اقلیم شناسی دینامیک

اقلیم شناسی دینامیک

اسلاید 1: به نام خداوند بخشنده مهرباناقليم شناسي ديناميكفصل اول : مفاهيم و كليات هوا و اقليماز كتاب اقليم شناسي ديناميكدكتر كمال اميدواردانشگاه يزد

اسلاید 2: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-1- هوا و آب و هوا مهمترين مؤلفه مركزي سيستم پيچيده ، وابسته و داراي تاثير متقابل جهاني، جو زمين است كه حيات تمام موجودات بدان بستگي دارد. هوا : به وضعيت جوي يك مكان در لحضه اي معين هوا گفته مي شود.تابش،دما، رطوبت، ريزشهاي جوي، ميزان ابر، وجود مه، فشار، سمت و سرعت باد، براي بيان هواي يك نقطه مد نظر قرار مي گيرند. هواشناسي : علم شناسايي اجزاء هوا و بررسي چگونگي به وجود آمدن آنها و تغييرات هوا را هواشناسي مي گويند.

اسلاید 3: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) اقليم : اقليم وضعيت ترموديناميك – هيدروديناميك شرايط مرزي جوي جهاني است كه آرايش همزمان الگوهاي هوا را مشخص مي كند. هواي غالب يك محل در دراز مدت را اقليم مي نامند كه نتيجه مشترك همه عناصر اقليمي است. در حقيقت اين علم روابط بين حيات و عوامل ديگر طبيعي را با حوادث جوي مطالعه مي كند و اثرات پديده هاي جوي را در حيات موجودات زنده از جمله انسان معين مي كند. در اقليم شناسي بيش از ويژگي هاي فيزيكي هر پديده جوي، اثرات فيزيكي آن به عنوان يك عنصر و يا عامل اقليمي داراي اهميت است.

اسلاید 4: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) بدين ترتيب خلاف هواشناسي كه به صورت تحليلي، پديده هاي جوي را مطالعه مي كند، اقليم شناسي علمي است تركيبي كه هواي يك مكان معين را در فاصله هاي ويژه اي از زمان كه معمولا چند دهه را دربر مي گيرد، بررسي مي كند.1-2- سير تاريخي اقليم شناسي پيشينه دانش اقليم شناسي به آثار فيلسوفان يونان باستان بر مي گردد. آنها اقليم هاي جهاني را به سه بخش گرم، معتدل و سرد تقسيم مي كردند.- اولين كتاب در اين باره در حدود چهار قرن پيش از ميلاد مسيح، به نام هواها، آبها و مكانها توسط هيپوكرات نوشته شد.

اسلاید 5: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)در قرن دوم بعد از ميلاد، بطلميوس بر اساس تفاوت حرارت، سرزمين هاي شناخته شده را به هفت اقليم تقسيم بندي كرد.هواشناسي علمي از قرن 17 و 18 ميلادي بر پايه جمع آوري دانسته ها در باره مناطق مختلف جهان و جمع بندي و ميان گيري داده ها آغاز شد كه بيشتر جنبه توصيفي داشت.در قرن نوزده ميلادي با كشف قوانين فيزيكي از جمله جذب، تابش، هدايت و تبخير، دانش هواشناسي نيز علمي تر شد و از اصول هيدروديناميكي استفاده كرد.بنابراين دانش هواشناسي در اواخر قرن نوزدهم و اوايل قرن بيستم، با تهيه و به كارگيري نقشه هاي جامع هواشناسي و ايجاد مكتب هاي هواشناسي به شكوفايي رسيد.

اسلاید 6: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)هامبولت عامل مهم تغييرات هوا را در خورشيد مي ديد.مكتب برگن نظريه جبهه قطبي، تشكيل سيكلون و توده هاي هوا را مطرح كرد.مكتب فرانكفورت مقدمات بررسي هاي سه بعدي جو و تاثيرات طبقات مياني و بالايي را بر سيستم هاي هوايي ارائه داد.مكتب شيكاگو مهمترين كشف اقليم شناسي، يعني اصل ثابت بودن چرخندگي مطلق توده هوا در طول مسير حركت و مدل امواج در حركت باد را پي افكند كه به امواج راسبي معروف شدند. وجود رودباد نيز در اين مكتب كشف شد. مدل گردش عمومي جو نيز در همين مكتب ارائه و ثابت شد.

