دانلود مقاله انواع ابر ها

انواع ابرها به طور کلی، انواع مهم ابرها را به طور خلاصه به شرح زیر می‌توان بیان داشت: 1- ابرهای سیروس (Cirrus) : این ابرها از مرتفع‌ترین ابرها بوده واغلب به صورت پرمانند و سفید رنگ و شفاف (ملو از بلورهای یخ) در آسمان دیده می‌شوند.

این ابرها بعضاً به صورت دسته‌های منظم جدا از هم، در آسمان دیده می‌شوند در این صورت موسوم به سیروس‌های هوای خوب بوده و اگر توأم با ابرهای سیرواستراتوس و آلتواستراتوس گردند.

معمولاً علامت هوای بد می‌باشند.

2- سیرو استراتوس (Cirrostratus) : این ابرها را می‌توان سیروس‌های نازک تور مانندی دانست که از ابرهای کوچک سفید و به هم فشرده به شکل گوله پشمی شکیل یافته‌اند و به علت شفافیت خورشید و ماه و ستارگان از پشت آنها قابل رویت بوده و اغلب هاله‌ای دور خورشید و ماه تشکیل می‌دهند.

این هاله‌ نتیجه شکست نور بوسیله بلورهای یخ معلق در هوا است ظهور این ابرها، علامت نزدیک شدن هوای طوفانی بوده و به همین لحاظ، این ابرها را می‌توان پیش از فرا رسیدن هوای بد و یا حالت‌های طوفانی هوا، مشاهده نمود.

3- سیرو کومولوس (Cirrocumulus) : این ابرها اغلب از توسعه ابرهای سیرو استراتوس حاصل شده و بدون سایه می‌باشند و غالباً به جای خورشید و ماه هاله‌ای در آسمان بوجود می‌آورند.

ساختمان آنها اغلب متشکل از قطعات سفید رنگ بوده و معمولاً پیش از ابرهای سیروس در آسمان ظاهر می‌شوند.

ظهور آنها در آسمان، مقدمه فرا رسیدن هوای ابری و طوفانی است.

4- آلتو استراتوس (Altostratus) : این ابرها به صورت لایه‌های یکنواخت و متحدالشکل خاکستری یا متمایل به آبی به صورت ترکیبی از الیاف، آسمان را می‌پوشانند.

به علت قشر ظریف این ابرها تشخیص موقعیت خورشید از پشت آنها امکان‌پذیر است معمولاً پس از پیدایش ابرهای آلتو استراتوس، ریزیش‌های جوی در سطح وسیعی به طور مدام شروع می‌گردد.

5- آلتوکومولوس : (Altocumulus) این ابرها شامل لایه‌ها و یا تکه‌های بزرگ گوی مانندی از قطرات زیر آب بوده که معمولاً بصورت شیار و یا امواج نسبتاً منظمی مشاهده می‌گردد.

جریان عمودی هوا در لایه‌ای که بوسیله این ابرها پوشیده شده، سبب رشد سریع قابل ملاحظه‌ایی در جهت عمودی در این ابر می‌گردد به همین سبب، این ابرها اغلب در بالای قلل کوهها و یا در فوق جریانات عمودی مشاهده می‌گردند .

این ابر اغلب شکل عدسی دارند .

پدیدار شدن این ابرها در آسمان بیانگر شرایط بد هوا و ایجاد رعد و برق می‌باشد.

6- استراتوس : (Stratus) نوع اصلی این ابر لایه‌ای یکدست و شبیه مه می‌باشد .

و معمولاً به صورت توده متراکمی از بخار آب که قطر آن در همه‌جا یکسان است، مشاهده می‌گردد.

ارتفاع این ابر از سطح زمین بسیار کم است بارندگی در این ابرها در حرارت‌های فوق صفر درجه سانتی‌گراد بصورت ریزدانه می‌باشد.

7- استراتوکومولوس (Stratucumulus): این ابرها دارای رنگی تیره و یا سفید متمایل به خاکستری بوده معمولاً بصورت دسته یا خطوط و یا توده‌های کروی مانند بزرگ و امواج کروی از ابرهای خاکستری با فواصل و شکاف‌های روشن تشکیل می‌گردد.

