گردش عمومي جو

طبق تعريف " گردش عمومي هوا بر اثر يكنواخت نبودن پراكندگي تابش خورشيد در روي زمين پديد مي‌آيد و هدف نهايي آن يكنواخت كردن اين پراكندگي است."

بي نظمي در گرم شدن جو:

بيشترين تغييرات و پديده هاي جوي، ازاين واقعيت نتيجه مي شود كه سطح زمين و جو كه آن را احاطه كرده است به صورت نامنظم گرم مي شود. دليل بي نظمي در گرم شدن جو: اولا عواملي است كه مقدار انرژي خورشيدي قابل جذب در سطح زمين را ناهمگن ساخته است؛ ثانيا تفاوتهاي جنس زمين در ميزان جذب تابش خورشيد موثر بوده و اختلاف عمده را بوجود مي آورد.

مقدار انرژي خورشيدي- عوامل مختلفي در ميزان انرژي دريافتي در سطح زمين دخالت دارند كه عبارتند از:

1- به علت انحناي سطح كره زمين و انحراف محور زمين در گردش به دور خورشيد، تابش خورشيد با زواياي مختلف كه به زمان و عرض هاي جغرافيايي مربوط مي شود، به سطح زمين مي رسد. هر چه ارتفاع خورشيد بالاتر باشد شدت انرژي خورشيد روي سطح بيشتر است.

يك دسته تابش خورشيد هنگام برخورد با زمين در استوا در سطح كوچكتري توزيع مي شود. لذا شدت تابش در استوا زياد، و هر چه به طرف قطب نزديك شويم از مقدار آن كاسته مي شود.

مقدار تابشي كه از خورشيد به زمين مي رسد در فصلهاي مختلف سال متفاوت است، زيرا زاويه ارتفاع خورشيد نسبت به يك نقطه از زمين در فصلهاي مختلف سال متغير است.

انيميشن تغييرات فصلي دماي هوا در سطح كره زمين

2- ضخامت لايه جو كه تابش از ميان آن عبور مي كند، در اثر تغييرات زاويه تابش متغير است. وقتي انرژي خورشيد از ارتفاع پايين تري از داخل لايه جو عبور مي كند مقدار بيشتري انرژي در تماس مولكول هاي هوا و ذرات معلق در جو قرار مي گيرد. حالت ضعيف شدن نور آفتاب هنگام غروب را با آفتاب درخشان و سوزان هنگام ظهر مقايسه كنيد. در واقع وقتي تابش خورشيد به صورت مايل از جو مي گذرد حدود 38 برابر بيشتر با مولكول هاي هوا در تماس مي باشد.

ضخامت جو زماني كه تابش خورشيد به طور مستقيم يا مورب از داخل آن عبور كند متفاوت است.

3- مقدار ذرات و گرد و غبار موجود در هوا، با توجه به زمان و مكان تغيير مي كند. مقدار گرد و غبار در وسط اقيانوس ها بسيار كمتر از ميزان آن بر روي شهرهاي صنعتي است. اين ذرات در جذب، پخش و بازتاب تابشهاي خورشيدي كه از ميان آنها عبور مي كند بسيار موثر مي باشند.

4- به ندرت مي توان نقطه اي را در روي زمين نشان داد كه زمان تابش آفتاب در آن تغيير نكند. علاوه بر ابري بودن آسمان به مدت طولاني كه مانع رسيدن تابش به سطح زمين مي شود، طول روز نيز در طي فصلها بسيار متغير است. بلندي روزهاي تابستان تقريبا به 2 برابر روزهاي زمستان مي رسد (كه به عرض جغرافيايي محل مربوط است) و اثرات زيادي در مقدار انرژي كه به هر محل مي رسد مي گذارد.

تركيب سطح زمين- دومين عامل اصلي جذب متفاوت و نامنظم انرژي خورشيدي توسط زمين، به علت اختلاف تركيبات تشكيل دهنده سطح زمين است. حتي اگر انرژي خورشيد در تمام سطح زمين به صورت مساوي و يكنواخت دريافت مي شد، اختلاف زيادتر تركيبات سطح زمين باعث جذب متفاوت مقادير انرژي كه بعدا هوا را گرم مي كنند مي گرديد. اختلاف تركيبات زمين اهميت بسيار زيادي در تيين هوا و اقليم منطقه دارد. قابل توجه ترين اختلاف، تفاوت بين زمين و درياست. آب نسبت به زمين، گرما را بيشتر در خود نگه مي دارد و هميشه نسبت به زمين با تاخير زماني گرما را از دست مي دهد، و لذا آب دريا در زمستان گرمتر از سطح زمين، و در تابستان سردتر از زمين مي باشد. 

بنابه دلايل بالا، پراكندگي فشار در سطح زمين يكنواخت نيست و همين امر باعث جابجايي مراكز پر فشار و كم فشار ميشود. اين جابجايي هوا را باد مي‌گويند. بادها به 3 دسته تقسيم مي شوند : 1) محلي 2) منطقه‌اي 3) سياره‌اي


بادهاي سياره‌اي گردش عمومي هوا را به وجود مي‌آورند ، چرا ؟

زيرا عامل اصلي ايجاد بادهاي سياره‌اي نابرابري توزيع انرژي تابشي خورشيد در سطح زمين است .

كمربندهاي جهاني فشار

1- آرامگان Doldrum (بادهاي آرام استوايي)

به خاطر ميانگين بالاي تابش در منطقه استوا (آنچنانكه در بالا به آن اشاره شد)، يك كمربند كم فشار LOW به اختصار L دور تا دور كره زمين را در طول سال فرا مي گيرد. در اواخر بعد از ظهر هنگامي كه دما به بالاترين حد روزانه خود مي رسد، به علت همرفت شديد هوا و سرد شدن بي دررو آن رگبارهاي شديدي در اين مناطق ديده مي شود. اغلب حركت هوا در اين ناحيه به صورت قائم اما همراه با بادهاي سبك و متغير مي باشد كه مشتمل بر توده هاي هواي سبك غربي است. بنابر اين منطقه مزبور را كمربند بادهاي آرام استوايي مي نامند. از خصوصيات آب و هوايي اين مناطق، شرايط جوي داغ و شرجي توام با بادهاي آرام است. به دليل وجود سطح صاف و براق درياها در اين منطقه، دريانوردان به آن آرامگان (Doldrum) مي گويند.

2- كمربند پر فشار جنب حاره اي Subtropical high (عرض هاي اسبي Horse Latitudes)

در شرايط ايده آل در عرض هاي جغرافيايي 30 درجه شمالي (N) و 30 درجه جنوبي (S) دو كمربند پرفشار High به اختصار H با جريانها آرام باد وجود دارد كه به نام پرفشار جنب حاره اي معروفند. اين مناطق را عرضهاي جغرافيايي اسبي (Horse) نيز مي گويند. اطلاق كلمه اسب به اين عرض هاي جغرافيايي ريشه در دريانوردي زمان هاي قديم دارد كه كشتيهاي حامل اسب هنگامي كه به اين مناطق مي رسيدند و به دليل توفان هاي دريايي از حركت باز مي ايستادند مجبور به تخليه و بيرون ريختن قسمتي از بار خود بودند.

در اين مناطق هوا به صورت بي دررو ريزش كرده و بنابر اين عامل گسترش يك هواي با رطوبت كم و آسمان صاف مي شود. هواي خشك در عرض هاي جغرافيايي اسبي باعث پيدايش مناطق عظيم بياباني و كويري در اين عرض ها و يا نواحي اطراف آن است.

در نيمكره جنوبي، عرض هاي اسبي پوشيده از آب اقيانوس هاست و در سرتاسر سال از شرايط آب و هوايي يكنواختي برخوردارند. اما در نيمكره شمالي به دليل وجود خشكيها و تغييرات شديد دما در روي خشكي نسبت به اقيانوس ها توزيع سيستم فشار در اين مناطق بر خلاف عرض هاي اسبي در نيمكره جنوبي، نسبت به الگوي ايده آل بسيار متفاوت است. در طول زمستان نيمكره شمالي تقريبا يك كمربند پرفشار دور تادور كره زمين و موازي عرض 30⁰ را فرا مي گيرد به طوري كه در روي خشكي ها يك شيفت به سمت شمال داشته و روي درياها به طرف جنوب جا به جا مي شود. پرفشار روي قاره ها از ميانگين فشار بالايي برخوردار است؛ خصوصا هنگامي كه پرفشار روي منطقه سيبري تقويت مي شود و باعث ورود يك توده هواي سرد به روي قاره ها مي گردد. در فصل تابستان فشار روي آمريكاي شمالي خيلي كم ، و روي آسيا به شدت ضعيف مي گردد. در حالي كه در همين هنگام يك كمربند فشرده پرفشار روي درياها، به خاطر هواي نسبتا خنك آنها را فرا مي گيرد. منطه پرفشار غرب ايالات متحده را واچرخند اقيانوس آرام يا پرفشار اقيانوس آرام مي گويند. در حالي كه پرفشار روي اقيانوس اطلس به نام هاي پرفشار برمودا (Bermuda High) يا پرفشار آزور (Azores High) ناميده مي شود.

3- كمربند كم فشار زير قطبي Subpolar Low:

اگر چه مشاهدات و اندازه گيري هاي فشار روي مناطق پوشيده از آب (اقيانوسها) در عرض هاي بالاي نيمكره جنوبي به نسبت بسيار متفرق و پراكنده است، اما به نظر مي رسد كه براي معرفي سيماي متوسط تغييرات فشار از تابستان به زمستان كه بسيار كم هم هست كافي باشد؛ و انتظار مي رود كه اين تغييرات ناچيز به خاطر احاطه عرضهاي جنوبي توسط اقيانوس ها باشد. اما در نيمكره شمالي به خاطر تضاد شديد حرارتي بين خشكي و دريا تغييرات سالانه شديدي در توزيع فشار اين ناحيه به چشم مي خورد. در ماه ژانويه و در روي خشكي ها كم فشارها تبديل به مراكز پرفشار مي شوند (به خاطر تشكيل پرفشارهاي سيبري و كانادا) اما مناطق كم فشار توفاني و تقريبا شديد و فشرده روي نواحي نسبتا گرم اقيانوس اطلس شمالي و اقيانوس آرام شمالي همچنان وجود دارند كه به ترتيب كم فشار ايسلند (Iceland Low) و كم فشار آلئوت (Aleutian Low) ناميده مي شوند.

4- كلاهك پرفشار قطبي Polar High:

در هر 2 نيمكره روي مناطق قطبي، ميانگين فشار بالا است. به همين دليل اين مناطق را كلاهك پرفشار قطبي نامند. موقعيت و شدت اين مراكز پرفشار متغير بوده و به ندرت بر قطب جغرافيايي منطبق است.

سيستم باد سياره اي:

1- بادهای آلیزه (تجارتی يا بسامان) Trade Winds: این بادها در نیمکره‌های شمالی و جنوبی به ترتیب از شمال‌شرقی به جنوب‌غربی و از جنوب‌شرقی به شمال‌غربی در حال وزشند. يعني از عرض هاي اسبي به سمت منطقه آرامگان  مي وزند.بادهای تجارتی در زبان‌های اسپانیولی‌ـ ایتالیایی و فرانسوی به ترتیب Alisios و Alisei و Alizes در زبانهای آلمانی تحت عنوان Passat می‌نامند تمام این اسامی فاقد منشاء شناخته شده‌ایی می‌باشند. این بادها در بین منطقه پرفشار جنب حاره و همگرایی میان حاره‌ایی در بخش اعظمی از این مناطق در تمام طول سال می‌وزد. و با ثبات‌ترین بادهای کره زمین می‌باشند. در نیمکره‌ جنوبی به علت مداومت فشار زیاد جنب حاره، بادهای تجارتی به طور منظم وزیده و طوقه‌ایی را تشکیل می‌دهند. از اینرو تجارتی‌های سطحی در نیمکره شمالی حالات منظم‌تر و قویتری دارنده وسعت نفوذ کمربند تجارتی‌ها در نیمکره شمالی در حدود 2500 کیلومتر و در نیمکره جنوبی در حدود 3000 کیلومتر است. در سطح فوقانی کمربند حاره در حدود 10 کیلومتری از سطح زمین، بادهایی با جهت مخالف تجارتی‌ها می خورند، که آنها را آنتی‌ترید (ضد تجارتی) می‌گویند.

(Intertropical Convergence Zone (ITCZ منطقه تراكم درون حاره اي: همانطور كه قبلا در قسمت كمربندهاي جهاني فشار گفته شد در منطقه آرامگان دور تا دور كره مين را كمربندي از كم فشار فرا گرفته است. به دليل اينكه كم فشار حاره اي اغلب در شمال استوا واقع مي شود بادهاي تجارتي جنوب شرقي دچار انحراف به سمت راست مي گردد، به نحوي كه براي رسيدن به منطقه كم فشار به شكل قلاب در مي آيد. اين موضوع خصوصا براي مناطق هندوستان و شرق ارام قابل توجه است.به دليل همگرايي باد تجارتي در كمربند كم فشار حاره اي يا آرامگان، اين منطقه به عنوان منطقه تراكم درون حاره اي شناخته مي شود. 

با كمي دقت متوجه بر عكس شدن فشار از كم فشار به پرفشار در روي منطقه آسيا در فاصله زماني زمستان تا تابستان مي شويم. از اين جهت باد هاي موسمي هند بسيار مشهور شده اند كه در طول مدت زمستان يك سيستم پرفشار بر منطقه آسيا حاكم است و بادهاي اين منطقه از سمت شمال شرق مي وزد، در حالي كه در تابستان بر روي اين منطقه ك سيستم كم فشار حاكم شده و بادها از جهت جنوب غربي، يعني دقيقا بر عكس زمستان مي وزند. البته بعد از آن كه استوا را به صورت قلاب قطع مي كند. اين حركت هوا در جنوب عرضهاي اسبي وجود دارد و در نتيجه ارائه گراديان فشار در آسياي مركزي است. بنابر اين بادهاي موسمي و بادهاي تجارتي در اين ناحيه تركيب مي شوند. بادهاي موسمي جنوب غربي پس از عبور از روي آبهاي آزاد منطقه حاره اي تقريبا گرم و مرطوب هستند. بر فراز مناطق مرتفع و كوهستانهاي هندوستان، هواي گرم و مرطوب به صورت بي درو صعود كرده و سرد مي شود،و كاهش برودت هوا تا زير نقطه شبنم باعث ايجاد بارانهاي مشهور فصلي به هنگام تابستان در اين منطقه مي گردد.

بادهاي موسمي زمستان كه از شمال شرقي به طرف مركز آسيا مي وزند به خاطر موقعيت قاره اي منطقه، بسيار سرد و خشك است. بادهاي موسمي در مجموع بسيار آرام بوده و دوره تغييرات آن از بهار تا پاييز است.

بنابر اين موقعيت منطقه تراكم درون حاره ITCZ در تابستان و زمستان تغيير مي كند:

2- چيره بادهای غربی Westerlies : در گستره جهانی اغلب در عرض های میانه و بین حدود 35 تا 65 درجه عرض جغرافیایی و یا به عبارت دیگر از پر فشار جنب حاره به مناطق کم فشار جنب قطب شیوع دارند.

این بادها از نظر جهت و استمرار دارای خصوصیات متغیرند در سرعت و جهت حرکت آنها جریانات موجی بویژه سیلکون‌های سیار و آنتی سیلکون‌هایی که در منطقه نفوذ این بادها از غرب به شرق حرکت می‌کنند اثر عمده‌ای دارند از اینرو ممکن است بادهای مذکور ضمن وزش از غرب به شرق خصوصیات طوفانی هم داشته باشند در زمستان‌های نیمکره شمالی توسعه آنتی‌سیلکون‌های قاره‌ایی و بعضاً حتی سیکلون‌‌ها از توسعه بارز بادهای غربی ممانعت به عمل آورده و بدین جهت بادهای مزبور به نحو بارزی بر روی اقیانوس‌ها توسعه می‌یابند ولی چون در عرض‌های میانه نیمکره جنوبی، شرایط قاره‌ایی تقریباً حاکمیتی ندارد. بادهای غربی هم تقریباً حالت کمربند جهانی بخود گرفته‌اند.

كمبرند هاي جهاني فشار 2 اثر دارند:

1- يك اثر آنها بر روي سطح زمين به صورت بادها ( محلي ، منطقه اي و سياره اي)

2- اثر دوم آنها ايجاد گردش عمومي جو

در كل مي‌توان مدل سه سلولي را كه يكي از مدل‌هاي گردش عمومي جو است به شكل زير خلاصه كرد :

1 ) سلول هدلي (Hadley Cell): عرض‌هاي جغرافيايي منطقه حاره ، يعني از استوا تا عرض‌هاي 30 درجه شمالي و جنوبي را در بر گرفته كه بادهاي تجارتي در آن جريان دارند . بادهاي تجارتي : بادهايي هستند كه در منطقه حاره از مراكز پر فشار جنب حاره به كمربند همگرايي حاره‌اي [خطي كه بادهاي بسامان (بادهاي تجارتي Trade Winds) در امتداد آن به هم مي‌رسند] مي‌وزند .
دليل كامل نبودن سلول هدلي : تنها نيروي گراديان فشار را در نظر گرفته و فقط در صورتي مورد قبول واقع مي شد كه زمين صاف و ثابت مي بود.

2 ) سلول فرل (Ferell Cell): عرضهاي ميانه از 30 تا 60 درجه در هر نيمكره را در بر گرفته ، بادهاي غربي در آن جريان دارند .

3 ) سلول قطبي (Polar Cell): به علت مراكز پر فشار قطبي و كم فشار جنب قطبي بوجود مي‌آيند .

حركت هوايي كه به قطب صعود مي‌كند ، به شكل باد غربي ( westerlies ) است .
حركت هوايي كه به استوا نزول مي‌كند ، به شكل بادهاي شرقي ، شمالي و جنوبي در مناطق حاره‌اي است .
صعود هوا در استوا و نزول آن در قطب باعث مي‌شود كه در سطح زمين در استوا مركز كم فشار و در قطب‌ها مركز پر فشار داشته باشيم .
پس با توجه به گفته‌هاي بالا فهميديم : سيستم جهاني بادها كه گرماي هوا را از استوا (جايي كه گرماي خورشيد بيشترين مقدار خود را دارد) به عرضهاي جغرافيايي بالاتر انتقال مي‌دهد را گردش عمومي هوا مي‌گويند . "

بنابراين با توضيحات بالا مي توان متوجه شد كه هر كجا رطوبت كافي به همراه عامل صعود كننده وجود داشت بارش رخ خواهد داد بنابر اين مي توان موقعيت مناطق پر باران و نيز كم باران و بياباني روي كره زمين را مشخص و دليل را توضيح داد.

داخل سلول هدلي (عرض 0 درجه يعني خط استوا تا چند درجه بالا و پايين تر از خط استوا در هر 2 نيمكره)، مرز بين سلوب فرل و سلول قطبي ، عرض 60 درجه در هر 2 نيمكره مناطق پر بارش هستند كه در اين بين به دليل نوسان كمتر موقعيت سلول هدلي اين منطق پر بارش تر است.

