تحقیق مقاله هوا و اقلیم شناسی

مشخصات هوا ، ساختار اتمسفر(جو)

بی رنگ  2. بی بو  ٣. بی مزه  4. غیر قابل احساس ( در مواقعی که بی حرکت است )

5. جرم آن در حدود 1014 × 5.6 تن است

6. بسیار مقاوم است ( شهاب سنگ در هنگام بر خورد با جو زمین آتش می گیرد)

7. جو قابل ارتعاش است مولکول های موجود در آن براحتی حرکت می کنند .

8. روان و سیال است

جو تعیین کننده ی حیات بر روی کره ی زمین است :

داراری اکسیژن است (گاز حیات)

لایه ی اوزون موجود در جو از نفوذ تابش های فرابنفش که بسیار مضر ند جلوگیری می کند

تعدیل کننده ی دما است ( به علت وجود بخار آب موجود درآن )

جلو گیری از نفوذ سنگ های آسمانی می کند

یونوسفر به علت وجود یون ها ، امواج رادیویی را باز می گرداند .

مبدا جو :

مبدا جو به مبدا کائنات بر می گردد

فرضیه                   :

جهان از گار های داغ پلاسما تشکیل شده است که به تدریج اتم های هیدروژن و ... (سبک و سنگین ) . در خورشید دو اتم سبک با هم تشکیل شده و یک هلیم را تشکیل می دهند که مازاد جرم آن به انرژی تابش تبدیل می شود ç جوش هسته ای در حرارت بالا انجام می گیرد ç ç تشکیل تدریجی سیارات

فاصله ی بین زمین تا خورشید 8 دقیقه ی نوری است . ابعاد کهکشان راه شیری نزدیک 10 سال نوری است . فاصله ی ما با کهکشان کناری که با چشم غیر مسلح گاهی در شب های تاریک دیده می شود ، 100 میلیون سال نوری است . تا ٣ دهه گذشته گفته می شد که کهکشان ها ، منظومه اند اما بعداً مشخص شد که هر منظومه دارای چند کهکشان می باشد که حول محوری که از مرکز جرم آن می گذرد ، حرکت می کنند .

حدود 500 میلیون سال از شکل کنونی زمین می گذرد . اتمسفر فعلی دارای ترکیب زیر است :

ازت با در صد حجمی 78.084% و درصد جرمی 75.51%

اکسیژن                   20.946 % و                       23.15%

آرگون                     0.934 %     و                      1.28%

دی اکسید کربن           0.033%    و                   0.046 %

غلظت جو تا ارتفاع 5.5 کیلومتری است و به همین دلیل در ارتفاعات بالا تر مشکلات تنفسی بوجود می آید .

ارتفاع جو بی نهایت است و در یک ارتفاع خاص به پایان نمی رسد .

در هیچ نقطه ای از کیهان خلا وجود ندارد . آنچه که ما از جهان شناخته ایم تنها 20% از کل موجودی آن است .

جو زمین ارتفاع یکنواختی ندارد و ارتفاع آن در قطبین کمترین و در استوا بیشترین است . کره ی زمین کره ی کامل نیست و زمین وار است ( ژنوئید )

کره ی زمین در حال چرخش است و نیروی جانب به مرکز ذرات را به سوی مرکز نگه می دارد که همان نیروی جاذبه ی زمین است . اختلاف نیرو در بخش های مختلف زمین است که باعث تغییر شکل زمین می شود . جو در زمین به صورت لایه لایه است هم از نظر ترکیب گاز ها و هم از نظر تغییرات دما ( می توان جو را از جهات مختلف لایه بندی کرد )

تا ارتفاع 100 کیلو متری (110) ترکیب جو به این صورت باقی می ماند بعد از آن گازها به ترتیب جرم شان به صورت لایه لایه روی هم قرار می گیرند .