این ابرها اغلب بیشتر آسمان را پوشانده و بارندگی آن بصورت ریزدانه بود.

و در نتیجه فاقد شرایط بارندگی‌های رگباری است.

8- نیمبواستراتوس : (Nimbostratus) این ابرها متراکم و فاقد شکل معینی بوده و تمام آسمان را به‌طور نامنظم می‌پوشانند بارندگی‌های حاصل از این ابرها اغلب مداومند.

9- کومولوس: (Cumulus) این ابرها اغلب ساختمان گل کلمی داشته و سطح بالای آن حالت گنبدی دارد و متشکل از قطعات کوچک ابرهای سفید پنبه‌ای است که معمولاً صبحگاهان در امتداد ارتفاعات تشکیل می‌گردند و دارای حالت جوشش (در اثر صعود هوای مرطوب) هستند .

قطعات پراکنده این ابرها تقریباً دارای ارتفاع یکسان و معرف به کومولوس‌های هوای خوب می‌باشند.

10- کومولونیمبوس (Cumulunimbus): این ابرها را توده‌های بزرگ و انبوه ابر که به شکل برج عظیمی سر به آسمان کشیده‌اند تشکیل می‌گردند رنگ قسمت فوقانی در این ابرها متمایل به آبی و سطح زیرین آب کاملاً تیره می‌باشد .

این ابرها به نام ابرهای رعدوبرق نیز معروف‌اند.

و بارندگی آنها بصورت رگباری است.

اغلب با یک جبهه سرد و فعال همراه بوده و یا در اثر ناپایداری محلی ایجاد می‌شوند و در عرض‌های میانه اغلب در اوایل بهار و پاییز مشاهده می‌شوند.

سوراخ لایه اوزون لایه اوزون در قسمت شمالی زمین در سال 1980 بین 15تا20 درصد کاهش پیدا کرده است.

برای رفع این مشکل جمعی ازبهترین متخصصان زمین شناسی هر سال برای تحقیق وجستجو دور یکدیگر جمع می شوند .در سال 1992 پروکتیل مونترئال درباره’ لایه اوزون مطالعه و تحقیقی داشت که فهمید بزرگ شدن سوراخ لایه اوزون بستگی به آلودگی هوا و تولید مواد سمّی دارد.در همان سال سازمان ملل متحد و حفاظت از محیط زیست برنامه ای را طرّاحی کرد که این برنامه جهت محافظت و حمایت از محیط زیست و مخصوصا لایه اوزون به نام برنامهUNEPطراحی کرد که این برنامه جهت جلوگیری از تولید مواد سمّی و مواد شیمیایی آلوده کننده،است.مولکولهای اکسیژن(O2) به اکسیژن اتمیک (O) تبدیل می -شوند .اکسیژن اتمیک به سرعت با مو لکولهای بیشتری ترکیب شده و به شکل اوزون می شود .ان پوشش حرارتی که در سطح بالا رشد کرده و سلامتی لایه اوزون را به خطر انداخته است و این مورد باعث شده است که اگر استراتوسفر نباشد ما نتوانیم بدون آن زنده بمانیم .

بالای استراتوسفر مقداری از آلودگی مضّر اشعه مادون بنفش را و همچنین تشعشعاتی از خورشید (امواج بین 320 تا 240) را که باعث می شود لایه اوزون آسیب ببیند و همچنین جان گیاهان به خطر بیفتد را جذب میکند.اشعه مادون بنفش با تابیدن نور مولکولهای اوزون را میشکافد ولی اوزون می تواند تغییر شکل بدهد و عکس العمل زیر ازآن حاصل میشود 3 همچنین اوزون در اثر عکس العمل زیر نابود میشود : O3+O:O2+O2 عکس العمل دوم با افزایش پیدا کردن ارتفاع آهسته انجام می شود امّا عکس العمل سوم سریعتر انجام می شود.

دربین همکاری عکس العمل ها تمرکز اوزون درحال تعا دل است.

دربالای اتمسفر اکسیژن اتمیک هنگا می که اشعه مادون بنفش در سطح بالایی است، پیدا می شود.