از طرفي مرز بين سلول هدلي و سلول فرل، عرض 30 درجه و نيز قطبين در هر 2 نيمكره به دليل وجود سيستم هاي پرفشار هوا حالت فرونشيني و نشست داشته و بارش در حد اندك وكم مي باشد.

انيميشن بارش در سطح كره زمين

علل ایجاد بیابانها

بطور کلی عوامل مختلفی موجب پیدایش مناطق خشک و بیابانی می‌شود. سه عامل مهم در ایجاد بیابانها عبارتند از:

1- گرم شدن زیاد منطقه بر اثر تابش خورشید

در منطقه بین المدارین (مدار راس السرطان و راس الجدی) به علت تابش عمود آفتاب بیشترین گرما دریافت می‌شود و بیشتر بیابانها نیز در این عرضهای جغرافیایی قرار دارند.

2- فشار زیاد جنب حاره‌ای

فشار هوا در همه عرضهای جغرافیایی یکسان نیست. وقتی در جایی فشار هوا کم باشد، هوا به علت سبکی بالا رفته و پس از سرد شدن در صورت وجود رطوبت کافی و سایر شرایط لازم موجب بارندگی می‌شود. هوای گرم و مرطوب استوایی پس از ایجاد بارش به اطراف مدار راس السرطان و راس الجدی ، حرکت می‌کند. اما به علت سنگین شدن و تراکم در عرضهای جغرافیایی مذکور فرو می‌نشیند و یک منطقه پر فشار بوجود می‌آورد. این توده هوا با از دست دادن رطوبت خود فرو می‌نشیند (نشست هوا) ، نتیجه این امر ، خشکی و گرمی هوا و صاف بودن آسمان در این مناطق می‌باشد.

3- جریانهای آب سرد ساحلی اقیانوسها

جریانهای سرد اقیانوسی که از قطب جنوب به سمت استوا حرکت می‌کنند. در برخی نقاط ساحلی به علت ایجاد هوای سرد و نشست هوا ، مانع ایجاد بارش در این نواحی می‌شوند. مانند بیابان "آرتاکاما" و "اریکا" در آمریکای جنوبی و بیابان "نامیب" در آفریقا.

امواج راسبي يا راسباي (Rossby)

امواج راسبي يا راسباي (Rossby): كلمه پيچك (Eddy) به حركت دوار و بسته چرخندي و واچرخندي كه در قسمت پايين تروپوسفر عرضهاي مياني و نيز سيستم هاي بسته شديد و ضعيفي كه در تروپوسفر بالا وجود دارند، اشاره مي كند. پيچك هاي فوقاني از اهميت خاصي برخوردار هستند، چرا كه آنها گردش هاي قوي هستند كه در هواي بالا آشكار مي شوند.

مهمتر از پيچكها، وجود امواج عظيم و افقي جريانهاي غربي است. اين امواج (كه ابتدا توسط راسبي  دانشمند سوئدی Carl- gustaf Rossby شناسايي شد) و به نام وي ناميده مي شوند، متاثر از گراديان نصف النهاري دما و نيز چرخش زمين هستند و باعث مي شوند كه جريانهاي غربي مغشوش شده و صورت حركت موجي در آيند.

امواج راسبي كه از غرب به شرق در اطراف كره زمين حركت مي كنند و مقاطع زماني رشد آنها چند روز تا يك هفته است به عنوان امواج راسبي معروف و شناخته مي شوند. اين امواج ممكن است جريانهاي پيچكي بسته اي را شكل دهند كه مركز آنها بر حسب اين كه پرفشار يا كم فشار باشد سرد و يا گرم است.

جت استريم

رودباد یا جت استریم ها (Jet stream)، یا باختصار جت، یک جریان هوای با سرعت بالا می‌باشد که بصورت یک تونل باد فرضی در ارتفاعات بالای اتمسفر زمین در لایهٔ تروپوپاز قرار گرفته، ، در نقطه انتقال بین تروپوسفر (جاییکه درجه حرارت جو با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد) و استراتوسفر (جاییکه درجه حرارت با افزایش ارتفاع افزایش می‌یابد). آنها حاصل ترکیبی از گرمای اتمسفریک (تشعشعات خورشید و گرمای داخل زمین) و چرخش زمین به دور محور خود است

انواع جت استريم:

۱- جت استريم قطبي (Polar Jet Stream) يا جت استريم عرض هاي ميانه (Midlatitude Jet Stream):بر روی زمین قویترین جت استریم‌ها، جت استریمهای قطبی (۱۲ – ۷ کیلومتر یا ۲۳٬۰۰۰ – ۳۹٬۰۰۰ فوت از سطح دریا) هستند.

2- جت استريم جنب حاره (Subtropical Jet Stream): مرتفع تر و مقداری ضعیفتر، جت استریمهای نواحی استوایی یا به اصطلاح گرمسیری (۱۰-۱۶ کیلومتر یا ۳۳٬۰۰۰ – ۵۲٬۰۰۰ فوت از سطح دریا) می‌باشند. نیمکره شمالی و جنوبی هر یک جت استریمهای قطبی و استوایی مخصوص به خودشان را دارند.

عبارت جت استریم اغلب برای جت استریم قطبی نیمکره شمالی مورد استفاده قرار میگیرد، از آنجاییکه مهمترین پدیده هواشناسی و صنعت هوانوردی می‌باشد. چرا که بیشتر نواحی آمریکای شمالی، اروپا و آسیا را در بر میگیرد، بویژه در فصل زمستان. در حالیکه جت استریم قطبی نیمکره جنوبی در بیشتر سال دایره جنوبگان را احاطه می‌کند. جت استریمهای عمدتاً در نزدیکی مرز بین توده‌های هوا با اختلاف فاحش درجه حرارت شکل میگیرند، همانند مرز بین نواحی قطبی و نواحی گرمتر جنوبی.

رودباد عبارت است از جريان باريكي از باد كه در امتداد يك محور نسبتاً افقي درتروپسفر بالايي يا در استراتوسفر متمركز شده است. رودبادها كه بدون استثنا در همه نقشه هاي هوا به صورت كمربند يا نوارهايي با سرعت زياد ديده مي شوند و تا مسافتهاي طولاني كشيده مي شوند، هنگامي كه سرعت باد به بيش از 30 متر در ثانيه برسد، ايجاد مي شوند.

در روي نقشه هاي هوا، رودباد به صورت هسته هايي كاملاً منفرد است كه از نظر مكاني نيز كاملاً متغير است. هسته هاي سرعت يكي در حاشيه استوايي بادهاي غربي و ديگري بر روي جبهه قطبي منطقه برون حاره، بيش از نواحي ديگر حركت مي كنند. در نتيجه، دو بستر نسبتاً متمايز را به وجود مي آورند كه رودباد جبهه قطبي و رودباد جنب حاره ناميده مي شوند كه از نظر ارتفاع و مدار جغرافيايي با هم متفاوتند. اين رودبادها مخصوصاً رودباد جبهه قطبي در اقليم سطح زمين نقش مؤثري ايفا مي كنند كه به طور عمده به تشكيل سيكلونهاي برون حاره و هدايت آنها و نيز ايجاد ناپايداري در جو زيرين خود كمك كرده، سبب صعود هوا و در صورت وجود هواي گرم و مرطوب، سبب بارش مي شوند.

با توجه به اينكه موقعيت جغرافيايي ايران به گونه اي است كه در طول سال، مدتي عرصه فعاليت رودبادها واقع مي شود و نيز اين امر كه در طول فصل سرد سال، رودباد جبهه قطبي بر قسمتي از آن مسلط مي شود و نيز با توجه به اينكه سيستمهاي بارش زا در اين فصل وارد كشور مي شوند مي توان بين سيستمهاي بارش زا در ايران و موقعيت رودباد ارتباط برقرار كرد.

شناخت رودباد در تروپسفر بالايي براي اولين بار در سال 1944 و در جريان حملات هوايي آمريكا به ژاپن در جريان جنگ دوم جهاني ميسر شد و اين جريانات به عقيده برايسون توسط روزباي كه قبلاً جتها را در جريانات آب مطالعه كرده بود نامگذاري شد. تاكنون مطالعات مختلفي در مورد اين جريانات در كشورهاي مختلف صورت گرفته ، اما در زمينه نرمالهاي اقليمي و پراكندگي آنها مطالعات چنداني صورت نگرفته است. فقط هارمان در سال 1991 در ادامه كار خويش، الگوهايبادهاي غربي را درباره رودباد جبهه قطبي نيز بررسي كرده است.

جت استریمها بطور پیوسته یا دایره وار دور محیط زمین قرار نگرفته‌اند. آنها ممکن است ایجاد، متوقف، تقسیم به دو یا چند قسمت، ویا ترکیب به یک جت استریم شوند، ویا اینکه در جهات مخالف جتهای دیگر جریان یابند. مسیر جت استریم ها عموماً دارای یک شکل مارپیج است و این پیچ و خمها یک نشانهٔ امواج اتمسفریک رزبای هستند. جت استریمهای اصلی و بزرگ بادهای غربی هستند (جریان غرب به شرق). در طی تابستان نیمکره شمالی، جت استریمهای شرقی می‌توانند در نواحی استوایی و گرمسیر تشکیل شوند،

عموماً در نواحی که هوای خشک با هوای با رطوبت بالا در ارتفاع بالای جو مواجه می شود. متخصصین هواشناسی با استفاده از محل جت استریمها بعنوان یک ابزار کمکی در جهت پیش بینی هوا اقدام میکنند. مهمترین استفاده تجاری از جت استریمها در مسافرتهای هوایی میباشد. چنانچه با پرواز در جهت مخالف یا موافق جریان یک جت استریم، بطور چشمگیری شاهد تاثیر آن بر زمان پرواز خواهیم بود. یک نوع از اغتشاشات هوا در مجاورت جت استریمها یافت می‌شود که میتواند خطری برای هواپیماها باشد. یک استفاده مفید جهت آیندگان که بعنوان یک طرح می‌باشد اینستکه میتوان از جت استریم با قرار دادن یک توربین بادی معلق “ Airborne Wind Turbine “ در آن، انرژی بسیاری دریافت نماییم.

جت استریم را می‌توان یک تونل باد پر سرعت در ارتفاعات بالا دانست. این رخداد معمولاً در ارتفاعات حدود ۱۱ هزار متر بالای سطح زمین دیده می‌شود.در زمان جنگ جهاني دوم ژاپنیها با استفاده از این پدیده به آمریکا حمله نمودند. آنها با محاسبات دقیق بالنهایی را که پر از بمب بودند تا ارتفاع ۱۵۰۰۰ متری بالا می‌فرستادند و این کانال باد آنها را تا آمریکا حمل می‌کرد، زیرا تا آن زمان هنوز هیچ هواپیمایی توان پرواز تا آمریکا را نداشت.

سنجش از دور

سنجش از دور عبارت است از تشخیص و جمع‌آوری داده از فاصله دور. این تعریف محدوده بسیار وسیعی دارد اما آنچه که امروزه به عنوان سنجش از دور از آن یاد می‌شود، داده‌هایی هستند که از طریق انواع وسایل پرنده از اشیاء، پدیده‌ها و عوارض، ثبت و ارسال شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد. لذا با این مفهوم، سنجش از دور با اختراع هواپیما متولد شد و دستیابی بشر به فضا نیز این علم را دچار یک جهش بسیار بزرگ کرد. انقلاب دیجیتال و تحول در افزایش کارآیی انواع سنجنده‌ها نیز جهش بزرگ دیگری بود که در دو دهه اخیر این حوزه را متحول کرد. امروزه سنجش از دور با صنعت فضایی گره خورده است.

مقدمه

سنجش از دور يعنی تشخيص و جمع‌آوری داده از فاصله دور و عمدتاً به عنوان فناوري و علمي تعريف مي‌شود که به وسيله آن مي‌توان بدون تماس مستقيم، مشخصه‌هاي (مکاني، طيفي، زماني) يک شيء يا پديده را تعيين، اندازه‌گيري و يا تجزيه و تحليل نمود.

با نداشتن تماس مستقيم، بايد روشي براي انتقال اطلاعات از طريق فضا مورد استفاده قرار گيرد. براي اين منظور، واسطه هاي مختلفي مانند ميدان جاذبه، ميدان مغناطيسي، امواج صوتي و انرژي الکترومغناطيسي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. با اين وجود، فناوري رايج در سنجش از دور، استفاده از امواج الکترومغناطيس است. 

در حالت کلي، تعريف فوق دامنه وسيعي از کاربردها نظير مشاهدات زميني، تصويربرداري پزشکي از طريق مافوق صوت، تصويربرداري تشديد مغناطيسي (MRI)، توموگرافي گسيل پوزيترون (PET) و تصويربرداري صنعتي را شامل مي‌شود. در مفهوم مدرن، اين اصطلاح عموماً به کاربرد فناوري‌هاي سنجنده‌های تصويربردار نصب‌شده بر روي هواپيماها و فضاپيماها گفته می شود که از زمينه هاي ديگر مرتبط با تصويربرداري مانند تصويربرداري پزشکي جداست.

 سنجش از دور اين امکان را فراهم مي‌کند که از مناطق غيرقابل دسترس و خطرناک اطلاعات جمع‌آوري شود. نمونه‌هايی از کاربرد هاي سنجش از دور شامل پايش جنگل‌زدايي، بررسي تاثير تغيير اقليم بر روي يخچال‌ها در مناطق قطبي، تعيين عمق بدنه‌هاي آبي و جمع‌آوري اطلاعات نظامي از مناطق پرخطر مرزي است. همچنين سنجش از دور مي‌تواند جايگزين روش‌هاي پرهزينه جمع‌آوري اطلاعات ميداني شود.

 

 

تاريخچه سنجش از دور

جهان
نقطه آغاز علم سنجش از دور مدرن را مي‌توان از زمان توسعه پرواز دانست. در سال 1858، اولين عكس‌ هوايي توسط گاسپار فيليکس تورناکون از فراز شهر پاريس به‌وسيله يك بالن تهيه شد. در واقع، توسعه صنعت هواپيمايي نقطه عطفي در تاريخ سنجش از دور به‌حساب مي‌آيد.

در سال 1908، ويلبر رايت اولين هواپيماي عكاس را رهبري نمود كه شخص ديگري در آن به تهيه عكس‌هاي هوايي مي‌پرداخت. در سال‌هاي آخر جنگ جهاني اول، عكس‌هاي هوايي به صورت گسترده‌اي براي اهداف شناسايي به‌كار گرفته شدند. اما جنگ جهاني دوم، دوره جديدي براي عكس‌برداري‌هاي هوايي به همراه داشت. در اين زمان بود كه پيشرفت‌هاي مهمي در صنعت عكس‌برداري حاصل و استفاده از فيلم‌هاي حساس مادون قرمز رايج شد.

با اين وجود، بزرگ‌ترين تحول و جهش در فناوري سنجش از دور، با توسعه فناوري فضايي در اواخر دهه 50 ميلادي رخ داد. ماهواره‌ها بستري را فراهم مي‌كردند تا حسگرها بتوانند از بالاترين ارتفاع ممكن، با تسلط كامل بر سياره زمين و در موقعيت‌هاي متوالي، به تهيه و ارسال داده‌ها بپردازند. از آن پس، ماهواره‌ها با داشتن مزايايي چون ماموريت بلندمدت و پوشش جهاني به عنوان سکوي متداول حامل سنجنده‌ها مورد استفاده قرار گرفتند.

امروزه فناوري سنجش از دور گسترش بسيار زيادي يافته است. سنجش از دور علاوه بر جايگاه علمي ويژه خود به عنوان ابزاري در دست دانشمندان علوم مختلف، به عنوان يک تجارت گسترده نيز مطرح است و کشورهاي بسياري وارد اين حوزه شده‌اند. نقطه كليدي توسعه اين فناوري، پيشرفت در ساخت انواع سنجنده‌ها و توسعه علم پردازش داده‌ها است. در جهان امروز، نقشه‌برداري، هواشناسي، اقيانوس‌شناسي، زمين‌شناسي و بسياري از حوزه‌هاي مشابه كاملاً وابسته به دانش سنجش از دور هستند.

در آغاز قرن بيست و يكم و با پيشرفت بي‌سابقه و سريع در حوزه ارتباطات ديجيتالي، سنجش از دور حتي به خانه‌هاي مردم عادي نيز وارد شده است. مردم امروزه مي‌توانند با استفاده از برخي خدمات اينترنتي، تصاوير ماهواره‌اي موردنظر خود را بر روي رايانه شخصي خود دريافت كنند. حتي امكان ديدن تصاويري از وضعيت خورشيد و سيارات منظومه شمسي نيز براي عموم وجود دارد. شايد اين پيشرفت را بتوان نشانه‌اي از يك جهش در فناوري سنجش از دور دانست.

 

ايران
سابقه تهيه عکس‌هاي هوايي سراسري از ايران به دهه 40 بازمي‌گردد. در كشور ما اولين فعاليت متمركز براي وارد شدن در حوزه سنجش از دور ماهواره‌اي در سال 1353 به دنبال پرتاب اولين ماهواره منابع زميني با تاسيس دفتر جمع‌آوري اطلاعات ماهواره‌اي در سازمان برنامه و بودجه وقت صورت گرفت که پس از مدتي دفتر مذکور به مرکز سنجش از دور تغييرنام داد. اين مجموعه، در سال 1356، در قالب طرح استفاده از ماهواره، اقدام به خريد و نصب يک ايستگاه گيرنده تصاوير ماهواره‌اي در ماهدشت کرج نمود. 

در سال 1371، طبق ماده واحده مصوب مجلس شوراي اسلامي، مرکز سنجش از دور ايران در قالب يک شرکت دولتي به وزارت پست و تلگراف و تلفن سابق واگذار شد. متعاقباً در سال 1382، به منظور انجام مصوبات شوراي عالي فضايي کشور، تمامي فعاليت‌هاي حاکميتي مرکز سنجش از دور ايران به سازمان فضايي ايران محول شد.

فرآيند سنجش از دور

فرآيند سنجش از دور از هفت مولفه تشکيل شده است:

-منبع انرژي يا روشنايي: اولين لازمه سنجش از دور، يک منبع انرژي است که عمل روشن‌سازي يا تهيه انرژي الکترومغناطيس بر روي هدف تحت مطالعه را به عهده داشته باشد.

-تابش و اتمسفر: در هنگام عزيمت انرژي از منبع به هدف، انرژي با اتمسفري که از آن عبور مي‌کند، تعامل دارد. اين پديده ممکن است بار دومي نيز هنگامي که انرژي از هدف به سنجنده عزيمت مي‌کند، اتفاق بيافتد.

-تعامل با هدف: بعد از رسيدن انرژي به هدف، با توجه به خصوصيات انرژي و هدف، تعامل صورت مي‌گيرد.