اسلاید 7: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-3- تقسيمات اقليم شناسي از نظر موضوع 1- اقليم شناسي فيزيكي 2- اقليم شناسي ديناميكي 3- اقليم شناسي سينوپتيكي

اسلاید 8: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-3-1- اقليم شناسي فيزيكي جو زمين، موتور ديناميكي غول پيكري است كه با انرژي دريافت شده از خورشيد كار مي كند. منبع اصلي انرژي در زمين خورشيد است. گردش كلي جو بر فراز زمين، بادها، توفانها و ابرها، همه پيامد تفاوت موجود در مقدار و مصرف اين انرژي هستند. اين انرژي تابشي اصولا به صورت گرما ظاهر مي شود. انرژي هميشه در داخل سياره زمين در حال تغيير و تبديل است و شدت اين تغيير و تبديل، باعث ايجاد اقليم هاي مختلف بر روي زمين مي شود.

اسلاید 9: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) اقليم شناسي فيزيكي، سير تبديل و تغييرات انرژي را بررسي مي كند. در اقليم شناسي فيزيكي موضوعاتي مانند تشعشع خورشيد، رابطه تابش خورشيد با سياره زمين، بازتابش جو و زمين، انتقال انرژي در جو، عوامل مؤثر در گرم شدن و سرد شدن خشكي ها و آبهاي سطح زمين، گردش آب، پراكندگي انرژي در سطح زمين و تبادل انرژي بررسي و تحليل مي شود. اقليم شناسي فيزيكي مبناي اقليم شناسي ديناميك است، زيرا اختلاف انرژي و يا دماي بين دو مكان، سبب تبادل انرژي و يا وزش هوا مي شود و در جو حركت به وجود مي آيد.

اسلاید 10: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-3-2- اقليم شناسي ديناميكي اقليم شناسي ديناميك به مطالعه سيستم اقليم جهاني، در مقوله منشا و بقاي آن مي پردازد. اقليم شناسي ديناميكي، علم بررسي حركات هوا در جو است و آن را به صورت مدلي واحد مطالعه مي كند و ويژگي هاي حركت، فرايند هاي ترموديناميكي ايجاد كننده اين حركات را بر اساس روشهاي رياضي، فيزيكي، همراه با كاربرد آنها بررسي مي كند. فرض اساسي در اقليم شناسي ديناميكي اين است كه حركت هوا نتيجه نيرو هاي حاصل از فرآيندهاي ترموديناميك بر روي زمين است و نيروي محركه اصلي در مدل عمومي گردش هوا انرژي تابشي خورشيد است.

اسلاید 11: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) سه اصل اساسي فيزيكي بر حركتهاي جوي حاكم است:1- پايستگي جرم 2- پايستگي تكانه(اندازه حركت) 3- پايستگي انرژي معادلات اصلي بيان كننده حركت و فرآيندهاي ايجاد كننده آنها در اقليم ديناميك عبارتند از:- قانون گاز كامل- قانون اول ترموديناميك- معادله حركت- معادله رطوبت- معادله پيوستگي * به طور كلي اقليم شناسي ديناميكي مبناي نظري اقليم شناسي سينوپتيكي است.

اسلاید 12: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-3-3- اقليم شناسي سينوپتيكي اقليم شناسي سينوپتيك، ارتباط شرايط جوي منطقه اي و محلي را با گردش جو بررسي مي كند. اقليم شناسي سينوپتيك، مطالعه اقليم شناسي سيستم هاي جوي است. در اقليم شناسي سينوپتيكي، اقليم يك منطقه زمين با تمام جنبه هاي آن به صورت يكپارچه بررسي شده و همه عناصر آن در ارتباط با يكديگر مطالعه مي شوند. در اين نوع اقليم بنا به اصل پيوستگي، تمام تغييرات اقليمي روي زمين از طريق حركت قائم با سيستم هاي جوي سطح بالا ارتباط دارد.