در اثر حرکت استراتوسفر هوای متراکم تری بدست می آید وجذب اشعه ی مادون بنفش افزایش می یابد و سطح اوزون به حد اکثر و تخمینا" km20می رسد.همراه با تئوری کمپمن یک مشکل نیز وجود داشت که این مشکل در سال 1960 تشخیص داده شد وحقیقت این بود که اوزون به وسیله عکس العمل 4 آهسته حرکت می کرد و دیده نمی شود.

گرم شدن زمین ترمیم حفره اوزون را به تعویق می اندازد دانشمندان هشدار داده اند :پدیده گرم شدن زمین می تواند تلاشها برای ترمیم حفره اوزون را که قرار بود تا سال 2050 انجام گیرد،حدود30سال به تعویق اندازد .این مو ضوع به رقم پیشرفتهایی است که بای از رده خارج کردن مواد شیمیایی مخرّب اوزون انجام شده است.

طبق گزارشی کاهش فراوانی در مصرف گازهای ساخته دست انسان بنام ((کلروفلورو کربن)) پدید آمده است .اینها گازهایی هستندکه لایه محافظ زمین را می خورند .دانشمندان گفتند:اگر کشورها مصمم به دنبال نمودن این روند باشند ،((حفره داخل لایه اوزون به آغاز به جمع شدن و کوچک شدن خواهد نمودتا اینکه ظرف 50 سال ترمیم خواهد شد .

)) این جمع بندی و نتیجه گیری توسط ((مجمع بررسی فرایند های استراتوسفر و نقش آن در آب و هوا )) SPARC)) به عمل آمد .این مجمع از صد ها کارشناس اقلیمی که دسامبر سال 1999در آرژانتین گرد هم آمدندو در سایه توجهات سازمان هواشناسی جهانی تشکیل جلسه دادند،شکل گرفته است.

این دانشمندان هشدار دادند: حتّی اگر کاهش مصرف گازهایCFC برآورده شود،پدیده گرم شدن زمین_که نتیجه تولیید گازهای گلخانه ای با وجود کربن به عنوان عنصر اصلی آن است و از سوختهای سنگواره ای بدست می آید _میتواند محلت ترمیم حفره اوزون را چند دهه به تعویق اندازد.به عنوان یک تناقض ، گرم شدن زمین ،جو را در نزدیکی سطح زمین حرارت میدهد اما لایه پایینی ((استراتوسفر )) یعنی جایی را که اوزون قرار دارد همچنان سرد نگه میدارد .

این دماهای پایین به ویژه درزمستان مسبب جمع شدن ابرهای استراتوسفر در نواحی قطبی میشود .

این پدیده آغازگر واکنشهای نابود کننده اوزون توسط مولکولهای کلری استکه توسط کلروفلورو کربن ها آزاد میشوند.

پیش بینی های دایر بر این که حفره اوزون که بالای قطب جنوب قرار دارد، به زودی کوچک خواهد شد با آخرین اطلا عات مغایرت دارد که نشان میدهد که این حفره درحال گسترش است وبه طور بی سابقه ای در چند سال اخیر بزرگ شده است.

چهسوراشدن لایه اوزون : جریان تاسف بار سوراخ شدن لایه اوزون در لایه زیر استرا توسفر در بالای منطقه انتارکتیکا اولین بار در دهه هفتاد (1970 تا 1979)توسط یک گروه تحقیقاتی به نام BAS کشف شد .این گروه در مورد اتمسفر بالای منطقه انتارکتیکا از یک ایستگاه تحقیقاتی که بسیار شبیه این عکس میباشد مشاهده می گردند.