-ثبت انرژي به وسيله حسگر: بعد از اينکه انرژي توسط هدف پراکنده يا از آن ساطع شد، سنجنده دوردستي تشعشع الکترومغناطيس حاوي اطلاعات سطح را جمع‌آوري و ضبط مي‌کند.

- انتقال، دريافت و پردازش: انرژي ضبط‌شده توسط سنجنده به شکل الکترونيکي به يک ايستگاه دريافت و پردازش براي بازسازي تصوير اخذشده انتقال مي‌يابد.

-تفسير و تحليل: تصوير به صورت بصري و يا رقومي تفسير شده و اطلاعات لازم درباره هدف استخراج مي‌شوند.

-کاربرد: جزء پاياني فرآيند سنجش از دور عبارتست از استفاده از اطلاعات استخراج شده براي درک بهتر، کشف اطلاعات جديدتر و يا کمک به حل يک مساله خاص.

 

 

تابش الکترومغناطيس

تابش الکترومغناطيس، حاملي از انرژي الکترومغناطيس است که نوسان ميدان الکترومغناطيس را در فضا يا ماده انتقال مي‌دهد. تابش الکترومغناطيس داراي هر دو ويژگي حرکت موجي و ذره‌اي است.  از نقطه‌نظر موجي، تابش الکترومغناطيس را مي‌توان به عنوان يک موج عرضي حاصل از يک ميدان الکتريکي و يک ميدان مغناطيسي در نظر گرفت که به طور عمود بر هم ارتعاش مي‌کنند. 

تابش الکترومغناطيس در خلاء با سرعت نور و در جو با سرعتي كمتر حرکت مي‌کند. تابش الکترومغناطيس را در تئوري ذره‌اي مي توان به صورت فوتون يا کوانتوم به حساب آورد.

 

تابش الکترومغناطيس داراي چهار مشخصه فرکانس، راستاي انتقال، دامنه و صفحه پلاريزاسيون است که هر کدام حاوي محتواي اطلاعاتي متفاوتي است و در سنجش از دور اهميت زيادي دارند.

 

تابش الکترومغناطيس به صورت مجموعه پيوسته‌اي از طول موج‌ها و فرکانس‌ها از طول موج کوتاه امواج کيهاني تا طول موج بلند امواج راديويي انجام مي‌گيرد که مي‌توان بر اساس فرکانس يا طول موج، طيف الکترومغناطيس را تعريف کرد. 

محدوده‌هاي طول موج داراي نام‌هاي مختلفي هستند که از اشعه گاما، اشعه X ، ماوراي بنفش، نور مرئي، مادون قرمز، امواج راديويي به‌ترتيب از طول موج کوتاه به بلند تشکيل می‌شوند

 

تمامي اين طيف قابل استفاده در سنجش از دور نيست. طول موج‌هايي که در سنجش از دور بيش از همه مورد توجه هستند، طول موج‌هاي مربوط به تابش مرئي، مادون قرمز و مايکروويو هستند.

 

 

انواع سنجش از دور

براساس نوع منبع انرژي مورد استفاده، سنجش از دور به دو دسته سنجش از دور فعال و سنجش از دور غيرفعال تقسيم مي‌شود.

سنجش از دور غيرفعال هنگامي مطرح مي‌شود که يک منبع طبيعي انرژي که عمدتاً خورشيد است، مورد استفاده قرار گيرند.

سنجنده‌های فعال، امواجی را از خود توليد می‌کنند و با تاباندن آن به سمت هدف مورد‌نظر و دريافت بازتابش حاصل از آن، به هندسه يا ويژگی‌های هدف پی می‌برند. انواع سنجنده‌های راداری يا ليزری نمونه بارز اين نوع هستند.

 

با توجه به محدوده‌هاي انرژي الکترومغناطيس به کار رفته و خصوصيات آنها در محدوده‌هاي طيفي نوری، حرارتي و مايکروويو، سنجش از دور نوری، سنجش از دور حرارتي و سنجش از دور مايکروويو مطرح مي‌شوند. سنجش از دور اشعه ايکس و گاما در مقياس محدودتري مطرح هستند.

 

سکوها ، سنجنده‌ها و سامانه‌هاي دريافت و پردازش

سکوها وظيفه حمل سنجنده و ساير قسمت‌هاي ماهواره را بر عهده دارند. ماهواره و هواپيما دو نمونه متداول سکو ها هستند. سکوها در دو مدار خورشيدآهنگ و زمين‌آهنگ مورد استفاده قرار مي‌گيرند. انتخاب مدار سکو با توجه به هدف طراحي‌شده براي ماموريت انجام مي‌شود. 

ماهواره‌های سنجش از دور عمدتاً در مدارهای خورشيدآهنگ قرار می‌گيرند تا زاويه بازتابش نور خورشيد در نقاط مختلف زمين در تناوب‌های مختلف چرخش ماهواره ثابت باشد و از بالای هدف در زمان ثابتی عبور کنند.

مدارهای زمين‌آهنگ برای کاربردهايی که به اطلاعات همزمان با توان تفکيک زمانی بالا مانند هواشناسی، نياز است، مورد استفاده قرار می‌گيرند.

 

سنجنده‌هاي نصب‌شده بر روي سکو ها، جمع‌آوري اطلاعات بازتابي از پديده‌ها را برعهده دارند.

سنجنده‌ها به طور کلي، به دو دسته سامانه‌هاي اسکن‌کننده و غيراسکن‌کننده تقسيم مي‌شوند که هرکدام ممكن است از دو دسته تصويربردار و يا غيرتصويربردار باشند. در سنجش از دور عمدتاً سنجنده‌هاي گروه تصويربردار که خروجي تصوير تهيه مي‌کنند، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. سنجنده‌هاي غيرتصويربردار براي تهيه پروفايل به كار گرفته مي‌شوند.

داده‌هايي كه از طريق سنجنده‌ها به‌دست مي‌آيند، بايد ذخيره و دريافت شده و مورد پردازش قرار گيرند تا به اطلاعات مفيد و قابل استفاده تبديل شوند. ارسال داده از بستر به گيرنده‌هاي زميني ممكن است بلادرنگ يا همراه با تاخير باشد كه هر يك كاربرد خاص خود را دارد.

 

 

توان تفکيک

توان تفکيک به عنوان شاخصي که معرف دقت سنجنده در اخذ جزئيات بيشتر است، تعريف مي‌شود. ماهواره‌ها و سنجنده‌ها با چهار نوع توان تفکيک شناخته مي‌شوند. توان تفکيک مکاني مربوط به توان آشکارسازهاي سنجنده در ارائه ابعاد پيکسل‌هاي خروجي کوچک‌تر است. توان تفکيک طيفي نشان دهنده تعداد و خصوصيات باندهايي است که سنجنده در آنها به تهيه تصوير مي‌پردازد. 

توان تفکيک زماني به مدت زماني اطلاق می‌شود که يک منطقه مجدداً تصويربرداري شود و به طور مستقيم به مدار سکو مرتبط است. قدرت تفکيک راديومتريک نيز به تعداد بيت‌هاي حافظه اختصاص داده‌شده براي ذخيره‌سازي اطلاعات يک پيکسل اطلاق مي‌شود.

 

 پردازش داده‌هاي سنجش از دور

 

تجزيه و تحليل تصاوير سنجش از دور از طريق متدها و تکنيک‌هاي پردازش تصوير شامل پردازش تصوير آنالوگ و پردازش تصوير رقومي صورت مي‌گيرد.

پردازش تصوير آنالوگ يا بصري بر روي کپي‌هاي سخت مانند عکس‌هاي هوايي اعمال مي‌شود. در تجزيه تحليل تصاوير از عناصر تفسير مانند شکل، سايز، بافت، همراهي، تن، رنگ، پارالاکس، الگو، ارتفاع، سايه، مکان استفاده مي‌شود.

پردازش تصوير رقومي مجموعه‌اي از تکنيک‌هايي است که براي دستکاري تصاوير با رايانه استفاده مي‌شود و عمدتاً شامل مراحل زير است:

پيش‌پردازش: مراحلي را که براي رفع نقايص و خطاهاي تصاوير خام دريافت‌شده از سنجنده‌ها با هدف تصحيح يا جبران خطاهاي سيستماتيک صورت مي‌گيرد را شامل مي‌شود. اين مرحله شامل تصحيحات هندسي، راديومتريک و اتمسفري است.

نمايش و بارزسازي تصوير به عمليات لازم براي ارتقاي کيفي تصاوير به سطحي بهتر و قابل درک به منظور استفاده از توانايي هاي تحليل چشم انسان اطلاق مي‌شود. 

استخراج اطلاعات آخرين مرحله در به‌دست آوردن خروجي نهايي فرايند مزبور است. بعد از دو مرحله پيشين، تصاوير با استفاده از روش‌هاي کمّي تجزيه و تحليل مي‌شوند تا هر پيکسل به کلاس خاصي اختصاص داده شود. فرايند طبقه‌بندي، به دو صورت نظارت‌شده و نظارت‌نشده صورت مي‌گيرد. بعد از تکميل طبقه‌بندي ارزيابي، صحت طبقه‌بندي با مقايسه نمونه هايي از تصوير با حقايق زميني انجام مي شود. 

نتايج پاياني اين فرايند به تصاوير، نقشه ها، داده‌ها و گزارش‌هايي ختم مي‌شود که ارائه‌دهنده اطلاعاتي در خصوص منابع داده‌، روش‌هاي تحليل، خروجي و قابليت اطمينان به آن است.

نرم‌افزارهاي سنجش از دور

به نظر مي‌رسد که جدي‌ترين نرم‌افزار رايگان سنجش از دور، نرم افزار Chips باشد. با اين وجود اين نرم‌افزار، ديگر توسعه داده نمي‌شود و آخرين نسخه آن، 7/4 براي ويندوز است. تعداد زيادي از نرم‌افزارهاي سنجش از دور به صورت منبع باز براي تجزيه و تحليل داده‌هاي سنجش از دور چندطيفي و اَبَرطيفي از APIهاي قابل برنامه‌نويسي تا نرم‌افزارهاي کامل مانند GRASS موجود است. نرم‌افزار آموزشي DIPS نيز به آموزش مفاهيم پردازش تصوير در يک محيط شبيه‌سازي‌شده مي‌پردازد.

 

نرم‌افزارهاي تجاري سنجش از دور توسط شركت‌هاي متعددي تهيه و توزيع مي‌شوند که محصول هر کدام، نقاط ضعف و قوت خاص خود را دارد. از اين ميان، مي‌توان به نرم‌افزارهاي تخصصي سنجش از دور ENVI، PCI Geomatica ، ERDAS، ERMapper، Idrisi و Ilwis  اشاره کرد.  

 

كاربردهاي سنجش از دور

اگر از كاربرد قديمي سنجش از دور در حوزه شناسايي نظامي صرف‌نظر كنيم، سنتي‌ترين و معروف‌ترين كاربرد سنجش از دور در نقشه‌برداري و سامانه اطلاعات جغرافيايی (GIS) است. اصولاً اختراع هواپيما و به‌ويژه دستيابي بشر به ماهواره، دنياي نقشه‌برداري را متحول كرد. 

امروزه اين امكان وجود دارد كه دقيق‌ترين نقشه‌هاي جغرافيايي در حداقل زمان ممكن در مقياس‌هاي محلي و جهاني تهيه شده و تغييرات آن به‌طور مداوم ثبت و ضبط شوند. با پيشرفت فناوري سنجنده‌ها و پردازش داده، سنجش از دور علاوه بر نقشه‌برداري توانست دنياي هواشناسي را نيز با جهش مواجه كند. امروزه سنجش از دور طيف بسيار وسيعي از كاربردها را پيدا كرده است.

 

بررسي و شناخت فضاي بيكران، پايش محيط زيست، اقيانوس‌شناسي، رصد و كمك به پيشگيري و مديريت بلاياي طبيعي (سيل، زلزله، سونامي و ...)، كويرزدايي، اكتشاف و استخراج منابع زيرزميني، امداد و نجات و رصد تغييرات آب و هواي جهان از ديگر زمينه‌هاي كاربردهاي سنجش از دور هستند.

 

سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS)

سيستم اطلاعات جغرافيايي(Geographic Information Systems) يا GIS يک سيستم کامپيوتري براي مديريت و تجزيه و تحليل اطلاعات مکاني بوده که قابليت جمع آوري، ذخيره، تجزيه وتحليل و نمايش اطلاعات جغرافيايي (مکاني) را دارد. داده ها دراين سيستم بر اساس موقعيتشان نشان داده مي شوند.

مقدمه:
براي اولين بار در اواسط دهه 1960 در ايالات متحده کار بر روي اولين سيستم اطلاعات جغرافيايي آغاز شد. در اين سيستم ها عکس هاي هوايي، اطلاعات کشاورزي، جنگلداري، خاک ، زمين شناسي و نقشه هاي مربوطه مورد استفاده قرار گرفتند. در دهه 1970 با پيشرفت علم و امکان دسترسي به فناوري هاي کامپيوتري و تکنولوژيهاي لازم براي کار با داده هاي مکاني، سيستم اطلاعات جغرافيايي يا (GIS)، براي فراهم آوردن قدرت تجزيه و تحليل حجم هاي بزرگ داده هاي جغرافيايي شکل گرفت. در دهه هاي اخير به سبب گسترش تکنولوژي هاي کامپيوتري،سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي امکان نگهداري به روز داده هاي زمين مرجع و نيز امکان ترکيب مجموعه داده هاي مختلف را به طور مؤثر فراهم ساخته اند. امروزه GIS براي تحقيق و بررسي هاي علمي، مديريت منابع و ذخاير و همچنين برنامه ريزي هاي توسعه اي به کار گرفته مي شود.

 

GIS چيست؟

سيستم اطلاعات جغرافيايي(Geographic Information Systems) يا GIS يک سيستم کامپيوتري براي مديريت و تجزيه و تحليل اطلاعات مکاني بوده که قابليت جمع آوري، ذخيره، تجزيه وتحليل و نمايش اطلاعات جغرافيايي (مکاني) را دارد. داده هادريک (GIS) بر اساس موقعيتشان نشان داده مي شوند.

تکنولوژي GIS با جمع آوري و تلفيق اطلاعات پايگاه داده هاي معمولي، به وسيله تصوير سازي و استفاده از آناليز هاي جغرافيايي، اطلاعاتي را براي تهيه نقشه ها فراهم مي سازد. اين اطلاعات به منظور واضح تر جلوه دادن رويدادها ، پيش بيني نتايج و تهيه نقشه ها به کار گرفته مي شوند.

دريک سيستم اطلاعات جغرافيايي واژه جغرافيايي يا(Geographic) عبارت است از موقعيت موضوع هاي داده ها، برحسب مختصات جغرافيايي (طول و عرض).

واژه (Information) يا اطلاعات نشان مي دهد که داده ها در GIS براي ارائه دانسته هاي مفيد، نه تنها به صورت نقشه ها و تصاوير رنگي بلکه بصورت گرافيک هاي آماري، جداول و پاسخ هاي نمايشي متنوعي به منظور جستجوهاي عملي سازماندهي مي شوند.

واژه(System) يا سيستم نيز نشان دهنده اين است که GIS از چندين قسمت متصل و وابسته به يکديگر براي کارکرد هاي گوناگون، ساخته شده است. 

 

مؤلفه هاي GIS:

يک سيستم GIS شامل يک بسته کامپيوتري (شامل سخت افزار و نرم افزار) از برنامه هاي رايانه اي با يک واسطه کاربر مي باشد که دست يابي به عمليات واهداف ويژه اي را فراهم مي سازد.

مؤلفه هاي چنين سيستمي به ترتيب عبارتند از: کاربران، سخت افزارها، نرم افزارها، اطلاعات و روش ها.

مولفه هاي يک سيستم اطلاعات جغرافيايي مؤلفه هاي چنين سيستمي به ترتيب عبارتند از: 

 1)کاربران (User): مهارت در انتخاب و استفاده از ابزارها دريک سيستم اطلاعات جغرافيايي وشناخت کافي از اطلاعاتي که استفاده مي شوند، يکي از موارد اساسي براي موفقيت در استفاده از تکنولوژي GIS است، که اين از وظايف يک کاربر مي باشد.

2)سخت افزارها (Software): امروزه شبکه هاي GIS شامل تعدادي workstation, x-station، کامپيوترهاي شخصي، چاپگرها و پلاترها مي باشد که معرف مؤلفه سخت افزاريک سيستم اطلاعات جغرافيايي مي باشند.

 3)نرم افزارها (Hardware): به منظور استفاده بهتر از يک سيستم اطلاعات جغرافيايي، استفاده از نرم افزارهاي به روز و توانمند توصيه مي شود.

4)اطلاعات (Data): قلب هر GIS پايگاههاي اطلاعاتي آن است. در اين پايگاهها به پرسش هايي از قبيل چه شکلي است؟ کجاست؟ و چگونه به ديگر اشکال مرتبط مي شود، داده مي شود.

 5)روش ها (Methods): شيوه هاي صحيح به کارگيري اطلاعات درجهت رسيدن به اهداف ويژه دريک سيستم اطلاعات جغرافيايي از مهمترين مؤلفه هاي آن است. 

 

مدلهاي داده هاي مکاني:

سيستم اطلاعات جغرافيايي وکامپيوترها را نمي توان به طور مستقيم براي جهان واقعي به کار برد، زيرا کامپيوترها ي ديجيتالي براساس اعداد يا کاراکترهايي که در درون خود به صورت اعداد دو رقمي نگهداري مي کنند، عمل مي نمايند. بنابراين پديده هاي مورد نظردر جهان واقعي در يک سيستم کامپيوتري، بايد به شکل نمادين عرضه شوند. پس ابتدا بايد مرحله جمع آوري داده ها انجام گيرد و سپس فرايند فشرده سازي گستره زمين شناسي، ساختار، خواص ژئو فيزيکي يا هر ويژگي ديگري از سطح زمين که اطلاعات آن گردآوري شده بود، به شکل قابل دستيابي در کامپيوتر با استفاده از مدلهاي نمادين صورت گيرد. هر نقشه زمين شناسي يک مدل نمادين است زيرا گستره ساده شده قسمتي از جهان واقعي است که از زاويه ديد زمين شناس صحرايي مشاهده شده است.

مولفه هاي مدل گفته شده عوارض مکاني هستند که به تقريب همان موجوديتهاي مستقل جهان واقعي هستند که بر روي نقشه توسط نمادهاي گرافيکي عرضه مي شوند. تمام مدلهاي داده هاي مکاني از عوارض مکاني جداگانه نظير نقاط، خطوط، نواحي، حجم ها و سطوح تشکيل مي شوند، اين عوارض مکاني توسط خصوصياتي که هم مکاني وهم غير مکاني هستند، مشخص ميگردند. ( توصيف رقومي عوارض و خصوصيات آنها مجموعه هاي داده هاي مکاني راشامل مي شود) 

ورودي و خروجي داده ها: براي اينکه يک سيستم اطلاعات جغرافيايي مفيد واقع گردد، بايد قادر به دريافت و توليد اطلاعات به صورت موثر باشد.

