بخشی از مقاله
باران
دید کلی
همه ابرها ذرات آب یا کریستالهای یخ را با خود حمل میکنند، اما این ذرات بسیار کوچکتر از آن هستند که به زمین ببارند. اگر ارتفاع ابرها بیشتر شود ، هوای سردتر ، باعث فشرده‌تر شدن بخار آب می‌شود و این ممکن است برای شکل دادن باران ، تگرگ یا برف مناسب باشد. باران آبی است که پس از سرد شدن بخارهای جوی بوجود آمده و بر زمین می‌‌ریزد. در زبان پهلوی بدان واران (waran) می‌‌گفتند.
باران سنجی با استفاده از امواج
تحقیقات یک دانشمند و همکارانش نشان می‌دهد که می‌توان مقدار ریزش باران را اندازه گرفت و حتی امیدوارانه با استفاده از اطلاعاتی که شرکتهای تلفن همراه از این افت و خیزها جمع آوری کرده‌اند، بتوانند مدلهای خیلی دقیقتری برای آب و هوای کره زمین تهیه کنند. اصل پدیده ، چیز تازه‌ای نیست و در واقع همه خیلی خوب می‌دانند که بارش باران روی مخابره سیگنالهای تلفن همراه تأثیر می‌گذارد: قطره‌های ریز آب موجود در هوا این سیگنالها را ضعیف می‌کند.
بطور دقیقتر ، این قطره‌ها بسته به اندازه‌شان
، شدت فرکانسهای خاصی از سیگنال را کاهش
می‌دهد و این پدیده ، آنقدر تأثیرگذار است
که در حال حاضر ایستگاههای مخابره امواج تلفن همراه ، بطور خودکار بسته به تغییر شرایط جوی ، شدت سیگنالهایشان را بالا و پایین می‌برند. حالا یک دانشمند نشان داده است که این بالا و پایین شدنها حاوی اطلاعات مهمی است که اتفاقاً به درد هم می‌خورد: او و گروهش توانستند با استفاده از افت و خیزهای مشاهده شده در شدت سیگنالهای مخابره‌ای بین ایستگاههای شهر در هنگام توفان مقدار بارش باران را هر ۱۵دقیقه محاسبه کنند.
این اطلاعات با اندازه گیری مستقیم ایستگاههای هواشناسی دو شهر مختلف همخوانی قابل قبولی دارد. البته این اولین باری نیست که از شدت سیگنالها چنین استفاده‌ای می‌شود. پیش از این سیگنالهای دریافتی از ماهواره‌های GPS هم برای اندازه گیریهای جوی مورد استفاده قرار گرفته بود: بسته به رطوبت و دمای هوا ، تأخیرهای کوچکی در زمان دریافت سیگنالها مشاهده می‌شود و این تأخیرها را می‌توان به اطلاعات آب و هوایی ترجمه کرد. حتی از خود سیگنالهای تلفن همراه هم قبلاً برای بیرون کشیدن اطلاعات متفاوت استفاده شده بود.
بعضی از محققان ، از جمله اریک هورویتز از شرکت مایکروسافت ، ایده استفاده از تعداد مکالمات تلفن همراه هر منطقه برای تخمین میزان ترافیک راههای شهری را مطرح کرده بودند، غیر از این در جریان درگیریهای سال ۱۹۹۹ در کوزوو ، خیلی‌ها فکر می‌کردند که صربها از روی اختلالات شبکه‌های تلفن همراه توانسته‌اند جنگنده‌های ضد رادار F -۱۱۷ نیروی هوایی آمریکا را ردیابی و یکی از آنها را سرنگون کنند. تحقیقات قبلی یکی از محققان دانشگاه اسکس هم استفاده پذیری این افت و خیزهای سیگنالی را برای اندازه گیری بارش ، نشان داده بود.اما طرحهای پیشنهادی او به نوع خاصی از ارتباط بین ایستگاههای تلفن همراه نیاز داشت. زیبایی و جذابیت تحقیقات این دانشمند در این است که به بازآرایی شبکه‌ها نیازی ندارد و از همان اطلاعات جمع آوری شده بوسیله شرکتهای تلفن همراه برای کسب داده‌های هواشناسی استفاده می‌کند. به عبارت دیگر مواد خام طرح وی کاملاً مجانی از آب در می‌آید. البته تا وقتی که شرکتهای ارتباطی در بودجه‌شان برای این اطلاعات ، ردیف تازه‌ای باز نکنند.
