دانلود تحقیق آلودگی آب و هوا

آشنایی با فشار هوا
فشار هوا نیرویی است که هوا بر یک واحد از سطح زمین وارد می کند و مقدار آن در سطح دریای آزاد، برابر است با وزن ستونی از جیوه به ارتفاع 76 سانتیمتر. واحد اندازه گیری فشار هوا در آب و هواشناسی میلی بار یا هکتوپاسکال می باشد؛ هر میلی بار یا هکتوپاسکال برابر با 1000 دین بر سانتی متر مربع می باشد فشار ستون هوا در سطح دریای آزاد 1013 هکتوپاسکال بر سانتی متر مربع می باشد.

از آنجا که تراکم هوا با ارتفاع کاهش می یابد، با افزایش ارتفاع فشار هوا نیز کم می شود، اما تغییر فشار برحسب ارتفاع چندان منظم نیست؛ به طور کلی تا ارتفاع 1500 متری سطح زمین به ازای هر 100 متر افزایش ارتفاع، فشار هوا حدود 12 هکتوپاسکال کم می شود. پراکندگی افقی فشار اتمسفر را با استفاده از خطوط هم فشار به صورت سطح هم فشار نشان می دهند. خط هم فشار خطی است که تمام نقاط با فشار یکسان را به هم مربوط می کند. نقشه های هم فشار برای سطوح مختلف اتمسفر تهیه می شود.

پراکندگی فشار در سطح زمین
تکرار حالتهای لحظه ای هوا در دراز مدت در پراکندگی فشار، الگویی میانگین را نشان می دهد که کمابیش انعکاس تاثیرهای گردش عمومی جو است، در نقشه های میانگین فشار نمود های زودگذر و نادر دیده نمی شود و در مقابل نمود های عمده و غالب چه در مقیاس محلی و چه در مقیاس جهانی جلوه می کنند؛ بنابراین مطالعه نقشه های میانگین فشار اگر چه در کاربرد موضعی یا کوتاه مدت چندان کارآمد نیست اما برای شناخت نمود های عمده و غالب گردش عمومی هوا مهم است.
مراکز عمده فشار در سطح زمین به تبعیت از سیستم نصف النهاری گردش عمومی هوا، از استوا تا قطب به صورت کمربندهای مداری متناوبی جلوه می کند؛ اما وضعیت خشکی و دریا در نیمکره شمالی این منظم را به هم می زند و مراکز یاد شده را به صورت سلولهای جدا از هم در می آورد.
نتیجه گردش عمومی هوا در دراز مدت، وجود کمربندهای کم فشار در استوا، پر فشار در منطقه جنب حاره کم فشار در منطقه معتدله و احتمالا در منطقه قطبی است.

اتمسفر زمین را بر حسب چگونگی روند دما، اختلاف چگالی، تغییرات فشار، تداخل گازها و سرانجام ویژگیهای الکتریکی به لایه‌های زیر تقسیم کرده‌اند:

1- تروپوسفر (Troposphere)

2- استراتوسفر (Stratosphere)

3- مزوسفر (Mesosphere)

4- یونسفر (Ionosphere)

5- اگزوسفر (Exosphere)





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.

2- استراتوسفر

لایه استراتوسفر بر روی لایه تروپوسفر قرار دارد و ضخامت متوسط آن حدود 23 کیلومتر است. در 3 کیلومتر اول استراتوسفر، دمای هوا ثابت است اما در قسمتهای بالاتر دمای هوا با ارتفاع افزایش می یابد.
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 کیلومتری از سطح زمین ظاهر شوند که علت وجود آنها حرکات موجی شکل هوا از سوی موانع می باشد.
از دیگر ویژگیهای مهم استراتوسفر وجود ازن در این لایه است که بخصوص در ارتفاع 20 تا 30 کیلومتری سطح زمین بر اثر واکنشهای مختلف فتوشیمیایی بدست می آید. مقدار ازن در این لایه معمولاً روند فصلی دارد حداکثر آن در بهار و حداقل آن در پاییز مشاهده می شود.

