هواشناسي كوهستان
پرنيان كوهستان
ابر، باد و كوه
مهندس جعفر سپهري (هيات علمي دانشگاه جامع علمي كاربردي)
زهراپريسا زارعي (دانشجوي كارشناسي ارشد فيزيك دريا)
نخستين انديشمندي كه رويدادهاي هواشناسي را مدون و طبقهبندي نمود و او را بايد، بهحق، پدر دانش هواشناسي ناميد، دانشمند ايراني سده پنجم هجري، ابوحاتم اسماعيل اسفزاري خراساني است كه براي نخستين بار در جهان پديدههاي جوي و هواشناسي را به زبان فارسي در كتاب خود به نام آثار علوي (Meteorology)، گردآوري نموده است.
پيشگفتار:
|
بر آمد ز كوه ابر مازندران
|
چو مار شكنجي و ماز اندر آن
|
بيگمان يكي از مهمترين ابزارهايي كه يك كوهنورد بايد بدان مسلط باشد، دانش هواشناسي كوهستان و آگاهي او از تغييرات و تلاطمات جوي است. دانشي كه آگاه نبودن از آن ميتواند به قيمت زندگاني تمام شود. چه بسا خفته در خاكاني كه ميتوانستند با سود جستن از اين دانش، سالها از زندگي و مواهب آن بهره گيرند.
هدف از اين نوشتار، اطلاعي كوتاه و فراگير در باره پديدههاي جوي در كوهستان است. اميدواريم كه سودمند قرار گيرد.
1 _ امواج كوهستان و تلاطم در هواي صاف
الف _ امواج كوهستان (Mountain waves or Lee waves)
هنگاميكه باد از فراز كوهستان ميگذرد، در جهت پشت به باد كوه تلاطم شديدي ايجاد ميشود. نوعي از اين تلاطم چرخش rotor نام دارد. شرايط مطلوب براي شكلگيري امواج نيرومند كوهستان، به ويژه در حالت حاكميت يك سامانه پرفشار (پادچرخندي) عبارتند از:
يك لايه همدما يا وارونگي كه ميان دو لايه ناپايدار كمفشار قرار ميگيرد.
بادي با سرعت 20 گره (حدود 10 متر بر ثانيه) كه رو به بالا حركت كرده و با افزايش ارتفاع، سرعت آن هم افزايش مييابد.
ب _ تلاطم در هواي صاف(CAT=Clear Air Turbulence)
تلاطم بر فراز لايه مرزيسيارهاي PBL را كه هيچگونه پيوند مستقيمي با ابرها نداشته باشد را تلاطم در هواي پاك CAT مينامند. يك CAT معمولا با برش عمودي باد (wind shear) و وارونگي دما همراه است. در حاليكه بر فراز آن منطقه همگرايي و يا واگرايي رودبادها (jet stream) به ويژه در سمت پشت به باد كوه، قرار دارد. اين امواج در ارتفاعهاي گوناگون و با فاصله گرفتن از منشاء، تغيير ميكنند. يك CAT نه فقط در ارتفاع بالا، بلكه در ارتفاعات پايين هم خطرآفرين است.
|
|
|
|
خطر امواج كوهستان براي هواپيما و بالگرد
|
|
برش باد wind shear:
تغيير سريع و ناگهاني در سرعت و جهت باد كه معمولا با تلاطم شديد همراه است.
2 _ باد دره و باد كوه
الف _ باد دره (درهبادها) Valley wind
درهها، چرخه باد ويژه خود را دارند، كه معمولا از باد غالبي كه بر فراز آن ميوزد مستقل است. جهت وزش آن مجاور سطوح دره و صرفنظر از چرخه عمومي بادها، روبهبالا است. اما اگر سرعت باد بيشتر از 20 گره (حدود 10 متر بر ثانيه) شود، در جهت مخالف باد دره، جريان مهمي رو به پايين و تلاطمهاي شديدي ايجاد خواهد شد. از اين رو هواپيماهاي سبك و بالگردها براي كاهش ريسك ناشي از تلاطم بايد پيش از آغاز چرخش، با زدن يك نيمدايره از روي دره رد شوند.
ب _ باد كوه (كوه باد) Mountain wind
اين باد برعكس باد دره بوده و از بالاي كوه هواي سرد و سنگين را به سمت دره ميبرد.
3 _ باد كوهدشت و باد دشتكوه
الف _ باد كوهدشت (Katabatic winds)
معمولا در غروب شكل ميگيرد و تا پيش از برامدن خورشيد ادامه خواهد داشت. اين باد نتيجه سُر خوردن هواي سرد و سنگين از فراز كوه به سوي دشت، از سمت شيبهاي رو به پايين است. در تحت برخي شرايط، باد كوهدشت ميتواند به نسيمي توانمند در دل شب تبديل گردد كه نويدبخش بامدادي گرم است.
