img/daneshnameh_up/3/3e/aurora_anim.gif جو هرگز آرام نبوده بلكه در هر لحظه حركت با دامنه وسیع در مقیاسات مختلف انجام می‌گیرد. حركات جو از نظر مكان و زمان بطور پیوسته درجه بندی می‌شوند. كوچكترین و سریعترین این حركت در مقیاس مولكولی نظیر پخش مولكولی است. از این مقیاس به بعد دامنه تا حركات پیچكی تربولانس ، طوفانهای رعد و برق و حركت در مقیاس كم فشارها افزایش می‌یابد. بالاخره بعد از این حركات می‌توان عظیمترین حركات را كه در مقیاس كره‌ای اتفاق می‌افتد نام برد .

مقدمه

جو هرگز آرام نبوده بلكه در هر لحظه حركت با دامنه وسیع در مقیاسات مختلف انجام می‌گیرد. حركات جو از نظر مكان و زمان بطور پیوسته درجه بندی می‌شوند. كوچكترین و سریعترین این حركت در مقیاس مولكولی نظیر پخش مولكولی است. از این مقیاس به بعد دامنه تا حركات پیچكی تربولانس ، طوفانهای رعد و برق و حركت در مقیاس كم فشارها افزایش می‌یابد. بالاخره بعد از این حركات می‌توان عظیمترین حركات را كه در مقیاس كره‌ای اتفاق می‌افتد نام برد.



img/daneshnameh_up/3/3e/aurora_anim.gif


باد سینوپتیكی

یكی از خصوصیات مشخصه‌های حركت سینوپتیكی تعادل تقریبی است كه بین مؤلفه‌های افقی نیروی گرادیان فشار و نیروی كوریولیس در نواحی برون حاره‌ای بوجود می‌آید. تغییر فشار نسبت به فاصله بین خطوط هم فشار در روی نقشه سینوپتیكی سطح ثابت را گرادیان افقی فشار گویند. یك نقشه سینوپتیكی سطح متوسط دریا (MSL) از نوع نقشه‌های سطح ثابت بوده و در روی آن جهت گرادیان فشار از پر فشار به طرف كم فشار است. نیروی كورولیس در خط استوا برابر صفر است، ولی در قطبین زمین حداكثر می‌باشد. ممكن است نیروی كوریولیست با نیروی گرادیان فشار برابری كرده ، چنانچه حركت افقی و به دور اصطكاك با سرعت ثابت از تعادل دو نیروی گرادیان فشار و كوریولیس بوجود آید، در اینصورت آن را حركت ژئوستروفیك گویند. در روی نقشه‌های سطح متوسط دریا چنین حركتی در امتداد ایزوبارهای مستقیم است. جهت حركت در هر نیمكره مختلف بوده، اگر پشت به باد ایستاده باشید در اینصورت كم فشار در نیمكره شمالی در سمت چپ واقع می شود (در نیمكره جنوبی كم فشار در سمت راست قرار می‌گیرد.)

باد گرادیان

در بسیاری از حالات حركت هوا در امتداد همفشار مستقیم اتفاق نمی‌افتد. چنانچه حركت هوا بدون اصطكاك واقعی با سرعت ثابت باشد، در اینصورت آن را جریان گرادیان گویند. در واقع جریان گرادیان در هر نقطه بر خط همفشار مماس است. سرعت این جریان در عرض جغرافیایی معین و گرادیان فشار مشخص را سرعت باد گرادیان می نامند. در واقع ممكن است فقط در یك نقطه منفرد بر روی خط همفشار یا در طول یك مسیر طولانی جریان گرادیان وجود داشته باشد. در حالت اول جهت جریان گرادیان بر خط همفشار فقط در همان نقطه مماس است. در حالت دوم كه جریان گرادیان در طول یك مسیر وجود دارد بایستی خطوط همفشار با زمان تغییر نكنند و در اینصورت گرادیان در امتداد خط همفشار جهتی دارد كه همواره و در هر نقطه بر آن مماس است.

تأثیر نیروی اصطكاك سطح زمین

لایه‌ای كه تحت تأثیر اصطكاك سطح زمین قرار می‌گیرد به لایه اصطكاك مشهور است. ضخامت این لایه متغیر است و به سرعت باد ، لابستریت دما و ناهمواریهای سطح زمین بستگی دارد. چنانچه باد اندازه گیری شده سطح زمین با مقدار ژئوستروفیك مقایسه شود دو تفاوت مهم زیر مشخص می‌شود:

سرعت باد حقیقی كمتر از سرعت باد ژئوستروفیك است.
باد حقیقی حطوط همفشار را از طرف پرفشار به طرف كم فشار قطع می‌كند.

