هواشناسی کوهستان
پرنیان کوهستان
ابر، باد و کوه
مهندس جعفر سپهری (هیات علمی دانشگاه جامع علمی کاربردی)
زهراپریسا زارعی (دانشجوی کارشناسی ارشد فیزیک دریا)
نخستین اندیشمندی که رویدادهای هواشناسی را مدون و طبقه‌بندی نمود و او را باید، به‌حق، پدر دانش هواشناسی نامید، دانشمند ایرانی سده پنجم هجری، ابوحاتم اسماعیل اسفزاری خراسانی است که برای نخستین بار در جهان پدیده‌های جوی و هواشناسی را به زبان فارسی در کتاب خود به نام آثار علوی (Meteorology)، گردآوری نموده است.
پیشگفتار:
|
بر آمد ز کوه ابر مازندران |
چو مار شکنجی و ماز اندر آن |
بی‌گمان یکی از مهمترین ابزارهایی که یک کوهنورد باید بدان مسلط باشد، دانش هواشناسی کوهستان و آگاهی او از تغییرات و تلاطمات جوی است. دانشی که آگاه نبودن از آن می‌تواند به قیمت زندگانی تمام شود. چه بسا خفته در خاکانی که می‌توانستند با سود جستن از این دانش، سالها از زندگی و مواهب آن بهره گیرند.
هدف از این نوشتار، اطلاعی کوتاه و فراگیر در باره پدیده‌های جوی در کوهستان است. امیدواریم که سودمند قرار گیرد.
1 _ امواج کوهستان و تلاطم در هوای صاف
الف _ امواج کوهستان (Mountain waves or Lee waves)
هنگامی‌که باد از فراز کوهستان می‌گذرد، در جهت پشت به باد کوه تلاطم شدیدی ایجاد می‌شود. نوعی از این تلاطم چرخش rotor نام دارد. شرایط مطلوب برای شکل‌گیری امواج نیرومند کوهستان، به ویژه در حالت حاکمیت یک سامانه پرفشار (پادچرخندی) عبارتند از:
یک لایه همدما یا وارونگی که میان دو لایه ناپایدار کم‌فشار قرار می‌گیرد.
بادی با سرعت 20 گره (حدود 10 متر بر ثانیه) که رو به بالا حرکت کرده و با افزایش ارتفاع، سرعت آن هم افزایش می‌یابد.
ب _ تلاطم در هوای صاف(CAT=Clear Air Turbulence)
تلاطم بر فراز لایه مرزی‌سیاره‌ای PBL را که هیچ‌گونه پیوند مستقیمی با ابرها نداشته باشد را تلاطم در هوای پاک CAT می‌نامند. یک CAT معمولا با برش عمودی باد (wind shear) و وارونگی دما همراه است. در حالی‌که بر فراز آن منطقه هم‌گرایی و یا واگرایی رودبادها (jet stream) به ویژه در سمت پشت به باد کوه، قرار دارد. این امواج در ارتفاع‌های گوناگون و با فاصله گرفتن از منشاء، تغییر می‌کنند. یک CAT نه فقط در ارتفاع بالا، بلکه در ارتفاعات پایین هم خطرآفرین است.
|
|
|
|
خطر امواج کوهستان برای هواپیما و بالگرد |
|
برش باد wind shear:
تغییر سریع و ناگهانی در سرعت و جهت باد که معمولا با تلاطم شدید همراه است.
2 _ باد دره و باد کوه
الف _ باد دره (دره‌بادها) Valley wind
دره‌ها، چرخه باد ویژه خود را دارند، که معمولا از باد غالبی که بر فراز آن می‌وزد مستقل است. جهت وزش آن مجاور سطوح دره و صرف‌نظر از چرخه عمومی بادها، روبهبالا است. اما اگر سرعت باد بیشتر از 20 گره (حدود 10 متر بر ثانیه) شود، در جهت مخالف باد دره، جریان مهمی رو به پایین و تلاطم‌های شدیدی ایجاد خواهد شد. از این رو هواپیماهای سبک و بال‌گردها برای کاهش ریسک ناشی از تلاطم باید پیش از آغاز چرخش، با زدن یک نیم‌دایره از روی دره رد شوند.
ب _ باد کوه (کوه باد) Mountain wind
این باد برعکس باد دره بوده و از بالای کوه هوای سرد و سنگین را به سمت دره می‌برد.
3 _ باد کوه‌دشت و باد دشت‌کوه
الف _ باد کوه‌دشت (Katabatic winds)
معمولا در غروب شکل می‌گیرد و تا پیش از برامدن خورشید ادامه خواهد داشت. این باد نتیجه سُر خوردن هوای سرد و سنگین از فراز کوه به سوی دشت، از سمت شیب‌های رو به پایین است. در تحت برخی شرایط، باد کوه‌دشت می‌تواند به نسیمی توانمند در دل شب تبدیل گردد که نویدبخش بامدادی گرم است.