ب _ باد دشتكوه (Anabatic winds)
در طي ساعات روز هنگامي شيبهاي دامنه كوهها گرمتر از ژرفاي درهها ميشوند، وزيدن اين باد آغاز ميشود. تفاوت گرمايي هواي مجاور دامنهها، موجب حركت صعودي آن به بالادست شيب ميشود. سرعت وزش اين باد ميتواند حتي به 10 گره ( حدود پنج متر بر ثانيه) هم برسد.
حداكثر ارتفاع بادهاي كوهدشت و دشتكوه حدود دويست متر بر فراز دامنههاي كوهستان است. اين دو باد، چرخهاي محدود ميان هواي مجاور كوه و هواي مجاور دشت، در نزديكي يكديگر است.
|
|
|
باد كوه به دشت
باد دشت به كوه
|
|
4 _ نسيم درياچه Lake breeze
اين نسيم حالت خفيف نسيم دريا به ساحل See breeze در طول روز و نسيم ساحل به دريا Land breeze در طول شب است كه موجب بروز رطوبت در هواي مجاور درياچه ميشود. در طول روز سطح خشكي بيشتر از سطح آب گرم ميشود كه موجب بروز نسيمي از سوي درياچه به سوي ساحل Lake breeze شده و در طي شب هواي مجاور خشكي زودتر از هواي مجاور آب سرد ميشود كه منجر به بروز نسيمي از خشكي به سوي درياچه Land breeze ميشود.
در صورت صعود از صخرهاي در نزديكي يك درياچه، بايد همواره جرياد هوايي رو به بالا در طي روز و جريان هوايي رو به پايين در طول شب را در نظر گرفت.
|
|
|
|
درياچههاي نزديك كوه ايجاد كننده نسيم درياچه
|
5 _ ابرها
معمولا حركت روبهبالاي هواي مرطوب پيشنياز تشكيل ابر است. پديدهاي كه در كوهستان به فراواني رخ ميدهد. حركت روبهپايين نيز بر خلاف آن عمل ميكند. هواي روبهبالا منبسط شده، بهطور بيدررو سرد شده و اگر رطوبت كافي به همراه داشته باشد، مقداري از بخار آب موجود در آن سرد شده و تشكيل ريزقطرههاي ابر را ميدهد. هر متر مكعب ابر غليظ حدود 5/0 گرم آب در خود دارد.
دماي معمولي اين ريزقطرهها 10- تا 15- درجه سانتيگراد است اما در ارتفاع بالا و فشار كم اين ريزقطرهها ميتوانند تا حدود دماي 40- درجه سانتيگراد هنوز مايع باشند. اين قطرهها را قَطرَكهاي اَبَرسَرد يا supercoold droplet مينامند. از اين دما به بعد هر قطره آبي در اثر پديده انجماد خودبهخودي self nucleation يخ خواهد زد.
ابرهاي خانواده كومولوس به ويژه Cb بسيار خطرآفرين هستند. با مشاهده آنها بايد از صعود صرفنظر نموده به نزديكترين پناهگاه مراجعت كرد. خلبانان در باره ابرهاي Cb ميگويند: براي زندهماندن از Seabees پرهيز كنيد.
تلاطم در ابرها به قرار زير است.
|
نوع ابر
|
تلاطم
|
|
St
|
بياهميت
|
|
Ci, Cs, Cc, Ac, As
|
هيچ يا بياهميت، مگر در زمان تشكيل ابر Cb
|
|
Sc
|
ملايم
|
|
Ns
|
ملايم اما در پايه ابر شديد
|
|
Cu, TCu, Cb
|
معمولا شديد، اما در حالت انفجار روبهپايين مصيبتبار و فاجعهساز
|
|
ابرهاي رايج به ويژه بر فراز قلههاي كوهستان
|
|
|
|
Cb به همراه Cap Cloud
Cb به همراه Cap Cloud
|
|
|
|
|
ابر پيش كومولوس pyrocumulus
ابر milthorpeincus
|
|
ابر سنداني Anvil Cloud خطرناكترين نوع ابر
|
|
|
|
6 _ توفان تندري Thunderstorm
توفانهاي تندري و آذرخش كه توسط ابرهاي Cb به ويژه نوع سنداني آن anvil cloud ايجاد ميشود، و نتيجه تخليه بار الكتريكي الكتريسته ساكن ميان ابر و ابر و يا ابر و زمين است، تحت هر شرايطي خطرناك و آسيبرسان است. پس از مشاهده آنها، عاقلانهترين كار، گريز به نزديكترين پناهگاه است.
|
|
|
|
آذرخش در هر شرايطي خطرآفرين است
|
7 _ مه (Fog [FG])
حرير مه بر رخسار كوه، مه در اثر سرد شدن هواي مرطوب رخ ميدهد. يك تيرگي جوي در سطح زمين كه به وسيله آويزش قطركهاي آب، همراه و يا بدون همراهي ذرات دود، كه ديد را به زير 1000 متر محدود ميكند، مه مينامند. همچنين اگر ديد بيش از 1000 متر باشد، آنرا mist (دمه، تاريشم)مينامند. دودمه را كه بيشتر در شهرهاي با آلودگي هوايي بالا رخ ميدهد را smoke fog مينامند. مه به روشهاي زير تشكيل ميشود.