*اطلاعات ایستگاه تحقیقاتی هالی *ایستگاه تحقیقاتی BAS فالکر اولین بار در حالی تحقیقات را انجام داد که اندازه گیری اولیه در سال1985برای اولین بار سوراخ شدن لایه اوزون آنچنان نگران کننده بود که دانشمندان تصور میکردند که دستگاهای اندازه گیری خراب است .آنها دستگاه های دیگری جانشین آن دستگاه ها کردند تا آنکه نتایج بدست آمده اندازه گیری های اولیه را تایید کرد .چندماه بعد که سوراخ شدن لایه اوزون قابل مشاهده بود،(پس از مشاهده سوراخ شدن لایه اوزون تحقیقات قبلی تایید شد)از طرف دیگر اطلاعات ماهواره TOMS سوراخ شدن لایه اوزون را نشان نمی داد ،بدین دلیل که نرم افزارهایی که اطلاعاتی در مورد لایه اوزون میداد به صورتی برنامه ریزی شده بود که لا یه اوزون در منطقه کوچکی موردبررسی قرار می گرفت .بررسی های بعدی ، اطلاعات بدست آمد هنگامی که نتایج گروه BASمنتشر نشد،مورد تایید قرار گرفت و بیانگر این مطلب بود که سوراخ شدن لایه اوزون به طور سریع ودر مقیاس بزرگی بر بالای منطقه انتارکتیکا انجام می شود.

اوزون لایه ای را در استراتوسفر تشکیل میدهد که منطقه استوا باریکتر و در دو قطب پهن تر است .میزان اوزون در بالای سطح کره زمین به وسیله مقیاسی به نام DU ((Dobson units))اندازه گیری میشود که این میزان در منطقه استوایی در حدود 260DUاست و به میزان بیشتری در جاهای دیگر است .

این در حالی است تغییرات فصلی بسیار وسیعی اتفاق میافتد واین در حالی شکل می گیرد و اشعه ماورای بنفش در لایه استراتوسفر نفوذ میکند یا آن را می شکافد.

منبع :mollasadra.persianblog.com جبهه های هوا زمانی که دو توده هوای با دمای مختلف‌، در مسیر حرکتشان به هم می‌رسند، حالت انتقال شدیدی (از لحاظ دما، فشار، رطوبت، باد و غیره) در مرز بین آنها بوجود می‌آید.

اگر یک نفر همراه با توده هوای گرم به سمت شمال حرکت کند، به تدریج و به طور یکنواخت با کاهش دما مواجه می‌شود؛ سپس با برخورد به یک توده هوای سرد، دما به طور ناگهانی و شدید افت می‌کند یعنی تغییرات آهسته و یکنواخت در محل برخورد با توده سرد، به تغییر ناگهانی و غیر مداوم تبدیل می‌شود.

به این خاطر اصطلاح خط ناپیوستگی (Line Of Discontinuity) در مورد مرکز توده هوا به کاربرد، می‌شود.

عبارت جبهه (Front) مترادف با خط ناپیوستگی است و امروزه به خوبی جانشین آن شده است.

در واقع جبهه‌ها مرزهای بین توده‌های هوا هستند.

بر روی نقشه‌های هوا شناسی جبهه‌ها را با یک خط نشان می‌دهند.

سطحی که دو توده هوای مجاور را از هم جدا می‌کند سطح جبهه (Frontal Surface) نامیده می شود.

انواع جبهه ها بسته به حرکت توده های هوا، انواع مختلف جبهه ها که هر کدام خواص خود را دارند تشکیل می شوند.

این جبهه‌ها عبارتند از: - جبهه های گرم (warm fronts) - جبهه های سرد (Cold fronts) - جبهه های ساکن (Stationary fronts) - جبهه های بند آمده (Occluded fronts) - جبهه های 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 های 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 های ساکن (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 های 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.

آشنایی با لایه های جو اتمسفر زمین را بر حسب چگونگی روند دما، اختلاف چگالی، تغییرات فشار، تداخل گازها و سرانجام ویژگیهای الکتریکی به لایه‌های زیر تقسیم کرده‌اند تروپوسفر (Troposphere) استراتوسفر (Stratosphere) مزوسفر (Mesosphere) یونسفر (Ionosphere) اگزوسفر (Exosphere) 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.

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.

پیش بینى و کنترل توفان راس هوفمن هر ساله توفان هاى موسمى بسیار بزرگ که تندبادهایى با سرعت بیش از 120 کیلومتر بر ساعت را ایجاد مى کنند، سراسر دریاهاى گرمسیرى را درنوردیده و به سوى خطوط ساحلى حرکت مى کنند.

این امر غالباً باعث مى شود که بخش هاى وسیعى از نوارهاى ساحلى در نقاط مختلف جهان دچار آسیب هاى جدى و فراوانى شوند.