ب _ باد دشت‌کوه (Anabatic winds)
در طی ساعات روز هنگامی شیب‌های دامنه کوه‌ها گرم‌تر از ژرفای دره‌ها می‌شوند، وزیدن این باد آغاز می‌شود. تفاوت گرمایی هوای مجاور دامنه‌ها، موجب حرکت صعودی آن به بالادست شیب می‌شود. سرعت وزش این باد می‌تواند حتی به 10 گره ( حدود پنج متر بر ثانیه) هم برسد.
حداکثر ارتفاع بادهای کوه‌دشت و دشت‌کوه حدود دویست متر بر فراز دامنه‌های کوهستان است. این دو باد، چرخه‌ای محدود میان هوای مجاور کوه و هوای مجاور دشت، در نزدیکی یکدیگر است.
|
|
|
باد کوه به دشت
باد دشت به کوه |
|
4 _ نسیم دریاچه Lake breeze
این نسیم حالت خفیف نسیم دریا به ساحل See breeze در طول روز و نسیم ساحل به دریا Land breeze در طول شب است که موجب بروز رطوبت در هوای مجاور دریاچه می‌شود. در طول روز سطح خشکی بیشتر از سطح آب گرم می‌شود که موجب بروز نسیمی از سوی دریاچه به سوی ساحل Lake breeze شده و در طی شب هوای مجاور خشکی زودتر از هوای مجاور آب سرد می‌شود که منجر به بروز نسیمی از خشکی به سوی دریاچه Land breeze می‌شود.
در صورت صعود از صخره‌ای در نزدیکی یک دریاچه، باید همواره جریاد هوایی رو به بالا در طی روز و جریان هوایی رو به پایین در طول شب را در نظر گرفت.
|
|
|
|
دریاچه‌های نزدیک کوه ایجاد کننده نسیم دریاچه |
5 _ ابرها
معمولا حرکت روبه‌بالای هوای مرطوب پیش‌نیاز تشکیل ابر است. پدیده‌ای که در کوهستان به فراوانی رخ می‌دهد. حرکت روبه‌پایین نیز بر خلاف آن عمل می‌کند. هوای روبهبالا منبسط شده، به‌طور بی‌دررو سرد شده و اگر رطوبت کافی به همراه داشته باشد، مقداری از بخار آب موجود در آن سرد شده و تشکیل ریزقطره‌های ابر را می‌دهد. هر متر مکعب ابر غلیظ حدود 5/0 گرم آب در خود دارد.
دمای معمولی این ریزقطره‌ها 10- تا 15- درجه سانتیگراد است اما در ارتفاع بالا و فشار کم این ریزقطره‌ها می‌توانند تا حدود دمای 40- درجه سانتیگراد هنوز مایع باشند. این قطره‌ها را قَطرَک‌های اَبَرسَرد یا supercoold droplet می‌نامند. از این دما به بعد هر قطره آبی در اثر پدیده انجماد خودبه‌خودی self nucleation یخ خواهد زد.
ابرهای خانواده کومولوس به ویژه Cb بسیار خطرآفرین هستند. با مشاهده آنها باید از صعود صرف‌نظر نموده به نزدیکترین پناهگاه مراجعت کرد. خلبانان در باره ابرهای Cb می‌گویند: برای زنده‌ماندن از Seabees پرهیز کنید.
تلاطم در ابرها به قرار زیر است.
|
نوع ابر |
تلاطم |
|
St |
بی‌اهمیت |
|
Ci, Cs, Cc, Ac, As |
هیچ یا بی‌اهمیت، مگر در زمان تشکیل ابر Cb |
|
Sc |
ملایم |
|
Ns |
ملایم اما در پایه ابر شدید |
|
Cu, TCu, Cb |
معمولا شدید، اما در حالت انفجار روبه‌پایین مصیبت‌بار و فاجعه‌ساز |
|
ابرهای رایج به ویژه بر فراز قله‌های کوهستان |
|
|
|
Cb به همراه Cap Cloud
Cb به همراه Cap Cloud
|
|
|
|
|
ابر پیش کومولوس pyrocumulus
ابر milthorpeincus
|
|
ابر سندانی Anvil Cloud خطرناک‌ترین نوع ابر |
|
|
|
6 _ توفان تندری Thunderstorm
توفان‌های تندری و آذرخش که توسط ابرهای Cb به ویژه نوع سندانی آن anvil cloud ایجاد می‌شود، و نتیجه تخلیه بار الکتریکی الکتریسته ساکن میان ابر و ابر و یا ابر و زمین است، تحت هر شرایطی خطرناک و آسیب‌رسان است. پس از مشاهده آنها، عاقلانه‌ترین کار، گریز به نزدیکترین پناهگاه است.
