پايداري جو و ابر
نوع ابرهايي كه تاكنون توضيح داده شده است و هوايي كه هنگام پرواز باآن مواجه هستيم بستگي به نوع وضعيت جو دارد يعني ؛جو پايدار و ناپايدار.
اگر جو پايدار باشد ابرهاي تشكيل شده بيشتر ابرهاي لايه اي يا پوششي بوده و نيز تشكيل مه ازحالات ممكنه آن است . از طرف ديگر اگر جو ناپايدار باشد در اين صورت باابرهايي كه داراي فعاليت شديد عمودي هستند مواجه هستيم مانند ابرهاي حاوي طوفان و رعد و برق . بنابر اين شناخت پايداري جو كمك فراواني براي خلبان در شناخت هوا و نحوه تشكيل ابرهاي مربوطه است .
اينك قبل از آنكه به مراحل مختلف جو بپردازيم لازم است قبل از همه واژه هاي زير كه هوا شناسان آمريكا و ديگر كشورها آن را به كار ميبرند مورد نظر قرار دهيم .
پايداري مطلق: POSITIVE STABAILITY OR ABSOLUTE STABILITY
پايداري خنثي:NEUTRAL STABILITY
پايداري منفي يا ناپايداري: GATIVE STABULTY OR ABS.INSTABILITY
يك مخروط و يك كره در نظر گرفته ميشود . اگر مخروط بر سطح قاعده خود قرار گيرد گويند مخروط داراي وضعيت مثبت مطلق است و اگر از نقطه اي از مخروط سعي شود آن جسم را حركت بدهيم .جسم پس از تغيير مجددا به حالت اوليه بر ميگردد .
از طرف ديگر اگر مخروط در راس خود به حال تعادل باشد ،آنرا حالت پايداري منفي يا ناپايداري مطلق گويند زيرا در اثر كمترين نيروي وارده بر آن باعث تغيير اوليه مخروط شده و جسم به سرعت از وضعيت اول خود دورتر ميشود.
حال اگر يك كره را در نظر بگيريم .وضعيت اين كره را وضعيت خنثي ميگويند ،زيرا اگر كره را حركت دهيم به نظر ميرسد كه يك حالت پايداري پس از در يافت نيروي محركه جديد بدست مي آورد .
هر بسته هوا ممكن است در اثر يكي از دو مانع طبيعي بسمت بالا صعود نمايد .
الف :صعود اورو گرافيك : OROGRAPHIC LIFTING
اغلب بسته هوايي كه در سطح زمين حركت ميكند تحت تاثير نيروي محركه خود به بالا ي تپه ها و كوهها صعود ميكند . در اثر حركت سريع هوا برروي پستي و بلنديهاي زمين مانند سلسلسه جبال و كوهها توربولانسهايي تاارتفاع بين 10000تا 140000پا توليد ميشود.
ب :صعود مكانيكي هوا در اثر عبور جبهه سرد
باحركت هواي سرد به جلو و ريزش سريع آن به پايين باعث صعود هواي گرم بسمت بالا و در نتيجه سرد متراكم شدن آن است و اين زماني است كه جبهه يا حد فاصل بين توده هواي سرد جديد و توده هواي گرم قديم ايجاد شده باشد . اين نوع صعود هوا را صعود مكانيكي هوا در اثر عبور جبهه سرد گويند.
همانطوري كه در بخش چرخش عمومي جو گفته شد ،حركت چرخشي عمومي جو نهايتا بصورت حركت افقي خواهد شد . حال اگر جو پايدار باشد نسبت به هر گونه انتقال صعودي يا نزولي هوا مقاومت نشان داده و سعي دارد كه در وضعيت جريان افقي نرمال قرار گيرد.