وقتى این توفان هاى پى در پى که در میان ساکنین سواحل اقیانوس اطلس و سواحل شرقى اقیانوس آرام به نام Hurricane، در سواحل غربى اقیانوس آرام به نام Typhoon و در سواحل حاشیه اى اقیانوس هند به نام Cyclone معروف اند به نواحى پرجمعیت هجوم مى برند، ممکن است هزاران نفر کشته و میلیاردها دلار خسارت بر جاى گذارند.

و هیچ چیز، مطلقاً هیچ چیز، در برابر آنها توان ایستادگى و مقاومت ندارد.

اما آیا این نیروهاى مهیب طبیعت باید براى همیشه از حیطه کنترل ما خارج باشند؟

من و همکاران محقق ام هرگز اینگونه نمى اندیشیم.

تیم تحقیقاتى ما از مدت ها پیش در پى یافتن پاسخ این سئوال است که چطور مى توان توفان ها را به مسیرهاى کم خطرتر هدایت کرد یا در غیر این صورت لااقل آنها را به جهات مختلف پراکنده ساخت.

گرچه تحقق این هدف بزرگ شاید براى دهه ها بعد قابل تصور باشد، اما نتایج تحقیقات ما نشان مى دهند که مطالعه احتمالات متعدد در این زمینه چندان آسان نخواهد بود.

براى برداشتن نخستین گام ها در مسیر کنترل توفان ها، محققان باید قادر باشند که اولاً مسیر جارى شدن یک توفان را با دقت فوق العاده زیادى پیش بینى کنند، ثانیاً هویت تغییرات فیزیکى (از قبیل تغییرات دماى هوا) را که بر رفتار توفان اثرگذار خواهند بود تشخیص دهند و ثالثاً راه هایى را براى تأثیرگذارى بر آن تغییرات پیدا کنند.

این کار اکنون در مراحل آغازین خود قرار دارد، اما شبیه سازى هاى کامپیوترى توفان ها که طى چند سال گذشته با موفقیت قابل وصفى انجام شده اند به وضوح نشان مى دهند که تعدیل رفتار توفان ها بالاخره روزى میسر خواهد بود.

در این میان، چیزى که بیش از هر چیز دیگر پیش بینى آب و هوا را مشکل مى سازد، حساسیت فوق العاده اتمسفر (جو زمین) به تحریکات کوچک است، اما همین امر مى تواند کلید واقعى دستیابى بشر به کنترلى باشد که دائماً در جست وجوى آن است.

نخستین تلاش تیم تحقیقاتى ما براى اثرگذارى بر مسیر یک توفان شبیه سازى شده، به عنوان مثال، از طریق ایجاد تغییرات کوچک در کیفیت اولیه توفان، به طور قابل ملاحظه اى موفقیت آمیز از کار درآمد و نتایج بعدى نیز همچنان روند مطلوب قبلى را تداوم بخشیده اند.

ماهیت توفان ها براى اینکه ببینیم اساساً چرا توفان ها (Hurricanes) و سایر تندبادهاى گرمسیرى مى توانند مستعد پذیرش مداخله انسان باشند، باید ماهیت و منشاء اصلى وقوع توفان ها را دریافت.

توفان ها، به شکل دسته هایى از تندبادهاى همراه با آذرخش و صاعقه بر فراز اقیانوس هاى گرمسیرى ظاهر مى شوند.

دریاهاى واقع در عرض هاى جغرافیایى پایین دائماً حرارت و رطوبت زیادى را براى اتمسفر به ارمغان مى آورند و این امر باعث مى شود تا هواى گرم و مرطوب فراوانى بر فراز سطح دریا تشکیل شود.

وقتى این هوا به سمت سطوح فوقانى جو حرکت مى کند، بخار آب موجود در آن تقطیر مى شود و بدان وسیله موجبات تشکیل ابرها و فرو ریختن انواع نزولات را فراهم مى سازد.

