صفحه 1:
هوا و اقلیم شناسی
[عبع:]
“هوا و اقليم شناسی, تهیه و تدوین امین علیزاده و همکاران» انتشارات
داتشكاة قرذوسى مشهة
*هواشناسی عمومی, هوشنگ قائمی, انتشارات سازمان مطالعه و تدوین
کتب علوم انسانی دانشگاهها (سمت)
*هواشناسی عمومی, ترجمه جمشید شاهرخی, انتشارات مرکز نشر
دانشگاهی
«اصول و مباني هواشناسي کشاورزی, مترجم غلامعلي مظفری, انتشارات
نيك پندار
*اصول هواشناسم»:توچهوو تالیف اردشیر فرهنگ, انتشارات سازمان
reps . ۰ تا 9 درس
ol و هواشنا wales مترجم شهریار خالدی» نشر قومس
*اقلیم مايا کل کلیکوننت! (هلول علیجانی, انتشارات سازمان مطالعه و
ندوین کتب علوم انسانی دانشگاهها
صفحه 2:
اجزا سیاره زمین:
*هيدروسفر يا قسمت آبى سياره
*اتمسفر(جو با هواسپهر) یا جزء گازی زمين
آن بخش از علوم زمین را که به مطالعه اتمسفر یا جو سیاره
زمین می پردازد, (Atmospheric science) spawail pale
مینامند. شاخصترین این (Meteorology) swluilsn" pale
" و "آب و هواشناسی .cuwl " (Climatology)
صفحه 3:
تعریف هواشناسی و اقلیم شناسی:
۰ هواشناسی: این علم تغییرات کوتاه مدت عناصر جوی مانند
دماء رطوبت, بارندگی, فشار, باد تشعشع و... را مورد
بررسی قرار می دهد. دامنه زمانی بررسی های هواشناسی
ممکن است از چند ساعت تا چند روز متغیر باشد.
۰ اقلیم شناسی: اين علم مطالعه و شناخت رفتار سازه های
جوی در دراز مدت را مورد بررسی قرار می دهد. (حداقل
میزان اطلاعات مورد نیاز جهت مطالعات اقلیمی. یک دوره
آماری 30 ساله می باشد).
صفحه 4:
تفاوت هواشناسی (وا۷:()) و اقلیم شناسی (آب وهواشناسی بوجاسه0)
1- هواشناسی, هوا را و اقلیم شناسی, آب و هوا را شناسایی و تبیین می کند.
2- هواشناسی وضعیت جوی را به طور عام و برای يك لحظه پررسی می کند
اما أب و هواشناسی تیب هوای الب یک مکان معین بر در دوره طولانى
مطالعه و تفاوتهای آب و هوآیی مکانها را کشف می کند
3- هدف هواشتاسی شتاخت مطلق و عام اتمسفر و تغییرات آن است ولی در
اندزو تسواشتاسى سعى :مى شود نا شتاحت اب#وسؤاق هن میطفت تانبرهای با
و هوآیی آن بر روی فعالیتهای آنسانی مشخص شود.
2 جواشتاین :وضع وا راید کوتام جدت:یش ینمی کند:آما آب و هواشتانن
براساس عوامل به وجود آورنده آب و هوا, پدید آمدن آب و هوای خاصی را در
مکانی خاص و با توجه به تاثیر آن در زندگی انسانها, پیش بینی می كذ
5- ابزار شناسایی و توجیه هواشناس, اصول و قوانین و مدلهای فیزیکی و
دینامیکی است. اما ابزار آب و هواشناس, علاوه بر اصول علم هواشناسی,
اصول و مفاهیم جغرافیای نیز هست.
صفحه 5:
تعریف عناصر اقلیمی و عوامل اقلیمی:
۶ عناصر اقلیمی (عناصر جوی): پدیده هایی نظیر فشار,
باد, درجه حرارت و بارندگی ... عناصر اقلیمی هستند.
٠ عوامل اقلیمی: عرض جغرافیایی, دوری و نزدیکی به
درياهاء ارتفاع, ناهمواریهاء مراکز پرفشار و کم فشار جزء
غوامل اقلیمن هستنّد.
