سمپادي ها

انواع ابرها

به طور كلي، انواع مهم ابرها را به طور خلاصه به شرح زير مي‌توان بيان داشت:

1- ابرهاي سيروس (Cirrus) : اين ابرها از مرتفع‌ترين ابرها بوده واغلب به صورت پرمانند و سفيد رنگ و شفاف (ملو از بلورهاي يخ) در آسمان ديده مي‌شوند. اين ابرها بعضاً به صورت دسته‌هاي منظم جدا از هم، در آسمان ديده مي‌شوند در اين صورت موسوم به سيروس‌هاي هواي خوب بوده و اگر توأم با ابرهاي سيرواستراتوس و آلتواستراتوس گردند. معمولاً علامت هواي بد مي‌باشند.

2- سيرو استراتوس (Cirrostratus) : اين ابرها را مي‌توان سيروس‌هاي نازك تور مانندي دانست كه از ابرهاي كوچك سفيد و به هم فشرده به شكل گوله پشمي شكيل يافته‌اند و به علت شفافيت خورشيد و ماه و ستارگان از پشت آنها قابل رويت بوده و اغلب هاله‌اي دور خورشيد و ماه تشكيل مي‌دهند. اين هاله‌ نتيجه شكست نور بوسيله بلورهاي يخ معلق در هوا است ظهور اين ابرها، علامت نزديك شدن هواي طوفاني بوده و به همين لحاظ، اين ابرها را مي‌توان پيش از فرا رسيدن هواي بد و يا حالت‌هاي طوفاني هوا، مشاهده نمود.

3- سيرو كومولوس (Cirrocumulus) : اين ابرها اغلب از توسعه ابرهاي سيرو استراتوس حاصل شده و بدون سايه مي‌باشند و غالباً به جاي خورشيد و ماه هاله‌اي در آسمان بوجود مي‌آورند. ساختمان آنها اغلب متشكل از قطعات سفيد رنگ بوده و معمولاً پيش از ابرهاي سيروس در آسمان ظاهر مي‌شوند. ظهور آنها در آسمان، مقدمه فرا رسيدن هواي ابري و طوفاني است.

4- آلتو استراتوس (Altostratus) : اين ابرها به صورت لايه‌هاي يكنواخت و متحدالشكل خاكستري يا متمايل به آبي به صورت تركيبي از الياف، آسمان را مي‌پوشانند.

به علت قشر ظريف اين ابرها تشخيص موقعيت خورشيد از پشت آنها امكان‌پذير است معمولاً پس از پيدايش ابرهاي آلتو استراتوس، ريزيش‌هاي جوي در سطح وسيعي به طور مدام شروع مي‌گردد.

5- آلتوكومولوس : (Altocumulus) اين ابرها شامل لايه‌ها و يا تكه‌هاي بزرگ گوي مانندي از قطرات زير آب بوده كه معمولاً بصورت شيار و يا امواج نسبتاً منظمي مشاهده مي‌گردد. جريان عمودي هوا در لايه‌اي كه بوسيله اين ابرها پوشيده شده، سبب رشد سريع قابل ملاحظه‌ايي در جهت عمودي در اين ابر مي‌گردد به همين سبب، اين ابرها اغلب در بالاي قلل كوهها و يا در فوق جريانات عمودي مشاهده مي‌گردند . اين ابر اغلب شكل عدسي دارند . پديدار شدن اين ابرها در آسمان بيانگر شرايط بد هوا و ايجاد رعد و برق مي‌باشد.

6- استراتوس : (Stratus) نوع اصلي اين ابر لايه‌اي يكدست و شبيه مه مي‌باشد . و معمولاً به صورت توده متراكمي از بخار آب كه قطر آن در همه‌جا يكسان است، مشاهده مي‌گردد. ارتفاع اين ابر از سطح زمين بسيار كم است بارندگي در اين ابرها در حرارت‌هاي فوق صفر درجه سانتي‌گراد بصورت ريزدانه مي‌باشد.