توابع ورودي و خروجي داده ها، مفاهيمي هستند که توسط آنها يک GIS با جهان خارج ارتباط برقرار مي کند.

-ورودي داده ها عبارتند از روند کد گذاري داده ها به يک شکل خوانا توسط کامپيوتر و قرار دادن داده ها در پايگاه اطلاعاتي GIS. داده هايي که در سيستم اطلاعات جغرافيايي مي توانند وارد شوند دو نوع هستند:

 1)داده هاي مکاني که موقعيت جغرافيايي عوارض را نشان مي دهند ( مانند نقاط يا خطوطي که عوارض جغرافيايي مانند خيابان، درياچه و غيره را نشان مي دهند). 

 2)داده هاي توصيفي غير مکاني که به توصيف خصوصيات عوارض مي پردازند،مثل شوري آب يک درياچه و يا اطلاعاتي مانند اسم يک خيابان.

ورود داده ها به يک سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS) مي تواند به اشکال، ثبت توسط صفحه کليد، هندسه مختصات، رقومي کردن دستي، اسکن کردن و وارد کردن فايل هاي رقومي موجود، صورت گيرد. 

خروجي داده ها روندي است که توسط آن اطلاعات حاصل از GIS به يک شکل مناسب جهت استفاده کاربر ارائه مي شود. داده ها به يکي از سه فرمت زير خارج مي شوند:

 1) Hard copy (نمايش دائمي، مثل اطلاعات روي کاغذ، فيلم عکاسي و موارد مشابه)

 2) Soft copy (نمايش روي صفحه نمايش کامپيوتري )

 3) Electronic (خروجي در فرمت الکترونيکي شامل فايل هاي کامپيوتري مي باشد) 

 

مراحل ايجاد و برپاييGIS درقالب پروژه:

ايجاد و برپاييGIS درقالب يک پروژه شامل مراحل ورودي داده ها، مديريت داده ها، تجزيه و تحليل و پردازش داده ها ودرنهايت خروجي داده ها مي باشد.

 1) ورودي داده ها (Data Input) مؤلفه ورودي داده ها، آنها را از شکل موجودشان به شکلي يا صورتي قابل استفاده در GIS تبديل مي کند. در اين مرحله داده هاي زمين مرجع که به صورت نقشه هاي کاغذي، جداولي از اطلاعات توصيفي، فايل هاي الکترونيک و اطلاعات توصيفي مروبط به آنها، عکس هاي هوايي ويا تصاوير ماهواره اي مي باشند، طبق استانداردهاي مورد نظر، براي دقت خروجي هايي که قرار است تهيه گردند، مورد ارزيابي قرار مي گيرند.

 2) مديريت داده ها(Data Management) اين مرحله شامل توابعي براي ذخيره، نگهداري و بازيابي اطلاعات موجود در پايگاه داده ها مي باشد. 

 3)تجزيه و تحليل و پردازش داده ها(Data Manipulation & Analysis) شامل مجموعه فعاليتهايي مي شود که توسط نرم افزارها، سخت افزارها وکاربر، برروي داده ها به منظور آماده سازي و پردازش آنها براي مراحل بعد صورت مي گيرد.

 4) خروجي داده ها(Data Output) توابع خروجي مورد استفاده بر اساس نيازهاي کاربران تعيين مي شود، لذا داده هاي خروجي به اشکال مختلف از قبيل نقشه، جداول، يا به صورت نوشتارهاي کاغذي (hard copy) ويا به صورت رقومي (soft copy) ارائه مي گردند 

  

اهداف يک سيستم اطلاعات جغرافيايي:

هدف نهايي يک سيستم اطلاعات جغرافيايي يا GIS، پشتيباني جهت تصميم گيري هاي پايه گذاري شده بر اساس داده هاي مکاني مي باشد و عملکرد اساسي آن بدست آوردن اطلاعاتي است که از ترکيب لايه هاي متفاوت داده ها با روشهاي مختلف و با ديد گاه هاي گوناگون بدست مي آيند. 

هدف فوق از طريق فعاليتهايي که برروي داده هاي مکاني انجام ميگرد، صورت مي پذيرد، اين فعاليت ها عبارتند از:

 1) جستجو(Search) : عبارت است از عملکرد جستجوي مجموعه هايي از داده هاي سازمان يافته از پايگاه داده هاي يک سيستم اطلاعات جغرافيايي.

2) سازماندهي (Organization) : دراين سيستم ها ويژگي اصلي براي سازماندهي داده هاي موجود، موقعيت مکاني آنها مي باشد.

 3) تجسم يابه تصوير درآوردن (Monitoring) : تکنولوژيGIS از توانمنديهاي گرافيکي رايانه ها، براي تجسم استفاده مي نمايد. نمايش اطلاعات به طور معمول با استفاده از صفحه نمايش ويديويي انجام مي شود. اما ساير دستگاههاي خروجي نظير چاپگرهاي رنگي نيز براي نمايش نسخه هاي چاپي استفاده مي شوند.

4) ترکيب و تلفيق (Integration) : بخش ديگري از اين فعاليتها، تلفيق مجموعه داده هاي مکاني از منابع بسيارگوناگون جهت نمايش، درک و تفسير پديده هاي مکاني مي باشد (اين پديده ها هنگامي که داده هاي مکاني به صورت مجزا بکار گرفته مي شوند، قابل رويت نيستند). 

 5) تجزيه وتحليل (Analyses) : تجزيه وتحليل، فرايند استنباط و دريافت مفهوم داده هاست و به معني تجزيه وتحليل داده هاي مکاني مي باشد.

 6) پيش بيني (Prediction) : هدف از مطالعه وبررسي ها برروي داده هاي مکاني در يک سيستم اطلاعات جغرافيايي، به طور معمول پيش بيني است.

درحقيقت يک سيستم اطلاعات جغرافيايي يا GIS ، توانمندي هاي کاري را براي جمع آوري، ورود، پردازش، تغييرشکل، به تصوير در آوردن،ترکيب، جستجو، تجزيه و تحليل، مدل سازي و خروجي کليه داده هاي مکاني براساس اهداف مورد نظر فراهم مي سازد. 

 

کاربردهاي مختلف GIS:

 امروزه با توجه به پيشرفت علوم و سيستم هاي کامپيوتري فناوري GIS در زمينه هاي زمين شناسي، مطالعات زيست محيطي، منابع آب و آبخيزداري، کشاورزي، جنگلداري، تعليم و تربيت، کاربردهاي شهري، تجارت، صنعت، سازمانها و ... کاربرد فراواني پيدا نموده است.

برخي ازاين کاربردها عبارتند از:

زمين شناسي: تجزيه و تحليل اطلاعات زمين شناسي در يک منطقه چه به منظور اکتشافات معدني، نفت و چه ساير اهداف، اصولا يک فرايند ترکيبي از داده هاي مختلف مي باشد. يک زمين شناس با مرتبط کردن داده هاي گوناگون زمين شناسي، به دنبال يافتن ساختارهاي مفيد زمين شناسي در يک ناحيه است، از اينرو تمام داده هاي زمين شناسي براي اين که بتوانند مفيد واقع شوند بايد با توجه به موقعيت جغرافيايي شان تجزيه تحليل شوند.

تهيه نقشه زمين شناسي ايران بااستفاده ازسيستم اطلاعات جغرافيايي GIS با فراهم کردن امکانات نمايش و تجزيه وتحليل داده هاي مختلف با يکديگر ، يک زمين شناس را قادر به انجام کار با داده هاي گوناگون بطور بسيار وسيع تر و دقيق تر مي نمايد، به طريقي که با روشهاي آنالوگ وسنتي تقريباً غير ممکن مي باشند.

بطور کلي کاربردهاي GIS در زمين شناسي را مي توان به شرح زير عنوان نمود:

تهيه نقشه هاي پتانسيل معدني: که هدف تلفيق اطلاعات حاصل از لايه هاي اطلاعاتي] زمين شناسي، ژئوشيمي،ژئوفيزيک، دورسنجي وزمين شناسي اقتصادي (پراکندگي کانسارها و انديس هاي معدني منطقه)[ در جهت تهيه نقشه اي مي باشد که معرف مناطقي با بيشترين احتمال جهت کاني سازي، بر اساس مدل متالوژي منطقه است. 

تهيه نقشه هاي حوادث و بلاياي طبيعي: که به پايداري شيبها، زمين لغزه ها، منطقه بندي خسارت زمين لرزه، فورانهاي آتشفشاني، خسارات ناشي از طغيان رودخانه ها و تسونا مي ها، فرسايش محلي، خطرات آلودگي ناشي از فعاليت معدني يا صنعتي و گرم شدن کره زمين و ... مي پردازند.

نقشه هاي مکان يابي (Siteselection) که انتخاب محل هاي مناسب جهت اجراي پروژه هاي مهندسي نظير دفن مواد زائد، خط لوله، جاده ومسير راه آهن، سدها و گسترش و توسعه ساختمان سازي ميباشد. 

فراوري هاي متنوع زمين شناسي جهت ارزيابي منابعي مانند آب، ماسه وگراول، سنگ ساختماني، نفت خام، گاز طبيعي، زغال سنگ، انرژي زمين گرمايي در کنار کانيهاي فلزي. تحقيقات اکتشافي در زمينه شناسايي روابط متقابل مکاني ميان مجموعه داده ها در طول دوره تحقيق زمين شناسي، مانند درک علائم ژئوشيميايي وژئوفيزيکي منطقه اي گرانيت هاي نوع S وI ويا ارزيابي علائم حاصل از تصاوير ماهواره اي در ارتباط با ليتولوژي و پوشش گياهي. 

محيط زيست:بررسي ميزان آلودگي آب، خاک، هوا و.... و در نهايت تهيه نقشه هايي جهت حفاظت از محيط زيست.

منابع آب و آبخيزداري: کشف منابع آبي زير زميني و بررسي آبهاي سطحي  کشاورزي و برنامه ريزي براي کاربري اراضي

بسياري از سازمانهاي مربوط به کشاورزي و کاربري اراضي، هم اکنون از تکنيک هاي GIS بهره مي گيرند. به عنوان نمونه، داده هاي مربوط به کاربري اراضي و هواشناسي حاصل از ماهواره ها، اندازه گيري هاي زميني و اطلاعات مربوط به محصول سال قبل، همه با هم براي پيش بيني ميزان يک يا چند نوع محصول دريک منطقه مي توانند تجزيه و تحليل شوند. 

جنگلداري و مديريت حيات وحش:به وسيله يک سيستم اطلاعات جغرافيايي نقشه جنگل ها مي توانند دائماً وبطور پيوسته به روز شوند. همچنين GIS مي تواند براي ذخيره و تجزيه و تحليل اطلاعات جنگل از قبيل محاسبه مقدار چوب قابل برداشت از يک منطقه، بررسي چگونگي توزيع آتش سوزي در جنگل و يا ارزيابي برنامه هاي مختلف برداشت چوب، بکار رود، در حالي که انجام بسياري از اين تجزيه و تحليل ها بدون بکار گيري GIS امکان پذير نمي باشند.

کاربرد هاي شهري: کاربرد هاي شهري GIS عبارتند از جمع آوري، به روز در آوردن، پردازش و توزيع داده هاي مربوط به زمين هاي شهري به طور سيستماتيک، تصميم گيري هاي اقتصادي، قانوني و فعاليت هاي مختلف برنامه ريزي مانند توسعه شهر سازي و برنامه ريزي شهري در استانهاي مختلف تجارت: محلها و سيستم هاي تحويل مناسب درامورتجاري.صنعت حمل و نقل، ارتباطات و ...

کاربرد GISدر صنعت: مي تواند به عنوان نمونه،تعيين مسير ترانزيت کالا، تعيين موقعيت مناسب براي احداث جاده ها، خطوط نيرو،سيستم هاي مخابراتي و.... باشد.

سازمانها: استفاده در کليه اموراستانها به صورت محلي و استاني 

سرويسهاي اضطراري: مثل آتشنشاني و پليس

نظامي:استفاده دربرنامه ريزي هاي نظامي.

تعليم و تربيت: (تحقيق، آموزش ابزار و نظارت) 

 

مراحل برپايي و اجراي يک پروژه معدني در محيط GIS:

بيشتر طرح هاي GIS جهت تهيه نقشه هاي پتانسيل معدني مي تواند به سه مرحله اصلي تقسيم گردد:

-در نخستين مرحله، کليه داده هاي مناسب در پايگاه داده هاي GIS جمع آوري مي شوند.

-تجزيه، تحليل و تفسير داده ها: پس از ورود داده ها و آماده سازي لايه هاي اطلاعاتي، چگونگي و نحوه ايجاد نقشه هاي نشانگر و تعيين متغيرها يا پارامترهاي نشانگر، انتخاب مي گردد.

-در مرحله بعد، دسته بندي،تجزيه وتحليل و پردازش داده هابه منظور تهيه الگوهايي مناسب جهت مدل کاني سازي مربوطه، صورت مي گيرد. 

-درآخرين مرحله نيزترکيب وتلفيق شواهد بدست آمده(لايه هاي نشانگر)،به منظور پيش بيني پتانسيل معدني مورد نظر صورت خواهدگرفت.

مهمترين هدف GIS تلفيق داده هاي مکاني و ارزيابي نهايي آنها است. سيستم اطلاعات جغرافيايي امکان استفاده از روشهاي مختلف ترکيب و تفسير داده ها و به نقشه در آوردن متغيرهاي جديد را فراهم مي آورد که از آنها مي توان در تهيه نقشه هاي پتانسيل کاني سازي استفاده نمود و از نتايج بدست آمده در عمليات پي جويي و اکتشاف بهره گرفت.

تهيه نقشه هاي پتانسيل معدني طي مراحل ذيل صورت مي پذيرد: جمع آوري، طبقه بندي و ورود داده ها و تشکيل بانک اطلاعاتي لايه هاي مختلف اين مرحله شامل شناسايي منابع داده هاي مورد نظر،برداشت و جمع آوري داده ها، رقومي کردن آنها، ورود آنها به کامپيوتر، سازماندهي و تفسير ساختار و زمين مرجع کردن برخي از داده هاي اوليه است.

کوچکترين اشتباه در اين مرحله منجر به ايجاد خطا در نقشه نهايي مي شود. ترکيب و تلفيق لايه هاي اطلاعات تياز يک يا چند روش براي ترکيب لايه هاي اطلاعاتي استفاده مي شود.

انتخاب روش ترکيب و پارامترهاي آن تنها توسط سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي انجام پذير نيست بلکه کارشناس يا مسئول پروژه در اين مورد تصميم گيري مي نمايد و اين انتخاب يکي از پارامترهاي مهم در تهيه نقشه هاي پتانسيل کاني سازي است. انجام سه مرحله ذکر شده مي تواند به صورت نقشه ها و جداول در عمليات اکتشاف معدني مورد استفاده قرار گيرد که پس از تلفيق، احتمال حضور کانسار مورد نظر را در يک ناحيه معرفي مي نمايد.

 

نرم افزارها وسخت افزارهاي موجود در يک سيستم اطلاعات جفرافيايي:

برخي از نرم افزارهاي موجوددريک سيستم اطلاعات جغرافيايي عبارتنداز:

 ArcView, Arc/Info, EthernetLAN , CAT-5, Arc Tool box, Autocad map, Geomatica, ELWIS, ERmapper, Geomedia, ArcIMC, ArcCatalog, ArcSDE, Map Objects, ArcMap,… 

برخي از سخت افزارهاي موجوددريک سيستم اطلاعات جغرافيايي عبارتنداز:

 Inkjetor laser، Fiber-Obtics، Wan، Micro wave، Digitizer، T-1، Tcp-Ip، Active-X، NT، Case tools، Mojo ,… . 

 

 ادغام تکنولوژي ها:

ادغام تکنولوژي هاي GIS, GPS وRS در ايجاد سيستم هاي قدرتمند، جهت تعين زمان واقعي نقشه برداري و جمع آوري داده ها سودمند مي باشند. يک نمونه بارز از ادغام اين سه تکنولوژي، نقشه برداري متحرک است که در آن دوربين هاي ديجيتالي GPS/INS، يک سيستم کامپيوتري را تشکيل ميدهندکه با نقشه هاي الکترونيکي و وسايل ارتباطي دور برد نظير تلفنهاي همراه (که جهت پيوستن به پايگاه هاي داده اي GIS موجود در دفتر کار مورد استفاده قرار مي گيرد)، همه دريک وسيله نقليه نصب گرديده اند.

سيستم تهيه نقشه سيار، به زمين شناسان صحرايي در يک وسيله نقليه اين امکان را مي دهد، تا داده هاي مکاني مربوط به زمين را جهت ورود به پايگاه اطلاعاتي GIS ،را در يک زمان تقريباً حقيقي گردآوري نمايند.

 GIS , GPS & RS :

ژئوانفورماتيک به عنوان يک علم چند منظوره در راستاي اندازه گيري، ثبت، تحليل و ارائه داده هاي جغرافيايي تعريف شده است. اين اطلاعات زميني توسط تکنولوژي هاي GIS, GPS و RS گردآوري مي شوند. هر يک ازاين سه تکنولوژي و يا دو نوع از آن در ترکيب با ديگري تکنولوژي جديد 3S) 3systsms)را ايجاد مي نمايد.

سنجش از دور(Remote Sensing) يا RS، تصاويري از محيط و منابع طبيعي را به صورت چند طيفي با قدرت تفکيک گوناگون در زمان هاي مختلف تهيه مي نمايد.

سيستم موقعيت يابي جهاني ( Global Position System) يا GPS و نيز سيستم ناوبري خودکار ( Inertial Navigation System ) يا INS توسط نقاط کنترل زميني و فتو گرامتري، سنجنده هاي بکاربرده شده در سنجش از دور را تقويت مي سازند

 سيستم اطلاعاتي جغرافيايي (Geographical Information System)يا GIS، دستيابي به داده ها و اطلاعاتي که از بانکها و پايگاه هاي داده هاي مکاني زمين با بکارگيري ابزارهاي مدرن، ايجاد شده را امکان پذير مي سازد.

 

ترکيب تصاوير ماهواره اي و GIS:

با ترکيب تصاوير ماهواره اي با قدرت تفکيک بالا و GIS ، نقشه هايي با مقياس بزرگتر (1000: 1 و 2400: 1 ) را مي توان تهيه نمود.

سيستم اطلاعات جغرافيايي در راستاي مديريت منابع طبيعي با استفاده از سنجش از دور مي تواند در زمينه هاي زير مورد استفاده قرار گيرد :

-آناليز حوادث طبيعي، شامل فرسايش خاک، سيلاب، خشکسالي وساير حوادث طبيعي ديگر.

-مديريت آبخيزداري. 

-مطالعه کاربردي زمين در توسعه کشاورزي. 

-پيش بيني ميزان محصولات نسبت به وسعت زمين. 

ترکيب فتوگرامتري رقومي و GIS :

فتو گرامتري رقومي تنها بخشي از يک سيستم سنجش از دور است در حالي که سنجش از دور خود تکنيک تفسير و استخراج اطلاعات از تصاوير مي باشد.