اسلاید 13: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) برخي از ويژگي هاي مطالعاتي در اقليم شناسي سينوپتيك :1- هر سيستم سينوپتيك در واقع يك الگوي ويژه پراكندگي فشار يا تيپ هوا را شامل مي شود.2- عناصر اقليمي، به طور كلي بر حسب درصد فراواني و در برخي موارد در كوتاه مدت بر حسب ميانگين داده ها، محاسبه مي شوند.3- در اقليم شناسي سينوپتيك، به جاي تقسيم سال به دوره هاي تقويمي و محاسبه ميانگين شرايط اقليمي هر دوره، سال را به دوره هاي استيلاي سيستم هاي سينوپتيك از قبيل دوره هاي غلبه ناوه بلند و جبهه قطبي تقسيم بندي مي كنند.4- در اقليم شناسي سينوپتيك تمام عناصر اقليمي را يك جا در نظر مي گيرند و اقليم يك منطقه را با توجه به عامل اصلي به وجود آورنده آن يعني الگو هاي فشار تعيين مي كنند.* مهمترين عنصر اصلي اقليمي، پراكندگي فشار است كه تمام عناصر ديگر را كنترل مي كند و هر الگوي پراكندگي فشار، در واقع يك تيپ هواست.

اسلاید 14: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-4- قوانين گازها گردش هاي جوي حاصل تغيير در الگو هاي فشار، دما و چگالي هواست. چگالي عبارت است از جرم واحد حجم: در گازها، حجم با تغيير فشار يا دما، تغيير مي كند. قانون بويل:P و V عبارتند از فشار و حجم در يك مرحله و P’ و V’ در مرحله ديگر از فرآيند در دماي ثابت، يا همدما.اين قانون در مورد همه گاز هاي متعارف، در حالتي كه به دماي ميعان خود نزديك نباشد صادق است، بنابراين در مورد جو نيز مي توان آن را به كار برد.

اسلاید 15: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) بنابر قانون آووگادرو حجم يك مول يا وزن مولكول گرم (تعداد گرم هاي گاز برابر وزن مولكولي آن) در دما و فشار يكسان، در همه گاز ها ثابت است. بنابراين، حجم يك مول (مولكول)، تابع جهاني از دما و فشار است.قانون گاز كامل :اين قانون تغييرات فشار را بيان مي كند. تغييرات حجم، فشار و دماي يك گاز كامل از رابطه زير پيروي مي كند: در اين رابطه P فشار گاز، V حجم گاز و T دماي مطلق گاز خواهد بود.

اسلاید 16: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-5- قانون اول ترموديناميك ترموديناميك را مي توان دانش مطالعه تبديل شكل هاي مختلف انرژي و راه هاي انتقال آن تعريف كرد. قانون اول ترموديناميك، تغييرات گرما (انرژي) را بيان مي كند : انرژي از بين نمي رود بلكه از حالتي به حالت ديگر تبديل مي شود. اين بيان قانون پايستگي انرژي است كه در مطالعه گرما از آن استفاده مي شود.بنابر قانون اول ترموديناميك، با افزودن گرما به گاز يا با انجام كار روي آن، و يا از طريق تركيب اين دو عامل، مي توان انرژي داخلي را افزايش داد.

اسلاید 17: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) در ترموديناميك به بخشي از جهان كه مورد توجه و بررسي است سيستم مي گويند و بقيه جهان به عنوان محيط شناخته مي شود.كار بر اثر تغييرات حجم ناشي از فشار صورت مي گيرد.فشار عبارت است از نيرو بر واحد سطحتغييرات دماي يك بسته هوا ممكن است به دو صورت انجام گيرد: 1- با ثابت نگه داشتن حجم بسته و تغيير فشار 2- با ثابت نگه داشتن فشار و تغيير حجم

اسلاید 18: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-6- مفهوم آنتروپي و قانون دوم ترموديناميك1-6-1- مفهوم آنتروپيEntropy آنتروپي را مي توان به عنوان ميزان آشفتگي يا بي نظمي يك سيستم تعريف كرد. وقتي كه يك سيستم بسيار بي نظم باشد، مي گوييم آنتروپي اين سيستم زياد است. عموما آنتروپي گاز ها بيشتر از آنتروپي جامدات است، چون جامدات منظم ترند. با افزايش دما آنتروپي، افزايش مي يابد.

