ۱۰ تا ۱۱ كیلومتر در مناطق معتدل و ۷ تا ۸ كیلومتر در قطبها تغییر می كند.
۲- استراتوسفر
لایه استراتوسفر بر روی لایه تروپوسفر قرار دارد و ضخامت متوسط آن حدود ۲۳ كیلومتر است. در ۳ كیلومتر اول استراتوسفر، دمای هوا ثابت است اما در قسمتهای بالاتر دمای هوا با ارتفاع افزایش می یابد.
در استراتوسفر به ندرت ابر تشكیل می شود و تنها در شرایط ویژه ای ممكن است ابرهای كوهستانی به نام ابرهای مرواریدی در ارتفاع ۲۱ تا ۲۹ كیلومتری از سطح زمین ظاهر شوند كه علت وجود آنها حركات موجی شكل هوا از سوی موانع می باشد.
از دیگر ویژگیهای مهم استراتوسفر وجود ازن در این لایه است كه بخصوص در ارتفاع ۲۰ تا ۳۰ كیلومتری سطح زمین بر اثر واكنشهای مختلف فتوشیمیایی بدست می آید. مقدار ازن در این لایه معمولاً روند فصلی دارد حداكثر آن در بهار و حداقل آن در پاییز مشاهده می شود.
۳- مزوسفر
در بالای لایه گرم ازن لایه مزوسفر قرار دارد كه دما در آن متناسب با افزایش ارتفاع با آهنگ ۳/۰ سانتیگراد به ازای هر ۱۰۰ متر كاهش می یابد به طوریكه دما در مرز فوقانی آن در ارتفاع ۸۰ تا ۹۰ كیلومتری به ۸۰- درجه سانتیگراد می رسد. و نتیجه این دمای پایین انجماد بخار آب ناچیز موجود در این لایه است كه باعث بوجود آمدن ابرهای شب تاب می شوند. این ابرها درتابستان و در عرضهای بالا دیده می شوند. مزوسفر سردترین لایه اتمسفر تلقی می شود.
۴ - یونوسفر
از بخش فوقانی مزوسفر تا ارتفاع تقریبی ۱۰۰۰ كیلومتری اتمسفر زمین، بار الكتریكی شدیدی حاكم است كه زاییده وجود یونها و الكترونهای آزاد است. در حقیقت پرتوهای پر انرژی خورشید كه از فضای خارج به طبقات بالایی اتمسفر وارد می شوند باعث گسستگی پیوند یا یونیزاسیون مولكولها و اتمها می شوند. بر اثر یونیزاسیون، الكترون آزاد می شود و باقی مانده اتم به صورت یون در می آید؛ به همین علت این لایه از جو را یونوسفر نامیده اند.
شدت یونیزاسیون در تمام ارتفاعات یونسفر یكسان نیست؛ بنابراین لایه های متفاوت با تراكم الكترون و یون متفاوت با ارتفاعات مجاور خود در یونسفر وجود دارد؛
این لایه ها در ارتباطات رادیویی اهمیت بسیاری دارند. این لایه ها عبارتند از لایه های D,E,F .
۵ - اگزوسفر
شرایط موجود در یونوسفر در این لایه نیز حاكم است؛ بدین معنی كه گازها در این لایه همچنان قابلیت هدایت الكتریكی خود را حفظ می كنند. سرعت ذرات در این لایه بسیار زیاد است و در مواردی به ۲/۱۱ كیلومتر در ثانیه می رسد.
اگزوسفر لایه گذار جو به فضای كیهانی به شمار می آید كه بخش فوقانی آن را در ارتفاع بیش از سه هزار كیلومتری از سطح زمین برآورد كرده اند.

[bb]

لايه اوزون


لايه اوزون *انرژي هاي خورشيدى :*

خورشيد تنها ستاره منظومه شمسى مى باشد كه كرات وسيارات در اطراف آن مى چرخند و از انرژى آن استفاده مى كنند.زمين نيز يكى از كراتى است كه در أطراف خورشيد در حال حركت است .

فاصله ميان زمين و خورشيد حدود 149.800.000كيلومتر مى باشد ، كه در اين فاصله،زمين حدود 9^10×95/1 وات انرژى ازخورشيد دريافت مى كند كه ما تنها كسرى از آن (0000002/0) را استفاده مى كنيم . نور خورشيد 27/8 دقيقه طول مى كشد كه به زمين برسد.از صد در صد نورى كه به زمين مى تابد تنها 30% آن بر اثر ذرات و مولكول هاى موجود در لايه هاى بالايى منعكس مى شوند بقيّه آن ها از لايه ها زمين عبور مى كنند و به زمين مى رسند.در واقع مى توان به جرأت گفت كه حدود99%انرژى كه به زمين مى رسد از خورشيد وبقيه آن از ماه و كرات ديگر مى باشد.
نور سفيد خورشيد از ميلياردها ميليارد رنگ تشكيل شده است كه هر كدام از اين رنگ ها داراى طول موج و انرژى مخصوص به خود مى باشند، وما هنگامى كه اين نور را تفكيك مى كنيم به هفت رنگ تجزيه مى شوند كه هر كدام از اين رنگ ها از ميلياردها رنگ تشكيل شده اند...