یکی از مشکلات جدی محیط زیست که امروزه بشر در اکثر نقاط جهان با آن درگیر است، باران اسیدی میباشد. باران اسیدی به پدیده‌هایی مانند مه اسیدی و برف اسیدی که با نزول مقادیر قابل توجهی اسید از آسمان همراه هستند، اطلاق می‌شود.
باران اسیدی
باران هنگامی اسیدی است که میزان PH آب آن کمتر از 5،6 باشد. این مقدار PH بیانگر تعادل شیمیایی بوجود آمده میان دی‌اکسید کربن و حالت محلول آن یعنی بی‌کربنات (HCO3) در آب خالص است. باران اسیدی دارای نتایج زیانبار اکولوژیکی میباشد و وجود اسید در هوا نیز بر روی سلامتی انسان اثر مستقیم دارد. همچنین بر روی پوشش گیاهی تأثیرات نامطلوبی می‌گذارد.
در چند دهه اخیر میزان اسیدیته آب باران ، در بسیاری از نقاط کره زمین افزایش یافته و به همین خاطر اصطلاح باران اسیدی رایج شده است. برای شناخت این پدیده سوالات زیادی مطرح گردیده است که به عنوان مثال می‌توان به این موارد اشاره کرد: چه عناصری باعث تغییر طبیعی باران می‌شوند؟ منشأ این عناصر چیست؟ این پدیده در کجا رخ می‌دهد؟
معمولا نزولات جوی به علت حل شدن دی‌اکسید کربن هوا در آن و تشکیل اسید کربنیک بطور ملایم اسیدی هستند و PH باران طبیعی آلوده نشده حدود 5.6 میباشد. پس نزولاتی که به مقدار ملاحظه‌ای قدرت اسیدی بیشتری داشته باشند و PH آنها کمتر از 5 باشد، باران اسیدی تلقی می‌شوند.
نماز باران
وقتى رحمت الهى (باران) قطع شود و چشمهها و قناتها بخشکد و کمبود آب پدید آید، براى نزول رحمت الهى و آمدن باران ، نمازمىخوانند. نام این نماز ،نماز استسقاء ،یا نماز باران است. این نیز یک درس توحیدى و توجه دادن به قدرت و رحمت الهى است. خداوند مىفرماید:
«قل ارایتم ان اصبح ماؤکم غورا فمن یاتیکم بماءمعین؟»: بگو: اگر آب شما بخشکد، چه کسى براى شما آب گوارا مىآورد؟
بى آبى یک منطقه و نیامدن باران ،نشان قهر خدا و گاهى به سببگناهانى است که مردم جامعه انجام مىدهند.پس توجه به خدا و گریه و التماس و توبه و تضرع ، سبب مىشود خداوند عنایت کند و کم آبى را بر طرف سازد. نماز باران براى جلب رحمت خداوند است. رسول خدا صلی‌الله‌علیه‌وآله‌وسلم فرموده است:
وقتى خداوند بر امتى غضب کند و عذاب بر آنان نفرستد، نرخها گران مىشود و عمرها کوتاه مىگردد، تجار سود نمىبرند و درختها میوه نمىدهند و نهرها پر آب نمىشود و باران از مردم قطع مىشود و اشرار برآنان تسلط مىیابند. در حدیث دیگرى ، امام صادق علیه‌السلام فرموده است:
و اذا جار الحکام فى القضاء امسک القطر منالسماء»: هرگاه زمامداران و حاکمان ، در دادرسى ستم کنند، باران از آسمان قطع مىشود.