اسلاید 19: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) قانون دوم ترموديناميك به يك متغير ترموديناميكي به نام آنتروپي (S) مربوط مي شود. مي توان قانون دوم را به طور كمي بر حسب اين متغير بيان كرد.در اين معادله Q برابر كار و T دما مي باشد.اين معادله نشان از آن است كه در يك چرخه كار نو جمع جبري كميت هاي صفر است. تغيير آنتروپيتغيير آنتروپي واحد هاي معمول براي آنتروپي عبارتند از : ژول بر كلوين و كالري بر كلوين

اسلاید 20: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-6-2- قانون دوم ترموديناميك قانون دوم ترموديناميك، قانون نقصان كيفيت انرژي است. در هر تبديل انرژي حرارتي به كار، مقداري از انرژي هميشه به صورت پراكنده و كم فايده تر نقصان كيفيت مي دهدو معمولا به صورت انرژي با حرارت كم به محيط اطراف منتقل مي شود. به طور كلي در واكنش ها يا تغيير هاي گرماگير كه خود به خود انجام مي شوند، با انجام واكنش يا تغيير، بي نظمي افزايش مي يابد.آنتروپي كل جهان تمايل به افزايش دارد.

اسلاید 21: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) به طور كلي مي توان گفت كه هر تغييري كه باعث افزايش آنتروپي شود، مي تواند خود به خود باشد.1- اگر > 0 باشد، يعني در تحول يا تغيير، سيستم نامنظم تر شده است. 2- اگر < 0 باشد، يعني در تحول يا تغيير، سيستم منظم تر شده است. پس هر تغيير فيزيكي يا شيميايي به طور طبيعي در جهتي پيشرفت مي كند كه به سطح انرژي پايين تر و آنتروپي بالاتر برسد.

اسلاید 22: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-7- دماي ميعان – هم آنتروپي دماي ميعان – هم آنتروپي، دمايي است كه توده هوا به صورت بي دررو و بدون افزايش يا كاهش رطوبت با صعود توده هوا به ارتفاعات (كم فشار) سرد شود تا به حد اشباع برسد. اين دما با دماي نقطه شبنم متفاوت و از آن كمتر است. زيرا در فرآيند بي دررو، به سبب انبساط حجمي، بخار آب داراي حجم فزاينده اي براي اشباع است. در فرآيند بي دررو يا هم آنتروپي، ميعان در سطح فشاري رخ مي دهد كه دماي پتانسيل و نم ويژه يا نسبت اختلاط آن مشخص باشد. سطح فشاري ميعان – هم آنتروپي يك توده هوا، فقط به نم ويژه يا نسبت اختلاط آن توده هوا بستگي دارد.

اسلاید 23: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-8- معادله حركت مي دانيم كه نيروهاي خنثي نشده حركت ايجاد مي كند. چگونگي ارتباط بين حركت و نيروها را نخستين بار نيوتن كشف كرد. قانون اول نيوتن : مي گويد كه هر گاه بر جسمي نيرويي وارد نشود، اگر جسم در حال سكون باشد، ساكن باقي مي ماند و درصورتي كه داراي حركت باشد، به حركت مستقيم و يكنواخت خود ادامه مي دهد، مگر آنكه در اثر نيروهاي خارجي مجبور به تغيير آن حالت شود. قانون اول نيوتن را غالبا قانون لختي (اينرسي) مي خوانند. اجسام به آساني حالت سكون يا حركتشان را تغيير نمي دهند. جسمي كه در حال سكون است، مي خواهد كه در حال سكون بماند. اين جسم لختي دارد. اجسام در حال حركت نيز لختي دارند. جسمي كه متحرك است، تمايل دارد كه همچنان در حال حركت بماند. هر چه جرم جسم بيشتر باشد، لختي آن هم بيشتر است.

