22 صفحه word |فونت tahoma سایز 12| قابل اجرا در آفیس 2007 و نسخه های جدیدتر|قابل ویرایش و آماده چاپ

بخشی از تحقیق 

ساختمان و ترکیبات

جو را تشکیل از یک سری لایه جداگانه می توان در نظر گرفت که با چگونگی دمای هوا در ارتفاعات مختلف از یکدیگر جدا می شوند. برای یک جو استاندارد ، این لایه ها تقریبا به ترتیب زیر از یکدیگر تفکیک می شوند. شکل (1-1) با ضخامت های متوسط.

ورد سپهر : لایه بسیار متغیر که به طور متوسط ارتفاع آن از حدود 8 کیلومتر در قطب تا 16 کیلومتر در استوا تغییر می کند. این تغییرات تابعی از زمان و مکان می باشد.

وردایست: مرز بین ورد سپهر و پوش سپهر است که شیب تغییرات دما در آن تغییر جهت می دهد.

پوش سپهر : از مرز وردایست تا ارتفاع 47 کیلومتر.

پوش ایست: از انتهای پوش سپهر تا 52 کیلومتر.

میان سپهر : از 52 کیلومتر تا 83 کیلومتر.

میان ایست: تا ارتفاع 93 کیلومتری از سطح زمین.

گرم سپهر : از ارتفاع 93 کیلومتری به بالا.

لازم به توضیح است که لایه های فوق از نظر ضخامت و تغییرات دما تا حدودی به عرض جغرافیایی محل بستگی داشته است.

بیشترین توجه هواشناسها بر روی ورد سپهر متمرکز است زیرا اغلب فعل و انفعالاتی که ما  آنها را تغییرات هوا می نامیم در این لایه صورت می گیرد. می توان گفت که تقریبا تمامی ابرها و تحقیقا تمامی بارندگیها و همچنین طوفانها در این ناحیه از جو متولد می شوند. این امر باعث شده است که ورد سپهر را کره هوا بنامند.

قسمت اعظم ضخامت جو در اطراف زمین از مخلوط گازهای دایمی تشکیل شده است که هوای خشک نامیده می شوند. هوا و دیگری نیز در جو وجود دارند که مقدار آنها متغیر است.

این مواد شامل : بخار آب ، مواد آلی و معدنی از قبیل گرد و غبار ، دود و سایر آلوده کننده هایند. هواغی خشک خالص که کاملا شفاف و بدون بو است از 78% نیتروژن ، 21% اکسیژن ، 1% آرگون و 3% دی اکسید کربن و مقداری از گازهای دیگری همچون هیدروژن ، ازن ، نئون و… تشکییل شده است.

از این گازها دایمی جو، دی اکسید کربن به علت جذب برخی از تشعشعات ساطع شده از زمین و تابش مجدد آنها به طرف زمین از اهمیت اقلیمی خاص برخوردار است. این گاز به طور پیوسته توسط سبزینه ها تنفس و توسط جانوران تولید می شوند. با سوختن برخی از مواد فسیلی ، فعالیت آتشفشانها و استهلاک خاک نیز مقادیر زیادی از این گاز تولید می شود.

بخار آب نیز که شفاف و بی بو است حجم بسیار متغیری را در جو به خود اختصاص می دهد. این حجم از تقریبا صفر در نواحی مرتفع و سرد جو تا حدود 3تا 4% حجم کل هوا در نزدیک سطح و در نواحی گرم و مرطوب تغییر می کند. از آنجا که بخار از طریق تبخیر آب در سطوح خشکی و دریا به آسمان می رود ، به ناچار در نواحی کم ارتفاع سطح زمین تجمع می یابد . اهمیت بخار آب بیشتر از آن چیزی است که درصد حضور آن نشان می دهد زیرا نه تنها باعث ایجاد ابر و بارندگی می شود بلکه مقدار زیادی از اشعه خورشید و اشعه ساطع شده از سطح زمین را جذب و یا پراشیده می کند. علاوه بر این مقدار زیادی گرما که جهت تبخیر مورد استفاده قرار گرفته است در زمان میعان دوباره در جو آزاد می شود. بنابراین می توان از بخار آب به عنوان عامل اصلی انتقال انرژی در جو نام برد. جو از طریق برخی از خواص شیمیایی و فیزیکی گازهای تشکیل دهنده خود می تواند انرژی خورشیدی تابش شده به سمت زمین را نیز کنترل کند. برای مثال گاز ازن که بیشترین غلظت را در فاصله 20 تا 35 کیلومتری از سطح زمین دارد به عنوان یک سپر محافظ در مقابل اشعه کشنده فوق بنفش خورشید عمل می کند. برخی از ناخالصی های موجود در جو نقش بسیار مهمی در تشکیل ابر و ایجاد بارندگی ایفا می کنند. این ذارت ناخالصی در هوا باعث می شوند که ذرات آب در روی آنها به مایع تبدیل شده و هسته ای برای این فرایند باشند.