به این صورت که :

از ارتفاع 100 تا 1000 کیلومتری از سطح زمین اکسیژن

           1000 تا 2400 کیلومتری هلیوم

           2400 تا 9000 کیلو متری هیدروژن

و از 9000 کیلومتری به بعد هم که گاز های بین سیاره ای قرار می گیرند  شامل یون ، الکترون ، پروتون و ...( ذرات بنیادی)

لایه بندی جو بر اساس تغییرات دمایی در ارتفاعات مختلف :

برای اندازه گیری دما در ارتفاعات مختلف از دستگاه رادیو سوند استفاده می کنند  

تروپوسفر:

لایه اولین جو – در مجاورت سطح زمین – میانگین دما جو 20درجه – با افزایش ارتفاع در آن دما کاهش می یابد( البته کاهش دما تدریجی است و با سرعت کمی صورت می گیرد)- اکثر پدیده های جوی در این لایه رخ می دهند مثلاً کومولو نیمبوس و استراتوس که مرتفع ترین ابر ها هستند در ارتفاع 7 تا 8 کیلو متری تشکیل می شوند . این لایه در بر گیرنده ی بیشترین مقدار جرم جو است .12-11کیلومتر ضخامت دارد ( به طور متوسط). در قطب حداقل و در استوا  حداکثر مقدار خود است . مرز بین این لایه و لایه  ی بعدی ( استراتوسفر) را تروپوپاز می نامند.

استراتوسفر :

(50-12) کیلو متری از سطح زمین – دمای هوا در این لایه به علت تغییر در غلظت اوزون متغیر است (اوزونوسفر در این لایه قرار دارد ) – در ٣ کیلو متری اول آن دمای هوا ثابت است . در قسمت های بالا تر با افزایش ارتفاع افزایش دما را خواهیم داشت . مرز جدا کننده ی استراتوسفر با مزوسفر را استراتوپاز می نامند

مزوسفر :

(80-50) کیلو متری از سطح زمین . افزایش ارتفاع در این لایه سبب کاهش دما می شود که سرعت این کاهش دما بسیار زیاد است . مرز جدا کننده ی این لایه و لایه ی بعدی مزوپاز نام دارد که سرد ترین دما را دارد

ترموسفر:

ویژگی این لایه دمای بسیار زیاد آن است.غلظت این لایه بسیار کم است و خیلی رقیق است . گاز غالب در این لایه اکسیژن است . با افزایش ارتفاع دما به شدت افزایش می یابد از 80 کیلومتری تا 190 کیلو متری ادامه دارد . البته برای ترموسفر حد و مرزی وجود ندارد اما به طور معمول تا 190 کیلومتری در نظر گرفته می شود در واقع ترموسفر آن قدر ادامه می یابد که با جو خورشید مخلوط می شود و ...

در حدود ارتفاع 60 کیلومتری ( در پایین ترموسفر ) یونوسفر وجود دارد حاوی ذرات بار دار اتمی است . ارتباط رادیویی راه دور از طریق انعکاس های یک یا چند گانه تابش های موج کوتاه از لایه های یونیزه ی مذکور امکان پذیر می گردد.

ترکیب لایه های هوا تا ارتفاع 100 کیلو متری همگن است ( غالب ازت و اکسیژن ) و بعد از آن ذرات به ترتیب جرم خود دسته بندی می گردند :

ازت و اکسیژن

اکسیژن

هلیوم

هیدروژن

( این ها گاز های غالبی هستند که در این لایه ها وجود دارند )

همان طور که گفته شد در استراتوسفر یک لایه ی غنی از اوزون داریم( اوزونوسفر)

ضخامت این لایه از 16 تا 30 کیلو متری است

اوزون در برابر اشعه های فرابنفش مثل جسم سیاه عمل می کند و با جذب آنها مانع از رسیدن شان به سطح زمین می شود .

1-در هر چرخه ی طبیعی در واکنش های بالا 2 فوتون از ماوراء بنفش حذف شده ç ماوراء بنفش به زمین کم می رسد . اما در چرخه ی متاثر از CFC 2 مولکول اوزون به ٣ مولکول اکسیژن تبدیل می شود بدون دریافت ماوراء بنفش

2- در چرخه ی اولی اوزون دوباره ساخته می شد اما در چرخه ی دوم اوزون دوباره تشکیل نمی شود .

M = جسم سوم برای تضمین اصل بقای اندازه حرکت خطی

Cloo ماده ای بسیار ناپایدار است

تغییرات CO2 :

این گاز یک گاز گلخانه ای است و در واقع باعث گرم شدن کره ی زمین می شود از طرفی نقش حیاتی در کره زمین دارد ( اگر نبود زمین ممکن بود یخ بزند ) کیلینگ نمودار را رسم کرده و مقدار CO2 را برای زمان حال پیش بینی کرده بود ...