پرتوهاى فوق بنفش داراى طول موج كوتاه و انرژى زياد مى باشند .پرتوهاى فوق بنفش با انرژى زيادى كه دارند براى تمام موجودات زنده خطرناك مى باشند وموجب سرطان پوست يا آفتاب سوختگى مى شوند .
خوشبختانه زمين در برابر اين پرتوى خطرناك، محافظى بنام لايه اوزون دارد كه از ورود پرتوهاى خطرناك به سطح زمين جلوگيرى مى كند. قبل از آنكه به بحث درباره برخورد پرتوهاى فوق بنفش و مولكول ها اوزون بپردازيم ابتدا به اطلاعاتى درمورد اوزون مى پردازيم.


* اوزون چيست؟ *
دانشمندان لايه ها زمين را به چهار قسمت تقسيم مى كنند :
1) تروپوسفر (كه نسبت به سطح دريا 12تا15 كيلومترارتفاع دارد)
2) استراتوسفر
3) مزوسفر
4) تروموسفر(خارجى ترين لايه زمين)


مولكول اوزون (o3)از يك مولكول اكسيژن و يك اتم اكسيژن كه ناپايدار و واكنش پذير مى باشد، تشكيل شده است . پيوند ميان مولكول اكسيژن و اتم اكسيژن در مولكول اوزون بسيار ضعيف مى باشد و ممكن است با كوچكترين برخورد از هم جدا ويا با دريافت كوچكترين انرژى به حالت اوليه خود برگردند . لايه اوزون در لايه استراتوسفر زمين قرار دارد .در شب ها به دليل عدم دسترسى به انرژى تابشى خورشيد، ضخامت لايه اوزون كمتر از ضخامت آن در روز ها مى باشد. هنگامى كه پرتوهاى فوق بنفش به مولكول ها اوزون برخورد مى كنند، پرتو هاى فوق ـ بنفش مقدار زيادى از انرژى خود را از دست مى دهند وبه پرتو هاى فرو سرخ تبديل مى شوند ، و همچنين بر اثر اين برخورد ، مولكول اوزون به مولكول اكسيژن واتم اكسيژن تبديل مى شود و با تابش مجدد نور خورشيد ، مولكول اوزون دوباره پديدار مى شود.
مولكول هاى اوزون هرچند كه براى ما مفيد هستند اما وجود آن ها در لايه تروپوسفر (لايه اى كه ما در آن زندگى مى كنيم) بسيار خطرناك مى باشند.
نيتروژن هاى پراكسيد خارج شده از اگزوز موتورهاى ديزلى بر اثر تابش نور خورشيد (عمل فتو شيميايى) با مولكول هاى اكسيژن واكنش مى دهند و مولكول هاى اوزون را پديدار مى كنند . چون در مولكول هاى اوزون اتم هاى اكسيژن فعال (راديكالى) وجود دارد ، تنفس آن ،موجب اختلال در دستگاه تنفسى مى شود .