ترکيب GIS و GPS:

بخش چشم گيري از عمليات صحرايي جهت توليد عکس نقشه (Photomap) و تصاوير ماهواره اي همراه با يادداشت هاي حاشيه اي (اطلاعات فيلد) در تحقيقات زيست محيطي، نقشه برداري زمين و نقشه برداري خسارات ناشي از حوادث و... با بهره گيري از ترکيب GIS و GPS انجام مي پذيرد.

ناوبري دريايي و اتومبيل با استفاده از GPS همراه با نقشه هاي چارت هاي الکترونيکي، يک نمونه عالي از تلفيق دو سيستم GIS و GPS را عرضه مي دارد.

سيستم هاي مديريت پايگاه داده ها:

يکي از خويشاوند هاي مهم GIS سيستم مديريت پايگاه داده ها Data Base Management System يا (DBMS) مي باشد. DBMS ، سيستم هاي کامپيوتري هستند که براي نظارت و کنترل بر هر نوع داده رقومي مورد استفاده قرار مي گيرند.

داده هاي مکاني به روش هاي گوناگون سازماندهي مي شوند که اين امر به روش جمع آوري، نحوه ذخيره ومقدار تفسير اضافه شده به آنها و همچنين هدف جمع آوري آنها بستگي دارد. 

مدل هاي وکتوري (برداري) و رستري، طرح هاي کلي شناخته شده متداول براي سازماندهي داده ها در يک سيستم اطلاعات جغرافيايي هستند. مدل وکتوري، جهان را به نقاط، خطوط و نواحي محصور شده به وسيله خطوط تقسيم مي کند، در حالي که مدل رستري سلول ها يا پيکسل ها را به عنوان واحدهاي مکاني مورد استفاده قرار مي دهد.

پايگاه داده ها(Data Base) نيز، مجموعه اي از داده هاي وابسته به يکديگر و هر چيزي است که براي نگهداري و استفاده از آنها لازم است.

سيستم مديريت پايگاه داده ها(DBMS) نيزمجموعه اي از نرم افزارها براي ذخيره، ويرايش و بازگرداندن داده ها در يک پايگاه داده مي باشد. در يک سيستم اطلاعات جغرافيايي، DBMS امکان دارد داخلي(استفاده از مديريت داخلي) يا خارجي(اتصال به مديريت خارجي) باشد. 

منابع خطا در سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي:

کليه اطلاعات جغرافيايي داراي نوعي خطا هستند. در تمامي مراحل، از جمع آوري داده ها تا کاربرد آنها و حتي بهره گيري از نتايج يک آناليز روي آنها، نوعي خطا وارد کار مي گردد.

نکته مهم اين است که هدف از بررسي خطاها، حذف اين خطاها نبوده بلکه چگونگي کنترل آنها مي باشد، زيرا در مواردي به دست آوردن پايين ترين سطح خطا، با صرفه ترين راه نيست .

سطح خطاهاي موجوددريک سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS) بايدطوري هدايت شوند که اطلاعات حاصل از سيستم را از اعتبار ساقط نکنند.

محاسن يک سيستم اطلاعات جغرافيايي(GIS): محاسن يک سيستم اطلاعات جغرافيايي شامل موارد زير مي باشد:

- کيفيت بالاي تحليل داده ها وامکان تجزيه و تحليل آنها با روش هاي پيشرفته.

- مديريت و تغييرسريع حجم عظيمي از داده ها در زمينه هاي مختلف.

- روشهاي بهتروجديدتر براي تهيه نقشه هاي مختلف و امکان به روز کردن آنها. 

- امکان ايجادارتباط بين عوارض مختلف و اتصال حجم زيادي از اطلاعات آنها در جداول اطلاعاتي.

- کاهش زمان، هزينه و مواد مصرفي کار وپول ساز و اشتغال ساز بودن آن.

- استفاده وسيع آن در علوم مختلف.

- اداره وسازماندهي وسيعي از داده هاي زمين مرجع. 

- به روز رساني سريع و جمع آوري اطلاعات پراکنده.

- قابليت بازبيني روشها.

- مدل سازي، فرضيه وآزمايش و پيشگويي.

معايب يک سيستم اطلاعات جغرافيايي: برخي ازمعايب يک سيستم اطلاعات جغرافيايي عبارتند از :

- جديد بودن اين فناوري که باعث عدم استفاده وسيع درتمام علوم ونيز مشکل بودن آن مي شود.

- عدم اطلاع از قابليتهايGIS و نحوه استفاده از آن. 

سيستم تصويري(Map projection) اطلاعات مکاني موجود در يک سيستم اطلاعات جغرافيايي: 

سيستم تصويري نقشه (Map projection): ازتعاريف مختلف سيستم تصويري مي توان به چند مورد استاندارد شده آن اشاره كرد : 

سيستم تصوير نقشه ترتيب سيستماتيك نصف النهارات و مدارات است كه سطح كروي و شبه كره را بر يك سطح مستوي نشان مي دهد .به عبارتي سيستم تصويري نقشه مبادرت به تصوير كردن سطح زمين يا قسمتي از آن مي كند. 

مکان يک جسم سه بعدي بر روي سطح زمين با اصطلاحات رياضي و بسته به روش ترسيم مورد نظر، به صورت مختصات جغرافيايي و مختصات صفحه اي، تعيين مي شود.

يک سيستم اطلاعات جغرافيايي(GIS)، لازم است که همه داده هاي مکاني را به صورت مختصات جغرافيايي (طول و عرض جغرافيايي) ذخيره و استفاده نمايد. در اين سيستم در نهايت همه داده هاي مکاني روي کاغذ، فيلم يا صفحه نمايش همراه با مختصات صفحه اي پديدار مي شوند، بنابراين اغلب سامانه هاي اطلاعات جغرافيايي از روش ترسيم نقشه صفحه اي، براي ذخيره مختصات مکاني استفاده مي کنند تا به اين ترتيب از بروز تغيير شکل مکرر، از مختصات جغرافيايي به مختصات ترسيمي، در هنگام مشاهده داده ها جلوگيري شود. 

سيستم هاي تصويري متنوع و گوناگوني تا كنون ارائه شده است. علت اين است كه اصولاً چيزي به نام سيستم تصوير كامل، وجود خارجي ندارد. از اين همه سيستم هاي تصويري نقشه كه به صدها نوع مي رسند، تنها قريب بيست سيستم تصوير هستند كه عملاً در رقومي سازي نقشه ها و يا كلاً در كارتوگرافي مورد استفاده قرار مي گيرند، كه به عنوان مثال مي توان از سيستم تصويري Lambert Conformal Conic براي نقشه هاي كشوري و يا ايالتي و يا سيستم تصويري UTM كه جهان را به 60 زون تقسيم ميكند،

براي نقشه هاي ناحيه اي نام برد.  به طور كلي بهترين سيستم تصوير براي نمايش يك كشور با يك قاره سيستمي است كه كمترين تغيير شكل را نمايش دهد. در نتيجه با مقايسه نمودارهاي مشابه براي چندين سيستم تصويري، مي توان يكي را انتخاب نمود كه از بهترين كاربرد برخوردار است.

خصوصيات اساسي يك سيستم تصوير مناسب و استاندارد به شرح ذيل مي باشد:

- ماهيت خطوط تغيير شكل، صفر يا تعداد نقاط تغيير شكل ( انحراف ) صفر باشد. 

- نماي كلي سيستم تصو ير، براي تمام جهان يا براي يكي از نيم كره ها مقايسه سه سيستم تصوير ( لامبرت، مرکاتور و طول و عرض جغرافيايي ) انتخاب يك سيستم تصويري مناسب با مقياس نقشه مورد نظر،ارتباط مستقيم دارد. چرا كه بعضي از سيستم هاي تصويري براي مقياسهاي بزرگ مناسب بوده و برخي ديگر براي مقياسهاي کوچکتر مناسب ميباشند.

بعنوان مثال: براي مقياس1:100000 يا مقياس ناحيه اي، سيستم تصويري UTM مناسب ترين سيستم تصويري است.  اين سيستم تصويري براي كل ايران به صورت يكپارچه مناسب نمي باشد چرا كه در محيطهاي GIS اين زونها به جاي اينكه كنار هم قرار گيرند روي هم قرار مي گيرند . در نتيجه نقشه ايران را نمي توان به صورت يكپارچه مشاهده كرد .

بهترين سيستم تصويري براي كل ايران سيستم تصويري Lambert Conformal Conic مي باشد كه نقشه هاي عرضي را با كمترين خطا و انحراف طراحي مي كند. بر اين اساس سيستم هاي تصويري مناسب با شكل كشورها طراحي شده است.

گازهای گلخانه‌ای چیست؟

گازهای گلخانه‌ای نامی آشنا برای اغلب ماست. اگر از ما بخواهند که نام یکی از این گازها را بر زبان بیاوریم، این نام احتمالا دی‌اکسید کربن خواهد بود.

تقریباً همه کسانی که با اصطلاح "گازهای گلخانه‌ای" آشنا هستند، دی‌اکسید کربن را به عنوان معرف این گروه از گازها می‌شناسند. البته این دیدگاه نادرست هم نیست، اما دی‌اکسید کربن تنها یکی از گازهای گلخانه‌ای است که انسان تولید می‌کند.

گازهای گلخانه‌ای شامل دی‌اکسید کربن،دی‌ نیتروژن اکسید (گاز خنده)، متان، بخار آب و ازت هستند.

این گازها به این دلیل گازهای گلخانه‌ای نامیده می‌شوند که فضای گلخانه‌ها را در اطراف زمین ایجاد می‌کنند. در گلخانه‌ها نور خورشید وارد محیط می‌شود اما به دلیل جداره شیشه‌ای، بخشی از آن دوباره به درون گلخانه برمی‌گردد. به این ترتیب فضای داخل گلخانه از بیرون گرمتر می‌شود.

در جو زمین هم اتفاق مشابهی روی می‌دهد. وقتی اشعه‌های خورشید به سطح زمین می‌رسند، بخشی از آنها جذب می‌شود و سطح زمین را گرم می‌کند، زیرا سطح زمین بسیار سردتر از خورشید است. در نتیجه امواج را با طول موج بلندتری نسبت به خورشید منتشر می‌کند.

اشعه‌های خورشید هم پس از برخورد با زمین با طول موج بلندتری منتشر می‌شوند. از طرف دیگر جو زمین امواج با طول موج بلندتر را راحت‌تر جذب می‌کند. به این ترتیب این امواج بازگشتی از زمین جذب اتمسفر می‌شود. جذب این امواج سبب گرم شدن جو می‌شود.

این عمل به خودی خود مضر نیست. اما زمانی که گازهای گلخانه‌ای در سر راه این امواج بازگشتی قرار می‌گیرند، مضرات بیشتر می‌شود.

پیش از دخالت انسان در طبیعت، جو زمین همیشه بخشی از امواج خورشید را در خود نگه می‌داشت که سبب می‌شد هوای کره خاکی ما به اندازه مناسبی برای زیست، گرم باشد.

پس از آنکه انسان‌ها وارد ماجرا شدند، با تولید گازهای گلخانه‌ای میزان جذب اشعه‌های خورشید را افزایش دادند.

تحقیقات دانشمندان نشان می‌دهد در طول یکصد سال گذشته میانگین دمای هوا در نزدیکی سطح زمین بین 0.18 تا 0.74 درجه سانتیگراد افزایش یافته است.

هیئت بین‌الدولی تغییرات آب و هوایی (IPCC) که مرجعی معتبر در زمینه تغییرات آب و هوایی و تاثیرات گرمایش جهانی است، در گزارشی اعلام کرد: «بیشتر افزایش دمایی که از اواسط قرن بیستم در کره زمین مشاهده شده، مربوط به گازهای گلخانه‌ای است که انسان‌ها تولید کرده‌اند.»

یکی از خواص گازهای گلخانه‌ای انعکاس امواج با طول موج بلند است. این اتفاق هم برای امواجی که از خورشید می‌آیند می‌افتد هم برای امواج بازگشتی از زمین. بخش خطرناک جریان در مورد امواج بازگشتی از زمین روی می‌دهد. گازهای گلخانه‌ای این امواج را دوباره به سطح زمین برمی‌گردانند. به این پدیده اثر گلخانه‌ای می‌گویند.

نقش اصلی را در میان گازهای گلخانه‌ای بر خلاف تصور خیلی‌ها، بخار آب بازی می‌کند. این گاز گلخانه‌ای 36 تا 76 درصد از تاثیرات گلخانه‌ای زمین ناشی از همین گاز است. 9 تا 26 درصد به دلیل وجود دی‌اکسید کربن، 4 تا 9 درصد به خاطر متان، و 3 تا 7 درصد به دلیل وجود ازن در جو است.

تفاوت در درصدها به این دلیل است که نمی‌توان گفت این گازها تنها به صورت مجزا نقش دارند و گاهی در ترکیبات دیگر هم نقش گلخانه‌ای خود را ایفا می‌کنند. (عدد کوچکتر مربوط به گاز به تنهایی است و عدد بزرگتر در ترکیب با مواد دیگر.) گازهای دیگر هم اثر دارند، اما نقش این گازها پررنگ‌تر است.

انسان و تولید گازهای گلخانه‌ای

اکثر فعالیت‌های امروزی انسان‌ها گاز گلخانه‌ای تولید می‌کند. با شروع انقلاب صنعتی روش زندگی مردم عوض شد. قبل از آن مقدار گازهای گلخانه ای در جو کم بود، اما با رشد جمعیت و افزایش استفاده از نفت و زغال سنگ ترکیب گازهای اتمسفر نیز تغییر کرد و غلظت گازهای گلخانه ای از حدود 270 واحد به 367 واحد رسید.

سهم آلاینده‌ها و تولیدکنندگان گازهای گلخانه‌ای در سال 2000 میلادی

استفاده از سوخت‌های فسیلی چون زغال سنگ میزان دی‌اکسید کربن جو را افزایش می‌دهد. گله‌داری و کشاورزی فعالیت‌هایی است که تولید متان را بالا می‌برد. استفاده از فلوئوروکربن‌ها در یخچال‌ها اثر گلخانه‌ای را تشدید می‌کند.

این روزها انسان‌ها در زمان تماشای تلویزیون، بازی با کامپیوتر، استفاده از کولر، فن‌کوئل و استریو ضبط صدا، روشن کردن چراغ شستن لباس‌ها یا اتو کشیدن آنها، گرم کردن غذا در مایکروویو و استفاده از بخاری گازی یا نفتی گازهای گلخانه‌ای تولید می‌کنند. چون برای انجام این کارها به برق و سوخت نیاز است و تولید این انرژی‌ها نیز خود به سوخت‌های فسیلی نیاز دارد.

جبهه هوا چیست؟

زمانی که دو توده هوای با دمای مختلف‌، در مسیر حرکت‌شان به هم می‌رسند، حالت انتقال شدیدی (از لحاظ دما، فشار، رطوبت، باد و غیره) در مرز بین آنها به‌وجود می‌آید.

اگر یک نفر همراه با توده هوای گرم به سمت شمال حرکت کند، به تدریج و به طور یکنواخت با کاهش دما مواجه می‌شود؛ سپس با برخورد به یک توده هوای سرد، دما به طور ناگهانی و شدید افت می‌کند یعنی تغییرات آهسته و یکنواخت در محل برخورد با توده سرد، به تغییر ناگهانی و غیر مداوم تبدیل می‌شود.

به این خاطر اصطلاح خط ناپیوستگی (Line Of Discontinuity) در مورد مرکز توده هوا به کاربرد، می‌شود.

عبارت جبهه (Front) مترادف با خط ناپیوستگی است و امروزه به خوبی جانشین آن شده است. در واقع جبهه‌ها مرزهای بین توده‌های هوا هستند. بر روی نقشه‌های هواشناسی جبهه‌ها را با یک خط نشان می‌دهند.

سطحی که دو توده هوای مجاور را از هم جدا می‌کند سطح جبهه (Frontal Surface) نامیده می شود.

انواع جبهه‌ها:

بسته به حرکت توده‌های هوا، انواع مختلف جبهه‌ها که هر کدام خواص خود را دارند تشکیل می‌شوند. این جبهه‌ها عبارتند از:

 جبهه‌های گرم (warm fronts)

یک جبهه گرم، جبهه‌ای است که در طول آن، هوای گرم جانشین هوای سرد می‌شود. در صورتیکه که جهت حرکت توده‌های هوا به طریقی باشد که هوای گرم به تدریج از روی سطح زمینی عبور کند که قبلاً در آن جا هوای سرد وجود داشته است، جبهه تشکیل شده، جبهه گرم خواهد بود.

بر روی نقشه‌های هواشناسی، جبهه گرم معمولاً به صورت نیم دایره های سیاه رنگ و در سمتی که جبهه به آن طرف حرکت می‌کند رسم می‌شود. بر روی نقشه‌های چاپی، جبهه گرم با خط پر رنگ و قرمز مشخص شود.

حاصل شکل گیری جبهه گرم ایجاد پوشش نسبتاً ضخیم ابر بر روی سطح جبهه و در نزدیکی دنباله آن و بارندگی یکنواخت است.

 جبهه‌های سرد (Cold fronts)

در جبهه‌های سرد، هوای سرد جانشین هوای گرم می‌شود. تیغه‌های سیاه رنگ بر روی خطی که جبهه را نشان می دهد علامت جبهه سرد هستند و همیشه بر روی جهتی قرار داده می‌شوند که جبهه در آن مسیر حرکت می‌کنند.

بر روی نقشه‌های هواشناسی جبهه سرد با خط پررنگ آبی مشخص می‌شود. حاصل تشکیل جبهه سرد بوجود آمدن ابرهای کومولوس و کومولونیمبوس، همراه با بارندگی‌های رگباری است.

 جبهه‌های ساکن (Stationary fronts)

فرض کنید دو توده هوای گرم و سرد توسط یک جبهه از هم جدا شده‌اند. آیا این جبهه گرم است یا سرد؟ جواب این است که تشخیص جبهه، به رفتار آن بستگی دارد. اگر جبهه در جهت هوای گرم جابه جا شود، جبهه سرد است و اگر در جهت هوای سرد جابه جا شود، جبهه گرم است. اما اگر توده های هوا در حرکت نباشند، جبهه به حالت سکون در می‌آید پس در واقع جبهه ساکن، جبهه‌ای است که در جهت افقی دارای حرکات بسیار کمی بوده و تقریباً اصطلاحی است که به مرز توده‌های هوای ساکن گفته می‌شود و بر روی نقشه‌های هواشناسی با ترکیبی از جبهه گرم و سرد نشان داده می‌شود.

 جبهه‌های بند آمده (Occluded fronts)

جبهه بند آمده از ادغام جبهه‌های سرد و گرم تشکیل می‌شوند. اگر یک جبهه سرد از یک جبهه گرم پیشی گیرد، نتیجه کار یک جبهه بندآمده است. با نزدیک شده به جبهه بندآمده، سیستم ابر یا بارندگی حاصل از آن بسیار شبیه یک جبهه گرم است، زیرا تشکیل دنباله توده هوای گرم قبل از جبهه تغییری نکرده است. با گذر جبهه، ابرها و بارندگی متعاقب آن از نوع جبهه سرد خواهد بود.