|
|
|
|
آذرخش در هر شرایطی خطرآفرین است |
7 _ مه (Fog [FG])
حریر مه بر رخسار کوه، مه در اثر سرد شدن هوای مرطوب رخ می‌دهد. یک تیرگی جوی در سطح زمین که به وسیله آویزش قطرک‌های آب، همراه و یا بدون همراهی ذرات دود، که دید را به زیر 1000 متر محدود می‌کند، مه می‌نامند. همچنین اگر دید بیش از 1000 متر باشد، آن‌را mist (دمه، تاری‌شم)می‌نامند. دودمه را که بیشتر در شهرهای با آلودگی هوایی بالا رخ می‌دهد را smoke fog می‌نامند. مه به روشهای زیر تشکیل می‌شود.
الف _ مه تابشی: Radiation fog
بیشتر هنگامی که هوای مرطوب در شبی بدون ابر، پس از بارندگی، تحت یک سیستم پرفشار قرار گیرد آنگاه مه تابشی رخ می‌دهد. دمای هوای مرطوب در مجاورت زمین سرد و در شرایط چگالش به سرعت به دمای نقطه شبنم می‌رسد. بهترین سرعتی هم که باد می‌تواند داشته باشد شرایط بدون باد calm، و یا 2 تا 6 گره، 1 تا 3 متر بر ثانیه است. اگر در این شرایط دود هم وجود داشته باشد، دودمه smog نامیده می‌شود. حداکثر ارتفاع این نوع مه 300 متر است. مه جنگل‌ها بیشتر از این نوع است.
ب _ مه فرارفتی: Advection fog
هنگامی که هوای گرم و مرطوب توسط باد به روی یک سطح سرد آورده می‌شود و دمای آن‌را تا نقطه شبنم پایین می‌آورد. مه کنار دریا و مه بادهای دره بیشتر از این نوع است. بهترین سرعت باد 5 تا 15 گره است.
پ _ مه تبخیری: evaporation fog
در اثر چگالش سریع بخار آب از سطح به هوای اشباع شده رخ می‌دهد. مه روی جاده پس از بارندگی و یا مه جنگل‌های گرمسیر از این نوع هستند.
ت _ مه یخ‌زدگی: freezing fog
در اثر یخ‌زدگی قطرک‌های آب رخ می‌دهد. دمای هوا بین 24- تا 45- درجه سانتیگراد و ارتفاع بالاتر از حدود 8000 متری از سطح دریا. این نوع مه به ویژه در اثر حرکت هواپیما و برخورد آن با ذرات آب اَبَرسَرد رخ می‌دهد.
ث _ مه جبهه‌ای: front fog
مه‌ای‌است در مقیاس گسترده، که در اثر حرکت و فعالیت جبهه‌های سرد، گرم و اکلوده رخ می‌دهد.
8 _ ابر کوه‌کُلاه و ابر غلتان
الف _ کوه‌کُلاه، (Cap Cloud)،
|
فراز دماوندش از ابر بود |
تو گویی زِبَرکوه پوشیده خُود |
|
چو پوشیده سر ر ا به ابری پناه |
و را خواند باید کنون کُه کُلاه |
ابری که گاه و بیگاه بر فراز قله کوه‌های بلند، مانند دماوند، به چشم می‌خورد و همچون کلاهی قله را در بر می‌گیرد. این ابر که به واژه لاتینی Pileus نام‌گذاری شده است، ابری است کوچک و افقی که می‌تواند به شکل ابرهای کومه‌ای (= گل کلمی) کومولوسCumulus یا کومولونیمبوس (کومولوس باران‌زا) Cumulonimbus نمایان شود. ابر مولد آن می‌تواند به شکل یک روکش پدیدار شده باشد. این ابر پایدار نبوده و به سرعت تغییر شکل می‌دهد. شکل‌گیری آنها به‌ویژه در عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر در اثر حرکت سریع و روبه‌بالای هوای مرطوب رخ می‌دهد. این حرکت سریع روبهبالا باعث می‌شود که دمای هوا از دمای نقطه شبنم dew point پایین‌تر بیاید. این ابر معمولا نشان‌دهنده هوای با تغییرات شدید و ناپایدار چشمگیر در آب‌وهوا هستند. یک چنین ابری که در بالا به شکل گل کلم است، اغلب به شکل یک کومولونیمبوس در آمده و نشان‌دهنده حرکت سریع روبه‌بالای جریان‌های هوایی در کوهستان است.