لایه دیگری که در تعریف های فوق بیان نشده و از نظر مخابرات دارای اهمیت است لایه یون سپهر نام داشته و در ارتفاع بین 80 تا 400 کیلومتری قرار می گیرد. در این لایه اتمهای نیتروژن و اکسیژن با جذب طول موجهای کوتاه اشعه خورشیدی یونیزه می شوند. در نتیجه ضخامت این لایه در طول روز بیشتر از ضخامت آن در طول تاریکی است.

از نظر الکتریکی یون سپهر به سه لایه اصلی F,E,D تقسیم می شود. در هر حال ، یون سپهر اثر چندانی در تغییرات هوا ندارد و تنها تاثیری که ممکن است در زندگی روزمره ما داشته باشد اثر آن بر روی بر روی دریافت امواج رادیویی می باشد. برای توضیح بیشتر این موضوع ، استفاده از رادیو را در شب و روز مثال می زنیم. بدین ترتیب که ایستگاهی را که در شب به راحتی و وضوح دریافت می کنید. در طول روز قادر به دریافت علایم آن ایستگاه نخواهید بود. علت این در لایه F یون سپهر می باشد. بدین ترتیب که این لایه که در طول شب و روز وجود دارد مسئول بازتاب امواج AM رادیو می باشد. از طرف دیگر این امواج توسط لایه D که فقط در طول روز وجود دارد جذب می شوند. در نتیجه این امواج تنها در طول شب قادر به رسیدن به لایه F و بازتاب بر روی آن هستند.

چگالی و فشار

از آنجا که گازهای موجود در جو تراکم پذیرند با افزایش ارتفاع او در نتیجه کم شدن فشار هوا مطابق قانون هیدرواستاتیک چگالی هوا کاهش می یابد. بدین ترتیب می توان گفت که 75% جرم هوا در ناحیه ورد سپهر متمرکز است در سطح آبهای آزاد فشار استاندارد جو برابر با 2/1013 هکتو پاسکال است. البته لازم به توضیح است که نیروی ناشی از این فشار از جهات مختلف بر بدن اثر کرده یکدیگر را خنثی می کنند و در نتیجه آسیبی به بدن وارد نمی شود. با افزایش ارتفاع ، فشار هوا کاهش می یابد. (شکل 1-2)

دما

دما در ورد سپهر اغلب با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. شیب خط در شکل 1-1 آهنگ این کاهش را نشان می دهد. از آنجایی که این شیب به دمای هوا بستگی دارد بنام آهنگ کاهش دمای محیط (ELR) معروف شده است. برای شرایط یک جو استاندارد که در آن دمای سطح C15 می باشد. ELR برای 6/5C در هر یک کیلومتر است. بدین معنی که به طور متوسط با هر کیلومتر صعود6/5C دما کاهش می یابد. لایه ورد ایست که حد فاصل بین ورود سپهر و پوش سپهر است با ELR برابر با  یا کمتر معرفی می شود. در یک جو استاندارد ، موقعیت وردایست در ارتفاع 12 کیلومتری تعریف می شود ولی در شرایط واقعی این ارتفاع 12 کیلومتری تعریف می شود ولی در شرایط واقعی این ارتفاع از 16 کیلومتر در نواحی مدار گانی تا حدود 9 کیلومتر در نواحی قطبی متغیر است. گهگاه ارتفاع می افتد که در لایه های کم عمق از ورد سپهر دما با ارتفاع افزایش می یابد. این وضعیت را که در آن elr منفی است(وارونگی دما) می نامند. که اغلب در فصل زمستان و نزدیک سطح خشکی زمین در اثر تابش شبانه ایجاد می شود.

ساختمان عمودی اتمسفر

فشار اتمسفر : عبارت است از وزن ستون عمودی از هوا در بالای محلی معین و نسبت به ارتفاع کاهش می یابد. هر قدر بالاتر می رویم از سرعت رقیق شدن هوا کاسته می شود. حجم اتمسفر متراکم در جهت عمودی و حجم آن در جهت افقی یکسان نیست. طبق محاسبه روی کره ای به قطر یک متر قسمتی که مورد توجه جو شناسان است. تنها ایجاد اتمسفر متناسب می شود که معمولا آن را اتمسفر استاندارد می گویند.