توده هوا چیست؟

یک توده هوا عبارت است از حجم عظیمی از هوا که خصوصیات فیزیکی آن بویژه از نظر دما و رطوبت و آهنگ کاهش دما (Lapse rate) در سطح افقی برای صدها کیلومتر تقریبا همسان باشد.

توده‌های هوا، خصوصیات اصلی خود را از سطحی که بر روی آن تشکیل می‌شوند، کسب می‌کنند. برای اینکه توده‌های هوا شکل بگیرند لازم است هوا به مدت طولانی در یک منطقه ثابت باقی بماند، در نهایت گردش معمولی هوا موجب به حرکت در آمدن آنها می‌شود.

توده‌های هوا معمولا در بعضی از نقاط دنیا بیشتر از سایر مکان‌ها تشکیل می‌شوند به این مناطق سرچشمه (Source region) گفته می‌شود.

توده‌های هوا را با توجه به منشاء تشکیل آنها، طبقه‌بندی و نامگذاری می‌کنند و با توجه به منشاء، نشانه‌های معینی را برای آنها به کار می‌برند.

خواص و شکل‌گیری توده‌های هوا

خصوصیات و خواص توده‌های هوا از مناطق منشأ آنها کسب می‌گردد. بنابراین در حالی که توده‌های هوای قاره‌ای معمولا حاوی رطوبت کمی بوده در حالی که توده‌های هوای دریایی حداقل در سطوح زیرین آنها رطوبت بالایی دارند.

در حالی که توده‌های هوای حاره‌ای و استوایی گرم بوده ، توده‌های قطبی و منجمده سرد هستند. توده‌های هوای منجمده در واچرخندهای قطبی تشکیل می‌شوند. اگر چه رطوبت نسبی می‌تواند کاملا بالا باشد این توده‌ها با دما و رطوبت مطلق پایین مشخص می‌شوند. این توده‌ها نزدیک سطح زمین ثابت بوده و معمولا دارای وارونگی دمایی (Inversion) وسیعی در ارتفاع یک یا دو کیلومتری از سطح زمین می‌باشند

هر چند توده هواهای قطبی قاره‌ای از پدیده‌های نیمکره شمالی هستند. توده‌های قطبی دریایی در هر دو نیمکره بر روی اقیانوس‌های عرض‌های بالای جغرافیایی تشکیل می‌شوند. این توده‌ها هنگامی تشکیل می‌شوند که یک واچرخند در نواحی خشکی عرضهای بالا طولانی باقی بماند، نظیر آلاسکا، کانادای شمالی‌، قسمت‌هایی از روسیه یا سیبری.

در زمستان‌ها این مناطق سرد و کاملا پایدار هستند. در تابستان هنوز نسبتا سرد بوده و پایداری آنها نسبتا کم و رطوبت آنها بالاتر است. گر چه تعداد کمی از واچرخندها برای مدت طولانی در عرض‌های بالای جغرافیایی در مناطق منشأ توده‌های هوای قطبی دریایی، باقی نمی‌مانند، نواحی اقیانوسی برای دادن خصوصیات مشخص به هوای متحرک به اندازه کافی وسیع هستند. در زمستان دمای توده‌های هوا mP ، در مقایسه با هوای cP یا منجمده (A) نسبتا ملایم بوده، ولی در تابستان سرد هستند. توده‌های هوای mP هم در زمستان و هم در تابستان مرطوب بوده و به آسانی می‌توانند ناپایدار شوند.

توده‌های هوای حاره‌ای قاره‌ای بر روی خشکی‌های نواحی جنب حاره، بیشتر در نیمکره شمالی، شکل می‌گیرند. بنابراین ، شمال آفریقا، جنوب غربی ایالات متحده و مکزیک و نواحی بیابانی آسیا، به ویژه در تابستان، نواحی مناسب برای تشکیل هوای cP هستند. فقط شمال غرب و مرکز استرالیا از نواحی منشأ عمده در نیمکره جنوبی هستند. توده‌های هوای حاره‌ای قاره‌ای گرم و خشک و ناپایدار هستند، ولی این ناپایداری به علت اینکه هوا رطوبت کمی دارد، نشانه وجود ابرهای زیاد نیست.

توده‌های هوای حاره‌ای دریایی در اقیانوس‌های عرض‌های پایین جغرافیایی در مجاورت واچرخندهای جانب حاره به ویژه در کناره‌های شرقی اقیانوس‌ها توسعه می‌یابند. هر چند به علت فرونشینی در داخل واچرخندها عموما یک وارونگی در چند صد متری بالای دریا وجود دارد سطوح پایین‌تر گرم و مرطوب هستند.

در بالای این وارونگی، هوا گرم و خشک است. همچنانکه هوا به سمت غرب حرکت می‌کند در بادهای تجارتی رطوبت عمیق و لایه‌های ناپایدار بوجود می‌آید، بطوری که وارونگی فوقانی محو شده و در کناره‌های غربی اقیانوس‌ها خصوصیات اصلی توده هوا بطور کلی از بین می‌رود.

مناطق منشأ توده‌های استوایی در منطقه همگرایی درون حاره‌ای قرار دارند. در این مناطق توده‌های هوای گرم و مرطوب که عموما در سطح فوقانی ناپایدار هستند، شکل می‌گیرند. در قسمت‌های شرقی اقیانوس‌ها به علت عمل فراچاهی (Upwelling) آب از اعماق دریا، که از خصوصیات این قسمت از اقیانوس‌هاست، هوای سطحی سرد بوده و توده هوا بسیار پایدار می‌باشد.

تغییر خصوصیات توده‌های هوا

همچنان که توده‌های هوا از مناطق منشأ خود حرکت می‌کنند خصوصیات‌شان تعدیل و یا تغییر می‌کند. این تغییرات به طرق مختلفی صورت می‌گیرد. طریقه معمول آن وقتی است که جریان هوا، توده هوا را از ناحیه منشأ اصلی، به روی سطوحی با خصوصیات متفاوت می‌برد.

یک توده سرد ممکن است از روی یک سطح گرم عبور کرده و حداقل در لایه‌های زیرین گرم و ناپایدار شود. یا عکس این حالت می‌تواند اتفاق بیفتد و بنابراین باعث افزایش پایداری در لایه‌های زیرین هوا گردد. یک توده هوای خشک با عبور از خشکی بر روی دریا می‌تواند مرطوب گردد و یا برعکس.

مشابها خصوصیت عمومی توده هوا می‌تواند با عبور از رشته‌های کوهستانی، تغییر نماید. یک مثال مشخص وقتی است که هوای mP در شمال آمریکا، بر روی کوهستان راکی صعود می‌کند. محتوای رطوبتی بالا در یک توده هوا منجر به بارندگی سنگین در قسمت رو به باد کوهستان (Wind Ward) می‌گردد. در قسمت پشت به باد (Lee Ward) همچنان که هوا به سمت پایین کوهستان می‌وزد به علت فشرده شدن ، گرم و خشک شده و باد گرم و خشکی را بوجود می‌آورد که به ویژه در زمستان می‌تواند در عرض چند دقیقه دما را چندین درجه بالا ببرد.

تغییراتی نظیر این از شرایط سطح زمین ناشی می‌شود. لیکن تغییرات می‌تواند از طریق اثر جریانهای سطوح فوقانی نیز بوجود آید، که می‌تواند از بالا بوسیله حرکات رو به پایین در قسمتهای شرقی سیستم‌های نیمه دائمی پرفشار در اقیانوس‌های مناطق حاره وجود دارد. در این منطقه حرکت به سمت استوا با جریان واچرخندی در پایین جو ترکیب شده و ناحیه‌ای را با هوای در حال حرکت بوجود می‌آورد که از طریق فشرده شده هوای فرونشینی گرم شده است.

در هر حال این هوا نمی‌تواند به هیچ طریقی به سطح زمین نزول کند، زیرا اقیانوس گرم ایجاد یک لایه کم عمق ناپایدار همرفتی را تقویت می‌کند. بنابراین یک لایه وارونگی توسعه می‌یابد که سطح آن به شدت نسبی گرمایش از زیر و فرونشینی هوا از بالا، بستگی دارد.

این مسئله هنگامی اتفاق می‌افتد که تماس مستقیم بین دو توده هواب متضاد و نسبتا تعدیل نشده روی می‌دهد. این مورد مکررا در عرضهای میانه در مناطق جبهه‌ای (Frontal Zone) همراه با چرخندهای عرض‌های میانه، اتفاق می‌افتد. اما می‌تواند در نقاط دیگر هم بوجود آید. به ویژه یک مثال قابل توجه در ناحیه تضادهای سریع در وضعیت جوی در غرب آفریقا وقتی است که هوای mT مرطوب از اقیانوس اطلس یه هوای گرم و خشک cT از بیابان صحرا برخورد می‌کند.

آنتی سیکلون (مرکز پر‌فشار) چیست؟

مناطق پرفشار، مدور و غیرمنظم را که جهت حرکت آنها در جهت حرکت عقربه‌های ساعت است، واچرخند یا آنتی سیکلون می‌نامند

از آنجا که جهت حرکت باد در آنتی سیکلون‌ها بر خلاف جهت حرکت باد در سیکلون‌ها می‌باشد بنابراین به آن حرکت، واچرخندی و چنین سیستمی را سیستم واچرخندی می‌گویند.

آنتی سیکلون‌ها در شرایط هوا و اقلیم نقش بسیار مهمی دارند.

از نظر دینامیک، آنتی سیکلون‌ها از بسیاری جهات شبیه سیکلون‌ها هستند. در واقع می‌توان گفت آنتی سیکلون‌ها مراکز پرفشار بوده و حرکت هوا در آنها از مرکز به اطراف و از بالا به پایین بوده و در نیمکره شمالی گردش هوا در آن در جهت حرکت عقربه‌های ساعت و در نیمکره جنوبی بر خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت می‌باشد.

همانطور که فعالیت‌های چرخندی توام با ایجاد بادهای نسبتا قوی می‌باشند، واچرخندهای قوی نیز با جریان‌های هوای سرد و چگالی که از قطب به طرف عرض‌های جغرافیایی پایین حرکت می‌کنند، به راه می‌افتند و بادهای قوی را در این مدارها ایجاد می‌کند که به آن باد شمالی (Norther) گفته می‌شود.

سیکلون (مرکز کم فشار) چیست؟

یک چرخند یا سیکلون، منطقه‌ای است از هوای کم فشار و تقریبا دایره‌ای شکل که قطر آن ممکن است به صدها کیلومتر برسد.

این منطقه از هوا در نیمکره شمالی در خلاف جهت عقربه‌های ساعت و در نیمکره جنوبی در جهت حرکت عقربه‌های ساعت در چرخش می‌باشد؛ در چنین ناحیه‌ای کمترین مقدار فشار جوی در مرکز بوده و در امتداد شعاع و به طرف خارج از مرکز مقدار فشار افزایش می‌یابد؛ در واقع سیکلون یک مرکز کم فشار است.

هرچند باد تحت تاثیر گرادیان فشار (اختلاف فشار بین دو مرکز فشار) به جریان می‌افتد اما در سیکلون، جریان هوا تحت تاثیر نیروی اصطکاک، کوریولیس و نیروی گریز از مرکز به جای اینکه به طور مستقیم به سمت مرکز کم فشار باشد در امتداد خطوط هم فشار می‌وزد و با جهت گرادیان فشار زاویه نسبتا بزرگی می‌سازد.

در نیمکره شمالی به حرکت پادساعتگرد، گردش چرخندی (Cyclonic Circulation) گفته می‌شود نکته قابل توجه اینکه چرخند بر خلاف آنچه از نامش تداعی می‌شود هیچ توفان مخرب و خطرناکی را ایجاد نمی‌کند بلکه تنها یکی از الگوهای متعارف آب و هوایی عرض‌های میانی است.

گرچه گرادیان‌های شدید فشار در مناطق کم فشار عرض‌های میانی، وزش بادهای شدیدی را یه دنبال می‌آورد؛ اما این بادها را نباید با توفندها و یا چرخند‌های حاره‌ای یکی دانست.

ابرها

به طور كلي، انواع مهم ابرها را به طور خلاصه به شرح زير مي‌توان بيان داشت:

۱- ابرهاي سيروس (Cirrus) : اين ابرها از مرتفع‌ترين ابرها بوده واغلب به صورت پرمانند و سفيد رنگ و شفاف (ملو از بلورهاي يخ) در آسمان ديده مي‌شوند. اين ابرها بعضاً به صورت دسته‌هاي منظم جدا از هم، در آسمان ديده مي‌شوند در اين صورت موسوم به سيروس‌هاي هواي خوب بوده و اگر توأم با ابرهاي سيرواستراتوس و آلتواستراتوس گردند. معمولاً علامت هواي بد مي‌باشند.

2- سيرو استراتوس (Cirrostratus) : اين ابرها را مي‌توان سيروس‌هاي نازك تور مانندي دانست كه از ابرهاي كوچك سفيد و به هم فشرده به شكل گوله پشمي شكيل يافته‌اند و به علت شفافيت خورشيد و ماه و ستارگان از پشت آنها قابل رويت بوده و اغلب هاله‌اي دور خورشيد و ماه تشكيل مي‌دهند. اين هاله‌ نتيجه شكست نور بوسيله بلورهاي يخ معلق در هوا است ظهور اين ابرها، علامت نزديك شدن هواي طوفاني بوده و به همين لحاظ، اين ابرها را مي‌توان پيش از فرا رسيدن هواي بد و يا حالت‌هاي طوفاني هوا، مشاهده نمود.

3- سيرو كومولوس (Cirrocumulus) : اين ابرها اغلب از توسعه ابرهاي سيرو استراتوس حاصل شده و بدون سايه مي‌باشند و غالباً به جاي خورشيد و ماه هاله‌اي در آسمان بوجود مي‌آورند. ساختمان آنها اغلب متشكل از قطعات سفيد رنگ بوده و معمولاً پيش از ابرهاي سيروس در آسمان ظاهر مي‌شوند. ظهور آنها در آسمان، مقدمه فرا رسيدن هواي ابري و طوفاني است.

4- آلتو استراتوس (Altostratus) : اين ابرها به صورت لايه‌هاي يكنواخت و متحدالشكل خاكستري يا متمايل به آبي به صورت تركيبي از الياف، آسمان را مي‌پوشانند.
به علت قشر ظريف اين ابرها تشخيص موقعيت خورشيد از پشت آنها امكان‌پذير است معمولاً پس از پيدايش ابرهاي آلتو استراتوس، ريزيش‌هاي جوي در سطح وسيعي به طور مدام شروع مي‌گردد.

5- آلتوكومولوس : (Altocumulus) اين ابرها شامل لايه‌ها و يا تكه‌هاي بزرگ گوي مانندي از قطرات زير آب بوده كه معمولاً بصورت شيار و يا امواج نسبتاً منظمي مشاهده مي‌گردد. جريان عمودي هوا در لايه‌اي كه بوسيله اين ابرها پوشيده شده، سبب رشد سريع قابل ملاحظه‌ايي در جهت عمودي در اين ابر مي‌گردد به همين سبب، اين ابرها اغلب در بالاي قلل كوهها و يا در فوق جريانات عمودي مشاهده مي‌گردند . اين ابر اغلب شكل عدسي دارند . پديدار شدن اين ابرها در آسمان بيانگر شرايط بد هوا و ايجاد رعد و برق مي‌باشد.

6- استراتوس : (Stratus) نوع اصلي اين ابر لايه‌اي يكدست و شبيه مه مي‌باشد . و معمولاً به صورت توده متراكمي از بخار آب كه قطر آن در همه‌جا يكسان است، مشاهده مي‌گردد. ارتفاع اين ابر از سطح زمين بسيار كم است بارندگي در اين ابرها در حرارت‌هاي فوق صفر درجه سانتي‌گراد بصورت ريزدانه مي‌باشد.

7- استراتوكومولوس (Stratucumulus): اين ابرها داراي رنگي تيره  و يا سفيد متمايل به خاكستري بوده معمولاً بصورت دسته يا خطوط و يا توده‌هاي كروي مانند بزرگ و امواج كروي از ابرهاي خاكستري با فواصل و شكاف‌هاي روشن تشكيل مي‌گردد. اين ابرها اغلب بيشتر آسمان را پوشانده و بارندگي آن بصورت ريزدانه بود. و در نتيجه فاقد شرايط بارندگي‌هاي رگباري است.

8- نيمبواستراتوس : (Nimbostratus) اين ابرها متراكم و فاقد شكل معيني بوده و تمام آسمان را به‌طور نامنظم مي‌پوشانند بارندگي‌هاي حاصل از اين ابرها اغلب مداومند.

9- كومولوس: (Cumulus) اين ابرها اغلب ساختمان گل كلمي داشته و سطح بالاي آن حالت گنبدي دارد و متشكل از قطعات كوچك ابرهاي سفيد پنبه‌اي است كه معمولاً صبحگاهان در امتداد ارتفاعات تشكيل مي‌گردند و داراي حالت جوشش (در اثر صعود هواي مرطوب) هستند . قطعات پراكنده اين ابرها تقريباً داراي ارتفاع يكسان و معرف به كومولوس‌هاي هواي خوب مي‌باشند.

10- كومولونيمبوس (Cumulunimbus): اين ابرها را توده‌هاي بزرگ و انبوه ابر كه به شكل برج عظيمي سر به آسمان كشيده‌اند تشكيل مي‌گردند رنگ قسمت فوقاني در اين ابرها متمايل به آبي و سطح زيرين آب كاملاً تيره مي‌باشد . اين ابرها به نام ابرهاي رعدوبرق نيز معروف‌اند. و بارندگي آنها بصورت رگباري است. اغلب با يك جبهه سرد و فعال همراه بوده و يا در اثر ناپايداري محلي ايجاد مي‌شوند و در عرض‌هاي ميانه اغلب در اوايل بهار و پاييز مشاهده مي‌شوند.

اتمسفر

تركيب اتمسفر : اتمسفر يا جو زمين، مخلوطي از گازهاي مختلف است كه تا ارتفاع 90 كيلومتري از سطح زمين ازت‌ـ اكسيژن‌‌ـ آرگون‌ـ دي‌اكسيدكربن‌ و بخار آب از نظر حجم 99/77 در صد آن را تشكيل مي‌دهند. مشاهدات نشان مي‌دهد كه تا ارتفاع 50 كيلومتري نسبت اختلاط گازهاي اتمسفري باستثناء بخار آب، به طور محسوس ثابت است. اتمسفر داراي جرمي برابر با 10¹⁴ ×5/ 6تن مي‌باشد.

تغييرات اتمسفر: 

1- تغييرات با ارتفاع : گازهاي سبكتر (بويژه هيدروژن‌ـ هليوم) اصولاً بايد در اتمسفر فوقاني بسيار فراوان باشند. تغييرات اساسي وابسته به ميزان دو گاز عمده غير دائمي يعني بخارآب و ازن مي‌باشد.