صفحه 6:
برخی شاخه های علوم جوی
هواشناسی فیزیکی: بررسی ویژگیها و منشا تغییرات عوامل آب
و هوا را مد نظر دارد.
هواشناسی دینامیکی: به مطالعه تودههای هوا و بررسی عوامل
انرژی مجموعه اتمسفر و یا جریانات اتمسفری میپردازد.
هواشناسی اتمسفر آزاد : پدیدههای اتمسفر را از سطح زمین تا
ارتفاعات بیشتر مطالعه میکند.
هواشناسی زیستی
هواشناسی کشاورزی
هواشناسی هوانوردی
هواشناسی مهندسی
هیدروکلیماتولوژی
صفحه 7:
صفحه 8:
اتمسفر
اتمسفر در واقع یک نوع سیال است که اطراف کره زمین را احاطه نموده و از نظر اجزا تشکیل دهنده
آن ( ابر ها), پروفیل دماء فشار و حرکات افقی و عمودی (باد) مرتبا در حال تغییر است.
انریٍی دریافتی زمین از خورشید همواره تحت تاثیر دو فاکتور خصوصیات اتمسفر و هندسه زمین-
خورشید قرار دارد. در این جلسه تنها به خصوصیات اتمسفر می پردازيم که شامل موارد زیر است:
رکیبات اتمسفر
۲-مقیاس دما
۲-ساختار حرارتی جو
۴چگالی اتمسفر
۵- فشار اتمسفر
۶-واحد های فشار و فشار در بالای سطح دریا
۷-تفییرات عمودی در چگالی و ف
صفحه 9:
ترکیبات» ویژگی ها و آلاینده های جو زمین
ترکیبات اولیه جو زمین (هیدروژن و هلیم)
تکوین جو زمین: سرد شدن پوسته زمین JET فعالیت زمین از دیدگاه زمین شناسی > وارد
شدن گازهایی g DE.COS stb (06,"به جو زمین در لثر فعالیت های آتشفشانی
> خروج تدریجی گازهای ,م1" و 1,۳" از حوزه گرانش زمین به علت سبکی > کاهش
فعالیت های آتشفشانی و سرد شدن تدریجی آتمسفر * تراکم بخار آب و ریزش باران ->
آغاز چرخه هیدرولوژی و پیدایش رودخلنه هاء دریا و اقیانوس > پیدایش گیاهان آبزی و انجام
عمل فتوسنتز > ورود م20 به جو زمين
صفحه 10:
sos ٠. as ۲
احزای تشکیل دهنده اتمسغر
* گازهای ثابت
نیتروژن» اکسیژن: آزگن ,وس( ۹٩ درصد: تزکیبات اتمسفر تفییرات بسیاز اتکی دار
مقیاس های زمانی مرتبط با آب و هوا دارند)
* كازهاى متغي
دی اکسید کرین. بخار آبء ازن. متان اکسید نیتروژن و ..(در تغییرات
اقلیمی نقش بسیار مهمی دارند)
آب و هوایی و
صفحه 11:
ب بو
Mien (pg
0۳
ba1-015
0.0002
احزای تشکیل دهنده اتمسغر
Composition of the Atmosphere Near the Earths Surface
by Volume
004
0
٩
cos
0۹
۱
0
که تسه
cent (by Volume
by Ar Gos (and Patces) Symbol
Water vapor HO 7808
Carbon dioxide 0 2095
Methane cH, 093
Nitrous oxide NO 0.0018
Oy ره 00005
Particles (dast, soot,ete.) 0.00006
Chlorafiuorocarbans (CFCS) 0.000009
pats per milion mers thas ou evry linia هروه و لمیر
PERMANENT GASES
35 Symbot
Nitrogen با
Oxygen 9
Argon Ar
Neon Ne
Helium le
Hydrogen اك
Xenon Xe
Fir Cn
and so km aeabout 5 12 pn, 11 معط اه مه عم لو مود
© 2057 Tmo hes Euan
صفحه 12:
گاز های متغیر: دی اکسید كربن
و ۹
صفحه 13:
گاز های متغیر: دی اکسید كربن
و00 ۸۱۳0۵0۱۵0
صفحه 14:
كاز gla مد : متغیر: بخار آب
بخشى از سیکل هیرولوژی است : غلظت بسیار متفیر است
توانایی جذب گرمای تشعشع یافته توسط زمین را دارد: گاز های گلخانه ای
انرژی خورشیدی ورودی به زمین را تحت تاثیر قرار می دهد
زیادی بر گرمای نهان دارد ( تامین کننده انرژی لازم برای آشفتگی های
صفحه 15:
كاز هاى متغير: متان
58 احشام
٠ تجزيه زباله هاى اركانيى
* تولید و انتقال گاز های طبیعی, نفت و ذغال سنگ
1.6
۰ ۰ oe
50
12
”
08
04
0 1 ۱ ۱ لقا
1885 1905 1925 1945 1965 1985
Year
CH; concentation (ppm)
صفحه 16:
کاز های متغیر: ازن
در دوسطح از جو وجود دارد: . _
1) در سطح نزدیک زمین: بعنوان آلودگی (دود)
2) درسطوح بالایی جو: ازن استراتوسفریک: تشعشع
خورشیدی (س) را جذب می کند.