تقطیر بخار آب موجود در هوا باعث آزاد شدن حرارت در سطوح فوقانى جو مى شود و این حرارت که اصطلاحاً از آن به عنوان «گرماى نهان تقطیر» نام برده مى شود، به همراه حرارت تابشى خورشید که اصلى ترین عامل تبخیر آب در سطح اقیانوس محسوب مى شود، سبکى بیشترى را براى هوا به ارمغان آورده و باعث مى شوند تا هوا طى یک فرایند بازخوردى تقویتى (Feedback) آمادگى صعود به ارتفاعات بالاتر را پیدا کند.

نهایتاً، فرود این هواى گرمسیرى باعث سازماندهى تدریجى و تقویت سامانه اى مى شود که به نوبه خود موجبات تشکیل «قطب مرکزى سکون»اى را فراهم مى سازد که یک توفان دریایى به دور آن مى چرخد.

با رسیدن این سامانه به زمین، منبع پایدار آب گرم توفان از آن جدا مى شود که همین امر به تضعیف سریع توفان مى انجامد.

رویاى کنترل توفاناز آنجایى که توفان بیشتر انرژى اش را از حرارت آزاد شده در نتیجه تقطیر بخار آب بر فراز اقیانوس (که بعدها به تشکیل ابر و فرود نزولات جوى مى انجامد) به دست مى آورد، لذا نخستین چیزى که محققان در رویاهاى خویش براى پیش بینى زمان وقوع این پدیده هاى وهم آسا مجسم ساخته بودند، تلاش همه جانبه براى ایجاد تغییر در فرایند تقطیر با استفاده از تکنیک هاى بارورسازى ابرها بود که در دهه هاى دورتر به عنوان تنها راه عملى براى تأثیرگذارى بر شرایط آب و هوایى مناطق مطرح بود.

در اوایل دهه ،1960 یک هیات مشاوره اى علمى به نام Project Stormfury که از سوى دولت آمریکا مأموریت یافته بود، اقدام به انجام یک سرى آزمایش هاى دلیرانه یا شاید متهورانه با هدف تعیین چگونگى امکان اجرایى کردن آن راهکار نمود.

هدف Project Stormfury کاستن از سرعت گسترش یک توفان از طریق تشدید یا تقویت سرعت نزول باران در نخستین باند یا حوزه بارانى در خارج از Eye Wall یا حلقه ابرها و بادهاى شدیدى بود که در حوزه دید قرار داشتند [براى آگاهى بیشتر در این زمینه به مقاله «تجربیات ملایم سازى توفان» اثر«آر اچ سیمپسون» و «جوآنه اس مالکوس» در نسخه دسامبر 1964 نشریه ساینتیفیک آمریکن مراجعه کنید] آنها تلاش کردند تا این هدف را با پاشیدن ذرات یدید نقره بر روى ابرها به وسیله طیاره محقق سازند: در این روش، از ذرات یدید نقره به عنوان هسته هایى لازم براى تشکیل یخ از بخار آبى استفاده شد که پس از صعود به بالاترین و سردترین محدوده هاى ارتفاعى توفان عملاً مادون سرد (Supercooled) شده بود.

اگر همه چیز طبق پیش بینى هاى رویاپردازانه مبتکران آن طرح پیش رفته بود، ابرها سریع تر رشد مى کردند و موجودى هواى گرم و مرطوب نزدیک سطح اقیانوس را به مصرف مى رساندند و در نتیجه جایگزین EyeWall قبلى مى شدند.

این فرایند در ادامه باعث افزایش شعاع عملکرد توفان و در نتیجه کاهش شدت آن مى شد، درست همان طورى که یک اسکیت باز خبره براى کاستن از سرعت دوران خود دستانش را به طرفین باز مى کند.نتایج تحقیقات Project Stormfury در بهترین حالت مبهم و دو پهلو بودند.

هواشناسان امروزى انتظار ندارند که این کاربرد ویژه بارورسازى ابرها در مورد توفان ها مؤثر باشد، زیرا برخلاف تصورات اولیه، توفان ها حاوى بخار آب مادون سرد نیستند.

آب و هواى مغشوش مطالعات جارى ما از دل یک کشف قدیمى بیرون آمد که من 30 سال پیش، زمانى که تازه از دانشگاه فارغ التحصیل شده بودم و به تحقیق پیرامون ابعاد مختلف وجودى تئورى آشوب (Chaos Theory) مشغول بودم، به آن پى برده بودم.

