هوا و هواشناسی

هوا و هواشناسی

 

در قدیم‌ترین ادوار زندگی، بشر با عوامل طبیعی در پیکار و ستیز بود و چون در این کشاکش ظفری نمی‌یافت و مأیوس می‌گردید آنرا خشم خدایان می‌دانست.

     ناآگاهی مردم ازمنۀ قدیم از باران و باد و طوفان و نظایر آن سبب شد تا برای هر عامل طبیعی خدایی خلق شود و در هر اقلیمی فراخور آن محیط بت هایی تراشیده شد و ربه‌النوعی به‌وجود آمد. پلوتن (خدای دریا) وستا (خدای آتش) و ده ها خدای دیگر.

     اولین اقوامی که دربارۀ شناسایی هوا و عوامل آن دست‌اندر کار بوده‌اند باید مردم جزایر دریای اژه و دریای مدیترانه را دانست و به دنبال آن دریانوردان کارتاژ و دریای شمال دربارۀ مسیر باد و مواقع طوفانی و جریانات دریایی و حوادث جوی تجربه‌هایی اندوختند. اصولاً ملوانان به علت نوع کار خود مجبور بودند که از استادان و پیش‌کسوتان خویش امور دریا‌داری را که قسمت مهم آن شناخت عوامل آسمانی بود بیاموزند، در این خصوص حق بزرگی در امر هواشناسی بر گردن ما دارند.

     ادموند هالی اولین شخصی است که به سال 1688 نقشه‌ای از مسیر بادهای ترید (Trade) شمال شرقی و ترید جنوب شرقی تهیه کرد و آنرا به‌طبع رساند. گرچه این نقشه کاملاً ابتدایی و خلاصه بود ولی می‌شود هالی را اولین طراح نقشه‌های اقلیمی و پیشقدم علم هواشناسی دانست. پیشرفت اصلی هواشناسی را باید در حقیقت پس از اختراع تلگراف در سال 1849 دانست چه بعد از آن امکان داشت به موقع و سریع اتفاقات و پیش‌آمدهای جوی را برای مراکز هواشناسی فرستاد و مورد استفاده قرار داد. هواشناسی چنانکه بعداً گفته خواهد شد کاری نیست که یک کشور یا یک منطقه به تنهایی انجام بدهد و تا تمام کشورها با هم همکاری لازم را به‌عمل نیاورند نتیجه‌ای حاصل نخواهد شد. دو کشوری که در این راه پیشقدم شدند انگلیس و فرانسه بودند که در اواسط قرن نوزدهم اخبار مربوط به هوا را با یکدیگر مبادله نمودند و بعدها کشور اسپانیا و دولتهای سوئد، آلمان و به‌تدریج سایر ملل اروپایی و امریکای شمالی در امر هواشناسی با یکدیگر تماس و ارتباط برقرار کردند. امروزه در اروپا بیش از 600 ایستگاه مهم هواشناسی مشغول کار است و در هر 24 ساعت 4 بار اتفاقات و حوادث و احتمالات جوی را بازگو و پیش‌بینی نموده و از فرستنده‌های خود به‌خارج جهت اطلاع دیگران مخابره می‌کنند.

     آنچه هواشناس و علم هواشناسی با آن سروکار دارد دنیایی است بی‌رنگ و اقیانوسی است بی‌انتها که گرداگرد کرۀ ارض را فراگرفته و خارج شدن از آن کاری است بس مشگل و دشوار و شناختن رموز آن علمی است بس پیچیده و پر از استثناء که ما آنرا بی‌دردسر در سه حرف تلفظ می‌کنیم «هوا».

 

هوا چیست؟ جو (اتموسفر Atmosphere) یا هوایی که در هر 24 ساعت ما آنرا 21600 بار تنفس می‌کنیم سراسر کرۀ زمین را فرا گرفته است و ادامۀ حیات هیچ موجود زنده‌ای بدون آن ممکن نیست. ارتفاع جو را تا 400 کیلومتر می‌توان به‌حساب آورد اما برخی آثار جوی و ارتعاشات نوری باعث شده است که تا 1000 کیلومتری هم بشود وجود هوا را تخمین زد (وجود هوا هیچگاه یک‌مرتبه قطع نمی‌گردد آنقدر از غلظت آن کاسته می‌شود تا به‌جایی که دیگر هوا خاصیت اصلی خود را از دست می‌دهد. بدین لحاظ برای آن مرز مشخصی نمی‌توان تعیین کرد) ترکیبات هوا در مجاورت زمین تا ارتفاع 20 کیلومتری تقریباً ثابت است و برای اولین بار در نیمۀ دوم قرن هیجدهم لاووزایه دانشمند و شیمیدان معروف فرانسوی ثابــــت کــرد کــه هوا از 78% آزت و 21% اکسیژن و ٩ / ٠ (نُه دهم) آرگون و چند گاز دیگر و مقداری بخار آب تشکیل شده است.