الف _ مه تابشي: Radiation fog
بيشتر هنگامي كه هواي مرطوب در شبي بدون ابر، پس از بارندگي، تحت يك سيستم پرفشار قرار گيرد آنگاه مه تابشي رخ ميدهد. دماي هواي مرطوب در مجاورت زمين سرد و در شرايط چگالش به سرعت به دماي نقطه شبنم ميرسد. بهترين سرعتي هم كه باد ميتواند داشته باشد شرايط بدون باد calm، و يا 2 تا 6 گره، 1 تا 3 متر بر ثانيه است. اگر در اين شرايط دود هم وجود داشته باشد، دودمه smog ناميده ميشود. حداكثر ارتفاع اين نوع مه 300 متر است. مه جنگلها بيشتر از اين نوع است.
ب _ مه فرارفتي: Advection fog
هنگامي كه هواي گرم و مرطوب توسط باد به روي يك سطح سرد آورده ميشود و دماي آنرا تا نقطه شبنم پايين ميآورد. مه كنار دريا و مه بادهاي دره بيشتر از اين نوع است. بهترين سرعت باد 5 تا 15 گره است.
پ _ مه تبخيري: evaporation fog
در اثر چگالش سريع بخار آب از سطح به هواي اشباع شده رخ ميدهد. مه روي جاده پس از بارندگي و يا مه جنگلهاي گرمسير از اين نوع هستند.
ت _ مه يخزدگي: freezing fog
در اثر يخزدگي قطركهاي آب رخ ميدهد. دماي هوا بين 24- تا 45- درجه سانتيگراد و ارتفاع بالاتر از حدود 8000 متري از سطح دريا. اين نوع مه به ويژه در اثر حركت هواپيما و برخورد آن با ذرات آب اَبَرسَرد رخ ميدهد.
ث _ مه جبههاي: front fog
مهاياست در مقياس گسترده، كه در اثر حركت و فعاليت جبهههاي سرد، گرم و اكلوده رخ ميدهد.
8 _ ابر كوهكُلاه و ابر غلتان
الف _ كوهكُلاه، (Cap Cloud)،
|
فراز دماوندش از ابر بود
|
تو گويي زِبَركوه پوشيده خُود
|
|
چو پوشيده سر ر ا به ابري پناه
|
و را خواند بايد كنون كُه كُلاه
|
ابري كه گاه و بيگاه بر فراز قله كوههاي بلند، مانند دماوند، به چشم ميخورد و همچون كلاهي قله را در بر ميگيرد. اين ابر كه به واژه لاتيني Pileus نامگذاري شده است، ابري است كوچك و افقي كه ميتواند به شكل ابرهاي كومهاي (= گل كلمي) كومولوسCumulus يا كومولونيمبوس (كومولوس بارانزا) Cumulonimbus نمايان شود. ابر مولد آن ميتواند به شكل يك روكش پديدار شده باشد. اين ابر پايدار نبوده و به سرعت تغيير شكل ميدهد. شكلگيري آنها بهويژه در عرضهاي جغرافيايي پايينتر در اثر حركت سريع و روبهبالاي هواي مرطوب رخ ميدهد. اين حركت سريع روبهبالا باعث ميشود كه دماي هوا از دماي نقطه شبنم dew point پايينتر بيايد. اين ابر معمولا نشاندهنده هواي با تغييرات شديد و ناپايدار چشمگير در آبوهوا هستند. يك چنين ابري كه در بالا به شكل گل كلم است، اغلب به شكل يك كومولونيمبوس در آمده و نشاندهنده حركت سريع روبهبالاي جريانهاي هوايي در كوهستان است.