اگر جو ناپايدار باشد اين محيط آماده براي رشد حركت هوا بصورت صعودي يا نزول ميباشد و اغتشاشات جوي ـفعاليتهاي توفانهاي رعد و برق –بارندگي شديد و تگرگ از نتايج اين وضعيت جوي است .باتوجه به توضيحات فوق نتيجه گرفته ميشود كه پايداري هوا عبارتست ا زمقاومت جوي در برابر هر گونه حركت عمودي (صعودي يا نزولي ).
پايداري هوا بستگي به پخش عمودي وزن هوا (سبكي و يا سنگيني نسبت به محيط ) و رطوبت آن در زمان خاص در ارتباط بامحيط اطراف خود دارد .اگر بسته هوا گرمتر از محيط اطراف خود باشددر اين صورت اين بسته هوا به سمت بالا حركت ميكند ،شبيه يك بادكنك كه هواي داخل آن سبك تر از هواي محيط خود باشد و بادكنك به سمت بالا صعود كند.
اگر بسته هوا سردتر ا زمحيط اطراف خود باشد اين بسته هوا به سمت پايين سرازير ميشود .اگر بسته هوا بامحيط اطراف خود هم دما باشد اين بسته هوا در همانجاييكه هست باقي ميماند .
جريانات عمودي هوا در نتيجه :
-حركت عمودي هوا در نتيجه عمل حرارتي THERMAL CONVECTION
-حركت عمودي هوا در اثر عمل مكانيكي كه به صورت اورو گرافيك (صعود هوا به بالاي قله هاي سلسله جبال يا كوهها )يا حركت جبهه هاي سرد .
-حركت عمودي هوا در اثر همگرايي محيط .
شرح حالات فوق بصورت زير است :
1-حركت عمودي هوا در نتيجه عمل حرارتي : THERMAL COVECTION(جابجايي حرارتي )
بسته هوا يا د راثر گرماي بدست آمده ا زسطح زمين كه موثرترين موقع آن نيز بعد از ظهر است گرم شده و به سمت بالا صعود كند . اين د و عمل جابجايي ، جابجايي عمودي حرارتي يا جابجايي عمودي هوا در اثر تماس آن باسطح زمين و تاثير دماي زمين بر هواست .
2-عمودي هوا در اثر مكانيكي يا جابجايي مكانيكي : MECHANICAL –CONDENVECTION
3-حركت عمودي هوا د راثر همگرايي محيط : CONVERGENCE
عمل همگرايي ياكنورژانس CONVERGENCE عبارتند از حركت هوا از جهات مختلف به داخل يك منطقه .ممكن است عمل همگرايي در اثر اختلاف سرعت بادهاي موجود در يك منطقه كه همگي در يك جهت حركت ميكنند بوجود آيد بدين معني بادي كه سرعت آن كمتر است باعث حركت هواهاي ديگر مناطق بسمت آن محيط شده و عمل كنورژانس يا همگرايي انجام ميشود .
ممكن است در اثر ايجاد جريان باد حاصله از گراديان فشار در دو منطقه و حركت هوا به سمت مناطق فشار عمل كنورژانس انجام شود كه د راين حالت هوا از جهات مختلف و باسرعت زياد به داخل اين مناطق وارد ميشوند. عمل عمگرايي هوار ا باحجم زياد به سمت بالا حركت ميدهد .
پايداري جوي به عامل اصلي ديگري بستگي دارد كه هواشناسان آنرا LAPS-RATE يا افت دما باارتفاع گويند و همانطوري كه قبلا گفته شده ميزان افت دما باارتفاع در يك جو استاندارد حدود 6الي 7 درجه سانتي گراد در هر 1000متر است (اين مقدار را ميزان استاندارد گويند )ولي كاهش يا افزايش در جو مكررا انجام ميشود و شرايط انجام آن بستگي به اشباع بودن و يانبودن هوا در محيط مورد نظر دارد .