     عناصری که ترکیبات فوق را تکمیل می‌کنند عبارتند از: گاز کربنیک، هیدروژن، آرگون، نئون، هلیوم، گریپتون و گزنون که مجموعاً 1% ترکیبات هوا را تشکیل می‌دهند. هریک از عناصر فوق نقشهای مهمی در حفظ و حراست کرۀ ارض به‌عهده دارد که بحث در آن از حوصلۀ مقاله ما خارج است.

     هر قدر از سطح زمین بالاتر رویم در ازاء هر 100 متر هوای معمولی حدود یک درجه از حرارت هوا کاسته می‌شود. این حالت فقط تا ارتفاع 30 کیلومتری زمین ادامه دارد و در این ارتفاع درجۀ حرارت به 50 درجه زیر صفر می‌رسد از این پس گاهی درجۀ حرارت بالا آمده و زمانی باز به زیر صفر می‌رود.

شکل 1 - نموداری از طبقات مختلف جو، تغییرات درجه حرارت و فشار هوا

     هوا چون پوششی زمین را از سرما و گرمای شدید حفظ می‌کند چه اگر وجود نداشت صرف‌نظر از قطع تنفس و عدم انجام عمل احتراق تابش شدید و مستقیم نور خورشید  و گرمای بسیار شدید در روز و سرمای بسیار شدید در شب زندگی را غیرممکن می‌ساخت.

     اطلاعات و گزارشهای هواشناسان به سبب نداشتن وسایل کافی محدود به قسمت تحتانی جو و حداکثر تا ارتفاع 10 کیلومتری زمین می‌باشد، در حالی که در طبقات بالاتر جریانها و کورانهای شدید گرما و سرما و انعکاسات مختلفی وجود دارد که در وضع آب و هوای زمین کاملاً مؤثر بوده است و سبب حوادثی غیرقابل پیش‌بینی می‌گردد. عدم اطلاع از طبقات فوقانی هوا در ساعات مختلف شبانه‌روز باعث شده است که هواشناسان نتوانند پیش‌بینی خود را به‌طور دقیق از چند ساعت یا به‌طور کلی از چند روز تجاوز دهند.

     در صورت وجود اقمار مصنوعی و ایستگاههای فضایی و ارتباطات وسیع و فوری در بین ملل مختلف چه بسا بتوان تغییرات جوی چند ماه و یا چند سال آینده را نیز قبلاً محاسبه و پیش‌بینی نمود و بدیهی است در صورت تکامل امر هواشناسی تا آن درجه، این امر چه اثرات مهمی در امور مختلف اقتصادی در برخواهد داشت. اما چرا در قسمتهای مختلف سطح کرۀ زمین آب و هواهای مختلفی پدید آمده است؟ چگونه باران تشکیل می‌شود؟ باد چرا می‌وزد؟ ابرها از کجا پدیدار می‌گردند؟ و هزاران چراهای دیگر خود بحث مفصلی دارد که باید علت آنرا در عوامل مختلف تغییردهندۀ آب و هوا از جمله: درجۀ حرارت، فشار هوا و مقدار رطوبت جستجو کرد. نور خورشید در فضا به تنهایی حرارتی ندارد ولی چون بر جسمی تصادم کند در محل برخورد ایجاد حرارت کرده منعکس می‌گردد. مقدار حرارت تولید شده بستگی دارد: اول با وضع سطح منعکس‌کنندۀ نور چه هر اندازه سطح مزبور صاف و صیقلی باشد میزان درجۀ حرارت بیشتر است و بالعکس؛ دوم با مقدار مساحت منعکس‌کنندۀ نور و بالاخره با مقدار زاویۀ تابش و مدت زمان برخورد نور با جسم دیگر. هر قدر نور بر محلی عمود بتابد و هر اندازه زمان طولانی‌تر گردد درجۀ حرارت بیشتر و با دوام‌تر خواهد بود آنچه در تغییر درجۀ حرارت مؤثر است عبارتند از:

     1- فاصله از خط استوا؛ 2- فاصله از دریا؛ 3- بلندی و ارتفاع سطح زمین؛ 4- باد؛ 5- رطوبت.