3- مزوسفر

در بالای لایه گرم ازن لایه مزوسفر قرار دارد که دما در آن متناسب با افزایش ارتفاع با آهنگ 3/0 سانتیگراد به ازای هر 100 متر کاهش می یابد به طوریکه دما در مرز فوقانی آن در ارتفاع 80 تا 90 کیلومتری به 80- درجه سانتیگراد می رسد. و نتیجه این دمای پایین انجماد بخار آب ناچیز موجود در این لایه است که 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.

4 - یونوسفر

از بخش فوقانی مزوسفر تا ارتفاع تقریبی 1000 کیلومتری اتمسفر زمین، بار الکتریکی شدیدی حاکم است که زاییده وجود یونها و الکترونهای آزاد است. در حقیقت پرتوهای پر انرژی خورشید که از فضای خارج به طبقات بالایی اتمسفر وارد می شوند باعث گسستگی پیوند یا یونیزاسیون مولکولها و اتمها می شوند. بر اثر یونیزاسیون، الکترون 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 یکسان نیست؛ بنابراین لایه های متفاوت با تراکم الکترون 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 .

5 - اگزوسفر

شرایط موجود در یونوسفر در این لایه نیز حاکم است؛ بدین معنی که گازها در این لایه همچنان قابلیت هدایت الکتریکی خود را حفظ می کنند. سرعت ذرات در این لایه بسیار زیاد است و در مواردی به 2/11 کیلومتر در ثانیه می رسد.




اگزوسفر لایه گذار جو به فضای کیهانی به شمار می آید که بخش فوقانی آن را در ارتفاع بیش از سه هزار کیلومتری از سطح زمین برآورد کرده اند.
خورشید تنها ستاره منظومه شمسى مى باشد که کرات وسیارات در اطراف آن مى چرخند و از انرژى آن استفاده مى کنند.زمین نیز یکى از کراتى است که در أطراف خورشید در حال حرکت است .
فاصله میان زمین و خورشید حدود 149.800.000کیلومتر مى باشد ، که در این فاصله،زمین حدود 9^10×95/1 وات انرژى ازخورشید دریافت مى کند که ما تنها کسرى از آن (0000002/0) را استفاده مى کنیم . نور خورشید 27/8 دقیقه طول مى کشد که به زمین برسد.از صد در صد نورى که به زمین مى تابد تنها 30% آن بر اثر ذرات و مولکول هاى موجود در لایه هاى بالایى منعکس مى شوند بقیّه آن ها از لایه ها زمین عبور مى کنند و به زمین مى رسند.در واقع مى توان به جرأت گفت که حدود99%انرژى که به زمین مى رسد از خورشید وبقیه آن از ماه و کرات دیگر مى باشد.
نور سفید خورشید از میلیاردها میلیارد رنگ تشکیل شده است که هر کدام از این رنگ ها داراى طول موج و انرژى مخصوص به خود مى باشند، وما هنگامى که این نور را تفکیک مى کنیم به هفت رنگ تجزیه مى شوند که هر کدام از این رنگ ها از میلیاردها رنگ تشکیل شده اند...
پرتوهاى فوق بنفش داراى طول موج کوتاه و انرژى زیاد مى باشند .پرتوهاى فوق بنفش با انرژى زیادى که دارند براى تمام موجودات زنده خطرناک مى باشند وموجب سرطان پوست یا آفتاب سوختگى مى شوند .
خوشبختانه زمین در برابر این پرتوى خطرناک، محافظى بنام لایه اوزون دارد که از ورود پرتوهاى خطرناک به سطح زمین جلوگیرى مى کند. قبل از آنکه به بحث درباره برخورد پرتوهاى فوق بنفش و مولکول ها اوزون بپردازیم ابتدا به اطلاعاتى درمورد اوزون مى پردازیم.