*حفره اوزون*
تا سال 1980ميلادى از سوراخى لايه اوزون خبرى نبود ؛ اما در سال 1985م ، دانشمندان از نازك شدن لايه اوزون در قطب جنوب خبر دادند. در آن زمان با تحقيقات انجام شده علت نابودى مولكول هاى اوزون را ،گاز هاى cfc (كلر و فلوئور و كربن) مى دانستند. گاز هاى cfc بعنوان گاز هاى خنك كننده در يخچال ها ،كولرها و همچنين در مواد پلاستيكى مورد استفاده قرار مى گيرند . در cfc ها اتم هاى كلر ناپايدار و واكنش پذير مى باشند و هنگامى كه گاز هاى cfc به لايه هاى بالا مى روند ، در لايه هاى بالا بر اثر برخورد با نور خورشيد ،گاز هاى كلر آزاد مى شوند. اتم هاى كلر در لايه استراتوسفر با مولكول هاى اوزون واكنش مى دهند. هر اتم كلر به تنهايى مى تواند 100.000 مولكول اوزون را از بين ببرد . به همين دليل در گستره جهانى ،در سازمان ملل متحد ،در معاهده اى بنام معاهده مونترال كشورها متعهد شدند كه از توليد و فروش گاز هاى cfc خوددارى كنند ،و همچنين به كشور هاى فقير اين امكان را بدهند كه بجاى استفاده از گاز هاى cfc ، از گاز هاى خنك كننده ديگرى استفاده كنند. ما مى دانيم كه بيشترين كشور هاى صنعتى در نيم كره شمالى قرار دارند ، پس چرا در قطب جنوب لايه اوزون سوراخ شده است ؟! براي پاسخ به اين سوال ، پژوهش هاي زيادي انجام شده است كه بعضي از اين پژوهش ها تاكنون در دست تحقيق است .
اخيراً دانشمندان علت ايجاد حفره در لايه اوزون را گرداب هاي سنگين ، كه در قطب جنوب جريان دارند ، مي دانند . در زمستان در طول شبهاي قطبي، نور خورشيد درتمام سطح قطب جنوب در دسترس نيست ، به همين دليل در اين قطب در لايه استراتوسفر طوفان هاى سنگيني گسترش مى يابند كه به آن ها "گرداب قطبي"(polar vortex) مى گويند . گرداب قطبي مي تواند ذرات سازنده هوا را تجزيه كند .
اين گرداب ها باعث ايجاد ابرهاى سردي مي شوند كه بر فراز قطب جنوب جريان مي يابند. كه به اين ابرها "ابر استراتوسفر قطبي" (polar stratosphere cloud) مي گويند.اختصار آن psc است. Pscها بسيار سرد هستند و دماي آن ها حدود 80- سيلسيوس است.* Psc از نيتريك اسيد تري هيدرات (nitric acid trihydrate) تشكيل شده است و با ابرهايي كه ما آن ها را در آسمان مي بينيم كاملاً متفاوتند. پس اين ابرهاي اسيدي مي توانند لايه اوزون را تخريب كنند. "بنايراين با استناد به تحقيقات انجام يافته ،موارد زير را مي توان از عوامل موثر در تخريب لايه اوزون دانست:
1) محور زمين به گونه اى مى باشد كه نور خورشيد به قطب شمال بيشتر از قطب جنوب مى تابد به همين دليل ضخامت لايه اوزون در قطب شمال بيشتراز ضخامت آن در قطب جنوب مى باشد ( زيرا ما گفتيم كه پيوند ميان مولكول اكسيژن و اتم اكسيژن در مولكول اوزون بسيار ضعيف مى باشد و ممكن است با كوچكترين برخورد از هم جدا ويا با دريافت كوچكترين انرژى(مانند انرژى تابشى خورشيد ) به حالت اوليه خود برگردند)
2)از مورد دوم نتيجه مى گيريم كه هواى قطب جنوب سردتر از هواى قطب شمال مى باشد ، بنابراين هواى گرم هنگامى كه بر اثر جريان هايى به قطب جنوب مى روند ، چون سبك مى باشند ،به سمت بالا مى روند و موجب نابودى لايه هاى اوزون برفراز قطب جنوب مىشوند.
3) در زمستان نور خورشيد كاملاً در تمام سطح قطب جنوب در دسترس نمي باشد، واين امر باعث كاهش دما و تشكيل ابرهاي psc مي شود .
4) ابرهاي psc اسيدي هستند و به همين دليل آن ها به لايه اوزون آسيب مي رسانند."




______________________________
* علاقه مندان براي دريافت اطلاعات در مورد ابرهاي psc مي توانند به سايت هاي
[url]http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/glossary.html[/url]
[url]http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/part3.html[/url]
مراجعه كنند.



منبع : احمد شکيب

[bb]

سازمان فضايى آمريکا، ناسا، در اين هفته ماهواره هاى کاليپسو و کلاودست را به وسيله موشک سوئيفت از پايگاه هوايى واندنبرگ در کاليفرنيا به فضا پرتاب مى کند تا با استفاده از تجهيزات فوق پيشرفته آنها به مطالعه تغييرات آب و هوايى بپردازد.رادارهاى هواشناسى اين دو ماهواره هزار برابر قوى تر از رادار ساير ماهواره هاى هواشناسى است.اين دو ماهواره قرار است با استفاده از تجهيزات سنجش از راه دور و با استفاده از پرتوهاى مادون قرمز به بررسى اتمسفر زمين بپردازند و ابرها را مورد مطالعه قرار دهند.تام ليورمور، مدير طرح کلاودست مى گويد اين دو ماهواره با ارائه تصويرى سه بعدى از ابرها و ذرات معلق در هوا، به درک بهتر تغييرات آب و هوايى کمک خواهند کرد.به گفته آقاى ليورمور با استفاده از اين دو ماهواره، اطلاعات بيشترى را از ساختار درونى ابرها بدست خواهيم آورد و پيش بينى هاى هواشناسى بهبود خواهند يافت. کاليپسو و کلاودست در ارتفاع ۷۰۵ کيلومترى از زمين در مدار قرار خواهند گرفت و ناسا سعى دارد از اطلاعات ارسالى آنها به همراه داده هاى ارسالى ماهواره هاى آکئوا و آئورا و يک ماهواره هواشناسى فرانسوى براى مطالعه دقيق تر پديده هاى جوى استفاده کند.آقاى ليورمور مى گويد با به کارگيرى از اين دو ماهواره اطلاعات بهترى از نحوه بارش باران و برف و نحوه تاثيرگذارى ابرها بر تغييرات جوى به دست خواهد آمد.طرح ماهواره هاى کاليپسو و کلاودست به وسيله ناسا و با همکارى سازمان فضايى کانادا، سازمان فضايى فرانسه و دانشگاه کلرادو در آمريکا به اجرا درآمده است.