طبق روایات ، غیر از آنچه یاد شد، شیوع گناه ، کفران نعمت ، منع حقوق ، کم فروشى ، ظلم و حیله ،ترک امر به معروف و نهى از منکر ،ندادن زکات و ... نیز ،گاهى سبب قطع باران مىشود. در حدیث آمده: حضرت سلیمان با اصحاب خود براى نماز بارانبیرون مىرفت. در راه ، به مورچهاى برخورد که یکى از پاهایش را به آسمان بلند کرده و مىگوید: خدایا! ما مخلوقات ضعیف تو هستیم و از روزى تو بى نیاز نیستیم، پس به سبب گناهان بنى آدم ، ما را به هلاکت مرسان.
حضرت سلیمان علیه‌السلام به اصحاب خود فرمود:برگردید! همانا بخاطر دعاى غیر خودتان سیراب شدید!... پس خیلى هم نباید مغرور بود، خداوند گاهى به خواسته مورچهاى ، رحمت خود را بر بندگان نازل مىکند.حتى گاهى دعاى کافرى چون فرعون را مىپذیرد و باران و فراوانى آب را عطا مىکند. در حدیث است از قول امام صادق علیه‌السلام که یاران فرعون از کاهش آب نیل پیش او سخن گفتند و اظهار کردند که این باعث هلاکت ما خواهد شد. فرعون از آنان خواست که آنروز برگردند. شب که شد، به میان رود نیل رفت و دست بسوى آسمان بلند کرد و گفت: خدایا! مىدانى که مىدانم، که جز تو ، کسى توان آب آوردن ندارد، پس به ما آب بده.
کیفیت نماز باران
مثل نماز عید ، دو رکعت است و رکعت اول ، پنج قنوت و رکعت دوم چهار قنوت دارد و بهتر است که با جماعت خوانده شود. در قنوتها ، هر دعایى مىتوان خواند،ولى بهتر است دعایى خوانده شود که در آن ، از خداوند طلب باران شده باشد و قبل از هر دعا ،صلوات بر پیامبر و آلش فرستاده شود. مستحب است که حمد و سورهاش بلند خوانده شود.
گردباد
ریشه لغوی
تورنادو توفان باد شدیدی است که به عنوان یک حلقه در حال چرخش معرفی شده است. کلمه تورنادو از زبان اسپانیایی و یا زبان پرتغالی گرفته شده است. کلمه تورنر هم به معنای چرخیدن است. این پدیده شگفت انگیز در هوا بطور ناگهانی سراسر دنیا ظاهر می‌شود، گر چه معمولا در نواحی از آمریکا ، خاور دور و آمریکای شمالی اتفاق می‌افتد.
هنگام شروع گردباد ، ابرهای سیاهی در ارتفاع پایین پدیدار می‌شوند که مناظر را به رنگ سبز و هم انگیزی در می‌آورند. هوا معمولا گرم و شرجی می‌شود، باد ملایمی می‌وزد و باران می‌بارد. همچنین دمای هوا در مدت کوتاهی 15 درجه کاهش می‌یابد. سپس بصورت ناگهانی از یک ابر ، ستونی لوله‌ای شکل و در حال چرخش بسوی زمین حرکت می‌کند. گردباد که ابتدا رنگی روشن دارد به تدریج تیره می شود و به این علت که فشار قسمت داخلی آن نسبت به قسمت خارجی کمتر است قدرت مکش دارد و تقریبا همه چیز را به هوا بلند می‌کند.