در داخل لایه اصطكاك سرعت باد تقلیل می‌یابد و در نتیجه نیروی كوریولیس دیگر قادر نیست با نیروی گرادیان فشار تعادل حاصل كند. در اینصورت جریان باد خطوط همفشار را قطع می‌كند. تأثیر اصطكاك با ارتفاع كاهش می‌یابد و در ارتفاع حدود یك كیلومتری از سطح زمین بیشتر و در حدود 150 متری از سطح دریا قابل اغماض می‌شود. تأثیر اصطكاك در روی دریا نیز كمتر از تأثیر آن بر روی خشكی است. بطور كلی در روی دریا سرعت باد حقیقی در حدود 3/2 سرعت باد ژئوستروفیك بوده و زاویه‌ای كه جریان باد با خطوط همفشار درست می‌كند در حدود 15 درجه است. در روی خشكی سرعت باد حقیقی بین 3/1 تا 3/2 سرعت باد ژئوستروفیك است و زاویه‌ای كه جریان باد خطوط همفشار درست می‌كند در حدود 25 درجه است.

جریان هوا در نزدیكی سطح زمین

معمولا جریان هوا در نزدیكی سطح زمین ، هر چند تغییرناپذیر ، ولی بصورت توربولانس است. این انحرافات در باد بصورت افقی و هم بطور عمودی وجود دارند. دو نوع توبولانس قابل تشخیص است:


توربولانس اصطكاكی
توربولانس حرارتی

توربولانس اصطكاكمی در بعضی مواقع توربولانس مكانیكی خوانده می‌شود. زیرا سطح زمین ناهموار است و این توربولانس اصطكاكی در اثر ساختمانها و درختان تشدید می‌شود. توربولانس حرارتی در اثر جریانات جابجایی عمودی و در اثر گرم شدن سطح زمین ایجاد می‌شود. این گرم شدن ممكن است در اثر تابش خورشید برر روی خشكی بوجود آید. همچنین هوایی كه بطور نسبی سرد است، در اثر عبور از روی زمینهای گرمتر یا دریای گرمتر حرارت بدست آورده و گرم می‌شود. تبادل گرمات در جهت عمودی بطور تقریب بصورت مستقیم یا غیر مستقیم توسط جریانات عمودی انجام می‌شود. اغلب باد در نزدیكی سطح زمین با سایر عوامل تغییر می‌كند. در حالت كلی هوا تمایل دارد در اطراف یك مانع جریان یابد و از روی آن بالا نرود. لكن حركت صعودی شدید در صورت وجود لابستریت درجه حرارت نسبتا قوی اتفاق می‌افتد.


img/daneshnameh_up/2/26/an_stab.gif


باد حرارتی

بردار باد ممكن است با ارتفاع تغییر كند. یعنی شیر عمودی باد ممكن است بین پایین و بالای لایه‌ای از هوا بوجود آید. روشن است كه علت وجود این شیر عمودی باد در روی هر مكانی به توزیع نامساوی افت متوسط دمای مجازی در لایه بستگی دارد. تفاضل برداری باد پایین از باد بالای هر لایه را "باد حرارتی" آن لایه گویند. داشتن اطلاعات بردارهای باد حرارتی در تهیه نقشه‌های ضخامت مفید است.

بادهای عمودی

برخی از مهمترین منابع حركت عمودی هوا بصورت زیر است:


توپوگرافی (ناهمواری زمین)
جابجایی عمودی (كنوكشن)
كنورژانس
اعمال جبهه‌ای

جریانات عمودی دارای ماهیت محلی می‌باشند و هنگامی كه هوا بر روی كوهستانی جریان می‌یابد، كلا به طرف بالا جابجا می‌شود. در سطوحی كه چندین بار بیشتر از ارتفاع عمودی كوهستان است این حركت عمودی هوا ممكن است قابل ملاحظه باشد. جریانات جابجایی عمودی هوا در نتیجه گرم شدن هوا در نزدیكی سطح زمین بوجود آید. این نوع جریانات ممكن است به شكل حركات پیچكی كوچك نامنظم كه مشابه حركات پیچكی اصطكاكی هستند ظاهر شوند و یا ممكن است این نوع جریانات در داخل حركات پیچیكی وسیع عمودی با جریانات مشخصی و بارز رو به پایین و روبه بالا هستند بسط و توسعه یابند. كنورژانس افقی جرم هنگانی به وقوع می‌پیوندد كه جریان خالص افقی ورودی هوا به طرف داخل ناحیه‌ای وجود داشته باشد. تداوم و پیوستگی كنورژانس باعث انباشته شدن هوا و در نتیجه افزایش دانسیته آن می‌شود. دیوژانس افقی جرم تأثیری متقابل كنورژانس افقی جرم دارد. در بعضی مناطق ممكن است تشكیل ابر و بارندگی در اثر حركت صعودی ایجاد شود. برعكس در مناطقی كه حركت نزولی وجود دارد، وضعیت جوی اغلب بطور نسبی خوب است.

چشم انداز و نتیجه بحث

استفاده از اصول اولیه دینامیك هواشناسی شخص را قادر می‌سازد تا جریان هوایی را كه با الگوهای فشار ثابت یا ارتفاع ثابت در روی نقشه‌های سینوپتیكی وجود دارند تفسیر نماید.