ضخامت لایه ازن:
ضخامت استاندارد لایه ازن تفریبا 3 میلی متر است.
لایه ازن در منطقه مداری 23/5 شمالی تا 23/5
درجه جنوبی نازک بوده اما در زمستان و بهار یک
کاهش زیاد در مقدار مولکول های ازن در منطقه
قطبی 60 تا 75 درجه جنوبی مشاهده می شود.
صفحه 17:
ازن
ازن_موجود در جو عموما در لايه استراتوسفر تمركز يافته است (15
نا 38 كيلومترى سطح زمین). غلظت ازن در قاصله خدوز 25
کیلومتری سطح زمین به بیشترین مقدار خود (6۳7۳) می رسد.
* اشعة ماورای بنفش خورشید در لایه های 80 تا 100 کیلومتری سبب
تجزیه اکسیژن می, شود. این اتمهای جدا شده با ,مولکولهای اکسیژن
ترکیب شده و گاز آزن را تشکیل می دهند. گازن آزن در ارتفاع 30 تا
0 کیلومتری که احتمال برخورد بین 0 و 0 زیاد است تشکیل می
شود.
۰ عوامل تخریب لایه ازن: گاز اکسید نیتریک حاصل از پرواز هواپیماهای
مافوق صوت تجاری و حاصل از کاربرد کودهای شیمیایی ازته, كاز
کلروفلوئورکرین حاصل از تولید قوطی های آسپری و گاز یخچال
صفحه 18:
منبع تولید و محل مصرف برخی از گازهای اتمسفر
تولید: فرآیند تجزیه و از بين رفتن مواد گیاهی و جانوری
مصرف: عموما توسط باکتری های خاک
*اکسیژن
تولید: فرآیند فتوسنتز
مصرف: تجزيه مواد آلى» فرآیند اکسیداسیون» سوخت مواد فسیلی و تنفس جانداران
*دی اکسید کربن
تولید: فعالیت های آتشفشانی» سوخت کامل مواد فسیلی و یا اندام گیاهی, بازدم موجودات زنده
و تنفس گیاهان
مصرف: فرآیند هوازدگی سنگهاء فتوسنتز گياهان, جذب توسط آب اقیانوس ها
صفحه 19:
آلاینده های گازی شکل جو زمین
* منوکسید کربن
منبع: سوخت ناقص مواد فسيلى
مصرف: جذب بوسیله میکرو ارگانیسم های خاک
* مواد آلى فرار )000(
مجموعه اى از تركيبات للى فرار كه هيدروكرين ها قسمت اصلى أن مى باشند. (مانند توليد متان
در باتلاق ها و برنجزارها و سوخت هاى فسيلى در مناطق شهرى)
هيدروكربن ها در مجاورت نور با تركيبات نیترون دار و رطوبت هوا واکنش شیمیلیی انجام می
دهند که منجر به تولید گازها و مواد ذره ای شکل سمی می شوند.