اسلاید 24: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)قانون دوم نيوتن : معادله حركت است كه تغييرات سرعت را بيان ميكند. اگر به جسمي به جرم m ، نيرويي به اندازه F وارد شود، آن جسم در همان جهت وارد شدن نيرو شتابي به اندازه پيدا مي كند. بنابر اين قانون، تغييرات تكانه يك جسم در واحد زمان، مساوي با نيرويي است كه بر آن جسم اثر مي كند. در اين معادله F جمع (برداري) تمام نيروهاي وارد بر جسم، m جرم جسم و a شتاب (برداري) آن است. به راحتي ديده مي شود كه شتاب با نيروي برآيند وارد بر جسم، نسبت مستقيم دارد و جهتش با جهت نيرو يكي است و نيز به ازاي يك نيروي معين، شتاب با جرم جسم، نسبت معكوس دارد.

اسلاید 25: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) قانون دوم نيوتن مي گويد كه در يك سيستم مختصات بدون شتاب، مؤلفه نيروهاي وارد بر يك جسم، مساوي با آهنگ زماني تغييرات حركت آن جسم است. شكل برداري قانون دوم نيوتن: در اين معادله V سرعت و t زمان است. اين يك معادله اساسي در گسترش حركت جو است. اين قانون همانند قانون جاذبه عومي است.

اسلاید 26: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)قانون سوم نيوتن : براي هر كنش همواره يك واكنش مساوي و مخالف وجود دارد. يا كنشهاي متقابل دو جسم بر هم همواره مساوي و در جهت مخالف يكديگرند. به ازاي هر نيرويي كه توسط جسم B بر جسم A وارد شده باشد، نيرويي برابر و مخالف وجود دارد كه توسط جسم A بر جسم B اعمال مي گردد.

اسلاید 27: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-9- معادله رطوبت تغييرات رطوبت جو در هر نقطه و زمان از رابطه زير محاسبه مي شود:در اين رابطه : تغييرات رطوبت مدت زمان مقدار رطوبت وارد شده از طريق وزش افقي تبخير روي زمين مقدار رطوبت خروجي از طريق وزش افقي مقدار بارش بر روي زمين است

اسلاید 28: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-10- معادله پيوستگي معادله پيوستگي، تغييرات ماده (غلظت) را بيان مي كند. در قانون پيوستگي، مقدار ماده ثابت است، يعني نه از بين مي رود و نه توليد مي شود و كم شدن آن در يك نقطه سبب افزايش ماده در نقطه اي ديگر خواهد شد. قانون ثابت بودن جرم، به شكل معادله پيوستگي ظاهر مي شود. اين رابطه در هواشناسي بسيار مورد استفاده قرار مي گيرد و يكي از مهمترين معادله هاي جوي است. معادله پيوستگي نشان مي دهد كه در يك شار پيوسته، جرم موادي از شار كه به درون يك حجم معين وارد مي شود، بايد با جرم مواد شار كه از آن خارج مي گردد، مساوي باشد. مگر اين كه تغييرات چگالي در حجم مزبور رخ دهد.

اسلاید 29: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-11- معادله هيدرواستاتيك وجود جو ، به صورت يك پوسته احاطه كننده زمين را، اكنون مي توان به عنوان نتيجه مستقيم ميدان گرانشي زمين پذيرفت. هر مولكول هوا تحت نيروي گراني به سمت مركز جرم زمين كشيده مي شود و بر اثر نيروي رو به بالايي كه از برخورد با يك مولكول زيرين بر آن وارد مي شود، از سقوط آن بر زمين جلوگيري مي كند. به نيرويي كه از سطح بالا بر سطح زيرين وارد مي شود، نيروي وزن مي گويند. وزن با نيروي گراني متناسب است.وزن ستون هوايي كه سطح مقطع پايه آن واحد است و از زمين تا قله جو گسترش دارد، فشار جو خوانده مي شود. در نتيجه مي توان وزن را با يك فشار سنج اندازه گرفت. در سطح دريا، بر روي هر سانتيمتر مربع از سطح زمين، تقريبا يك كيلوگرم از جرم هوا قرار دارد كه تغييرات آن به ندرت از 10 درصد تجاوز مي كند.