یک سیستم بى نظم (Chaotic System) سیستمى است که در نگاه اول به نظر مى رسد که رفتارى تصادفى داشته باشد، اما در واقع، همین سیستم تحت حاکمیت قوانینى قرار دارد.

چنین سیستمى به شرایط اولیه نیز بسیار حساس است، به گونه اى که ورودى هاى ظاهراً ناچیز و دلخواه قادرند تأثیرات شگرفى را بر روى آن داشته باشند که این امر نیز به نوبه خود نتایج پیش بینى ناپذیرى را در سریع ترین زمان ممکن در پى خواهد داشت.

در مورد توفان ها، بروز تغییرات کوچک در جنبه هایى از قبیل دماى اقیانوس، موقعیت مکانى جریان هاى شدید باد (که تنظیم کننده سرعت و جهت حرکت توفان ها هستند)، یا حتى شکل ابرهاى بارانى حاضر در سراسر حوزه دید مى تواند تأثیر عمیقى را بر مسیر حرکت و توان بالقوه یک توفان بر جاى نهد.

حساسیت شدید جو زمین به تغییرات کوچک و آمیختگى سریع خطاهاى کوچک با مدل هاى پیش بینى آب و هوا چیزى است که پیش بینى طولانى مدت (بیش از پنج روز پیش از وقوع توفان) را تا این حد مشکل ساخته است.

اما این حساسیت همچنین من را به تعجب وا مى دارد که چطور ممکن است ورودى ها یا تحریکات جزیى چنان تأثیرات عمیقى را بر توفان ها بر جاى نهند که بتوانند آنها را از مراکز جمعیتى ساحلى دور کرده یا لااقل از سرعت بادهاى همراه آنها بکاهند.

من در زمان هاى دور قادر به پیگیرى آن ایده ها نبودم، اما طى دهه گذشته، شبیه سازى کامپیوترى و فناورى هاى حساس به تغییرات بسیار جزیى به قدرى رشد کرده اند که ظاهراً قادر به تحقق بخشیدن رویاهاى دوره جوانى من در کنترل پدیده هاى آب و هوایى در مقیاس بزرگ خواهند بود.

هم اینک، من و همکارانم در مؤسسه «تحقیقات جوى و زیست محیطى» (AER) که یک شرکت مشاوره اى در زمینه تحقیقات و توسعه محسوب مى شود، با حمایت مالى «مؤسسه مفاهیم پیشرفته ناسا» (سازمان فضانوردى آمریکا) مشغول بهره بردارى از مدل هاى کامپیوترى توفان ها با هدف تشخیص انواع عملیاتى هستیم که ممکن است نهایتاً در جهان واقعى به مورد اجرا گذاشته شوند.

به ویژه، ما از فناورى پیش بینى وضعیت آب و هوا براى شبیه سازى رفتار توفان هاى قبلى و سپس آزمایش نتایج مداخلات متعدد از طریق مورد ملاحظه قرار دادن تغییرات در توفان هاى مدل سازى شده استفاده مى کنیم.

مدل سازى آب و هواى مغشوش حتى بهترین مدل هاى کامپیوترى پیش بینى وضعیت آب و هوا در روزگار فعلى وقتى پاى پیش بینى به میان مى آید بسیارى چیزها را در حد رویا باقى مى گذارند، اما با توسل جستن به آنها مى توان مدل سازى توفان ها را ساده تر کرد.

مدل هاى کامپیوترى یاد شده به روش هاى عددى اى بستگى دارند که فرایند پیچیده گسترش یک توفان را با به محاسبه درآوردن شرایط برآورده شده جوى در فواصل زمانى کوتاه و پى در پى شبیه سازى مى کنند.

محاسبات عددى پیش بینى وضعیت آب و هوا بر این فرض اولیه استوارند که در جو زمین هیچ آفرینش یا انهدام جرم، انرژى، مومنتوم (اندازه حرکت) و رطوبتى میسر نخواهد بود [اصل بقاى جرم، انرژى و .

.

].

در یک سیستم سیال، نظیر یک توفان، این کمیت هاى تغییرناپذیر دوشادوش جریان توفان جابه جا مى شوند.