صفحه 20:
اکسیدهای نیتروژن
*؟ توليد: واكنش شيميايى بين گازهای نیتروژن و اکسیژن در محفظه احتراق موتور
* مهم ترین آلاینده های نیتروژن دار: دی اکسید نیتروژن (,ب(0)/و اکسید نیتریک (000)
*_گاز ,06)در مجاورت نور خورشید موجب تولید ازن (ن(6) و ذرات ریز فتوشیمیایی خطرناک
در هوای نزدیک سطح زمين می گردد.
اکسیدهای نیتروژن رطوبت هوا را جذب کرده و اسید نیتریک تولید می نمایند که موجب
بارش های اسیدی می گردد.
صفحه 21:
اکسید سولفور (دی اکسید گوگرد» 90)
*_تولید: سوخت مواد فسیلی گوگرد دار و فعالیت های آتشفشانی
* افزایش غلظت این گاز در محیط های کشاورزی سبب صدمه دیدن برگهای گیاه و کاهش
محصول می شود.
* اين گاز با رطوبت هوا ترکیب شده و اسید سولفوریک تولید مى نمايند كه تنفس اين كاز باعث
از بين رفتن سلول هاى ريه مى كردد.
صفحه 22:
سولفید هیدروژن» وب"
*_تولید: ضایعات کارخانجات
* سمیت این گاز به مراتب خطرناک تر از گازهای دیگر است. باعث بروز بیماریهای ریوی می
شود.
دی سولفید کربن؛ 008
* توليد: صنایع کاغذ سازی
فلوئورید هیدروژن 7۷۴
* تولید: فرآیندهای صنعتی
*_بسیار خطرناک و خورنده است و با تراکمی کمتر از یک قسمت در میلیارد قادر است خسارات
زیادی به گیاهان وارد کند.
صفحه 23:
آلاینده های ذره ای شکل (آثروسل ها)
* ذرات ریزی که به صورت جامد یا مایع در فضا معلق می باشند.
* منبع: انفجار آتشفشانهاء آتش سوزی جنگلها. گرد و غبار حاصل از فرسایش بادی؛ ذرات نمک
دریاها و فعالیت های صنعتی
آثروسل ها نقش مهمی در تغیبر آب و هوای کره زمین دارند و موجب گرم شدن و سرد شدن
اتمسفر زمین می گردند.
صفحه 24:
صفحه 25:
اثر گلخانه ای جو زمین (ه عصمسس)
The Greenhouse Effect
Light gets in - outgoing infrared is partially blocked
صفحه 26:
گازهای گلخانه ای: دی اکسید کربن؛ بخار آب؛ متا
INFRARED RAYS
Greenhouse Gas Layer
صفحه 27:
Vi || كي
١ کل[ 2
A me “ووو ته
وذ برط رمه
Sen ect
صفحه 28:
ساختار عمودی اتمسفر
ساختار عمودی اتمسفر مي تواند از نظر تغییرات دماء فشارو
چگالی مورد بحث قرار گیرد.
ابتدا دما و سپس چگالی و فشار مورد بحث قرار میگیرد. در
نهایت با استفاده از قوانین علمی به ارتباط این patio aw می
پردازیم.