اسلاید 30: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)معادله هيدرواستاتيك : در اين معادله dP تغييرات فشار، dZتغييرات ارتفاع، چگالي(جرم واحد حجم) و g شتاب گراني است. معادله هيدرواستاتيك بيان مي كند كه فشار، معادل با حاصلضرب چگالي در شتاب جاذبه و براي واحد جرم به سمت بالا كاهش مي يابد. اين نتيجه براي شارهاي تراكم ناپذير و تراكم پذير، يكسان است. چگالي يك شار تراكم پذير مانند هوا ، بستگي به فشار دارد. چگالي هوا با كم شدن فشار كاهش مي يابد.

اسلاید 31: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-12- قانون گرانش عمومي قانون گرانش عمومي چنين تعريف مي شود كه هر ذره از ذرات ماده جهان، ذره ديگري را جذب مي كند، با نيرويي كه به طور مستقيم با حاصلضرب جرم و به طور معكوس با مجذور فاصله آنها متناسب است. در اين معادله R نيروي مؤثر بر جرم m در فاصله r از جرم M و G ثابت گرانش عمومي است.

اسلاید 32: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-13- ارتفاع ژئوپتانسيلي به منظور صعود يك جسم از سطح دريا، لازم است كاري عليه نيروي گراني زمين انجام شود، كه كار انجام شده واحد جرم در جابجايي ميدان گراني، ژئوپتانسيل يا انرژي پتانسيل بر واحد جرم مي باشد. اهميت اين ژئوپتانسيل از آنجا ناشي مي شود كه براي هر جسم، هر نقطه اي از گراني زمين (با هر نوع پيچيدگي) يكسان است. يعني ژئوپتانسيل تابعي از موقعيت است و بستگي به مسير طي شده جسم m براي رسيدن به ارتفاع z را ندارد. سطوحي كه در ميدان گرانشي زمين داراي انرژي ژئوپتانسيل ثابتي هستند، سطوح هم پتانسيل يا سطوح ژئوپتانسيل يا سطوح تراز مي ناميم. ژئوپتانسيل در سطح دريا را صفر در نظر مي گيرند. ارتفاع ژئوپتانسيل بر حسب ژئوپتانسيل متر از رابطه زير به دست مي آيد:

اسلاید 33: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-14- تكانه (اندازه حركت)، تكانه خطي و تكانه زاويه اي* تكان (ضربه) هر گاه به جسمي ضربه اي وارد شود، جسم ضربه ديده تكاني دريافت مي كند. تكان، يك كميت برداري است و جهتش همان جهت نيروي است.* تكانه خطي : حاصلضرب جرم جسم در سرعت يك جسم را تكانه خطي آن جسم مي نامند. تكانه كميتي برداري است كه جهت آن، همان جهت سرعت است.* پايستگي تكانه خطي : برخورد ميان اجسام موجود در يك سيستم، كل تكانه سيستم را تغيير نمي دهد. درصورتيكه برآيند نيروهاي خارجي صفر باشد، تكانه كل سيستم ثابت مي ماند. اين را به عنوان قانون پايستگي تكانه خطي (قانون بقاي اندازه حركت خطي) مي گويند. هنگامي كه جمع برداري نيروهاي خارجي مؤثر بر سيستم صفر باشد، كل تكانه خطي سيستم ثابت خواهد بود.

اسلاید 34: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)* تكانه زاويه اي تكانه زاويه اي با عبارت بيان مي شود كه در آن M جرم، سرعت زاويه اي و r شعاع دوران است. تكانه زاويه اي نيز مانند تكانه خطي، جهت دارد. به عبارت ديگر، اين تكانه هم كميت برداري است كه جهت آن به موازات محور دوران در نظر گرفته مي شود. يكي از مهمترين ويژگي هاي تكانه زاويه اي اين است كه، از يك قانون پايستگي پيروي مي كند. قانون پايستگي تكانه زاويه اي : براي سيستمي (يا جسمي) كه بر آن هيچگونه گشتاور نيروي خنثي نشده اي از خارج اثر نمي كند، تكانه زاويه اي (چه از لحاظ بزرگي و چه از لحاظ جهت) بدون تغيير خواهد ماند.