|
|
|
|
کوه‌کُلاه دوگانه |
|
کوه کُلاه دماوند |
|
ب _ ابر غلتان، (رخش‌ابر) Roll Cloud
|
چو رَخش‌اَبر آمد فرود از فراز |
دگرگونه افراخت آهنگ، ساز |
|
بپیچیدو از بیخ زو برکنید |
هر آن بودنی را که در راه دید |
ابری است که همانند یک استوانه از فراز کوه به سوی دره سر می‌خورد و تلاطم‌های خطرناکی ایجاد می‌کند. یک ابر غلتان، یک ابر لوله‌ای شکل، از خانواده ابرهای کمانی شکلArcus Cloud است که غالبا در جبهه هوای سرد با توفان تندری و آذرخش همراه می‌شود. ابر غلتان همچنین می‌تواند نمایانگر فعالیت جریان‌های هوایی شدید روبه پایین Microburst باشد. ابرهای غلتان ویژه کوهستان هستند. حتی در کوهستان هم این ابر بسیار خطرناک کم دیده می‌شود. آنها از پایه ابرهای تندرزا و یا ابرهای دیگر کاملا جدا هستند. از این‌رو است که آنها متفاوت از دیگر ابرها هستند. ابرهای غلتان معمولا بر روی محور افقی خود می‌چرخند، اما اگر بر روی محور دیگری بچرخند، نباید با ابرهای قیفی شکل funnel clouds که زایینده گردباد Tornado است اشتباه شود.
9 _ انفجار رو به پایین microburst
یک سقوط سنگین و غلیظ از هوای سرد چگال، و معمولا از یک ابر در حال گذر را downburst می‌نامند. اگر این رخداد در مقیاس بزرگ اتفاق بیافتن آن‌را macro burst و اگر در مقیاس کوچک خردهواشناسی رخ دهد آن‌را microburst می‌نامند. این اتفاق در کمتر از 10 دقیقه و معمولا بین 3 تا 5 دقیقه رخ می‌دهد، و منجر به برش یا شکاف هوایی دهشت‌باری در جهت‌های افقی و عمودی می‌شود. این رخداد می‌تواند "خشک" و یا "تر" همراه با قطره‌های کوچک باران تا رگبار سنگین باشد. حلقه‌های چرخش این انفجار در نزدیکی سطح زمین به خوبی دیده می‌شود. این پدیده، به ویژه برای خلبانان، چتربازان و صخره‌نوردان بسیار خطرناک است. یکی از نشانه‌های این رخداد بسیار خطرناک، ابر غلتان است.
خطرناک‌ترین محل در محورهای افقی این انفجار قرار دارد.جایی که سرعت باد در زمان کوچکی به بیش از 150 گره (حدود 75 متر در ثانیه) می‌رسد. بیشترین توان این انفجار در حدود 30 متری سطح زمین رخ می‌دهد. انفجار روبه‌پایین در زیر 5% تا 10% ابرهای Cb اتفاق می‌افتد. بیشترین محدوده اثر افقی این حدود 4 کیلومتر است. با دوبرابر شدن سرعت سقوط هوا، microburst به یک macro burst تبدیل می‌شود.
پیوست:
PBL: Planetary Boundary Layer لایه مرزی‌سیاره‌ای
لایه مرزی سیاره‌ای، لایه‌ای‌است که به دلیل اصطکاک سطح زمین از وزش بادهای سهمگین در امان مانده امکان پیدایش زندگی را ایجاد نموده است. این لایه کمابیش بر زیست‌کره 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
پرتوهای گاما
جدول 1 : میانگین پرتوگیری سالیانه افراد از منابع پرتوزای طبیعی
چشمه پرتو |
دز موثر سالیانه(mSv) |
|
سال 1372 |
سال 1380 |
دگرگونی |
|
پرتو کیهانی |
یونساز |
0.30 |
0.28 |
0.02 - |
|
نوترونی |
0.08 |
0.10 |
0.02 |
|
هسته های پرتوزای کیهانی |
0.01 |
0.01 |
|
|
پرتوهای خارجی زمینه |
محیط باز |
0.07 |
0.07 |
|
|
محیط بسته |
0.39 |
0.41 |
0.02 |
|
پرتوگیری ناشی از استنشاق |
اورانیوم و توریم |
0.01 |
0.006 |
0.004 - |
|
رادن – 222 |
1.2 |
1.15 |
0.05 - |
|
تورن – 220 |
0.07 |
0.10 |
0.03 |
|
پرتوگیری ناشی از بلع |
پتاسیم – 40 |
0.17 |
0.17 |
|
|
زنجیره اورانیم و توریم |
0.06 |
0.12 |
0.06 |
|
مجموع |
2.36 |
2.416 |
0.056 |
افزایش پرتوگیری گاما از محیط با افزایش ارتفاع
فهرست ماخذ و مراجع:
Ahrens, Essentials of Meteorology.
UBESCEAR, “Source and Effects of Ionizing Radiation”, 1993.