صفحه 29:
سنجش دما
۰ ماس )( 5
Outer Prevzes fd OO °P ad bobs t CUS 8 قوب
* Cebus (°C) 3
| ره(
۰ مس )(
OK ts koowa os ‘ubsvhite zero’ — oll woleruor wotvd ceases
ve eros SPOS
Outer Prerzes ه 9 69 .06 )) acd bois و 9729.19 K=C4273.15
°C =K-273.15
صفحه 30:
سنجش دما
3 3 0
Boling pont of water 212 -||||-100—|||— 73
2-2 يور - ||| وا مد
ها وه مد
S80 Csr Hotes 158 - ||- م -|||- مو
امن نمم م -|||- ه -|||- مده
م #سممة هنر د |||- نه -ا||- قن
سم مه -|[- ۵ — )|= a3
rage Do
د -|- مد -||- 0 sro weer
ها هه - وا و - 6
نود - - ۰ - ©
29 1 - ۵ 32 Freezing (rating) point
از ۳
قد ا - قوم
ais = = موه مادام و ay
as =
وود -
1
8:8
19 -
صفحه 31:
صفحه 32:
ساختار قائم دما
از نظر دمايى اتمسفر به جهار لايه
تقسیم می گردد:
مومس ٩(
Gtrrapsphere )©
Q) Desvsphere
Dhercvsphere ۲ )@
یه با | 2
ee ستفاده از یک منطقه
جدا میگردد
صفحه 33:
ساختار دمایی اتسفر : تروپسفر
ترویسفر
اختلاط ها و آشفتگی ها
0 درصد جرم اتمسفر
اکثر تغییرات اب و هوایی
کاهش دما با ارتفاع
گرم شدن جو پایینی از زير
کاهش دمای 6 تا 7 درجه سانتیگر
تغییر ضخامت در موقعیت های جف
(در استوا 16 و در قطب ها 8 كي
صفحه 34:
ساختار دمایی اتسفر : استراتوسفر
اختلاط ها و آشفتگی های عمودی
دما تا ارتفاع 20 کیلومتر ثابت اس
افزایش شدید دما تا ارتفاع 50 کیا
افزایش دما با ارتفاع (وارونگی ده
علت: جذب اشعه های خورشیدی
( ماورای بنفش) توسط مولکولهاو
ازن
صفحه 35:
ساختار دمایی اتسفر : مزوسفر
بالای این لاه سردترین :حنطقه: ات
دما تا ارتفاع 20 کیلومتر ثابت اس
کاهش شدید دما تا ارتفاع 87کیلو,
کاهش دما با ارتفاع
9درصد جرم كاز ها در زير لايه ١
صفحه 36:
ساختار دمایی اتمسفر : ترموسفر
مرز بالایی اين لایه مشخص نیست
مقدار ناچیزی از گاز ها در اين لایه
افزایش دما با ارتفاع
علت: جذب اشعه های خورشیدی
( ماورای بنفش) توسط مولکولهاو
اکسیژن و نبتروژن
صفحه 37:
چگالی اتسفر
چگالی با ارتفاع کاهش می tub
015 11
pP(density) = ESD
V (volume)
1) نیروی جاذبه با فاصله مرتبط اس
(مولکول هاى هوا كه به سطح نزدیکتر هس
نیروی جاذیه قویتری را تجربه میکنند)
2) هوا قابل تراکم است
( تعداد ثابتی از مولکولهای هوا
حجمهای متفاوتی را اشغال میکند)
“Low High
صفحه 38:
جگالی اتمسفر
٠ با فرض ثابت بودن دما با ارتفاع, چگالی طبق معادله
زير با ارتفاع در ارتباط است:
42 وان ۰
P= Pye MEd عصصصه ناصاصا مد ٠
Celie با موم و °
© Pots the deci متسه عا و )4 969 ۲/۵ (
© is the decsiy of height z
© ai apt (D.OFO Khon)
Oorked ام |
صفحه 39:
چگالی اتسفر
چگالی هوا در ارتفاع 2 کیلومتری در صورتی که یک دمای
یکنواخت 15 درجه سانتیگراد وجود داشته باشد؟
m (2 kin), T = 288.15 K, p, = 1.225 kg/m3, a = 0.040 K/m 2000 ع 2
۱
2
006 ع م
صفحه 40:
چگالی اتسفر
چگالی هوا در ارتفاع 2 کیلومتری در صورتی که یک دمای یکنواخت
5 درجه سانتیگراد وجود داشته باشد؟
K/m 0.040 عم ,قه/ع ودعند = z= 2000 m (2 km), T = 288.15 K, p,
see (2000)
1 7 7
سم رگلوورم- ۱ اورگلوهد0-م = 0.92848
m m m
چکالی در ارتفاع 2 کیلومتری, 76 درصد مقدار ان در سطح زمین
است
صفحه 41:
فشار اتمسفر
فشار نیروی حاصل از جرم مولکولهای هوا
در واحد سطح زمین را گویند:
P= F(Foree) ۷ = Pa(Paseal)
A(area) mm?