كاهش دما باارتفاع در حالت آدياباتيك خشك: DRY ADIABATIC LAPS RATE
اگر هواي خشك يا غير يا اشباع در اثر گرم شدن ا ززمين زير خود و يا د راثر عمل مكانيكي (صعود اورو گرافيك )به سمت بالا صعود كند د راين حالت دماي آن به ميزان 3درجه ساتيگراد بر 1000پا و يا 8 الي 9 درجه سانتي گراد بر هر هزار متر كاهش مييابد .
ميزان فوق را ميزان كاهش هواي خشك باارتفاع در حالت آدياباتبكي (بي دررو )گويند.
هنگامي كه هواي خشك به سمت بالا حركت كند در اثر كاهش فشار حجم اين هوا زياد شده يعني منبسط ميشود و گرما كه نوعي انرژي است صرف اين انبساط ودر نتيجه باعث سرد شدن توده هوا ميشود اين عمل را عمل آدياباتيكي يا عمل بي دررو دراين توده هوا گويند به همين ترتيب عمل تراكم باعث گرم شدن توده هوا شده كه اين عمل يك عمل آدياباتيكي (دررو )است .
تعريف :تغيير دماي هوا بدون در يافت دما از اطراف يا انتقال آن به اطراف را تغييرات آدياباتيكي (بي دررو )آن توده هوا گويند .
كاهش دما باارتفاع د رمرحله آدياتيكي مرطوب: L.R. MOIST ADIABATIC
هنگامي كه مرطوب يا اشباع به سمت بالا حركت كند و يا آنكه به سمت بالا حركت داده شود عمل تراكم انجام شده و بخار آب به قطرات آب ميشود و د راين مرحله تراكم گرماي نهان موجود در بخار آب آزاد شده و جذب هوا ميشود .اين عمل باعث ميشود كه هواي مرطوب هنگام صعود آرامتر از هواي خشك سرد شود . دما باارتفاع د رمحله آدياتيك مرطوب بين 3/5 تا 6 درجه سانتي گراد در هر 1000متر است .
پايداري مطلق : ABSOLUTE STABILITY
بامقايسه كاهش حقيقي در لايه هاي مختلف جو باكاهش دما باارتفاع در هواي خشك و هواي مرطوب ،درجه پايداري جو قابل تخمين خواهد بود.هنگامي كه ميزان كاهش حقيقي دما باارتفاع (كاهش دماي محيط باارتفاع )كمتر از كاهش دما باارتفاع در مرحله آدياتيكي هواي مرطوب باشد هوارا پايدار مطلق گويند. زيرا همانطوري كه توضيح داده شد اگر فرض شود :
الف = افت دماي بسته هوا در مرحله آدياباتيكي خشك ارتفاع=5
ب= افت دماي بسته هوا در مرحله آدياباتيكي مرطوب باارتفاع=6
ج= افت دماي حقيقي يا افت دماي آتمسفر باارتفاع يا افت دماي محيط =7
پس اگر بند( ب )كوچكتر از بند( الف) و بند( الف )بزرگتر از بند( ج )باشد هوا
پايدار است حال اگر بند (الف )بزرگتر از بند (ج ) نيز باشد حالت پايدار مطلق به وجو د مي آيد.
يك بسته هوا د رحالت پايداري مطلق اگر تحت تاثير نيرويي به سمت بالا صعو د نمايد نسبت به محيط اطراف خود سردتر شده و به محض آنكه نيروي محركه از بين برود مجددا به سمت پايين و به محل اوليه خود برميگردد به همين صورت اگر نيرويي باعث نزول بسته هواي پايدار مطلق شود اين بسته هوا نسبت به ميحط خود گرمتر شده و به محض آنكه نيروي محركه خارجي كه باعث نزول بسته هوا شده است از بين برود هوا به فوريت به محل اصلي خود صعود ميكند .