7- استراتوكومولوس (Stratucumulus): اين ابرها داراي رنگي تيره و يا سفيد متمايل به خاكستري بوده معمولاً بصورت دسته يا خطوط و يا توده‌هاي كروي مانند بزرگ و امواج كروي از ابرهاي خاكستري با فواصل و شكاف‌هاي روشن تشكيل مي‌گردد. اين ابرها اغلب بيشتر آسمان را پوشانده و بارندگي آن بصورت ريزدانه بود. و در نتيجه فاقد شرايط بارندگي‌هاي رگباري است.

8- نيمبواستراتوس : (Nimbostratus) اين ابرها متراكم و فاقد شكل معيني بوده و تمام آسمان را به‌طور نامنظم مي‌پوشانند بارندگي‌هاي حاصل از اين ابرها اغلب مداومند.

9- كومولوس: (Cumulus) اين ابرها اغلب ساختمان گل كلمي داشته و سطح بالاي آن حالت گنبدي دارد و متشكل از قطعات كوچك ابرهاي سفيد پنبه‌اي است كه معمولاً صبحگاهان در امتداد ارتفاعات تشكيل مي‌گردند و داراي حالت جوشش (در اثر صعود هواي مرطوب) هستند . قطعات پراكنده اين ابرها تقريباً داراي ارتفاع يكسان و معرف به كومولوس‌هاي هواي خوب مي‌باشند.

10- كومولونيمبوس (Cumulunimbus): اين ابرها را توده‌هاي بزرگ و انبوه ابر كه به شكل برج عظيمي سر به آسمان كشيده‌اند تشكيل مي‌گردند رنگ قسمت فوقاني در اين ابرها متمايل به آبي و سطح زيرين آب كاملاً تيره مي‌باشد . اين ابرها به نام ابرهاي رعدوبرق نيز معروف‌اند. و بارندگي آنها بصورت رگباري است. اغلب با يك جبهه سرد و فعال همراه بوده و يا در اثر ناپايداري محلي ايجاد مي‌شوند و در عرض‌هاي ميانه اغلب در اوايل بهار و پاييز مشاهده مي‌شوند. 

سوراخ لايه اوزون 

لايه اوزون در قسمت شمالي زمين در سال 1980 بين 15تا20 درصد كاهش پيدا كرده است. براي رفع اين مشكل جمعي ازبهترين متخصصان زمين شناسي هر سال براي تحقيق وجستجو دور يكديگر جمع مي شوند .در سال 1992 پروكتيل مونترئال درباره’ لايه اوزون مطالعه و تحقيقي داشت كه فهميد بزرگ شدن سوراخ لايه اوزون بستگي به آلودگي هوا و توليد مواد سمّي دارد.در همان سال سازمان ملل متحد و حفاظت از محيط زيست برنامه اي را طرّاحي كرد كه اين برنامه جهت محافظت و حمايت از محيط زيست و مخصوصا لايه اوزون به نام برنامهUNEPطراحي كرد كه اين برنامه جهت جلوگيري از توليد مواد سمّي و مواد شيميايي آلوده كننده،است.مولكولهاي اكسيژن(O2) به اكسيژن اتميك (O) تبديل مي -شوند .اكسيژن اتميك به سرعت با مو لكولهاي بيشتري تركيب شده و به شكل اوزون مي شود .ان پوشش حرارتي كه در سطح بالا رشد كرده و سلامتي لايه اوزون را به خطر انداخته است و اين مورد باعث شده است كه اگر استراتوسفر نباشد ما نتوانيم بدون آن زنده بمانيم . بالاي استراتوسفر مقداري از آلودگي مضّر اشعه مادون بنفش را و همچنين تشعشعاتي از خورشيد (امواج بين 320 تا 240) را كه باعث مي شود لايه اوزون آسيب ببيند و همچنين جان گياهان به خطر بيفتد را جذب ميكند.اشعه مادون بنفش با تابيدن نور مولكولهاي اوزون را ميشكافد ولي اوزون مي تواند تغيير شكل بدهد و عكس العمل زير ازآن حاصل ميشود