     دوری و نزدیکی به خط استوا در مقدار درجه حرارت هر منطقه تأثیر بسیار زیادی دارد چون زمین کروی شکل است مسلماً به‌تمام نقاط آن نور یکسان نمی‌تابد. در نواحی استوایی به‌علت عمودی تابیدن نور خورشید درجۀ حرارت کاملاً زیاد است و هرچه به قطبین نزدیک شویم از مقدار حرارت کاسته خواهد شد و تابش نور به‌ صفر می‌رسد. برای روشن شدن مطلب فرض کنید نوری را که از خورشید به زمین می‌تابد بشود به سه قسمت مساوی 1 و 2 و 3 تقسیم کرد (شکل 2) نور قسمت 2 به منطقۀ استوا (قوس کوچک BC) به‌طور عمود می‌تابد. نور قسمت (1) به طور مایل به منطقۀ معتدلۀ شمالی و قطب شمال می‌تابد (قوس بزرگ AB) و نور 3 به طور مایل به منطقۀ معتدلۀ جنوبی و قطب جنوب (قوس بزرگ CD) و چنانکه در شکل مشاهده می‌شود از دو نور 1 و 3 مقداری هم مصرف نشده در جو زمین امتداد می‌یابد. چون خوب دقت شود قوس AB و CD هرکدام به تنهایی دو برابر قوس BC است و اگر بخواهد با اندازۀ آن گرم شود احتیاج به نوری تقریباً 2 برابر نور BC دارند در حالی که نوری مساوی آن بلکه کمتر دریافت می‌کنند و بدین ترتیب هرچه از خط استوا دورتر شویم درجۀ حرارت کمتر خواهد بود. اشکال کار و تقسیم حرارت به همین جا ختم نمی‌شود اگر تابش نور بر کره همیشه به حالت فوق‌ بود (اول بهار و اول پاییز) نور به هر دو نیمکرۀ شمالی و جنوبی به طور مساوی می‌تابید و بسیاری از تغییرات آب و هوایی از جمله فصول چهارگانۀ پاییز، زمستان، بهار، تابستانی وجود نداشت.

 

شکل 2- وضع تابش نور خورشید بر مناطق استوا، معتدلۀ شمالی و جنوبی، قطب شمال و جنوب

 

     چون محور زمین در حدود 23 درجه 27 دقیقه بر سطح مدار گردش خود به دور خورشید مایل است در طی هر سال وضع تابش نور در دو نیمکره فرق می‌کند (شکل 3)

     نور خورشید در هر 6 ماه به تدریج بر یک نیمکره 23 درجه و 27 دقیقه بیشتر از نیمکرۀ دیگر می‌تابد و سبب گرمای آن نیمکره (تابستان) و سرمای نیمکرۀ دیگر (زمستان) خواهد بود و در 6 ماه دوم سال بالعکس

 

شکل 3- کجی و میل محور زمین بر مدار حرکت انتقالی و ایجاد فصول مختلف

 

     2- دوری از دریا و نزدیکی به آن- خشکیها زود گرم می‌شوند و زود گرمی را از دست می‌دهند. دریاها برعکس به تدریج گرم می‌شوند و به همان ترتیب هم گرما را از دست می‌دهند. بدین جهت دریاها همیشه محیط خود را معتدل‌تر نگاه می‌دارند و بر روی سواحل مجاور خود تا کیلومترها اثر می‌گذارند و بالنتیجه سبب تغییر آب و هوای آن منطقه می‌گردند و ایجاد استثناء در کار آب و هوای منطقه‌ای سطح کره می‌نمایند.

 

     3- بلندی و ارتفاع سطح زمین- چنانکه در قسمت جو گذشت در هر 100 متر ارتفاع حدود یک درجه از گرمی هوا کم می‌شود بنابراین نواحی کوهستانی و ارتفاعات و فلاتها نسبت به جلگه‌ها و سرزمینهای پست دارای درجۀ حرارت کمتری می‌باشند. در تابستان در اطراف همین تهران خودمان با دور شدن کمتر از 100 کیلومتر و در عرض چند ساعت می‌شود به نقاطی رفت که یکباره گرمای 40 درجه تهران را به 20 حتی 15 درجه تقلیل داد، و حتی شما در منطقۀ گرم استوای که حرارت جهنمی برپا کرده است، در فاصلۀ چند صد کیلومتر در ارتفاعات برفهایی را مشاهده خواهید کرد که سال به‌سال هرگز آب نمی‌شود. تقریباً می‌توان گفت دامنۀ کوه شبیه خط استوا است و ارتفاعات آن مانند عرض جغرافیایی هرچه از کوه بالاتر رویم همان خاصیت را خواهد داشت که از خط استوا دور شویم.

 

     4- باد در تغییر درجۀ حرارت نقش بسیار مهمی را بازی می‌کند- باد از اختلاف فشار دو منطقۀ کم و زیاد ایجاد می‌گردد (فشار هوا را بعداً خواهیم دید). همچنانکه آب از بلندیها سرازیر می‌گردد هوای مناطق فشار زیاد هم به‌طرف نواحی دارای فشار کم سرازیر می‌شود و این حرکت هوا را از محلی به محلی دیگر باد می‌گویند. باد ممکن است در اثر عبور از روی مناطق مختلف با خود سردی، گرمی، رطوبت، خشکی، خاک، خاشاک، همراه داشته باشد و سبب تغییر درجۀ حرارت گذرگاه خود شود و یا آنکه چندین بار محمولات خود را عوض کند.

     باد را امروزه به وسیلۀ بادسنج (آنی‌مامتر) اندازه می‌گیرند و این خود کاری است بسیار مهم چه در گذشته کسی سر از کار این موجود سرکش در نمی‌آورد و نمی‌دانست که او کیست، چیست، چه شکلی دارد، از کجا می‌آید و به کجا می‌رود بادسنج انواع مختلف دارد نوع فنجانی آن در دبیرستان شمارۀ 1 هدف در محل هواشناسی موجود است.

 

شکل 4- بادسنج (آنی‌مامتر) ایستگاه هواشناسی دبیرستان شمارۀ یک هدف - (1) بادسنج فنجانی؛ (2) جهات چهارگانه؛ (3) سمت وزش باد؛ (4) نشان‌دهنده سرعت باد.

 

     ساختمان آن بدین ترتیب است که سه فنجان را بر روی میلۀ سه‌شاخه طوری نصب می‌کنند که سر هر شاخه یک فنجان قرار بگیرد بعد میلۀ دیگری را به طور عمود از وسط این سه‌شاخه طوری عبور می‌دهند که سه‌شاخه هم‌سطح افق قرار بگیرد و در حول میلۀ عمودی بچرخد کوچک‌ترین وزش باد در اثر تصادم با داخل فنجانها، آنها را به حرکت وادار می‌سازد. تعداد گردش فنجانها به وسیلۀ سیمی به دستگاه دیگری منتقل شده ضبط می‌گردد و معمولاً هر پانصد بار گردش مساوی است با سرعت 1600 کیلومتر در ساعت. برای تعیین سمت باد میله ای را به صورت پیکان، که دارای دمی پهن می‌باشد به بدنۀ پایۀ بادسنج قرار می‌دهند و جهت باد در اثر تماس با دم پیکان نوک پیکان را در سمت وزش خود قرار می‌دهد. در گذشته اندازه‌گیری باد و تقسیم‌بندی آن کمتر مورد توجه دانشمندان بوده است یا بهتر بگوییم شاید نمی‌توانستند آنرا اندازه بگیرند و فقط نوع آن را با کلماتی مانند طوفان، نسیم، باد ملایم، باد تند و ملایم معین می‌کردند و اصولاً اندازه‌گیری این موجود سرکش و نامرئی که هرکجا بخواهد می‌رود و به هر جا اراده کند می‌وزد و گاهی لطافت و لذت به ارمغان می‌آورد و زمانی خرابی و زوال، کاری است بسی مشکل. در اطراف خلیج گینه بادی از طرف صحرا می‌وزد که هارماتان Harmatan نام دارد و با تمام گرد و خاکی که با خود می‌آورد سبب بهبودی بسیاری از امراض می‌گردد و اهالی به آن لقب باد دکتر داده‌اند. البته بادها زمانی هم باعث خرابی و طوفانهای بنیادکن می‌گردند مانند تورنادو در جنوب ایالات متحده امریکا که در چند دقیقه ملیونها دلار و سالها زحمت را درهم می‌کوبد و یا طوفانهایی که بر روی اقیانوس اطلس ایجاد می‌شود و ارتفاع امواج را از 10 متر تجاوز می‌دهد.

     اولین بار به سال 1805 دریاسالار بوفورت Bufort توانست برای استفادۀ شخصی خود مقیاسی برای اندازه‌گیری باد درست نماید و آنرا به دوازده نوع تقسیم نمود که جدول نامبرده تا به امروز تکمیل گردیده و به نام خود او (بوفورت Bufort) معروف است و برای نشان دادن جهت باد روی نقشه‌های هواشناسی و پیش‌بینی هوا از خطوط به شکل پیکان استفاده می‌کند. (شکل 11) و برای تعیین سرعت آن به انتهای پیکانها خطوط کوچک پرمانندی اضافه می‌کنند که تعداد پرها حاکی از سرعت باد خواهد بود پیکانهای بدون پر سرعت باد را در حدود 3 الی 4 مایل در ساعت و همچنین پیکانهای بیش از 6 پر سرعت باد را بیش از77 مایل در ساعت تعیین می‌نمایند.

     باد به دو نوع دائمی و موسمی تقسیم می‌گردد- بادهای دائمی همانهایی هستند که بر اثر ایجاد مناطق فشار کم و فشار زیاد در نواحی مختلف کره برحسب گرمی و سردی هوا به علت دوری و نزدیکی از خط استوا ایجاد می‌گردند و عبارتند از بادهای ترید (Trade) شمال شرقی و ترید جنوب شرقی که از مدار رأس‌الجدی و رأس‌السرطان که به ترتیب 23 درجه و 27 دقیقه جنوب و شمال خط استوا واقع‌اند به طرف خط استوا می‌وزند.

     بادهای غربی که از مغرب به مشرق در مناطق معتدله شمالی و جنوبی در حرکتند. بادهایی که از نواحی فشار زیاد قطب به مناطق فشار کم مناطق معتدله سرازیرند. بادهای موسمی در فصول مختلف به علت تغییر درجۀ حرارت و فشار زیاد از خشکی به دریا و بالعکس (که در قسمت حرارت و دوری و نزدیکی به دریا بدان اشاره شده) تغییر جا می‌دهند. علاوه بر آنچه گفته شد بادهای محلی بسیار نیز وجود دارند که در هر گوشه و کنار می‌وزند و نباید از نظر هواشناس دور گردد.

 

     5- رطوبت نیز از عوامل مؤثر تغییر درجۀ حرارت است- در اثر تابش آفتاب بر نواحی مرطوب و دریاها آب آن نواحی تبخیر شده به طرف آسمان صعود می‌کند و یا در اثر وزش باد رطوبت از محلی به محلی انتقال می‌یابد و به علت تصادم با باد دیگر و یا دامنه‌های کوهستان به بالا صعود می‌کنند و چون به نواحی سردتر برسد حرارت خود را از دست می‌دهند و مقداری از بخار آب به صورت مایع در می‌آید و یا به شکل بلور به دور مولکولهای دیگر جو حلقه می‌زند در این وقت هوا به حالت اشباع می‌رسد و دیگر قابلیت جذب رطوبت را ندارد و ما در این حالت بخارات آب و ذرات اشباع شدۀ جو را به صورت توده‌های ابر می‌بینیم.

     ابر- برحسب مقدار بخار آب و قدرت صعود هوا و سردی و گرمی زمین ابرها اشکال مختلفی به خود می‌گیردند و هرچه حرارت بیشتر باشد تبخیر آب سریعتر و ضخامت ابرها بیشتر و فواصل آنها با زمین کمتر است، در این صورت هوا بسرعت اشباع می‌شود و دانه‌های باران بر زمین نازل می‌گردد.

     ابرها انواع و اقسام دارند. برخی شبیه پری سفید و پراکنده هستند. بعضی شبیه توده‌های انبوه پنبه و کپه‌ای شکل می‌باشند و گاهی شکل امواج متلاطم خاکستری رنگ دریا یا کرانه‌های شنی موجدار ساحل را به خود می‌گیرند. اولین کسی که ابرها را تقسیم‌بندی نمود لاک هاوارد Lakhavarde به سال 1802 بوده گرچه تقسیم‌بندی او جزئی و مقدماتی بود ولی بعدها سازمانها و کمیته‌های بین‌المللی هواشناسی در سالهای 1894-1922 دنبال تحقیقات نامبرده را گرفتند و سرانجام در سال 1930 اطلسی جامع از انواع ابرها و خواص آنها تهیه گردید. در این اطلس ابرها به بیش از 10 نوع تقسیم شده است. ساده‌ترین شکل ابر «سیراس Sirrus» نام دارد و شبیه پرهای سفید جدا از هم می‌باشد که بیشتر پیشاپیش جبهه‌های گرم و سیکلن‌ها در حرکت است. سیراس همیشه حداکثر ارتفاع را دارد و گاهی ارتفاع آن از سطح زمین تا 8000 متر هم می‌رسد ولی از خود بارانی ندارند. ابرهای بارانی را نیمبوس یا کومولونیمبوس (Cumulonimbus) می‌گویند و اغلب به صورت توده‌های درهم فشرده تیره رنگ دیده می‌شوند و بیشتر از سایر ابرها ضخامت دارند. ارتفاع آنها از سطح زمین کم است و بندرت به 1500 متر می‌رسد و اغلب در مراکز فشار کم و یا در محل تصادم توده‌های هوای سرد با جبهه‌های هوای گرم تشکیل می‌گردند و بارانی رگبارآسا به زمین نازل می‌کنند.

 

     باران‌سنج- مقدار باران را به وسیله ظروفی که شبیه سطل باریکی می‌باشدو در روی آن ظرفی قیف مانند قرار دارد اندازه می‌گیرند.

 

شکل 5- ظرف باران‌سنج ایستگاه هواشناسی دبیرستان شماره یک هدف	شکل 6-  برای اندازه‌گیری سرپوش قیف‌مانند آنرا برداشته با خطکش مدرج آب لوله درونی را اندازه می‌گیریم

 

      باران از داخل قیف وارد لولۀ باریک درون سطل می‌شود و در موقع لزوم قیف را برداشته با خط‌کش مخصوصی (شکل 6) آنرا اندازه گرفته و مقدار آنرا می‌خوانند.

رطوبت و خشکی هوا را با میزان‌الحرارۀ خشک و تر اندازه می‌گیرند. میزان‌الحرارۀ خشک و تر از یک میزان‌الحرارۀ خشک معمولی و یک میزان‌الحرارۀ تر تشکیل شده است. در کنار میزان‌الحرارۀ تر ظرف آبی قرار دارد و به‌وسیلۀ نوار پارچه‌ای به مخزن میزان‌الحرارۀ تر وصل است و پارچه همواره اطراف میزان‌الحرارۀ تر را مرطوب نگاه می‌دارد. این میزان‌الحراره‌ها را در جعبه‌ای مطابق (شکل 7) نگاه می‌دارند تا از تابش مستقیم آفتاب محفوظ بماند طرز کار این دستگاه بدین قرار است. میزان‌الحرارۀ خشک درجۀ حرارت معمولی هوا را نشان می‌دهد در صورتی که هوا خشک باشد و رطوبتی نداشته باشد آبی که در پارچۀ مجاور میزان‌الحراره تر قرار دارد تبخیر می‌شود و برای عمل تبخیر مقداری از حرارت هوای اطراف صرف می‌گردد و هوا خنک می‌شود و درجۀ حرارت میزان‌الحراره پایین می‌آید ولی اگر هوا نزدیک به اشباع باشد و مقدار رطوبت نیز زیاد گردد دیگر از پارچۀ مرطوب آبی تبخیر نمی‌شود و میزان‌الحرارۀ تر همان درجه‌ای را نشان خواهد داد که میزان‌الحرارۀ خشک نشان می‌دهد. پس هرچقدر اختلاف دو حرارت‌سنج بیشتر باشد هوا خشک‌تر و هرچقدر اختلاف کم باشد رطوبت هوا زیاد است.

▼شکل 7- حرارت‌سنج خشک و تر ایستگاه هواشناسی دبیرستان شمارۀ یک هدف

(1) حرارت‌سنج خشک؛ (2) حرارت‌سنج تر؛ (3) ظرف آب؛ (4) پارچۀ مرطوب؛ (5) جعبۀ آبی که حرارت‌سنج خشک و تر در آن قرار دارد.

 

شکل 8- رطوبت‌سنج (هایگرامتر) ایستگاه هواشناسی دبیرستان شمارۀ یک هدف

      نم‌سنج یا هایگرامتر- در هواشناسی دانستن رطوبت در ساعات مختلف لازم است و برای محاسبۀ آن از نم‌سنج استفاده می‌کنند نم‌سنج دستگاهی است که از یک رشته مو یک عقربه و یک استوانۀ دوار که بر روی آن صفحۀ مدرج و قابل تعویض وجود دارد تشکیل شده است آنرا مانند ساعت کوک می‌کنند و استوانه آهسته می‌گردد. (شکل 8)

      موهای آدمی یا حیوانات در مقابل رطوبت و خشکی حالت انقباض و انبساط دارند هرچقدر رطوبت زیاد باشد مو منبسط و کشیده می‌شود (مانند اهالی شمال ایران و روسیه و شمال اروپا که در بین آنان ندرتاً اشخاصی با موهای فری و یا مجعد می‌توان یافت) و هرچقدر هوا خشک باشد مو حالت انقباض پیدا کرده و کوتاه می‌شود (مانند مردمی که در کویرها زندگی می‌کنند و اغلب موهای کوتاه و مجعد دارند).

     اثری که رطوبت یا خشکی بر روی موهای دستگاه نم‌سنج می‌گذارد سبب می‌شود که عقربۀ متصل به آن در اثر کوتاه و بلند شدن مو بالا و پایین برود و نوک عقربه بر روی صفحه مدرج استوانه اثر گذاشته و خطوطی ترسیم نماید.

     با توجه به درجۀ حرارت نواحی مختلف کره، خشکی، رطوبت و تأثیر دریاها بر خشکیها است که سطح کره ارض را به قسمتهای مختلف آب و هوایی تقسیم نموده‌اند (صرف‌نظر از استثنائات) منطقه استوایی یا حاره- منطقه معتدله (جنوبی و شمالی)- منطقه قطبی (شمالی و جنوبی) که هر کدام از تقسیمات فوق به نوبه خود به علت وضع جغرافیایی و دوری و نزدیکی به دریا و پستی و بلندی دارای آب و هوای مرطوب- خشک- یا متغیر می‌باشند.

 

     فشار هوا- هوا دارای فشار است اما چون ما از بدو تولد در میان اقیانوس بیکران آن غوطه‌ور بوده‌ایم به آن توجهی نداریم و احساس نمی‌کنیم. چنانکه به ارتفاعات زیاد صعود کنیم یکنوع گرفتگی و خفگی احساس خواهیم کرد، در دره‌های پست و کناره‌های دریا باز دچار ناراحتی و گاهی احساس درد کم در بینی و گوش خواهیم نمود که در اصطلاح این عوارض را آب به‌آب شدن می‌گویند و حال آنکه عارضه اول به علت کمبود فشار هوا و دومی به علت زیادی فشار است. این فشار گرچه جزئی و مساوی با 800 / 1 (    ) فشار آب است ولی در هواشناسی و تغییرات جوی نقش اول را به‌عهده دارد.

 

     تغییر درجۀ حرارت سبب کم و زیاد شدن فشار هوا خواهد شد. می‌دانیم هر جسمی در مقابل حرارت حالت انبساط به خود می‌گیرد و از هم باز می‌شود و در سرما منقبض شده جمع می‌گردد.

     برای مثال بد نیست این بار از خود آدمی و عضلات او مایه بگذاریم. شما در تابستان و هوای گرم که می‌خواهید بخوابید بی‌اراده دستها را به طرفین باز کرده و پاها را از هم جدا گذاشته و رو به آسمان دراز می‌کشید و بدون اینکه خود متوجه باشید سعی می‌کنید تمام عضلات و اعضاء بدنتان از هم منبسط بشود در حالی‌که در زمستان و در سرما دستها را در روی سینه صلیب کرده و سر را خم نموده و یک پهلو با زانوهای خم شده و نزدیک به شکم و به قول معروف مچاله می‌کنید، اگر در این موقع به عضلات بدنتان دست بزنید می‌بینید سفت می‌باشند. هوا همچنین حالت را دارد هرچقدر گرم‌تر بشود از هم باز شده حجمش زیاد و در نتیجه سبک می‌گردد و هرچقدر سردتر شود ذرات آن منقبض شده در حجم کمتری جا می‌گیرد پس اگر دو حجم مساوی هوای گرم و سرد را در نظر بگیریم هوای سرد به علت تراکم زیاد به مراتب سنگین‌تر و دارای فشار کم بیشتری می‌باشد. هوای مجاور زمین وقتی در محلی گرم شد ایجاد مرکز فشار نموده سبک شده و به بالا صعود می‌کند و چون در جو مجاور زمین خلائی وجود ندارد فوراً هوایی که دارای فشار زیادتری است از اطراف به مرکز فشار کم حرکت می‌کند و از این حرکت چنانکه گذشت باد تولید می‌شود.

     در هواشناسی مناطق فشار کم را پست می‌گویند، مسیر بادها به طور مستقیم نیست و این خود ایجاد اشکالات و گمراهی‌هایی را در هواشناسی می‌نماید.

     حرکات باد در مراکز فشار کم (سیکلن) (L) از خارج به طرف مرکز فشار کم و در امتداد مسیر آیسوبارها می‌باشد (شرح آیسوبار بعداً خواهد آمد) مسیر آن دایره مانند و جهتی برخلاف حرکت عقربۀ ساعت دارد (شکل-9)، در مراکز فشار زیاد (آنتی سیکلن) (H) جریان باد بالعکس از مراکز فشار زیاد به خارج وزیده و جهتی مانند حرکت عقربۀ ساعت دارد. ولی هرکدام از مراکز فشار کم یا زیاد در یک محل ثابت نمی‌مانند و از نقطه‌ای به نقطه‌ای دیگر در حال حرکتند. سیکلنها دارای حرکت سریع‌تر و حوادث ناشی از آن بسیار تند و هوایی منقلب و بارانی دارند و در مراکز آن بیشتر ابرهای پرباران نیمبوس تشکیل می‌گردد، و بارانهای سیل‌آسا براه می‌اندازند. برعکس آنتی سیکلنها اغلب در حدود چند هفته در محلی توقف می‌کنند و دارای هوای خشک و گاهی سرد و بدون ابر می‌باشند. و یا اینکه دارای ابرهای بلند و بدون باران اند و بیشتر در فصل زمستان سراسر کشور ما را فرا می‌گیرند.

شکل 9

     فشار هوا را اولین بار توریچلی  Torricelli دانشمند ایتالیایی در سال 1643 اندازه گرفت و قبل از آن یا به درستی شناخته نمی‌شد و یا اینکه کسی برای هوا فشاری تصور نمی‌کرد. فشار هوا در سطح دریای آزاد و در عرض 45 درجه و حرارت صفر درجه سانتیگراد برابر است: ١ / ٧٥٠ میلیمتر بر هر سانتیمتر جیوه. فشار را با فشارسنج یا (بارومتر) اندازه می‌گیرند. (شکل 10)

 

شکل 10- بارومتر فلزی (فشارسنج) ایستگاه هواشناسی دبیرستان شمارۀ 1 هدف

 

     بارومتر دو نوع است. یکی جیوه‌ای که عبارت است از یک لوله مدرج محتوی جیوه و معلق در ظرف جیوه‌ای دیگر، که در اثر کمی و زیادی فشار هوا بر سطح جیوه، جیوۀ درون لوله پایین و بالا می‌رود. نوع دیگر آن فلزی است و از یک قوطی با پوسته‌ای نازک تشکیل شده است و کمی و زیادی فشار بر پوستۀ قوطی سبب بالا و پایین رفتن آن می‌گردد و این حرکت را به وسیلۀ عقربه و اهرمی به روی صفحۀ‌ مدرج و استوانه‌ای شکل دوار منتقل و ثبت می‌کند.

     واحد فشار بار است و آن را به صورت اینچ. میلیمتر. یا میلی بار می‌خوانند.

     (میلی بار٩ / ٣٣ میلی متر= ٤ / ٢٥ اینچ) که در ایران بیشتر میلیمتر متداول است.

     خطوط هم‌فشار (آیسوبار)- آیسوبار خطی را گویند که کلیۀ محلها و شهرهایی را که دارای فشار مساوی هستند (البته پس از محاسبۀ ارتفاع زمین و عرض جغرافیایی) بهم متصل نمایند. ترسیم آیسوبارها در روی نقشه‌های اقلیمی (شکل 11) قسمت اعظم کار هواشناسی را تشکیل می‌دهد.

 

شکل 11- نمونۀ تقریبی از یک نقشۀ هواشناسی ایران و اطراف، پس از ثبت نمودن گزارشها و رسم آیسوبارها

 

     وقتی فشار هوای ایستگاههای فرعی به مرکز هوا‌شناسی مخابره شد مقدار فشار در کنار هر شهر نوشته می‌شود و پس از تکمیل گزارشها نواحی هم‌فشار را بهم متصل نموده و مراکز فشار کم و زیاد به دست می‌‌آید.

 

     پیش‌بینی هوا- چنانکه گفته شد در کنار هر ایستگاه در روی نقشه علاوه بر مقدار فشار هوا باد و مسیر و سرعت آن نیز نوشته می‌شود و همچنین به وسیلۀ علامات و اختصارات بین‌المللی آمدن برف، بودن برف روی زمین، یخبندان،‌ مه‌آلود یا صاف بودن هوا، قدرت بینایی، ریزش باران و مقدار آن و مهمتر از همه مقدار درجۀ حرارت و نکات دیگر نیز قید می‌شود و در این موقع است که کار اصلی و لذت بخش پیش‌بینی هوا باید نتیجه بدهد. و هواشناسی با نگاه کردن بر روی نقشه تشخیص می‌دهد که مثلاً آن مرکز فشار کم با چنان سرعت و فلان جهت کی و در حدود چه ساعتی به نقطۀ مورد نظر می‌رسد و یا هوای سرد فلان منطقه با سرعت و جهتی که نشان داده شده کی و چه موقع به منطقۀ دیگر خواهد رسید (شکل 11) البته کار به همین سادگی ختم نمی‌گردد چه ممکن است مسیر و جهت یک سیکلن و حوادث ناشی از آن که قبلاً پیش‌بینی شده تحت تأثیر عوامل فوقانی جو قرار گرفته یا سایر استثنائات که برخی در خلال سخنان گذشته گفته شد باعث تغییر جهت یا از بین بردن سیکلن مزبور گردد و در آن موقع است که هواشناس بیگناه مورد سرزنش مردم ناآگاه قرار گرفته و سیل انتقاد براه می‌افتد. در خاتمۀ کلام بد نیست که یک بار دیگر یادآور شویم هرچه ارتباطات کشورها و ایستگاههای هواشناسی به‌هم نزدیک‌تر و شبکه‌های فرعی بیشتر توسعه یابد و در ارتفاعات مختلفۀ جو ایستگاههایی برقرار گردد و اطلاعات هواشناسی کاملتر شود نتیجه بهتر و پیش‌بینی از آیندۀ دورتر میسرتر خواهد بود.