ناپايداري مطلق : ABSOLUTE INSABILITY
هنگاميكه كاهش حقيقي دما باارتفاع در لايه اي از جو بزرگتر از كاهش دما باارتفاع د ر مرحله آدياباتيك خشك باشد يعني:
د راين صورت هوا ناپايدار مطلق خواهد بود ،بدون توجه به مقدار رطوبت بسته هوا كه ممكن است داشته باشد . زيرا:
يك بسته هوا كه به طور آدياباتيك (بي دررو ) حتي اگر به آرامي به سمت بالا حركت داده شود و به علت بيشتر بودن دماي آن زير دماي محيط اطراف مانند بادكنك هواي گرم به سمت بالا صعود ميكند.
پايداري مشروط : CONDITION STABILTY
اگر كاهش حقيقي دما باارتفاع محيط بين كاهش دما باارتفاع در مرحله آدياباتيكي خشك و مرحله آدياباتيكي مرطوب قرار گيرد هوا به طور مشروط پايدار ميباشد اگر هوا به حالت اشباع باشد در اين صورت آن هوا ناپايدار و اگر غير از اشباع باشد آن هوا پايدار خواهد بود.به عبارت ديگر پايداري و ناپايداري هوا بستگي دارد به ميزان رطوبت موجود د رهوا .
قرار گرفتن كاهش استاندارد دما باارتفاع بين كاهش دما باارتفاع در مرحله آدياباتيك خشك و مرحله آدياباتيكي مرطوب نشان دهنده آن است كه هوا به طور مشروط پايدار است .
شكل زير سه مرحله پايدار ي ـ ناپايداري و پايداري مشروط را نشان ميدهد .و همانطوريكه ملاحظه ميشود به طور خلاصه چها ر مرحله براي پايداري در نظر گرفته ميشود .كه به قرار ذيل است:
1-اگر كاهش دماي محيط باارتفاع كمتر از كاهش دماي مرطوب باارتفاع د رمرحله آدياباتيك باشد د راين صورت يك بسته هوا به طور مطلق پايدار ميباشد .
2-اگر ميزان كاهش دماي محيط باارتفاع بزرگتر از مقدار كاهش دماي هواي خشك باارتفاع در مرحله آدياباتيكي باشد بسته هوا در داخل آن محيط به طور مطلق ناپايدار است .
3-اگر مقدار كاهش دماي محيط باارتفاع برابر بامقدار كاهش دماباارتفاع هواي خشك د رمرحله آدياباتيكي باشد يعني در اين صورت يك بسته هواي غير اشباع به صورت خنثي خواهد بود و اگر مقدار كاهش دماي محيط باارتفاع بامقدار كاهش دما باارتفاع در مرحله آدياباتيكي مرطوب برابر باشد يعني د راين صورت بسته هواي اشباع به حالت خنثي خواهد بود .
4-اگر كاهش دماي محيط باارتفاع (مقدار حقيقي كاهش دماي محيط ) بين كاهش دماي هوا باارتفاع در مرحله آدياباتيكي خشك و كاهش دما باارتفاع هوا در مرحله آدياباتيكي مرطوب باشد،در اين صورت بسته هوا تا مرحله اشباع پايدار بود ه و بعد از اشباع ناپايدار خواهد بود (ناپايداري مشروط ).
توضيح : در مراكز تجزيه و تحليل اطلاعات هوا شناسي (مراكز پيش بيني) پس ا زدريافت حاصل از كاوش جو بوسيله دستگاههاي راديوسونر و مخابرات در دياگرام هاي مخصوص ثبت و مورد تجزيه و تحليل قرار ميگيرد و بابررسي منحني تغييرات دما ميزان رطوبت در لايه هاي مختلف جو ،ميزان پتانسيل جو د ر مورد ايجاد طوفانهاي رعد و برق و احتمال وجود آن در نقاط مورد نظر محاسبه نموده و از طريق سيستمهاي مخابراتي به اطلاع عموم استفاده كننده گان اين اطلاعات قرار ميدهند.