همچنين اوزون در اثر عكس العمل زير نابود ميشود : 

O3+O:O2+O2 

عكس العمل دوم با افزايش پيدا كردن ارتفاع آهسته انجام مي شود امّا عكس العمل سوم سريعتر انجام مي شود. دربين همكاري عكس العمل ها تمركز اوزون درحال تعا دل است. دربالاي اتمسفر اكسيژن اتميك هنگا مي كه اشعه مادون بنفش در سطح بالايي است، پيدا مي شود. در اثر حركت استراتوسفر هواي متراكم تري بدست مي آيد وجذب اشعه ي مادون بنفش افزايش مي يابد و سطح اوزون به حد اكثر و تخمينا" km20مي رسد.همراه با تئوري كمپمن يك مشكل نيز وجود داشت كه اين مشكل در سال 1960 تشخيص داده شد وحقيقت اين بود كه اوزون به وسيله عكس العمل 4 آهسته حركت مي كرد و ديده نمي شود. 

گرم شدن زمين ترميم حفره اوزون را به تعويق مي اندازد 

دانشمندان هشدار داده اند :پديده گرم شدن زمين مي تواند تلاشها براي ترميم حفره اوزون را كه قرار بود تا سال 2050 انجام گيرد،حدود30سال به تعويق اندازد .اين مو ضوع به رقم پيشرفتهايي است كه باي از رده خارج كردن مواد شيميايي مخرّب اوزون انجام شده است. 

 

طبق گزارشي كاهش فراواني در مصرف گازهاي ساخته دست انسان بنام ((كلروفلورو كربن)) پديد آمده است .اينها گازهايي هستندكه لايه محافظ زمين را مي خورند .دانشمندان گفتند:اگر كشورها مصمم به دنبال نمودن اين روند باشند ،((حفره داخل لايه اوزون به آغاز به جمع شدن و كوچك شدن خواهد نمودتا اينكه ظرف 50 سال ترميم خواهد شد . )) اين جمع بندي و نتيجه گيري توسط ((مجمع بررسي فرايند هاي استراتوسفر و نقش آن در آب و هوا )) SPARC)) به عمل آمد .اين مجمع از صد ها كارشناس اقليمي كه دسامبر سال 1999در آرژانتين گرد هم آمدندو در سايه توجهات سازمان هواشناسي جهاني تشكيل جلسه دادند،شكل گرفته است. 

اين دانشمندان هشدار دادند: حتّي اگر كاهش مصرف گازهايCFC برآورده شود،پديده گرم شدن زمين_كه نتيجه تولييد گازهاي گلخانه اي با وجود كربن به عنوان عنصر اصلي آن است و از سوختهاي سنگواره اي بدست مي آيد _ميتواند محلت ترميم حفره اوزون را چند دهه به تعويق اندازد.به عنوان يك تناقض ، گرم شدن زمين ،جو را در نزديكي سطح زمين حرارت ميدهد اما لايه پاييني ((استراتوسفر )) يعني جايي را كه اوزون قرار دارد همچنان سرد نگه ميدارد . اين دماهاي پايين به ويژه درزمستان مسبب جمع شدن ابرهاي استراتوسفر در نواحي قطبي ميشود . اين پديده آغازگر واكنشهاي نابود كننده اوزون توسط مولكولهاي كلري استكه توسط كلروفلورو كربن ها آزاد ميشوند. پيش بيني هاي داير بر اين كه حفره اوزون كه بالاي قطب جنوب قرار دارد، به زودي كوچك خواهد شد با آخرين اطلا عات مغايرت دارد كه نشان ميدهد كه اين حفره درحال گسترش است وبه طور بي سابقه اي در چند سال اخير بزرگ شده است. چهسوراشدن لايه اوزون : 

جريان تاسف بار سوراخ شدن لايه اوزون در لايه زير استرا توسفر در بالاي منطقه انتاركتيكا اولين بار در دهه هفتاد (1970 تا 1979)توسط يك گروه تحقيقاتي به نام BAS كشف شد .اين گروه در مورد اتمسفر بالاي منطقه انتاركتيكا از يك ايستگاه تحقيقاتي كه بسيار شبيه اين عكس ميباشد مشاهده مي گردند. 

