مقالات
در حال خواندن
فرایند تشکیل باران چگونه است ؟
0

فرایند تشکیل باران چگونه است ؟

توسط نیما علیزاده۲۰ اسفند, ۱۳۹۵

مراحل تشکیل باران سالهای طولانی به عنوان یک راز بزرگ باقی مانده بود تا اینکه در دهه‌های اخیر با کمک وسایل پیشرفته مانند هواپیما، ماهواره و کامپیوتر به مطالعه بادها، جهت آنها و اندازه‌گیری رطوبت، تغییرات آن رطوبت، تعیین سطح فشار اتمسفر و … پرداخته و به جزئیات شکل‌گیری ابرها و ساختمان و نحوه عمل آنها پی‌ برده‌اند. مراحل تشکیل باران شامل ۳ مرحله است: ابتدا مواد خام باران توسط باد در هوا بالا می‌روند. بعد ابرها تشکیل می‌شود و سرانجام قطرات باران فرو می‌ریزند.

باران قطرات آب ریزی است که در نتیجه فشردگی بخار آب موجود در جو زمین شکل می گیرد و هنگامی که به اندازه کافی سنگین شد تحت تاثیر نیروی گرانش سقوط می کند.باران مولفه مهم چرخه آب محسوب می شود و نقش مهمی را در شکل گیری آب های شیرین سطح زمین ایفا می کند.باران شرایط مطبوعی را برای ایجاد و حفظ زیست بوم های متنوع طبیعی فراهم و بهره برداری های انسانی را مانند تولید محصولات کشت زمینی و تولید برق در نیروگاه ها را هموار می سازد.

وقتی هوای گرم به بالای آسمان صعود می‌کند، بخار آب را هم همراه خودش به بالا به داخل آسمان می‌برد. در بالای آسمان، بخار آب سرد می‌شود و قطره‌های آب دور ذرات ریز گرد و غبار موجود در هوا تشکیل می‌شود. مقداری از بخار آب هم به شکل کریستال‌های ریز یخ منجمد می‌شود که قطرات آب سرد شده را جذب می‌کند. قطرات به شکل کریستال‌های یخ، منجمد می‌شود و کریستال‌های بزرگ تری را تشکیل می‌دهد که ما آنها را برف ریزه می‌نامیم. موقعی که برف ریزه‌ها سنگین می‌شوند، پایین می‌افتند. برف ریزه‌ها در مسیرشان رو به پایین با هوای گرم تر برخورد می‌کنند و ذوب می‌شوند و به صورت قطرات باران در می‌آیند.

ابرهایی که در ارتفاع بسیار زیاد ( بیش از ۴ کیلومتر) تشکیل می شوند و به ابرهای سیروس معروف هستند از ذرات ریز یخ شکل می گیرند و ابرهای با ارتفاع پایین تر از قطرات ریز آب و یا ترکیب این دو شکل می گیرند. ابرهای سیروسی فاقد بارندگی هستند زیرا ذرات آنها بسیار ریز است و به صورت معلق در هوا باقی می مانند به علاوه نا خالصی ها و ذرات گرد و غبار توانایی صعود به ارتفاعات بالا را ندارند و نمی توانند تاثیری بر فرایندهای بارش داشته باشند . بیشتر ابرهایی که در لایه های پایین تر قرار دارند قابلیت بارش را دارند و یا می توانند به ابرهای بارشی تبدیل شوند.

دو نوع ابر وجود دارد که باران را نتیجه می‌دهند و بر اساس شکل‌شان، به دو دسته تقسیم می‌شوند:

استراتوس (نوع لایه‌ای) و کومولوس (نوع توده‌ای). ابرهای لایه‌ای باران‌زا خود به دو دسته استراتوس و نیمبواستراتوس (نیمبو به معنی باران است) تقسیم می‌شوند. نوع دوم ابرهای باران‌زا نوع توده‌ای است که خود به کومولوس، کمولونیمبوس (اگر ارتفاع ابرهای کومولوس خیلی زیاد شود به ابرهای کومولونیمبوس که معمولاً همراه رعد و برق هستند تبدیل می‌شوند) و استراتوکومولوس تقسیم می‌شود. این ابرها با شکل پف کرده (باد کرده) و انباشته شده روی یکدیگر مشخص می‌شوند. کومولوس و کمولونیمبوس ابرهای توده‌ای حقیقی هستند و استراتوکومولوس شکلی از کومولوسهای تغییر شکل یافته و گسترده شده است

کومولوس

نیمبواستراتوس

استراتوس

استراتوکومولوس

کومولونیمبوس

 

 

 

 

 

اکنون کمی با ترکیب و مشخصات ابرها آشنا شدیم و می خواهیم به سراغ بارشها برویم. برای شکل گیری انواع بارندگی ها دو نظریه کلی وجود دارد.

۱- نظریه برخورد

۲- نظریه ابرهای ترکیبی

  که در ادامه به تشریح این دو نظریه البته به زبان ساده می پردازیم.