اوزون چیست؟

دانشمندان لایه ها زمین را به چهار قسمت تقسیم مى کنند :

1 - تروپوسفر (که نسبت به سطح دریا 12تا15 کیلومترارتفاع دارد)

2 - استراتوسفر

3 - مزوسفر

4 - تروموسفر (خارجى ترین لایه زمین)

مولکول اوزون (o3)از یک مولکول اکسیژن و یک اتم اکسیژن که ناپایدار و واکنش پذیر مى باشد، تشکیل شده است . پیوند میان مولکول اکسیژن و اتم اکسیژن در مولکول اوزون بسیار ضعیف مى باشد و ممکن است با کوچکترین برخورد از هم جدا ویا با دریافت کوچکترین انرژى به حالت اولیه خود برگردند . لایه اوزون در لایه استراتوسفر زمین قرار دارد .در شب ها به دلیل عدم دسترسى به انرژى تابشى خورشید، ضخامت لایه اوزون کمتر از ضخامت آن در روز ها مى باشد. هنگامى که پرتوهاى فوق بنفش به مولکول ها اوزون برخورد مى کنند، پرتو هاى فوق بنفش مقدار زیادى از انرژى خود را از دست مى دهند وبه پرتو هاى فرو سرخ تبدیل مى شوند ، و همچنین بر اثر این برخورد ، مولکول اوزون به مولکول اکسیژن واتم اکسیژن تبدیل مى شود و با تابش مجدد نور خورشید ، مولکول اوزون دوباره پدیدار مى شود.
مولکول هاى اوزون هرچند که براى ما مفید هستند اما وجود آن ها در لایه تروپوسفر (لایه اى که ما در آن زندگى مى کنیم) بسیار خطرناک مى باشند.
نیتروژن هاى پراکسید خارج شده از اگزوز موتورهاى دیزلى بر اثر تابش نور خورشید (عمل فتو شیمیایى) با مولکول هاى اکسیژن واکنش مى دهند و مولکول هاى اوزون را پدیدار مى کنند . چون در مولکول هاى اوزون اتم هاى اکسیژن فعال (رادیکالى) وجود دارد ، تنفس آن ،موجب اختلال در دستگاه تنفسى مى شود .












*حفره اُزن* تا سال 1980میلادى از سوراخى لایه اوزون خبرى نبود ؛ اما در سال 1985م ، دانشمندان از نازک شدن لایه اوزون در قطب جنوب خبر دادند. در آن زمان با تحقیقات انجام شده علت نابودى مولکول هاى اوزون را ،گاز هاى cfc (کلر و فلوئور و کربن) مى دانستند. گاز هاى cfc به عنوان گاز هاى خنک کننده در یخچال ها ،کولرها و همچنین در مواد پلاستیکى مورد استفاده قرار مى گیرند . در cfc ها اتم هاى کلر ناپایدار و واکنش
پذیر مى باشند و هنگامى که گاز هاى cfc به لایه هاى بالا مى روند ، در لایه هاى بالا بر اثر برخورد با نور خورشید ،گاز هاى کلر آزاد مى شوند. اتم هاى کلر در لایه استراتوسفر با مولکول هاى اوزون واکنش مى دهند. هر اتم کلر به تنهایى مى تواند 100.000 مولکول اوزون را از بین ببرد . به همین دلیل در گستره جهانى ،در سازمان ملل متحد ،در معاهده اى بنام معاهده مونترال کشورها متعهد شدند که از تولید و فروش گاز هاى cfc خوددارى کنند ،و همچنین به کشور هاى فقیر این امکان را بدهند که بجاى استفاده از گاز هاى cfc ، از گاز هاى خنک کننده دیگرى استفاده کنند. ما مى دانیم که بیشترین کشور هاى صنعتى در نیم کره شمالى قرار دارند ، پس چرا در قطب جنوب لایه اوزون سوراخ شده است ؟! برای پاسخ به این سوال ، پژوهش های زیادی انجام شده است که بعضی از این پژوهش ها تاکنون در دست تحقیق است .