با این حال، نزدیک مرزها یا حواشى سیستم، بر پیچیدگى مسائل افزوده مى شود.

به عنوان مثال، در سطح دریا، شبیه سازى هاى ما باید بتوانند پاسخگوى به دست آوردن یا از دست دادن چهار کمیت تغییرناپذیر اصلى باشند.

مدل سازان وضعیت جوى را به عنوان یک ویژگى کامل متغیرهاى فیزیکى قابل اندازه گیرى، از جمله فشار، دما، رطوبت نسبى، و سرعت و جهت باد، تعریف مى کنند.

این کمیت ها معادل خواص فیزیکى تغییرناپذیرى هستند که شبیه سازى هاى کامپیوترى بر آنها استوارند.

در بیشتر مدل هاى آب و هوایى، این متغیرهاى رویت پذیر بر روى یک نمودار میله اى سه بعدى از اتمسفر به تصویر کشیده مى شوند، بنابراین مى توان نقشه اى از هر ویژگى را براى هر ارتفاع معینى رسم کرد.

مدل سازان به هیچ وجه مجموعه مقادیر همه این متغیرها را نقاط میله اى کیفیت مدل نمى نامند.براى انجام یک پیش بینى مناسب، یک مدل عددى پیش بینى وضعیت آب و هوا پى درپى کیفیت مدل را لحظه به لحظه در فواصل زمانى کوتاه (از چند ثانیه تا چند دقیقه بسته به مقیاس طرح مورد بررسى توسط مدل) بهبود مى بخشد.

مدل عددى یاد شده میزان تأثیرات به وجود آمده را که حین هر فاصله زمانى معین در مقادیر خواص متعدد جوى و نیز فرایندهاى تبخیر، بارش، سایش سطحى، سرمایش مادون قرمز و گرمایش خورشیدى که در ناحیه مورد نظر اتفاق مى افتد، محاسبه مى کند.

خاصیت پیش بینى متأسفانه پیش بینى هاى هواشناسانه ناقص و اعتمادناپذیر هستند.

در وهله اول، کیفیت آغازین مدل ها همواره ناقص و غیردقیق است.

کیفیت اولیه مدل ها براى توفان ها نیز داراى نواقصى بوده و خصوصاً تعریف شان مشکل است، زیرا مشاهدات مستقیم بسیار معدود بوده و انجام شان نیز مشکل است.

با این حال ما از مشاهده تصاویر ماهواره اى ابرها به این نتیجه مى رسیم که توفان ها داراى ساختارهاى پیچیده و تودرتویى هستند.

اگرچه این تصاویر بالقوه بسیار سودمند خواهند بود، اما ما نیازمند آگاهى یافتن از مسائلى بسیار بیشتر و پیچیده تر از این هستیم.

ثانیاً حتى با کیفیت کامل اولیه، مدل هاى کامپیوترى توفان هاى گرمسیرى بزرگ به خودى خود مستعد بروز اشتباه هستند.

به عنوان مثال اتمسفر فقط در یک میله از نقاط مدل سازى مى شود.

وجوهى کوچکتر از طول میله که همانا مسافت بین دو نقطه میله اى مجاور را تشکیل مى دهد، به طور دقیق قابل لمس نخواهند بود.

بدون یک عزم بسیار جدى، ساختار یک توفان در مجاورت Eye Wall مهمترین وجه آن پوشیده باقى مانده و جزئیات آن نیز نامعلوم باقى خواهد ماند.

به علاوه، این مدل ها، درست شبیه اتمسفرى که شبیه سازى مى کنند، طبق یک الگوى بى نظم رفتار مى کنند و اشتباهات برآمده از هر دوى این منابع خطا به موازات اقدام براى انجام محاسبات پیش بینى وضع هوا سریعاً فزونى مى یابند.به رغم محدودیت هایش، این فناورى هنوز براى اهداف ما اجتناب ناپذیر جلوه مى کند.

ما براى پیگیرى تجربیات مان اقدام به طرح ریزى یک سیستم بسیار کارآمد اولیه پیش بینى آب و هوا به نام «شبیه سازى چهاربعدى داده هاى تغییرپذیر» 4 DVAR کرده ایم.