کمربند های مغناطیسی زمین : کمربند ون آلن

در دو طرف کره زمین قرار دارند و اولین  بار ون آلن آنها را کشف کرد ( بر اساس داده های ماهواره های هوا شناسی)

اولین کمربند : 1.5 برابر شعاع کره ی زمین

دومین کمر بند : 4-٣ برابر شعاع کره ی زمین

قانون دست راست فلمینگ : اگر جهت میدان انگشت اشاره و جهت حرکت را انگشت میانی فرض کنیم ، انگشت شصت نشان دهنده ی جهت نیرو است .

خاصیت این کمربند : ذرات پر شتاب باردار و طوفان های خورشیدی ، وارد میدان مغناطیسی می شوند و از قانون دست راست فلمینگ پیروی می کنند ç از جهت اصلی منحرف می شوند و در کمر بند ها گرفتار می شوند و به زمین نمی رسند . شفق قطبی به دلیل وجود همین کمربند ها است .

انرژی گرمایی جو :

گرما صورتی از انرژی است و دما معیاری برای اندازه گیری آن است . تعریف دما مشکل است : دما شاخصی است برای تعیین این که آیا جسمی با جسمی دیگر در حال تبادل گرمایی هست یا نه ؟ç کاملاً نسبی است واحد های سنجش دما :

سلسیوس- کلوین – فارنهایت

سلسیوس: 0 و 100 را در نظر می گیریم و بقیه ی دما ها را با آن ها می سنجیم .

کلوین : شاخص مطلق است و نسبی نیست . صفر مطلق = عدم وجود ماده = زمانی که انرژی جنبشی جسم صفر باشد

فارنهایت : C=(F-32).100/8 ( دمای ذوب یخ در فارنهایت 32 است اما در سلسیوس صفر است )

انتقال گرما :

به سه روش صورت می گیرد : تابش – رسانش – همرفت

انرژی جو زمین از طریق خورشید تامین می شود البته به مقدار خیلی کمتری از انرژی درونی زمین . بین زمین و خورشید ماده وجود ندارد پس تنها راه انتقال تابش است .

مقدار انرژی تولید شده در خورشید خیلی زیاد است در هر ثانیه 5 میلیون تن جرم به انرژی تبدیل می شود . در تابش 1 میلیارد ساله خورشید فقط 1% از جرم خود را از دست داده است و در این مدت 17 برابر جرم زمین را تبدیل به انرژی کرده است .

مقدار انرژی تابشی در هر جسم : S=                                                                                                     

ثابت خورشیدی :  

مقدار انرژی دریافتی از واحد  سطح در واحد زمان عمود بر مسیر تابش در فاصله ی میانگین زمین تا خورشید

دمای سطح خورشید : 5793 کلوین = 6000 درجه سانتی گراد

انرژی دریافتی بوسیله ی کل کره ی زمین = ثابت خورشیدی × مساحت دایره ی عظیمه کره زمین

دایره ی عظیمه بخشی از کره ی فرضی است که انرژی به آن عمود می تابد

سهم انرژی هر سانتی متر از رویه ی کره زمین در هر دقیقه 0.5 کالری است .

قانون دین :

شدت تابش در تمام طول موج ها یکسان نیست . بین دمای یک جسم و طول موجی که آن جسم با حداکثر شدت آن را از خود گسیل می کند رابطه ی زیر بر قرار است :

توزیع انرژی روی کره ی زمین یکنواخت نیست

تغییر زاویه ی تابش نسبت به سطح افق در هر نقطه ç کروی بودن زمین

تغییر زاویه میل خورشیدی ( در فصل های مختلف تغییر میکند)

جنس زمین و پستی و بلندی آن

پدیده ی تغییر فصول :

بر اساس تغییر فاصله  زمین تا خورشید ، مقدار انرژی دریافتی بیشتر یا کمتر است . اگر دوری و نزدیکی زمین به خورشید تعیین فصل می کرد ، باید در استوا تغییر فصل می داشتیم که نداریم ç محور زمین نسبت به خورشید که مایل است ایجاد فصول می کند .

توزیع زمانی و مکانی انرژی خورشیدی در کره ی زمین :

توزیع زمانی : تغییر فصول ( حرکت انتقالی و وضعی زمین حول محور دوران با انحراف 23.5 درجه از حالت عمود)