اسلاید 35: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)

اسلاید 36: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-15- دماي پتانسيل در كارهاي عملي روزانه هواشناسي، نمودار هاي ترموديناميكي براي محاسبه كميت هاي مختلفي كه كاوشگر نمي تواند اندازه گيري كند، به كار گرفته مي شود. براي ترسيم اين نمودارها از كميت هاي فشار، دما و دماي نقطه شبنم در سطوح مختلف و قابل ملاحظه جو استفاده مي شود. به هر حال از رسم آنها مي توان ساير متغير هاي جوي را با توجه به روابط بين متغير ها با منحني هاي فشار و نقطه شبنم محاسبه كرد. يكي از اين متغير ها دماي پتانسيل است. دماي يك توده هوا در صورت نزول به سطح دريا، دماي پتانسيل نام دارد. دماي پتانسيل ابزار مهمي براي تشخيص ويژگي هاي توده هواست. زيرا اگر بسته هوا تحت تاثير فرآيند هاي بي دررو خشك قرار گيرد دماي پتانسيل ثابت باقي مي ماند. با تعقيب منحني بي دررو خشكي كه از دماي سطح فشار معيني عبور كند و دماي سطح فشار 1000 هكتوپاسكال را قطع كند، به دست مي آيد.

اسلاید 37: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) دماي پتانسيل خشك ( )، دماي بسته اي از هواست كه از هر تراز فشاري به صورت بي دررو خشك، به تراز 1000 هكتوپاسكال آورده شود. دماي پتانسيل تر ( )، دماي بسته اي از هواست كه از هر تراز فشاري به صورت بي دررو مرطوب، به تراز 1000 هكتوپاسكال آورده شود. اين بدين معني است كه نمونه هوا ، دماي واقعي مساوي با دماي پتانسيل كسب مي كند، به شرط آنكه بسته هواي خشك به صورت بي دررو خشك به سطح فشار 1000 هكتوپاسكال آورده شود. بنابراين خطوط بي دررو خشك، خطوط دماي پتانسيل ثابت هستند كه هر يك از آنها مي تواند دماي پتانسيلي را تعيين كند. فرآيند بي دررو خشك در جو، فرايندي است كه دماي پتانسيل آن ثابت است.

اسلاید 38: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-16- دماي مجازي (Tv) تاثير بخار آب بر چگالي توده هوا، لزوما در جو قابل صرف نظر كردن است، اما به جاي دما مي توان دماي مجازي را مورد استفاده قرار داد و در نتيجه دماي مجازي پتانسيل را مشابه دماي پتانسيل با همان روش و فرآيند محاسبه كرد. دمايي مجازي، دمايي است كه هواي خشك در فشار و حجم مساوي، با نمونه هواي مرطوب داراست. از آنجايي كه بخار آب داراي تراكم كمتري نسبت به هواي خشك است، وجود آن همواره سبب افزايش حجم ويژه مي شود و در نتيجه دماي مجازي، هميشه بيشتر از دماي مشاهده شده در جو است.

اسلاید 39: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-17- دماي معادل (Te) و دماي پتانسيل معادل( ) دماي معادل در هر سطح فشاري در ايستگاه عبارت است از : دمايي كه از راه فرايند غير برگشتي، به سطح فشار اوليه به جاي فشار 1000 هكتوپاسكال آورده شود. چنانچه اين دما به سطح فشاري 1000 هكتوپاسكال آورده شود، آن را دماي پتانسيل معادل گويند.1-18- دماي تر (Tw) براي به دست آوردن دماي تر يك توده هوا، آن را از نقطه شروع يا نقطه ميعان سطح زمين و يا هر سطح دلخواه ديگر، به صورت بي دررو اشباع به سطح فشار اوليه مي آوريم. دمايي كه منحني مزبور را با فشار اوليه قطع كند، دماي تر خواهد بود.