*اطلاعات ايستگاه تحقيقاتي هالي 

*ايستگاه تحقيقاتي BAS فالكر اولين بار در حالي تحقيقات را انجام داد كه اندازه گيري اوليه در سال1985براي اولين بار سوراخ شدن لايه اوزون آنچنان نگران كننده بود كه دانشمندان تصور ميكردند كه دستگاهاي اندازه گيري خراب است .آنها دستگاه هاي ديگري جانشين آن دستگاه ها كردند تا آنكه نتايج بدست آمده اندازه گيري هاي اوليه را تاييد كرد .چندماه بعد كه سوراخ شدن لايه اوزون قابل مشاهده بود،(پس از مشاهده سوراخ شدن لايه اوزون تحقيقات قبلي تاييد شد)از طرف ديگر اطلاعات ماهواره TOMS سوراخ شدن لايه اوزون را نشان نمي داد ،بدين دليل كه نرم افزارهايي كه اطلاعاتي در مورد لايه اوزون ميداد به صورتي برنامه ريزي شده بود كه لا يه اوزون در منطقه كوچكي موردبررسي قرار مي گرفت .بررسي هاي بعدي ، اطلاعات بدست آمد هنگامي كه نتايج گروه BASمنتشر نشد،مورد تاييد قرار گرفت و بيانگر اين مطلب بود كه سوراخ شدن لايه اوزون به طور سريع ودر مقياس بزرگي بر بالاي منطقه انتاركتيكا انجام مي شود. 

اوزون لايه اي را در استراتوسفر تشكيل ميدهد كه منطقه استوا باريكتر و در دو قطب پهن تر است .ميزان اوزون در بالاي سطح كره زمين به وسيله مقياسي به نام DU ((Dobson units))اندازه گيري ميشود كه اين ميزان در منطقه استوايي در حدود 260DUاست و به ميزان بيشتري در جاهاي ديگر است . اين در حالي است تغييرات فصلي بسيار وسيعي اتفاق ميافتد واين در حالي شكل مي گيرد و اشعه ماوراي بنفش در لايه استراتوسفر نفوذ ميكند يا آن را مي شكافد. 

جبهه های هوا 

زماني كه دو توده هواي با دماي مختلف‌، در مسير حركتشان به هم مي‌رسند، حالت انتقال شديدي (از لحاظ دما، فشار، رطوبت، باد و غيره) در مرز بين آنها بوجود مي‌آيد.

اگر يك نفر همراه با توده هواي گرم به سمت شمال حركت كند، به تدريج و به طور يكنواخت با كاهش دما مواجه مي‌شود؛ سپس با برخورد به يك توده هواي سرد، دما به طور ناگهاني و شديد افت مي‌كند يعني تغييرات آهسته و يكنواخت در محل برخورد با توده سرد، به تغيير ناگهاني و غير مداوم تبديل مي‌شود. به اين خاطر اصطلاح خط ناپيوستگي (Line Of Discontinuity) در مورد مركز توده هوا به كاربرد، مي‌شود. عبارت جبهه (Front) 

مترادف با خط ناپيوستگي است و امروزه به خوبي جانشين آن شده است. در واقع جبهه‌ها مرزهاي بين توده‌هاي هوا هستند. بر روي نقشه‌هاي هواشناسي جبهه‌ها را با يك خط نشان مي‌دهند.

سطحي كه دو توده هواي مجاور را از هم جدا مي‌كند سطح جبهه (Frontal Surface) ناميده مي شود.