 نظریه برخورد

براساس این نظریه قطرات بسیار ریز آب که در داخل ابرها حرکت می کنند به یکدیگر برخورد کرده و قطرات بزرگتر را تشکیل می دهند و هرچه این قطرات بزرگتر شوند حرکت روبه پایین آنها بیشتر می شود و در مسیر حرکت خود بازهم قطرات کوچک بیشتری را جذب خود کرده و بازهم بزرگتر می شوند و این فرآیند آنقدر ادامه می یابد تا این قطرات به اندازه ای بزرگ و سنگین می شوند که می توانند به صورت قطرات باران به سمت زمین حرکت کرده و باعث بارش باران بشوند. البته اگر لایه های هوا پایین رطوبت کمی داشته باشند ممکن است قطرات آب مجددا تبدیل به بخار شده و هرگز به زمین نرسند؛ برای این که باران به زمین برسد باید ریزش ابر آنقدر ادامه پیدا کند تا در لایه زیرین رطوبت افزایش یابد و قطرات باران بتوانند بدون تبخیر شدن مجدد به سطح زمین برسند.  اگر ذرات ناخالصی جاذب رطوبت در توده هوا وجود داشته باشد قطرات آب جذب این ذرات شده و بسیار سریعتر رشد می کنند و فرآیند تشکیل باران بسیار سریعتر انجام می شود. به علاوه قطرات باران سنگین تر شده و با سرعت بیشتری به سمت زمین حرکت می کنند که بدین معنی است که زمان کمتری را در لایه های غیر اشباع سپری کرده و مقدار کمتری از آنها بخار می شوند و احتمال رسیدن این قطرات به سطح زمین بسیار بیشتر می شود.  اگرچه این نظریه بسیار ساده و قابل قبول است اما نمی تواند تمام انواع بارندگی ها را به خوبی تشریح کند و نیاز به نظریه دیگری کاملا احساس می شود.

قبل از این که فرآیند تشکیل باران در ابرهای ترکیبی را بررسی کنیم باید یک مطلب دیگر را نیز یاد بگیریم و آن مفهوم فشار بخار است. آب در هر دمایی حتی اگر به صورت یخ باشد بخار می شود؛ هرچقدر دمای آب بالاتر باشد میزان بخار تولید شده بیشتر بوده و اصطلاحا می گویند فشار بخار بیشتری دارد.  در زمانی که بعضی از مولوکولهای آب از سطح مایع بخار شده و خارج می شوند مولوکولهایی از بخار آب هم انرژی خود را از دست داده و وارد مایع می شوند. در حالت عادی تعداد مولوکولهایی که تبدیل به بخار می شوند بسیار بیشتر از مولوکولهایی است که به مایع تبدیل می شوند اما اگر آب را در محیطی قرار دهیم که تقریبا اشباع باشد در این حالت تعداد مولوکولهای تبخیر با تعداد مولوکولهای میعان برابر شده و به حالت تعادل می رسند. همان طور که انتظار دارید فشار بخار در سطح آب مایع بیشتر از فشار بخار در سطح یخ جامد است.

نظریه ابرهای ترکیبی

در ابرهایی که دمای آنها زیر صفر است علاوه بر ذرات ریز یخ قطرات آب نیز وجود دارند که به آنها آب” ا َبَرسرد” گفته می شود؛ هرچقدر قطرات آب خالص تر باشند می توانند دماهای پایین تری را تحمل کرده و به صورت مایع باقی بمانند. قطرات ریز و خالص آب می توانند تا دمای ۲۰- درجه سانتی گراد همچنان به صورت مایع باقی بمانند. وجود ناخالصی های جاذب رطوبت کمک میکند که آب سریعتر منجمد شود و به دانه های برف یا یخ تبدیل شود ، بسته به این که دمای ابر چقدر باشد و نحوه تغییرات دما در این توده به چه صورت باشد بلورهایی با اشکال متفاوت شکل می گیرند که مورد بحث ما نیست.

زمانی که آب و یخ به صورت همزمان در داخل ابر وجود داشته باشد اتفاق بسیار جالبی می افتد. همانطور که گفته شد فشار بخار در سطح آب مایع بیشتر از فشار بخار سطح یخ است در این حالت مولوکولهای تبخیر شده از قطرات آب جذب ذرات یخ می شود و به مرور قطرات آب کوچکتر شده و بلورهای برف یا یخ بزرگتر می شوند تا حدی که می توانند به سمت زمین حرکت کرده و بارش شروع می شود، حال اگر در لایه های زیرین دمای هوا بالاتر از صفر باشد بلورهای یخ ذوب شده و بارش به صورت باران در می آید اما اگر دما زیر صفر یا نزدیک صفر باشد بارش به صورت برف به سطح زمین خواهد رسید.

گاهی اوقات ریزش ابرهای بالاتر باعث اشباع شدن توده های پایین تر و تشکیل ابرهای ثانویه در زیر ابر اصلی می شود که با دیدن این پدیده شما می توانید پیش بینی کنید که بارش به زودی به سطح زمین خواهد رسید و گاهی نیز بارشهای ابرهای بالاتر باعث غلیظ تر شدن ابرهای پایین تر و شروع بارش ابرهای لایه های پایین تر می شود که در این حالت ممکن است شما چند نوع بارندگی را به طور همزمان ببینید.

در پایان لازم به ذکر است که شکل گیری بارش های رگباری در ابرهای کومولونیمبوس که می تواند همراه با رعد و برق باشد با این حالات متفاوت است اما به دلیل طولانی شدن مطلب فعلا از آن صرف نظر می کنیم و امیدوارم در فرصتی دیگر به طور مشروح به این مورد بپردازم.

واکنش شما چیست؟
I like it
75%
interested
25%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
نیما علیزاده

دانشجوی مهندسی مکانیک