اسلاید 40: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-19- نسبت آميزه اشباع (rs) با خواندن يا تخمين منحني نسبت آميزه اي كه دماي محيط را در هر نقطه بر روي نمودارهاي ترموديناميكي قطع مي كند، به دست مي آيد.1-20- دماي نقطه شبنم عبارت است از دمايي كه يك توده هوا به علت سرد شدن در فشار ثابت، بدون حذف يا افزايش رطوبت كسب مي كند تا به حد اشباع برسد. دماي نقطه شبنم، دمايي است كه در آن كميت بخار آب موجود در جو به مقدار حد نهايي ظرفيت خود مي رسد.

اسلاید 41: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-21- سامانه اقليم جهاني سامانه اقليمي شامل پنج جزء زير است كه بر همكنشهاي آنها در مقياس هاي زماني و مكاني مختلف بسياري است :1- هوا كره (اتمسفر) 2- آب كره (هيدروسفر)3- سنگ كره (ليتوسفر)4- زيست كره (بيوسفر)5- يخ كره (كريوسفر) اين اجزا درگير تبادل انرژي و رطوبتي است كه در بخش هاي مزبور رخ مي دهد. اين تبادلات، مهمترين مؤلفه سامانه اقليمي كه جو است را به ديگر كره هاي اين سامانه پيوند مي دهد. به طوري كه تمام كاركردها مانند يك واحد، با تاثيرات متقابل و بسيار پيچيده مطرح مي شوند.

اسلاید 42: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) تغييرات در سامانه اقليم به طور مجزا رخ نمي دهد، بلكه وقتي يك بخش آن تغيير مي كند، مؤلفه هاي ديگر نيز واكنش نشان مي دهد. * از نظر دروني، سامانه اقليمي به طور كلي سيستم بسته اي جهت تبادلات مواد بوده، اما خود در معرض چند نيروست كه عبارتند از : نيروهاي خارجي توسط تابش خورشيد نيروهاي جاذبه فرآيندهاي زمين شناسي فعاليت هاي انساني

اسلاید 43: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)

اسلاید 44: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)1-22- مقياسه اي فضا و زمان فرآيندهاي هوا و اقليم محدوده مقياس هاي فضا و زمان حركت جوي، از ثانيه ها تا هفته ها (و طولاني تر) ضرورتا از تلاتم هاي تصادفي در مقياس كوچك تا پيچك هاي افقي در مقياس هاي بزرگ (سيستم هاي هوايي) و ويژگي هاي گردش جهاني داراي تغييرات جزئي هستند. جدا از چرخه هاي روزانه و سالانه، اوج اصلي دوره 5 تا 30 روزه همراه با سيستم هاي جوي، در مقياس سينوپتيك خواهد بود. زمان اوج يك دقيقه اي ديگري نيز وجود دارد كه توسط تلاطم هاي در مقياس كوچك، در لايه مرزي ايجاد مي شود. مثلا گردبادها و پيچك ها

اسلاید 45: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات) مقياس هاي زمان و فضاي حركت جوي ارتباط نزديكي با هم دارند كه اصلي ترين آنها عبارتند از :1- نوسان هاي بزرگ مقياس نامنظم با دوره ها و فاصله زماني وقوع مجدد طولاني تر، نسبت به چرخه سالانه (براي نمونه رخداد انسو)2- تغييرات فصلي سيستم هاي باد اصلي (براي نمونه سيستم هاي موسمي)3- رژيم هاي گردش مداوم در مقياس بزرگ (مانند بلوكينگ)4- امواج سياره اي5- سيستم هاي سينوپتيك6- خوشه هاي ابر شبه سينوپتيك و ويژگي هاي ميان مقياس (كه با سيستم هاي بزرگ مقياس و سينوپتيك در ارتباط هستند)

اسلاید 46: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)

اسلاید 47: اقليم شناسي ديناميك (فصل اول:مفاهيم و كليات)