بخار آب : هوا‌ در بعضي نواحي تقريباً فاقد بخار آب و دربرخي نقاط تا 4 درصد از نظر حجم خود داراي رطوبت است. 90 درصد از بخار آب در پايين‌ترين قسمت اتمسفر حدود 6 كيلومتري از سطح زمين قرار گرفته است.

ازن : عمدتاً در 15 تا 35 كيلومتري از ضخامت اتمسفر، متمركز مي‌شود. اشعه ماوراء بنفش كه لايه‌هاي فوقاني اتمسفر را منور مي‌كند سبب تجزيه مولكول‌هاي اكسيژن در لايه‌هاي بين 80 تا 100 كيلومتر مي‌گردد.

2- تغييرات در ارتباط با فصل و عرض جغرافيايي : مقدار ازن در روي استوا كم و در عرض‌هاي فوق 50 درجه شمالي بويژه در بهار بيشتر مي‌شود.
ازن ذخيره شده در طول «شب قطبي» سبب به وجود آمدن يك لايه غني از آن در اوايل بهار مي‌گردد.
مقدار آب دقيقاً وابسته به حرارت است از اين رو در عرض‌هاي پايين و تابستان‌ها بيشتر است ولي در بيابانهاي مناطق حاره استثنا مي‌باشد.

3- تغييرات با زمان : كميت‌هايي از دي‌اكسيدكربن و ازن در اتمسفر ممكن است مربوط به تغييرات در طي دوره‌ايي طولاني باشد. دي اكسيدكربن به طور عمده بوسيله كنش ارگانيزم‌هاي زنده در زمين و دريا وارد اتمسفر مي‌شود. از منابع كوچك ديگر فساد عناصر اورگانيك در خاك و اشتعال سوخت‌هاي فسيل مي‌باشند افزايش ميزان دي‌اكسيدكربن سبب مي‌شود كه اتمسفر به مقدار زياد، انرژي حاصل از خورشيد را بگيرد.
اگر تغييراتي در اشعه ماوراء بنفش خورشيد رخ دهد در ارتباط با آن تغييراتي نيز ممكن است در ميزان ازن حاصل آيد زيرا ازن هم تابش خورشيد و هم تشعشع زميني را جذب مي‌كند.
 

با توجه به پراكندگي دما، اتمسفر به لايه‌هاي زير تقسيم مي‌شود:

1- تروپوسفر : داراي ضخامتي حدود 8 كيلومتر در قطب‌ها 16 تا 19 كيلومتر در مناطق استوايي است از خصوصيات عمده آن كاهش دما در جهت قائم تقريباً 6 درجه سانتي‌گراد براي 1000 متر افزايش سرعت بادها با ارتفاع رطوبت قابل ملاحظه در سطوح پايين‌تر، و به طور كلي مجموعه پديده‌هاي اتمسفري كه هوا ناميده مي‌شود در اين لايه قابل بررسي است.

2- تروپوپوز : مرز انتقال خصوصيات اتمسفري را در مقياس بزرگي از تلاطم و اختلاط را تشكيل مي‌دهد. اين لايه كم‌ژرفا در منطقه استوا نسبتاً مشخص شده است اين مرز فوقاني تروپوسفر نسبت به فصول سال تغيير مي‌كند.

3- استراتوسفر : دومين لايه بزرگ اتمسفر كه بالاي تروپوسفر و پايين مزوسفر قرار دارد. استراتوسفر ناميده مي شود. افزايش تدريجي دما از ويژگي آن است يكي ديگر از ويژگي‌هاي استراتوسفر ميزان نسبتاً زياد گاز ازن به خصوص در اطراف لايه استراتوپوز است كه ضخامتي حدود 16 تا 30 كيلومتر در اين لايه را تشكيل مي‌دهد. و از نظر جلوگيري از اثرات مرگبار تابش‌هاي شديد ماوراء بنفش، وجود ازن بسيار موثر است. از طرف ديگر گاز ازن توأم با دي‌اكسيدكربن اثر بسزائي در پراكندگي عمودي دما دارد.

4- استراتوپوز : اين لايه از ارتفاع حدود 50 كيلومتري شروع شده و منطقه انتقالي بين استراتوسفر و مزوسفر را تشكيل مي‌دهد.

5- مزوسفر : در اين لايه درجه حرارت به سرعت كاهش مي‌يابد بطوريكه در ارتفاع 80 كيلومتري ميزان آن به حدود 90- درجه سانتي‌گراد مي‌رسد. فشار هوا در مزوسفر بسيار پايين است و ميزان آن از يك ميلي‌ بار در ارتفاع 50 كيلومتري به 1 درصد در 90 كيلومتري كاهش مي‌يابد.

6- مزوپوز : منطقه فوق مزوسفر در ارتفاع 80 كيلومتري به وسيله حداقل دما، و وارونگي پس از آن مشخص مي‌شود. اين منطقه انتقالي بين مزوسفر و ترموسفر را مزوپوز مي‌گويند.

7- ترموسفر : فاقد مرز فوقاني معين است. اصطلاح ترموسفر به سبب دماي فوق‌العاده زياد ترموديناميك، به اين لايه داده شده است كه اين ميزان ممكن است به 1500 درجه كلوين برسد جلوه سرخي شفق يكي از پديده‌هاي ترموسفر پاييني است قسمت پاييني ترموسفر به طور عمده مركب از ازت (N) و اكسيژن O₂ به صورت مولكولي اتمي (O) است در حاليكه در فوق كيلومتري اكسيژن به ازت غلبه مي‌كند. دماي زياد در اين لايه مديون جذب تشعشع ماوراء بنفش بوسيله اكسيژن اتمي .

8- يونسفر : بخشي از اتمسفر زمين است كه از حدود فوق 60 كيلومتري به سبب يونيزاسيون، به صورت منطقه (تمركز يون‌ها و الكترون‌هاي) آزادي در مي‌آيد كه سبب انعكاس امواج راديويي مي‌شود. از طرف ديگر فجرهاي قطبي شمالي و جنوبي نيز بوسيله نفوذ ذرات يونيزه، در درون اتمسفر از 30 تا 80 كيلومتري به ويژه در مناطق حدود 20 تا 25 درجه از قطب‌هاي مغناطيسي مشاهده مي‌شوند.
اين لايه فاقد گازهاي سنگيني نظير بخارآب‌ـ اكسيژن‌ و ازت حالت مولكولي است.در اين لايه ناوه‌هاي كم‌ژرفا به صورت لايه‌هاي يونسفري E و F₁ و F₂ طبقه‌بندي مي‌شوند.كه به ترتيب در حدود 110-160- و 300 كيلومتري قرار دارند.
انعكاسات راديويي بعضاً در سطوحي به ارتفاع 65 تا 80 كيلومتري رخ مي‌دهد كه بنام لايه D ناميده مي‌شود.اين لايه با حداكثر از تمركز يونيزاسيون مشخص مي‌شود.
لايه‌هاي  E و F₁ تقريباً منظم و در ميزان‌هاي حداكثر خود از نظر يون و چگالي الكترون‌ها، داراي تغييرات منظم روزانه‌ـ فصلي و چرخه لك‌هاي خورشيدي مي‌باشند.

لايه F₂ در ارتباط با كشنده‌هاي خورشيدي‌ـ قمري و اثر ميدان مغناطيسي زمين، آنومالي‌هاي بسياري را نشان مي‌دهد. تغييرات كوتاه مدت از پراكندگي و تمركز در اين لايه، دقيقاً وابسته به طوفان‌هاي مغناطيسي است كه بنام طوفان‌هاي يونسفري ناميده مي‌شود.

9- اگزوسفر : در ارتفاع بيش از 300 كيلومتري از زمين و در وراي يونسفر منطقه‌ايي كه جاذبه زمين نيروي چنداني ندارد. لايه‌اي از گازها وجود دارد كه بنام اگزوسفر ناميده مي‌شود. در اينجا اتمهاي اكسيژن و هليوم اتمسفر رقيقي را تشكيل مي‌دهند. هليوم خنثي و اتم هاي هيدروژن كه داراي وزن‌هاي اتمي پاييني هستند مي‌توانند فرار كنند. هيدروژن با تجزيه بخار آب و متان از نزديكي مزوپوز جايگزين مي‌شود. در حالي كه هليوم به طريق عمل پرتوهاي كيهاني در ازت و از شكستن عناصر پرتوزا در پوسته سطحي زمين به طور آرام ولي مداوم توليد مي‌شود.

بادها

باد جريان هوايي است كه از مراكز فشار زياد به طرف مراكز كم فشار به حركت در مي‌آيد. هر چه شيب فشار (تفاوت فشار) بين دو نقطه بيشتر باشد شدت جريان هوا نيز بيشتر خواهد بود. تفاوت فشار دو نقطه را گراديان فشار مي‌گويند.

1- بادهاي آليزه (تجارتي) : اين بادها در نيمكره‌هاي شمالي و جنوبي به ترتيب از شمال‌شرقي به جنوب‌غربي و از جنوب‌شرقي به شمال‌غربي در حال وزشند بادهاي تجارتي در زبان‌هاي اسپانيولي‌ـ ايتاليايي و فرانسوي به ترتيب Alisios و Alisei و Alizes در زبانهاي آلماني تحت عنوان Passat مي‌نامند تمام اين اسامي فاقد منشاء شناخته شده‌ايي مي‌باشند. اين بادها در بين منطقه پرفشار جنب حاره و همگرايي ميان حاره‌ايي در بخش اعظمي از اين مناطق در تمام طول سال مي‌وزد. و با ثبات‌ترين بادهاي كره زمين مي‌باشند. در نيمكره‌ جنوبي به علت مداومت فشار زياد جنب حاره، بادهاي تجارتي به طور منظم وزيده و طوقه‌ايي را تشكيل مي‌دهند. از اينرو تجارتي‌هاي سطحي در نيمكره شمالي حالات منظم‌تر و قويتري دارنده وسعت نفوذ كمربند تجارتي‌ها در نيمكره شمالي در حدود 2500 كيلومتر و در نيمكره جنوبي در حدود 3000 كيلومتر است. در سطح فوقاني كمربند حاره در حدود 10 كيلومتري از سطح زمين، بادهايي با جهت مخالف تجارتي‌ها مي خورند، كه آنها را آنتي‌تريد (ضد تجارتي) مي‌گويند.

2- بادهاي موسمي : كلمه موسم داراي ريشه عربي است و به معني فصل مي‌باشد به بادهايي كه در فصول متضاد سال با جهات مخالف مي وزند موسمي‌ها گفته مي‌‌شود. اين بادها در زمستان، به صورت جريان سردي از خشكي به دريا و در تابستان به صورت جريان هواي مرطوب و گرمي از دريا به خشكي مي‌وزند. در تابستانها، قاره آسيا گرم شده و به علت تشكيل كم‌فشارهاي حرارتي گسترده در خليج فارس و آسياي مركز و دشت راجستان هند، از اقيانوس هند و آرام بادهايي به جهت اين مراكز كشيده مي‌شوند اين شرايط همزمان با استراليا و توأم با تشكيل يك آنتي‌سيلكون در روي آن مي‌باشد. كه بادهاي خروجي از آن، ضمن عبور از استوا با جهت جنوب غربي به جهت آسيا كشيده مي‌شوند و موسمي‌هاي تابستاني در آسيا را بوجود مي‌آورند.

بادهاي غربي : در گستره جهاني اغلب در عرض هاي ميانه و بين حدود 35 تا 65 درجه عرض جغرافيايي و يا به عبارت ديگر از پر فشار جنب حاره به مناطق كم فشار جنب قطب شيوع دارند. اين بادها از نظر جهت و استمرار داراي خصوصيات متغيرند در سرعت و جهت حركت آنها جريانات موجي بويژه سيلكون‌هاي سيار و آنتي سيلكون‌هايي كه در منطقه نفوذ اين بادها از غرب به شرق حركت مي‌كنند اثر عمده‌اي دارند از اينرو ممكن است بادهاي مذكور ضمن وزش از غرب به شرق خصوصيات طوفاني هم داشته باشند در زمستان‌هاي نيمكره شمالي توسعه آنتي‌سيلكون‌هاي قاره‌ايي و بعضاً حتي سيكلون‌‌ها از توسعه بارز بادهاي غربي ممانعت به عمل آورده و بدين جهت بادهاي مزبور به نحو بارزي بر روي اقيانوس‌ها توسعه مي‌يابند ولي چون در عرض‌هاي ميانه نيمكره جنوبي، شرايط قاره‌ايي تقريباً حاكميتي ندارد. بادهاي غربي هم تقريباً حالت كمربند جهاني بخود گرفته‌اند.

بادهاي محلي : اين بادها منطقه كوچكي را در برگرفته و معمولاً منحصر به لايه‌هاي بسيار پايين اتمسفر است.

1- نسيم درياو خشكي : اين بادها حاصل تفاوت روزانه درجه حرارت بين درياها و خشكي‌ها مي‌باشد به هنگام روز، ميزان فشار هواي درياها در مقايسه با خشكي‌هاي همجوار به علت پايين بودن نسبي درجه حرارت بيشتر است از اينرو جريان هوايي از طرف دريا به طرف خشكي برقرار مي‌گردد و شب هنگام خشكي‌ها سرد شده و به علت افزايش فشار هواي سطوح آنها جريان بادي از خشكي به سوي دريا مي‌وزد.

2- بادهاي كوه و دره : اين بادها در اتمسفر آزاد، در نتيجه تفاوت گرماي حاصله بين دره‌ها و دشت‌ها كه منجربه اختلاف فشار بين نواحي ياد شده مي‌گردد بوجود مي‌آيند.

3- فون (Foehn) : باد گرم و خشكي است كه در سمت پشت به باد يك پشته كوهستاني بروز مي‌كند و اين نام منشاء خود را از آلپ گرفته است. زماني كه هواي نسبتاً مرطوبي بر پشته كوهي صعود مي‌كند سرد شده، تراكم حاصل از اين امر به صورت بارندگي در جهت رو به باد ظاهر مي‌شود و چنانچه در ارتفاعات ذخيره‌ايي از هواي سرد انباشته نباشد جريان هوا ضمن گذر از پشته كوهستاني بتدريح در شرايط بي‌دررو، در داخله پشت به باد گرم و خشك مي‌گردد به طور كلي، در زمان جريان اين باد، ميزان نم نسبي به طور ناگهاني پايين مي‌آيد بارندگي قطع مي‌گردد. در زمان حداكثر شدت باد، درجه حرارت به حداكثر خود مي‌رسد و عموماً از ميزان فشار هوا كاسته مي‌شود. ذوب برف‌هاي زمستاني، خشكي و سوزاندن مزارع و ايجاد شرايط مساعد براي حريق جنگل‌ها از ديگر نشانه‌هاي بروز بادهايي با خصوصيات باد «فون» مي‌باشد.

دما (Temperature)

اندازه‌گيري انرژي گرمايي است كه در خاك و هوا قابل سنجش مي‌باشد.
آنومالي دمايي : در صورت مقايسه ميانگين درجه حرارت يك نقطه با ميانگين درجه حرارت تمام نقاط عرض جغرافيايي كه از همان نقطه عبور مي‌كند يك تفاوت دمايي مشاهده مي‌گردد كه اين اختلاف حرارت را آنومالي دمايي مي‌گويند.

تغيير قائم دما : درجه كاهش دما براي واحدي از افزايش ارتفاع در درون جو را لپس‌ ريت مي‌نامند زماني كه در ارتباط با افازيش ارتفاع درجه حرارت هوا كاهش يابد، لپس ريت مثبت است.

دماسنج : (Thermometer) اندازه گيري درجه حرارت هوا توسط دستگاهي بنام دماسنج صورت مي‌گيرد اولين دماسنج در اواخر سده شانزدهم توسط گاليله اختراع و مورد انتقاد قرار گرفت در ساختمان آن از الكل استفاده شده است.

مقياس‌هاي دماسنجي : بطور كلي امروزه سه سيستم مقياس‌هاي دماسنجي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

سيستم فارنهايت (Fahrenheit) : در سيستم فارنهايت نقطه جوش و انجماد پايه درجه‌بندي را تشكيل مي‌دهد در سيستم فارنهايت آب در سی و دو درجه يخ مي بندد و در دویست و دوازده درجه مي‌جوشد و اين فاصله صد و هشتاد درجه را مي‌پوشاند.

سيستم سلزيوس (Celsiuse) (سانتي‌گراد) : در سيستم سلزيوس نقطه جوش و انجماد اساس درجه بندي را تشكيل مي دهد. در سيستم سلزيوس آب در صفر درجه يخ مي‌زند و در ده درجه مي جوشد و فاصله انجماد و جوش آن صد درجه سانتي‌گراد درجه‌بندي مي‌شود.

سيستم مطلق (ِِAbsolute) :سيستم مطلق از صفر مطلق شروع مي‌شود. صفر مطلق 273درجه سانتي‌گراد زير نقطه انجماد آب است از اينرو نقطه انجماد دویست وسی وهفت درجه كلوين مي‌باشد.

دماسنج حداكثر : در ساختمان دماسنج حداكثر در قسمت لوله باريك مجاور مخزن يك قشر فشردگي وجود دارد كه اتصال دائم جيوه داخل مخزن و لوله باريك را قطع مي‌كند بطوري كه در مواقع افزايش حرارت، حجم اضافي جيوه قادر به عبور از داخل مخزن بوده ولي در مواقع كاهش درجه حرارت بازگشت مجدد جيوه، به داخل مخزن صورت نمي‌گيرد. در نتيجه حداكثر درجه حرارت اندازه‌گيري مي‌شود. اين امر معمولاً در شبانه روز يك بار صورت مي‌گيرد و براي به كار انداختن مجدد آن كافي است. با تكان دادن دستگاه جيوه به مخزن اوليه باز گردد.

دماسنج حداقل : در ساختمان دماسنج حداقل، به جاي جيوه از الكل سفيد استفاده مي‌كنند. در اين دماسنج، سوزني به طول تقريبي يك سانتي‌متر (اصطلاحاً اندكس ناميده مي‌شود) در داخل الكل لوله باريك دماسنج شناور است به اين ترتيب، در موقع ايجاد حرارت و در نتيجه انبساط حجم الكل، الكل به راحتي از اطراف سوزن عبور مي‌كند، بدون آنكه حركتي به آن بدهد در زمان كاهش درجه حرارت، الكل تا نقطه تماس با سطح خارجي سوزن از اطراف آن جريان يافته و از اين به بعد نيروي كشش سطحي سوزن را به اطراف مخزن دماسنج مي‌كشد اين حركت تا رسيدن درجه حرارت به حداقل خود ادامه يافته و سپس متوقف مي‌شود از اينرو قرائت حداقل حرارت در هر زماني كه باشد براحتي ميسر مي‌گردد.

دمانگار (Thermograph) : اين دماسنج‌ها اغلب براي آن نواحي بكار مي‌رود كه دسترسي به آنها در كوتاه مدت مشكل است و يا براي دقت بيشتر و كنترل درجه حرارت در ساعات مختلف، از اين دماسنج استفاده مي‌كنند.