۷ مرتبط با چگالی لست
۷ بصورت نمایی با ارتفاع کاهش می یابد
متوسط فشار هوا در سطح آزاد دریا:
KPa 101325 00/000 ددم
‘Aico Con)
در هواشناسی واحد های زیر استفاده می شود:
wilbars (cob) (Ieob=d00 Pa): 0۵0969 ۰
kPa 101.325
wb 1013.25
2 وج taches of
صفحه 42:
نیمرخ قائم فشار هوا:
*فشار نيروى حاصل از جرم مولكولهاى هوا بر واحد سطح زمين را كويند كه برابر با وزن
مولكولهاى ستون هواى قرار كرفته بر بالاى يك سطح مى باشد.
ات جرم مخصوص و فشار هوا نسبت به ارتفاع مشابه بوده و با افزايش ارتفاع كاهشس
می يابند.
*نرخ کاهش به ازاء یک واحد افزایش ارتفاع, در نزدیکی سطح زمین زیاد بوده و در سطوح
فوقانی آهنگ آهسته تری به خود می گیرد.
*به عنوان مثال اگر فشار هوا در سطح زمین 10000 LBL اين مقدار در ارتفاعهای ۵/۵
5و ۵۰ کیلومتری از سطح زمین بترتیب به مقادیر تقریبی ۸۵۰۰ ۳۰۰ و ۱ میلی بار كاهش مى
یابد.
صفحه 43:
وود
10182 mb
Pressure (inches)
148178287
Stratosphere
400 "600" ~~ 80
Pressure (mb)
59
Altitude (km)
صفحه 44:
فشار اتمسفر
* بدلیل ارتباط فشار با چگالی, با فرض ثابت بودن دما با ارتفاعء
فشار طبق معادله زیر با ارتفاع در ارتباط است:
P=P, "اقا
ip the hetght ta eters
۰ و و i ناص
۰ ۳۵ the presowe ot he sar (0.988 bs)
+ Pe the presowe ot herb 2
۰ مه مه (D.DOFC Kr)
Oorked Exp (>
صفحه 45:
فشار اتمسفر
فشار هوا در ارتفاع 5 کیلومتری در صورتی که یک دمای
یکنواخت 15 درجه سانتیگراد وجود داشته باشد؟
z= 5000 m (5 km), T = 288.15 K, P, = 101.325 kPa, a= 0.0342 K/m
صفحه 46:
فشار اتمسفر
فشار هوا در ارتفاع 5 کیلومتری در صورتی که یک دمای
یکنواخت 15 درجه سانتیگراد وجود داشته باشد؟
z= 5000 m (5 km), T = 288.15 K, P, = 101.325 kPa, a= 0.0342 K/m
گموو
(5000m)
= (101.325kPa)-e°? =56kPa
۰ قفشاردر اين ازتفاع نضف فشاز درسظع زمین الست
+ دليل ديكر مبنى بر اينكه اغلب جرم اتمسفر در لايه نزديى
سطح زمين است
۳
288152
P =(101.325kPa)-e
صفحه 47:
ed Cus baw
sto P= pRT
@ & presowe (Pa)
قعل
٠ تر ) نفصط جام 7
۰ مس و )(
© Ris he yas overt
88.15K, p=1.225 kg/ms
p=1.22588 اک مود 99 15K =101306Pa =1013mb
mo Kikg
صفحه 48:
خلاصه
اتمسفر از گازهای ثابت( اغلب اکسیژن و نیتروژن) , كار هاي مين ذرات معلق
و اتروسل ها تشكيل يلفته است. كازهاى متغير در تقبيرات آب وهوايئ :
هواشناسسی و اقلیم شتاست:نیساز مهم هستند.
CO® (carbon doxide), LEO vepor, CALE (eke), od O89 (v2).
از نظر پروفیل عمودی دما اتمسفر به 4 لایه تقسیم می شود که اغلب تفییرات
آب و هوایی در لایه تروپسفر رخ می دهد
متوسط فشار اتمسفر در سطح آزاد دریا ها 1013 میلی بار است
فشار و چگالی بصورت نمایی با ارتفاع کاهش می یابند كه نشان دهنده اين
واقعیت است که اکثر جرم هوا در لایه نزدیک به سطح زمین تجمع یافته است
قانون ايده آل كازها رابطه دما, فشار و چگالی را تشریح می کند