|
|
|
|
كوهكُلاه دوگانه
|
|
كوه كُلاه دماوند
|
|
ب _ ابر غلتان، (رخشابر) Roll Cloud
|
چو رَخشاَبر آمد فرود از فراز
|
دگرگونه افراخت آهنگ، ساز
|
|
بپيچيدو از بيخ زو بركنيد
|
هر آن بودني را كه در راه ديد
|
ابري است كه همانند يك استوانه از فراز كوه به سوي دره سر ميخورد و تلاطمهاي خطرناكي ايجاد ميكند. يك ابر غلتان، يك ابر لولهاي شكل، از خانواده ابرهاي كماني شكلArcus Cloud است كه غالبا در جبهه هواي سرد با توفان تندري و آذرخش همراه ميشود. ابر غلتان همچنين ميتواند نمايانگر فعاليت جريانهاي هوايي شديد روبه پايين Microburst باشد. ابرهاي غلتان ويژه كوهستان هستند. حتي در كوهستان هم اين ابر بسيار خطرناك كم ديده ميشود. آنها از پايه ابرهاي تندرزا و يا ابرهاي ديگر كاملا جدا هستند. از اينرو است كه آنها متفاوت از ديگر ابرها هستند. ابرهاي غلتان معمولا بر روي محور افقي خود ميچرخند، اما اگر بر روي محور ديگري بچرخند، نبايد با ابرهاي قيفي شكل funnel clouds كه زايينده گردباد Tornado است اشتباه شود.
9 _ انفجار رو به پايين microburst
يك سقوط سنگين و غليظ از هواي سرد چگال، و معمولا از يك ابر در حال گذر را downburst مينامند. اگر اين رخداد در مقياس بزرگ اتفاق بيافتن آنرا macro burst و اگر در مقياس كوچك خردهواشناسي رخ دهد آنرا microburst مينامند. اين اتفاق در كمتر از 10 دقيقه و معمولا بين 3 تا 5 دقيقه رخ ميدهد، و منجر به برش يا شكاف هوايي دهشتباري در جهتهاي افقي و عمودي ميشود. اين رخداد ميتواند "خشك" و يا "تر" همراه با قطرههاي كوچك باران تا رگبار سنگين باشد. حلقههاي چرخش اين انفجار در نزديكي سطح زمين به خوبي ديده ميشود. اين پديده، به ويژه براي خلبانان، چتربازان و صخرهنوردان بسيار خطرناك است. يكي از نشانههاي اين رخداد بسيار خطرناك، ابر غلتان است.
خطرناكترين محل در محورهاي افقي اين انفجار قرار دارد.جايي كه سرعت باد در زمان كوچكي به بيش از 150 گره (حدود 75 متر در ثانيه) ميرسد. بيشترين توان اين انفجار در حدود 30 متري سطح زمين رخ ميدهد. انفجار روبهپايين در زير 5% تا 10% ابرهاي Cb اتفاق ميافتد. بيشترين محدوده اثر افقي اين حدود 4 كيلومتر است. با دوبرابر شدن سرعت سقوط هوا، microburst به يك macro burst تبديل ميشود.
پيوست:
PBL: Planetary Boundary Layer لايه مرزيسيارهاي
لايه مرزي سيارهاي، لايهاياست كه به دليل اصطكاك سطح زمين از وزش بادهاي سهمگين در امان مانده امكان پيدايش زندگي را ايجاد نموده است. اين لايه كمابيش بر زيستكره biosphere منطبق است.
بُرش باد wind shear
ابرها:
St: Stratus
Ci: Cirrus
Cs: Cirrostratus
Cc: Cirrocumulus
Ac: Altocumulus
As: Altostratus
Sc: Stratocumulus
Ns: Nimbostratus
Cu: Cumulus
Cb: Cumulonimbus
پرتوهاي گاما
جدول 1 : ميانگين پرتوگيري ساليانه افراد از منابع پرتوزاي طبيعي
چشمه پرتو
|
دز موثر ساليانه(mSv)
|
|
سال 1372
|
سال 1380
|
دگرگوني
|
|
پرتو كيهاني
|
يونساز
|
0.30
|
0.28
|
0.02 -
|
|
نوتروني
|
0.08
|
0.10
|
0.02
|
|
هسته هاي پرتوزاي كيهاني
|
0.01
|
0.01
|
|
|
پرتوهاي خارجي زمينه
|
محيط باز
|
0.07
|
0.07
|
|
|
محيط بسته
|
0.39
|
0.41
|
0.02
|
|
پرتوگيري ناشي از استنشاق
|
اورانيوم و توريم
|
0.01
|
0.006
|
0.004 -
|
|
رادن – 222
|
1.2
|
1.15
|
0.05 -
|
|
تورن – 220
|
0.07
|
0.10
|
0.03
|
|
پرتوگيري ناشي از بلع
|
پتاسيم – 40
|
0.17
|
0.17
|
|
|
زنجيره اورانيم و توريم
|
0.06
|
0.12
|
0.06
|
|
مجموع
|
2.36
|
2.416
|
0.056
|
افزايش پرتوگيري گاما از محيط با افزايش ارتفاع
فهرست ماخذ و مراجع:
Ahrens, Essentials of Meteorology.
UBESCEAR, “Source and Effects of Ionizing Radiation”, 1993.