انواع جبهه ها

بسته به حركت توده هاي هوا، انواع مختلف جبهه ها كه هر كدام خواص خود را دارند تشكيل مي شوند. اين جبهه‌ها عبارتند از:

- جبهه هاي گرم (warm fronts) 

- جبهه هاي سرد (Cold fronts)

- جبهه هاي ساكن (Stationary fronts)

- جبهه هاي بند آمده (Occluded fronts)

 

- جبهه هاي گرم (warm fronts) 

 

یک جبهه گرم، جبهه ای است که در طول آن، هوای گرم جانشین هوای سرد می شود. در صورتیکه که جهت حرکت توده های هوا به طریقی باشد که هوای گرم به تدریج از روی سطح زمینی عبور کند که قبلاً در آن جا هوای سرد وجود داشته است، جبهه تشکیل شده، جبهه گرم خواهد بود. 

بر روی نقشه های هواشناسی، جبهه گرم معمولاً به صورت نیم دایره های سیاه رنگ و در سمتی که جبهه به آن طرف حرکت می کند رسم می شود. بر روی نقشه های چاپی، جبهه گرم با خط پر رنگ و قرمز مشخص شود. 

حاصل شکل گیری جبهه گرم ایجاد پوشش نسبتاً ضخیم ابر بر روی سطح جبهه و در نزدیکی دنباله آن و بارندگی یکنواخت است. 

- جبهه هاي سرد (Cold fronts)

در جبهه های سرد، هوای سرد جانشین هوای گرم می شود. تیغه های سیاه رنگ بر روی خطی که جبهه را نشان می دهد علامت جبهه سرد هستند و همیشه بر روی جهتی قرار داده می شوند که جبهه در آن مسیر حرکت می کنند. 

بر روی نقشه های هواشناسی جبهه سرد با خط پررنگ آبی مشخص می شود. حاصل تشکیل جبهه سرد بوجود آمدن ابرهای کومولوس و کومولونیمبوس، همراه با بارندگی های رگباری است. 

- جبهه هاي ساكن (Stationary fronts)

فرض کنید دو توده هوای گرم و سرد توسط یک جبهه از هم جدا شده اند. آیا این جبهه گرم است یا سرد؟ جواب این است که تشخیص جبهه، به رفتار آن بستگی دارد. اگر جبهه در جهت هوای گرم جابه جا شود، جبهه سرد است و اگر در جهت هوای سرد جابه جا شود، جبهه گرم است. اما اگر توده های هوا در حرکت نباشند، جبهه به حالت سکون در می آید پس در واقع جبهه ساکن، جبهه ای است که در جهت افقی دارای حرکات بسیار کمی بوده و تقریباً اصطلاحی است که به مرز توده های هوای ساکن گفته می شود و بر روی نقشه های هواشناسی با ترکیبی از جبهه گرم و سرد نشان داده میشود. 

 

جبهه هاي بند آمده (Occluded fronts)

جبهه بند آمده از ادغام جبهه های سرد و گرم تشکیل می شوند. اگر یک جبهه سرد از یک جبهه گرم پیشی گیرد، نتیجه کار یک جبهه بندآمده است. 

با نزدیک شده به جبهه بندآمده، سیستم ابر یا بارندگی حاصل از آن بسیار شبیه یک جبهه گرم است، زیرا تشکیل دنباله توده هوای گرم قبل از جبهه تغییری نکرده است. با گذر جبهه، ابرها و بارندگی متعاقب آن از نوع جبهه سرد خواهد بود. 

آشنايي با لايه هاي جو 

اتمسفر زمين را بر حسب چگونگي روند دما، اختلاف چگالي، 

تغييرات فشار، تداخل گازها و سرانجام ويژگيهاي الكتريكي به لايه‌هاي زير تقسيم كرده‌اند

تروپوسفر (Troposphere) 

استراتوسفر (Stratosphere) 

مزوسفر (Mesosphere) 

يونسفر (Ionosphere) 

اگزوسفر (Exosphere) 

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. 

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.

پيش بينى و كنترل توفان 

راس هوفمن

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. 

 

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: