عمومی هیدرولوژی

سوم فصل

هواشناسی و هیدرولوژی

کلیات

. عناصراثر و جو باید میگیرد انجام جو در هیدرولوژی چرخه از ای عمده قسمتبشناسیم . را هیدرولوژی چرخه بر آن گذار

عناصر این جمله از

Temperatureدما

Humidity رطوبت

هوا Air pressure فشار

Windباد

بارندگی Precipitationمقدار

زمین جوجو ترکیب

. است مختلف گازهای از مخلوطی هوا

ارتفاع تقریبا 60تا جو ترکیب کیلومتری) آب ) بخار درصد بجز است ثابت

اکسیژن 99 و نیتروژن جو ترکیب درصداست

زمین مجاورت در بخار مقدار بیشترینبه نسبت جو آب بخار بتدریج و است

. میشود کم ارتفاع

تر) سرد و ها اقیانوس وجود آن دلیل که) است جوی باالتر های الیه بودن

نیز مایع و جامد و غبار ذرات حاوی جوهست

جو ساختار و ارتفاعرا جو: زمین اطراف که است گازی پوشش

است گرفته فرا

یابد می کاهش آن غلظت ارتفاع افزایش با

ارتفاع 50% تا جو و 5.5وزنی است کیلومتریارتفاع% 25 که ) 5.5تا است بعدی کیلومتری

). است فشار افزایش و جاذبه آن دلیل

مقابل شکل را Thermal Stratificationدرمیکنید مشاهده

شده داده نشان چگالی و فشار ، دما تغییراتاست.

ارتفاع به نسبت دما کاهش تروپوسفر درداریم

تا تا 190ترموسفر مطلق بطور و کیلومتریدارد ادامه کیلومتر هزارن

تا گازها است 70ترکیب ثابت کیلومتری(Homosphere.) , آن از تر باال و

Heterosphere . است

استراتوسفر باالیی قسمت در نیز ازون الیهاست

هواشناسی عناصر : هوا . دمای دما گرماست از ای نمایه دما

چرا؟ . است متفاوت زمین کره سطح در

کار ..... اساس که میشود گیری اندازه با دما. است .... به آن

ثبت برای چیست؟ مینیمم و ماکزیمم دماسنجمعیین ای دوره در دما ترین پایین یا باالترین

هستند.

. میرود بکار دما پیوسته ثبت برای نگار دما

دماسنجی : مقیاسهای

KR

FR

CK

FC

CF

oo

oo

oo

oo

oo

8.1

67.459

273

78.1756.0

328.1

دما فصلی و روزانه تغییرات : دما روزانه تغییرات

تغییرات که میدهد نشان زیر نگار دما ثبت . حداکثر بطوریکه است ای دوره دما روزانه

. است ... ... روز از در آن وحداقل در دما

شدن سرد و زمین سطح واتابی شب طول در

دما : فصلی تغییرات

دو تقریبا دما اکثر حد ها خشکی رویاول ) تابستانی انقالب وقوع از بعد ماه

تیرماه(

از ... بعد ماه دو تقریبا دما حداقل و

و حداکثر اختالف دریا نزدیک مناطق دراست کمتر دما حداقل

دما افقی تغییراتعر دما تغییر عامل مهمترین

. است جغرافیایی ضدما کمترین و تابش زاویه کمترین ها قطب در

دارد وجود

از بیش زمین به شده جذب تابش استوا دردر و است زمین سطح از خروجی تابش

میباشد عکس بر ها قطب

نمیشود؟ گرمتر سال به سال استوا چرا

ها دریا و ها خشکی وجود دوم عاملست

ها دریا از بیشتر دمای نوسانات ها خشکیچرا؟. دارند

دما توزیع در نوسان ایجاد دمای های جریانمیکنند.

جریان وجود اثر در که نینو ال پدیده مثلاست . آرام دراقیانوس اقیانوسی گرم های

: همدما Isothermsخطوط

این بود، یکسان زمین جنس اگربودند ... بر منطبق خطوط

ندارند زمانی و مکانی منظم توزیع

دما قائم تغییراتبا دما کاهش عوامل مهمترین

ارتفاع افزایشاست- 1 زمین سطح گرما منبع

2 . و- میشود کم ارتفاع افزایش با آب بخار. میشود کم جو در شده ذخیره گرمای

و- 3 منبسط فشار کاهش و صعود اثر در هوا. میشود سرد

ارتفاع با دما کاهش افت ) Lapse rateآهنگ ) متغییر باشد ساکن هوا که حالتی در آهنگ

است.

آن - نرخ متوسط هر 6.5بطور در جه دراست کیلومتر

:(inversion)وارونگی دما افزایش ارتفاع افزایش با موضعی بطور دما

یابد: آن علل

75

مجاورسطح- 1 ی هوا سریعتر شدن سردتر مرتفع هوای به نسبت زمین

سرد- 2 زمین روی از گرم هوای عبور

آن- 3 آمدن پایین اثر در هوا شدن گرم

اثر در زمین سطح شدن سرد ب منحنیآن سریع شدن سرد و زمین سطح تابش

ارتفاع از گرم هوای توده یک عبور ج منحنیخاص

دما قائم تغییراترو در بی تغییرات

عمودی حرکات دارای هوا که است حالتی دربخش ولی باشد پایین به رو یا و باال به رو

. باشد ساکن جو اصلی

الزم انرژی و میشود منبسط هوا صعود اثر درو نمیکند تامین بیرون از را خود انبساط برای

میکنند تامین خود داخلی انرژی از

سرد اطراف با حرارتی مبادله بدون هوا یعنی) یخچال. ) کمپرسور مثل میشود

خشک هوای Dry adiabaticبرایlapse rate DALR با درجه 10برابر

اشباع هوای برای و کیلومتر هر بر

Saturated ALR یا

Pseudo ALR 6.5 هر در درجه) چیست؟ ) آن علت کیلومتراست

کدام با ها ابر است؟ Lapse rateصعود

هوا ناپایداری و پایداریحرکت: باال یا پایین به نتواند که هوایی پایدار

. باشد داشته

افقی یا عمودی حرکت یا هوا ناپایداری دالیلهوا:

زمین 1( سطح در دما های تفاوت

ها 2( جبهه اثر

زمین 3( سطح همواریهای نا

واگرایی 4( و همگرایی

. دارد ... به بستگی حرکت مقدار و سرعت

هوا توده با ALRبرای بر 8برابر درجهمجاور هوای توده برای و 6.5کیلومتر

قله به هوا صعود با کیلومتر بر درجهاندازه به ارتفاع افزایش کیلومتر 1یعنی

مجاور ... هوای دمای و به توده دمای. میرسد ... به

که میکند پیدا تمایل هوا توده قله روی در . کند ... حرکت به

است پایدار بازگشت کوه پایین به توده وقتی. ندارد رفتن باال به تمایل چون

هوا ناپایداریهوا توده با ALRبرای بر 10برابر درجه

محیط هوای توده برای و درجه 12کیلومتر. باشد کیلومتر بر

اندازه به ارتفاع افزایش و هوا صعود 2باهوای ... دمای و به توده دمای کیلومتر

. میرسد ... به مجاور

ارتفاع میکند 2در پیدا تمایل هوا کیلومتری . کند ... حرکت به که

نیست پایدار هیچگاه هوا واست پایدار بازگشت کوه پایین به توده وقتی

. ندارد رفتن باال به تمایل چون

هوا ناپایداری و پایداری

دما خاص های نمایهساالنه 1( ماهانه، روزانه، دمای متوسط

آماری 2( دوره طول در دما حداقل و حداکثر

متوسط ) 3( بین تفاوت دما تغییرات دامنه) سال در دما حداقل و حداکثر

)4 : ماه : مهر نرمال دمای نرمال دمایدر ماه مهر دمای گذشته 30میانگین سال

)5 : به - نیاز که هایی پدیده برای روز درجهبر الزم حرارتی توان دارند دمای آستانه

. برای مثال میگردد تعیین روز درجه اساسباالی دمای گندم الزم 5رشد درجه

از . باالتر دما که روزهایی تعداد 5استاز باالتر دما که مقداری در را است درجه

روز 5 درجه تا میکنیم ضرب بوده درجه. آید بدست

گرادیان 6( مثال ارتفاع، به نسبت دما گرادیاند رو کشف منطقه ساالنه متوسط دمای

است گردیده رسم

باد و هوا فشار : ماست سر باالی هوای وزن هوا فشار

هوا بار 1013فشار میلی

پاسکال ... 101300 یا مربع متر بر نیوتناست

است 76 جیوه میلیمتر

کره روی بر فشار کم و فشار پر ها کمربندزمین

Equitorial Low Pressure

Subtropical High Pressure نیم فشار پرای حاره جنب یا ای حاره

Sub-polar Low Pressure زیر فشار کمقطبی

Polar High pressure قطبی پرفشار

مدار چگونه 30روی هوا حرکت جهت درجهاست؟

های مدار در 30و 0بین و زمین سطح در درجهاست؟ چگونه هوا حرکت جهت ارتفاع

Prevailing westerlies

باد و هوا فشار : تمایل زاویه به توجه با میبود ساکن زمین اگر

وجود چرخش سیکل خورشیدیک تابشداشت

زمین : حرکت با

/ در متفاوت خطی ای زاویه حرکت سرعتمختلف های مدار

سرعت با زمین بر 1670استوا کیلومتر . در ... ... میچرخد به ازسمت ساعت

نصف 60مدار چرخش سرعت درجه. میباشد استوا در سرعت

مدار به .. .. 30در از هوا حرکت سمت درجهاست.

. اند .... شده واقع مدار در ها بیابان

موضعی های بادوخشکی : دریا . نسیم تغییرات نتیجه است روزانه موسمی باد نوع یک

. است فشار روزانه

. و دریا از تر گرم روز در خشکی میشود هایی باد چنین وزیدن باعث دما تغییردر هوا شدن تر سرد و آن صعود و هوا شدن سبک باعث دما افزایش

به دریا از باد وزش و آن نسبی شدن تر سنگین باعث آب سطح مجاورتمیگویند دریا نسیم آن به و خشکی

: چینوک و فون های بادهای باد کوه باد به پشت سمت در هوا نزول اثر در . . در است دررو بی هوا شدن خشک و شدن گرم میوزد خشک و گرم

. .. ... . است و اثر در برف شدن ذوب میشود ها برف ذوب باعث زمستان

: دره و کوهستان از نسیم بیشتر ها دره روز در کوهستانی مناطق در. ... .... . میشود به از هوا جریان باعث و میشوند گرم کوهها

هوا رطوبت. رطوبت : حجمی نظر از دارد وجود بخار بصورت هوا در که است آبی مقدار

تا .4میتواند دهد% تشکیل را هوا

دارد هوا گرمای بیالن در مهمی هوانقش رطوبت

ها خشکی به ها اقیانوس از آب انتقال رابط

میگیرد صورت آب سطح از تبخیر دمایی هر در

میشود متوقف برسد حدی به تا میگیرد صورت تبخیر بسته در ظرف یک درچرا؟

خروجی و ورودی مقدار واقع در

میشوند مساوی آب به بخار مولکولهای

آب بخار آب سطح باالی در حال این در

است خاصی فشار دارای هوا در موجود

میگویند بخار فشار آن به که

هوا که است بخاری حداکثر این واقع در

فشار حداکثر و دهد جای خود در میتواند

آن به که است بخار

Saturated Vapor pressure

میگویند

تبخیر نهان گرمای. دما: و جنب پر مولکولهای تبخیر با مولکولهاست جنبشی انرژی از نمادی

. دما تغییر بدون آب اینکه برای میشوند خارج آب از تر مایع از جوش حالتدارد تبخیر نهان گرمای با برابر انرژی به احتیاج شود تبدیل بخار Latent)به

heat of evaporation).

541 Cal/gr

یک : آن دمای تا میشود داده آب گرم یک به که انرژی مقدار آب ویژه گرماییابد ) افزایش ( Cal/oC/gr 0.56درجه

تبدیل آب 40برای بخار 20گرم به است؟ 100درجه الزم گرما کالری چند درجه

رطوبت گیری اندازه

: اشباع درجه و در ظرفیت میتواند هوا را خاصی بخار حداکثر دمایی هر در . دارای هوا حالت این در میگویند اشباع رطوبت آن به ک دهد جای خود

. است اشباع بخار فشار

آنگاه ... ، شود داده هوا به بیشتری رطوبت اشباع مقدار از اگر

دهد جای خود در خاصی رطوبت حداکثر مقدار میتواند هوا دمایی هر در

اشباع بخار esفشار

بخار eفشار

آب بخار پذیرش (es-e)ظرفیت

اشباع بخار esفشار

بخار eفشار

آب بخار پذیرش (es-e)ظرفیت

شبنم Tdنقطه

خشک هوای مخصوص وزن

گازها عمومی قانون اساس بر

آب بخار مخصوص وزن

مرطوب هوای مخصوص وزن

دارای مرطوبتر هوای فشار هم هوای توده دو برای بنابراین . است ... خشک هوای به نسبت تری مخصوص وزن

3()

(/)1087.23 R

RT

P

K

mbd

cmgrdo

3()

(/)1087.2622.03 R

RT

e

K

mb

cmgrvo

a

acmgra

dcmgra

P

e

RT

P

RRT

P

RT

e

378.01

1087.2622.0

(/)

3

(/)

3

3

شبنم نقطه . و است شده اشباع بخار از هوا کردن سرد اثر در آن در که دمایی

. میگردد آب قطرات تشکیل و آب میعان باعث بیشتر شدن سرد

مطلق Absolute humidity رطوبت

از معینی حجم در موجود آب بخار جرم

مثال است مکعب .10هوا متر بر گرم

: مختلف دماهای در اشباع هوای برای

ویژه )Specific humidity )qرطوبت

. بخار وزن دارد بیشتری پذیری ثابت مطلق رطوبت به نسبتمرطوب هوای وزن واحد در آب

K

mbmgr T

eHumAbs 217..

(/) 3

ep

eq

mb

mbKggr 378.0

622/

بارش قابل Wآب

معینی ارتفاع تا زمین سطح از که هوا از ستونی در موجود آب مقداراست شده گرفته نظر در

mbKggrmm PqW /0102.0

نسبی Rرطوبت

فشار بین نسبت درصد مقداربه هوا در موجود بخار

هوا اشباع بخار

رطوبت گیری اندازههوا:

اندازه Psycrometerبوسیله از که میگردد گیری

تر و (Wet bulb)دماسنجخشک Dry)دماسنج

bulb). است شده تشکیل

دو این دمای اختالف چه هرباشد بیشتر دماسنج

. است .... تر هوا رطوبت

se

eR

نسبی Rرطوبت

فشار بین نسبت درصد مقداربه هوا در موجود بخار

هوا اشباع بخار

رطوبت گیری اندازههوا:

اندازه Psycrometerبوسیله از که میگردد گیری

تر و (Wet bulb)دماسنجخشک Dry)دماسنج

bulb). است شده تشکیل

دو این دمای اختالف چه هرباشد بیشتر دماسنج

. است .... تر هوا رطوبت

se

eR