فرآيند بارندگي(Precipitation)

چرخه آبي در اتمسفر سه مرحله مجزا از هم را تشكيل مي‌دهند كه عمدتاً عبارت است از تبخير-تراكم-بارندگي

بطور كلي بارندگي را به عنوان هر رطوبتي كه متراكم شده و به سطح زمين ريزش كند تعريف مي‌كنند.

اشكال بارندگي:

1- باران (Rain) : باران حالتي از بارندگي به صورت مايع است باران‌هايي با شدت خفيف كه مركب از ذرات قطرات بسيار كوچكند به سختي به سطح زمين مي‌رسند،بنابراين (باران ريز) (Drizzle) ناميده مي‌شوند. در اغلب شرايط قطرات كوچك آب قبل از رسيدن به سطح زمين تماماًتبخير مي‌گردند اين حالت را (Mist) مي‌گويند.

2- برف (Snow) : زماني كه تراكم در هواي در حال صعود،كه درجه حرارت آن زير نقطه انجماد است بوقوع پيوندد بلورهاي يخ شش بري تشكيل مي‌گردد كه ممكن است بصورت اشكال منفرد يا چسبيده تشكيل دانه‌هاي برف يا انواع مختلف و متغيري را بدهند در نتيجه پيوند بلورهاي شش بر،اشكال زيباي برف به انواع خيلي زياد به ظهور مي‌رسد.

3- اسليت(Sleet) : اگر قطرات در حال ريزش از ابرها با لايه هوايي كه داراي دماي زير نقطه انجماد است برخورد كند،اغلب به صورت باران يخ زده يا مخلوطي از آب و برف در مي‌آيد. اين امر حكايت از وارونگي حرارت در لايه‌اي از هوا دارد هر چند كه ميزان آن اندك باشد. در انگلستان به مخلوطي از برف و باران و يا برف تا حدود ذوب شده (اسليت ) مي‌گويند.

تگرگ(Hail) : تگرگ،حاصل حركات قائم شديد،قطرات باران است كه در طوفان‌هاي رعد و برق مشاهده مي‌گردد در چنين حالاتي ،قطرات آب درون يك توده هوا در نتيجه حركات قائم سريع به سطح زير نقطه انجماد رسيده و به سرعت منجمد شده و با انباشتگي از برف و آب در سطوح مختلف رشد مي‌كنند اين چنين حركات قائم سريع، بويژه در ابرهاي از نوع كومولونيمبوس بوجود مي‌آيد كه دراي سرعت دوازده تا سی متر در ثانيه مي باشند بعضاً تگرگ داراي اندازه‌اي در حدود پنج و نیم ميلي‌متر و شكلي شبيه به برف را داشته و متشكل از دانه‌هاي گرد و تيره است و گاهي نيز تگرگ بصورت دانه‌هايي با قطر پنج تا پنجاه ميلي‌متر و يا بصورت پارچه‌ايي از يخ فرو مي‌ريزد.

گليز(Glaze) : وقتي باران بر روي اشياء و يا زميني كه داراي دماهاي زير نقطه انجمادند،فرو بريزد به صورت پوشش و يا پهنه‌اي از يخ در مي‌آيد كه به نام گليز يا باران بسيار سرد ناميده مي‌شود.

فشار هوا

اولين بار در قرن هفدهم «توريچلي» ثابت نمود كه هوا داراي وزن است و با اعلام وزن و فشار هوا فشارسنج جيوه‌اي خود را در سال هزار و ششصد چهل دو اختراع نمود.

واحد فشار هوا : امروزه متداول ترين واحد مورد استعمال در مورد فشار اتمسفر ميلي بار است فشار آتمسفر در 45 درجه عرض جغرافيايي و در هواي صفر درجه و در ارتفاع سطح دريا فشار بهنجار (Normalpressure) ناميده مي‌شود و ميزان آن برابر هزار و سیزده ميلي بار (هفصد و شصد ميلي‌متر جيوه و دو بیست و نه صدم اينچ ستون جيوه) مي‌باشد فشارهاي بيشتر از اين را فشار زياد و فشار كمتر را فشار كم مي‌گويند.

تغييرات قائم فشار جو : فشار جو با افزايش ارتفاع كاهش يافته و در ارتفاع پنج هزار متري به ميزان نصف فشار سطح دريا مي‌رسد.

 فشار اتمسفر به نسبت ارتفاع از سطح زمين كم مي‌شود ولي هيچ‌گونه رابطه ساده‌ايي بين تغييرات فشار و ارتفاع وجود ندارد. به طور تقريبي مي‌توان گفت كه فشار هوا در هر دویست و پنجاه و هفت متر ارتفاع به نسبت تصاعد هندسي با قدرمطلق يك‌ سي‌ام كاهش مي‌يابد. بدين ترتيب فشار جو در ارتفاع  دویست و پنجاه و هفت متري بالاي زمين بيست‌ونه‌ سي‌ام فشار در سطح دريا و در ارتفاع پانصدوپنجاه متري بيست و هشت سي‌ام فشار در ارتفاع دویست وهفتاد وپنج متري است.

فشار اتمسفر با چگالي هوا ارتباط نزديك دارد به اين جهت به نسبت ازدياد ارتفاع، فشار با آهنگ سريعتري كاهش مي‌يابد از طرفي ديگر چگالي هوا ارتباط نزديكي با درجه حرارت دارد و نتيجه ارتباط فشار هوا و درجه حرارت واضح است.

فشار هوا با نيروي جاذبه زمين نيز ارتباط دارد.

پراكندگي افقي فشار هوا : عرض‌ جغرافيايي‌ـ پراكندگي درياها و خشكي‌ها و اختلاف درجه حرارت نواحي مختلف كره زمين از عواملي هستند كه در پراكندگي افقي فشار اثر مي‌گذارند.

سيستم ناوه (Trough) : سيستم ناوه منطقه‌اي كشيده و طويل از يك دستگاه جوي كم فشار است كه در امتداد خط ناوه كمترين فشار وجود دارد در اين سيستم هواي ابري و توأم بارندگي‌هاي شديد و طولاني و همراه با گرد و خاك و يا تگرگ مي‌باشد. معمولاً در سيستم‌هاي فشار كم و ناوه به علت تجمع ذرات در سطح زمين و صعود توده‌هاي هوا و در اثر عمل انبساط و سرد شدن، مقدار بخار آب موجود در هوا به حد اشباع و تراكم رسيده و تشكيل ابر و بالنتيجه تشكيل پديده‌هاي جوي از قبيل باران‌ـ برف‌ـ باران‌يخ‌زده‌ـ تگرگ و غيره مي‌دهد.

سيستم پشته (Ridge) : منطقه‌ايي طويل و كشيده از يك دستگاه جوي پرفشاري است كه در امتداد خط پشته بيشترين فشار جو وجود دارد. در اين سيستم به علت فرونشيني يعني نزول توده‌هاي هوا از سطح بالاي جو به سطح زميني هوا گرم شده و در صورتي كه ابري وجود داشته باشد تبخير گرديده و هوا صاف مي‌شود. به اين جهت است كه مناطق تحت نفوذ چنين سيستم‌هايي داراي اقليم خشك و بياباني است.

كمربدهاي فشار در جهان ( Planetary Pressure Belts) : آرامگان‌هاي استوايي‌ـ پرفشارهاي جنب حاره (عرض‌هاي اسب)ـ كمربند‌هاي كم‌فشار جنب قطبي‌ـ كلاهك پرفشار قطبي‌.

مفاهيم رطوبت

مه(Fog) : تراكم حاصل از سردشدن ذرات بخار آب در نزديكي سطح زمين كه بصورت ذرات معلق در فضاي سطحي مشاهده مي‌گردند مه ناميده مي‌‌شود. به عبارت ديگر مكانيزم تشكيل مه شبيه مكانيزم تشكيل ابرها مي‌باشد اساساً بيان جدايي مه از ابر نيز مشكل است زيرا مه‌ها در حقيقت ابرهاي استراتوس هستند كه در سطح زمين و يا در طبقه‌ايي بسيار نزديك به زمين تشكيل مي‌گردند.

توده‌هاي هوا : يك توده هوا عبارت است از حجم عظيمي از هوا كه خصوصيات فيزيكي آن بويژه از نظر دما و رطوبت در سطح افقي براي صدها كيلومتر تقريباً همسان باشد.
مناطق منشأ و انواع توده‌هاي هوا : توده‌هاي هوا خصوصيات اصلي خود را از سطحي كه در روي آن تشكيل مي‌شوند كسب مي‌كنند و از اين جهت است كه خصوصيات حرارت و رطوبت هر توده هوا به طور مستقيم از طريق طبيعت سطح زيرين آن تعيين مي‌گردد. مهمترين مناطق منشأ توده‌هاي هوا در روي كره زمين مراكز پرفشار جنب حاره و مناطق قطبي مي‌باشند. توده‌هاي هوا با حركت تدريجي خود خصوصيات نواحي منشأ خود را به ساير مناطق جهان گسترش مي‌دهند اين حالت را معمولاً «هجوم موج سرد» و يا موج گرم مي‌گويند.

جبهه‌ها : به طور كلي بين توده‌هاي هواي مختلف با خصوصيات متفاوت، منطقه گذرايي كه در اصطلاح هواشناسي بنام «جبهه» معروف است وجود دارد . جبهه‌ها نواحي انتقالي كوچك يا وسيعي مي‌باشند كه وسعت ناحيه آنها از ده الي صد كيلومتر تغييرمي‌كند با وجود اين در روي نقشه هاي هواشناسي جبهه‌ها را باخطي نشان مي‌دهند جبهه‌ها از لحاظ شرايط اقليمي و هواشناختي اهميت ويژه‌اي را حائزند. زيرا در مناطق انتقالي و گذري آنها بين عناصر فشارـ حرارت‌ـ پراكندگي بارندگي‌ـ ميزان ابرناكي‌ـ جهت وزش بادـ و شدت آن ارتباط بسيار نزديكي برقرار مي‌گردد و مي‌توان از ‎آن چهار نوع جبهه نام برد جبهه گرم- جبهه سرد-جبهه مسدود و جبهه ساكن

تبخير (Evaporation):در مورد تبخير از سطح آبها،درجه حرارت،شدت باد- و درجه نمناكي بزرگترين نقش را بازي مي‌كنند درواقع تبخير تابعي از شرايط حرارتي است علاوه بر عوامل اساسي ياد شده فوق،فشار بخار آب،خصوصيات آب،وعمق و درجه شوري آن نيز بر تبخير اثر مي‌گذارند.

تعرق :گياهان آبي را كه براي تامين فعاليت حياتي خود از طريق زمين بدست مي‌آورند بعد از مصرف بصورت بخار آب به اتمسفر پس مي‌دهند آخرين مرحله گردش آب درون پوشش گياهي را تعرق مي‌گويند.

گرماي نهان تبخير (Latent-heat-of vaporization):براي تبخير يك گرم آب در دماي صفر درجه سانتيگراد ششصد كالري گرما و در دماي صد درجه سانتيگراد پنصد و چهل كالري از گرما مورد نياز است و چون دما عبارت است از «ميانگين انرژي حركت مولكولي يك جسم» زماني كه آب تبخير مي‌شود فقط ذراتي قادرند سطح آب را ترك كرده و به اتمسفر وارد شوند كه داراي سرعت فوق ميانگين انرژي ياد شده باشند. از اين رو حركت مولكولي كند شده و دماي سطح آب در حال تبخير پايين مي‌آيد.

انرژي گرمايي اضافي كه با ذرات تبخير محل مي‌گردند به عنوان (گرماي نهان تبخير) ناميده مي‌شود. اين گرما در زمان تراكم رطوبت،از طريق توده آب متراكم و يا تشكيل ابرها به اتمسفر پس داده مي‌شود. اهميت جذب گرماي نهان در فرايند مهمي چون گرم شدن اتمسفر و نقش آن در بيلان گرماي اتمسفر روشن است .

ظرفيت (Capacity):بخار آب موجود در اتمسفر به عنوان رطوبت هوا ناميده مي‌شود. حداكثر بخار آبي كه هوا در دماي معيني مي‌تواند دارا باشد به عنوان ظرفيت هوا ناميده مي‌شود .
اشباع(ٍSaturation):اشباع عبارت است از حداكثر ظرفيت رطوبتي هوا در دماي معين بطور كلي هوا زماني به حالت اشباع مي‌رسد كه يا ميزان بخار آب در آن به حداكثر ظرفيت خود برسد و يا از درجه حرارت آن تا نقطه شبنم كاسته شود.

نقطه شبنم (Dewpoint) : دمايي است كه در آن هوا به حد اشباع مي‌رسد و به عبارت ديگر، در صورتي كه در فشار ثابت تغييري در نسبت مخلوط ايجاد نگردد ولي دماي هوا پايين آيد دماي ويژه جديدي حاصل خواهد شد كه بدان ، دماي نقطه شبنم گفته مي‌شود.

نم مطلق(Absolute.humidity) : وزن بخار آب موجود بر حسب گرم در هر واحد حجمي از هوا (بر حسب متر مكعب يا سانتي متر مكعب ) را نم مطلق مي‌گويند و ميزان آن از استوا به سمت قطبها و از سواحل به درون خشكيها و از مناطق پست به سمت نواحي مرتفع كاسته مي‌شود .

نم ويژه (Specificn humidity) : نسبت وزن بخار آب به وزن واحد هوايي را كه شامل آن است نم مخصوص مي‌گويند وبه صورت فرمول خلاصه‌ زير بيان مي‌گردد .

نم نسبي (Relative humidity) : رطوبت نسبي عبارت است از نسبت ميزان رطوبت مطلق موجود در هر حجمي از هوا با دما معيني، به حداكثر رطوبت مطلقي كه همان حجم از هوا در همان دما مي‌تواند داشته باشد. به عبارت ديگر نسبت جرم بخار آب موجود در هر حجمي از هوا به جرم بخار آب موجود در همان حجم هوا را در حالت اشباع «نم نسبي» مي‌گويند. مثلاً اگر يك كيلوگرم از هوا در دما و فشار معيني قابليت جذب حداكثر تا 30 گرم بخار آب را داشته باشد ولي فقط داراي 10گرم رطوبت باشد دماي نم نسبي معادل 50 درصد است .

فشار بخار آب (Vapor pressure) : در هر دمايي بخار آب موجود در هوا داراي فشاري است كه به عنوان فشار بخار آب ناميده مي‌شود . ميزان در ارتباط با عرض و فصل در حدود 0/2 ميلي بار از سيبري شمالي در دي ماه تا 30 ميلي بار در مناطق حاره در تير ماه تغيير مي‌كند.
تراكم : تبديل بخار آب به حالت جامد يا مايع در هوا را تراكم مي‌گويند. شرط اصلي جهت تراكم رسيدن و گذر از نقطه اشباع است از طرف ديگر شرط لازم براي وقوع فرايند تراكم وجود هسته‌هاي تراكم در هواست اين هسته‌ها عموماً بايد جاذب رطوبت باشند و مهمترين ذرات جاذب رطوبت در اتمسفر،نمك درياـ ذرات اوگانيك‌ـ تري اكسيد سولفور است .

تصعيد(Sublimation) : زماني كه درجه حرارت هوا زير نقطه انجماد باشد،بخار آب ممكن است مستقيماً به يخ تبديل گردد اين فرايند تصعيد ناميده مي‌شود.

شبنم (Dew) : شبنم رطوبتي است متراكم كه به صورت قطراتي روي اشياء و سطوح مختلف مشاهده مي‌گردد در شب‌هاي صاف و آرام،زمين از طريق تشعشع خود،به سرعت سرد مي‌شود و در نتيجه درجه حرارت آن از هواي مجاور كمتر مي‌شود در نتيجه هواي اطراف كه خنك شده،در نتيجه تماس با زمين تا نقطه شبنم سرد مي‌شود لازم به يادآوري است كه به احتمال قوي اين امر در لايه بسيار نازكي از هوا و حدود چند سانتي‌متر قبل از برخورد با زمين بوقوع مي‌پيوندد. در نتيجه سرد شدن زيادي در زير نقطه شبنم،بخار آب مازاد در هوا متراكم مي‌شود.

ژاله (Frost) : شرايط ژاله و شبنم عملاً با يك استثناء همسانند. شبنم زماني كه پديده تراكم در روي اشياء سرد فوق نقطه انجماد بوجود آيد تشكيل مي‌شود در صورتي كه ژاله زماني كه تراكم در زير دماهاي نقطه انجماد رخ مي‌دهد تشكيل مي‌شود. تحت چنان شرايطي،رطوبت هوا،مستقيماً از حالت بخار به حالت جامد،بدون گذشتن ازحالت مايع،تغيير شكل مي‌دهد به اين ترتيب ژاله پديده متبلوري است كه به شكل فلس- سوزن- و پرمرغ در شب‌هاي سرد،در روي سطح زمين و اشياء بوجود مي‌آيد.

مه يخ‌زده (Rime) : در برخورد قطرات ريز يك توده هواي مه دار با اشياء جامدي كه داراي دماي زير نقطه انجمادند،ته نشيني از كريستال‌هاي يخ سفيد و زبر تشكيل مي‌شود كه به آن مه يخ زده مي‌گويند.

مفاهيم هوا و آب و هوا

هوا : شرايط جوي موقت و معيني كه براي مدتي كوتاه در يك مكان معين غالب مي‌گردد هوا ناميده مي‌شود.(Weather)

آب و هوا : به مجموعه‌ايي از ميانگين‌هاي شرايط جوي دراز مدت براي يك منطقه «آب و هوا» گفته مي‌شود.(Climate)

متئورا : (Meteore) به مجموعه پديده‌هاي اتمسفري نظير ابر‌ـ مه‌ـ باران‌ـ برف‌ـ باد‌ـ طوفان و رعد و برق نور قطبي ......... متئورا گفته مي‌شود (اين كلمه در يونان باستان به آسمان اطلاق مي‌شده است)

هواشناسي : در مقياس جهاني تركيبي از مطالعات فيزيكي اتمسفر و پديده‌هاي آنهاست و به دو بخش اصلي تقسيم مي‌شود.

هواشناسي ديناميك‌ : بوسيله قوانين مكانيك و ترمنوديناميك حالات اتمسفر مطالعه مي‌شود.

هواشناسي سينپوتيك : از طريق تجربي و تهيه نقشه‌هاي سينپوتيك كه در ساعات معيني تهيه مي‌شود. اوضاع هوا مورد بررسي قرار مي‌گيرد و يكي از كارهاي عمده آن پيش‌بيني هواي آينده است.

اقليم شناسي : با استفاده از نتايج ارقام و داده‌ها شرايط محيط جغرافيايي و زميني را مورد مطالعه قرار مي دهد. در حقيقت اقليم‌‌‌شناسي روابط حيات و حوادث ديگر طبيعي را با حوادث اتمسفري بررسي نموده و اثرات پديده‌هاي جوي را در حيات موجودات زنده از جمله انسان معين مي‌كند.