اخیراً دانشمندان علت ایجاد حفره در لایه اوزون را گرداب های سنگین ، که در قطب جنوب جریان دارند ، می دانند . در زمستان در طول شبهای قطبی، نور خورشید درتمام سطح قطب جنوب در دسترس نیست ، به همین دلیل در این قطب در لایه استراتوسفر طوفان هاى سنگینی گسترش مى یابند که به آن ها گرداب قطبی(polar vortex) مى گویند . گرداب قطبی می تواند ذرات سازنده هوا را تجزیه کند .

این گرداب ها باعث ایجاد ابرهاى سردی می شوند که بر فراز قطب جنوب جریان می یابند. که به این ابرها ابر استراتوسفر قطبی (polar stratosphere cloud) می گویند.اختصار آن psc است. Pscها بسیار سرد هستند و دمای آن ها حدود 80- سیلسیوس است.* Psc از نیتریک اسید تری هیدرات (nitric acid trihydrate) تشکیل شده است و با ابرهایی که ما آن ها را در آسمان می بینیم کاملاً متفاوتند. پس این ابرهای اسیدی می توانند لایه اوزون را تخریب کنند. بنایراین با استناد به تحقیقات انجام یافته ،موارد زیر را می توان از عوامل موثر در تخریب لایه اوزون دانست:

1 - حور زمین به گونه اى مى باشد که نور خورشید به قطب شمال بیشتر از قطب جنوب مى تابد به همین دلیل ضخامت لایه اوزون در قطب شمال بیشتراز ضخامت آن در قطب جنوب مى باشد ( زیرا ما گفتیم که پیوند میان مولکول اکسیژن و اتم اکسیژن در مولکول اوزون بسیار ضعیف مى باشد و ممکن است با کوچکترین برخورد از هم جدا ویا با دریافت کوچکترین انرژى(مانند انرژى تابشى خورشید ) به حالت اولیه خود برگردند)

2 - از مورد دوم نتیجه مى گیریم که هواى قطب جنوب سردتر از هواى قطب شمال مى باشد ، بنابراین هواى گرم هنگامى که بر اثر جریان هایى به قطب جنوب مى روند ، چون سبک مى باشند ،به سمت بالا مى روند و موجب نابودى لایه هاى اوزون برفراز قطب جنوب مىشوند.

3 - در زمستان نور خورشید کاملاً در تمام سطح قطب جنوب در دسترس نمی باشد، واین امر باعث کاهش دما و تشکیل ابرهای psc می شود .

4 - ابرهای psc اسیدی هستند و به همین دلیل آن ها به لایه اوزون آسیب می رسانند.



ماهواره‌های آب و هوائی اولین بار توسط آمریکائی‌ها و در سال 1960 برای مشاهده و دریافت اطلاعات واقعی آب و هوائی به آسمان پرتاب گردیدند. در آگوست همین سال، نخستین تصویر زمین از فضا در روزنامه ملی ژئوگرافیک (Geographic) منتشر گردید. از این تاریخ به بعد، ماهواره‌های بیشتری به فضا پرتاب شدند.