درجه گرما و تقسیمات مهم اتمسفر  

معمولا در عرض های متوسط از 11تا 12 کیلومتری کاهش درجه حرارت دفعتا قطع شده و گرما روبه افزایش می گذارد. آنجا یک گسستگی وجود دارد که به تروپوپوز معروف است و قسمت زیرین اتمسفر را که به تروپوسفر موسوم است محدود می کند.

تروپوسفر :

در مجاورت سطح زمین تا 2یا3 کیلومتر منحنی های حرارتی بر حسب نواحی هوایی که حکمفرماست حالات متغیری به خود می گیرند به دلیل وجود هوای آشفته این قسمت از اتمسفر را طبقه آشفته گویند زیرا در اثر مالش در روی پوشش نباتی و به خصوص در روی موانع ناهمواری ها گرد بادهای متعددی ایجاد می شود ولی در صورت آرام بودن هوا اختلاط آن نیز کمتر است و وضع منفی حرارتی در اکثر موارد به خصوص در صورت وقوع درجه حرارت معکوس که به صورت اعتای ویژه ای روی گرافیک درجه حرارت ظاهر می گردد متغیر است. طبقه زیرین در نتیجه اعمال مکانیکی گردبادها یا در نتیجه اثرات تشعشعی ناشی از پرتوافکنی زمین تحت تاثیر سطح زمین قرار گرفته طبقه جغرافیایی نامیده می شود. این طبقه در قسمت بالا به وسیله درجه حرارت معکوس ختم می شود. در این سطح آلودگی هوا گرد و غبار حاصله از خاک و قطرات زیر پوشش ابری متوقف می شوند. سطح مزبور را بطور عامیانه طبقه آلوده می نامند. به طرف بالا تا مرز تروپوسفر از اتمسفر آزاد بسیار زلال و یکنواخت تشکیل یافته است.

تروپوپز

مرز فوقانی تروپوسفر است که در عرض جغرافیایی معین سطح متوسط آن ثابت نیست و خیل کم تغییر می کند. معمولا ارتفاع آن در تابستان بیشتر از زمستان است اختلاف فصلی 1 تا5/1 کیلومتر تجاوز نمی کند ولی تغییرات ارتفاع تروپوپز در جهت نصف النهاری خیلی زیاد است به طوری که از کمتر از 6 کیلومتر در قطب تا 18 کیلومتر در استوا دیده شده است. در تروپوسفر ضخیم استوا کاهش درجه حرارت نسبت به ارتفاع بیشتر از تروپوسفر نازک قطب است. به همین علت حد متوسط درجه حرارت در سطح تروپوپز و یا در استراتوسفر زیرین نواحی استوایی نسبت به استراتوسفر زیرین نواحی قطب کمتر است. 80یا 85 درجه سانتی گراد در مقابل 45 تا 50 درجه سانتی گراد در عرض های متوسط که تروپوپز در ارتفاع 11 یا 12 کیلومتری جایگزین می شود درجه حرارت در حدود 55 تا 60 درجه سانتی گراد است. به طور کلی توزیع جغرافیایی درجه حرارت در سطح تروپوپز در جهت عکس پراکندگی آن در سطح زمین است.

استراتوسفر

این طبقه بیشتر از 60 کیلومتر ضخامت دارد و هوای روشن به خشک و بدون ابری را دارا می باشد. جابجایی هوا در استراتوسفر گاهی خیلی سریع بوده و طبقات هوا اکثرا در جهت افقی و در روی هم حرکت می کند.

 رطوبت اتمسفر

در تروتروپوسفر هوا خشک نیست و پیوسته قسمت نسبتا مهمی از آب را به صورت گاز یعنی بخار آب (غیر قابل دید) دارا می باشد. از عوامل موثر در تنظیم تبخیر در مرحله اول درجه حرارت و تشعشع مستقیم آفتاب را باید در نظر گرفت به طوری که تغییر حالت فیزیکی آب مستلزم رسیدن کالری حرارت قابل ملاحظه ای است. سپس رطوبت اتمسفر در تنظیم تبخیر دخالت می کند و در نتیجه سرعت باد که موجب تهدید هوا می شود . هوا یمرطوب را جانشین هوای خشک کرده و می تواند بخار آب را آزاد نماید بالاخره فشار یکی دیگر از عوامل موثر به شمار می آید به طوری که هر قدر کم باشد تبخیر به همان اندازه بیشتر خواهد بود. تبخیر مقداری از انرژی کالریفیک را مصرف کرده و موجب سرد شدن هوا می شود در صورتی که نسیم معکوس یعنی تراکم (گذر از حالت گازی به حالت مایع ) باعث رهایی مقداری از انرژی شد. در نتیجه درجه گرما افزایش می یابد. (حرارت مخفی تراکم)