همانطور که زمین و دیگر سیاره‌ها در مدار خاص خود به دور خورشید می‌گردند، ماهواره‌های مصنوعی نیز در مدارهای خاصی در حال چرخش‌اند. انتخاب این مدارها برای ماهواره‌ها به منظور و هدفی که ماهواره به آن منظور به فضا پرتاب شده است بستگی دارد. می‌توان مداری را انتخاب نمود که در مسیر قطب شمال و جنوب قرار می‌گیرد و یا مداری که حول خط استوا می‌باشد و یا هر مداری ما بین این دو حالت. همچنین در انتخاب مدار ماهواره عامل ارتفاع نیز می‌تواند درنظر گرفته شود مثلا ارتفاعات هزاران مایلی بالای زمین و یا ارتفاعات صدها مایلی. دو نوع اصلی ماهواره‌های آب و هوائی وجود دارد :

1 - ثابت زمین Geostationary

2 - مدار قطبی Polar Orbiting

ماهواره های Geostationary برای هشدارهای کوتاه مدت و ماهواره‌های Polar Orbiting برای پیش بینی‌های بلند مدت تر بکار می‌روند. هر دو نوع ماهواره‌ها برای دیده بانی‌ کامل آب و هوائی جهان لازم هستند.

در اواخر دهه 70 نیاز به ماهواره‌هائی که 24 ساعته در روز بتوانند تصاویر ماهواره ای را تهیه نمایند احساس گردید. ماهواره ای که بتواند هر24 ساعت یکبار در مداری که در ارتفاع 40000 کیلومتری بالای خط استوا قرار دارد و با سرعتی که با سرعت زمین برابر می باشد به دور زمین بچرخند. این نوع ماهواره ها، ماهواره های زمینآهنگ نامیده می شوند.

از آنجاییکه سرعت چرخش این ماهواره ها به دور زمین با سرعت چرخش زمین متناسب می باشد، این ماهواره‌ها نسبت به یک موقعیت روی سطح زمین ثابت باقی می مانند و به این دلیل که زمین نیز در روز یکبار به دور محورش می‌گردد آن ها نیز یکبار در روز مدار خود را طی می‌کنند.

برای مثال دو ماهواره‌ Goes (ماهواره‌های محیطی- عملیاتی ثابت زمین) جز ماهواره های زمین آهنگ هستند و در مدار زمین آهنگ (geosynchronous) دور زمین می‌چرخند. در حداقل ارتفاع 36000 کیلومتری بالای خط استوا قرار دارند.

این ماهواره‌ها به طور پیوسته تصاویر دقیق ولی با جزئیات کم تهیه می‌کنند و این تصاویر را هر 30 دقیقه یکبار به زمین ارسال می نمایند. دیده بانی پیوسته این ماهواره‌ها برای تجزیه و تحلیل متمرکز داده‌ها ضروری می‌باشند. این تصاویر بوسیله یک نرم افزار تجزیه و تحلیل شده و بصورت پیوسته و گرافیکی تهیه می شوند. به دلیل است که به عنوان مثال تصاویری که از حرکت ابرها نمایش داده می شود، مربوط به 8 ساعت گذشته می باشد.این اطلاعات ارزشمند درباره نوع، جهت و بزرگی ابر می تواند کار پیش بینی را بسیار ساده نماید.

با توجه به این که این ماهواره ها نسبت به یک موقعیت بر روی سطح زمین ثابت هستند قادرند در شرائط بد آب وهوائی مانند گردباد ،سیلاب ، طوفان‌های تگرگی و تندبادها هشدارهائی بدهند.

ماهواره های مدار ثابت مختلفی وجود دارد، برای مثال ماهواره ثابت زمین GMS برای استرالیا و ژاپن،GOES8ه (GOES=Geostationary operational Environmental Satellites) برای آمریکای شرقی،GOES 10 برای آمریکای غربی،INS/Meteosat5 برای روسیه و هند و Meteosat7 برای اروپا نمونه‌ هایی از ماهواره‌های ثابت زمین می‌باشند. البته ماهواره ها ی Meteosat تمام اروپا و افریقا را می پوشانند.

دو ماهواره Meteosat و GOES تصاویری از دیگر ماهواره های ثابت زمین را نیز دوباره ارسال می دارند این امر موجب می شود که به عنوان مثال آب و هوای استرالیا را بتوان در لندن یا شیکاگو مشاهده نمود.