گردباد زمانی ایجاد می‌شود که دو توده هوا با دما و رطوبت گوناگون با یکدیگر برخورد میکنند و لایه هوای گرم زیر لایه هوای سردتر جای می‌گیرد. هوای گرم معمولا به طرف بالا صعود می کند و ضمن صعود دمای خود را از دست می‌دهد و قطرات آب را می‌سازد که به صورت باران بر زمین فرو می‌ریزند. اما اگر باد جانبی پدید آید که هوای گرم در حال صعود را منحرف کند، هوای گرم با سرعتی حدود 450 کیلومتر بر ساعت شروع به چرخش حول محور خود می‌کند و بصورت پی در پی سرعت چرخش بیشتر و شعاع آن کمتر می‌شود
تشکیل گردباد
گردبادها همراه چندین توفان توسعه می‌یابند، بطوری که لایه‌ای از هوای سرد به زیر هوای گرم می‌رود و این عمل باعث صعود هوای گرم می‌شود. گردبادهای روی آب ،گردبادهای دریایی غالبا در نبود انتقال گرما و یا در دماهای مختلف مشاهده می‌شوند. صدمات وارده از یک گردباد در نتیجه سرعت بالای باد میباشد. فصل گردبادها در آمریکای شمالی ماه مارس و اوت است، گردبادها می‌توانند چندین بار در سال رخ بدهند. آنها معمولا در بعد از ظهر و عصرها اتفاق می‌افتند؛ بالای هشتاد درصد از گردبادها میان ظهر تا نیمه شب رخ میدهند
مشخصات گردباد
هیچ دو گردبادی دقیقا شبیه هم نیستند. هیچ یک از دو گردبادها دقیقا مثل هم عمل نمی کنند. پیش بینی دقیق وقوع یک گردباد در یک زمان خاص تقریبا غیر ممکن است. ممکن است دو گردباد دقیقا شبیه هم نباشند، ولی آنها برای دسته بندی شدن در گروه گردبادها دارای مشخصات یکسانی هستند. یک گردباد از چرخش باد به دور محور مشخصی ایجاد می‌شود. یک تندر استرم هم می‌تواند بچرخد، اما به این معنی نیست که آن یک گردباد میباشد. بنا به گفته بومیان کانادا ، کشته شدگان یک گردباد 12،000،000 نفر بودند. خسارات وارده از گردباد بالغ بر میلیونها دلار است.
ایجاد آگاهی و امنیت در مقابل گردباد
پس از گردباد بلافاصله ، از رادیو و رسانه خبری وقوع حادثه پخش می شود. وقتی که اطلاعیه‌ای راجع به گردباد داده می‌شود انجمنهای عمومی توصیه به رفتن به پناهگاه میکنند. پیش از ساختمان سازی توصیه به ایجاد یک پناهگاهی در یک اتاق یا راهرو و یا حتی زیر زمین شده است، تا در هنگام وقوع یک گردباد بتوانیم زیر یک درگاهی برویم.
وسایل نقلیه در هنگام یک گردباد خطرناک هستند. هنگام وقوع یک گردباد ، ایجاد ترافیک سنگینی می‌کند، ممکن شما قادر به رانندگی خارج از مسیر آن باشید. در غیر این صورت ، بهتر است که هر چه زودتر آن را ترک کنید و خود را به امن ترین جای ممکن برسانید. تحت هیچ شرایطی نباید شما در وسیله نقلیه بمانید، چون وسیله نقلیه به راحتی بوسیله بادهای شدید به اطراف پرت می‌شود. تعدادی از مردم زیر یک پل هوایی پناه می‌گیرند، اما توجه به ایمنی آنجا نمی‌کنند. پلها تنوع زیادی در ساختمانها دارند، ولی تعداد انبوهی از آنها در مقابل اینگونه حوادث مقاوم نیستند
باد
باد به دلیل حرکت هوا از مناطق پر فشار به مناطق کم فشار ایجاد می‌شود. اختلاف فشار ، روی سرعت باد تأثیر می‌گذارد. در صورتی که اختلاف کم باشد، باد خفیف است، اما در صورتی که اختلاف زیاد باشد، باد شدید است.
مقیاس بیوفورت
قدرت باد با مقیاس بیوفورت اندازه گیری
می‌شود. این سیستم 13 درجه
دارد که شامل صفر نیز می‌شود.
انواع بادها طبق تصویر
نیروهای صفرتا 2: سرعت باد تا 11 کیلومتر (صفر تا 7 مایل) در ساعت ؛ هوا آرام یا دارای حرکت آهسته بوده و همراه با غبار و حرکت آهسته برگها میباشد.
نیروهای 3تا4: سرعت باد از 12 کیلومتر (8 مایل) در ساعت تا 29 کیلومتر (18 مایل) در ساعت میباشد. نسیم یا باد متوسط وجود دارد که پرچمها را به هم می‌زند، کاغذها را به هوا بلند می‌کند و به اطراف می‌برد و برگها و شاخه‌های کوچک درختان را حرکت می‌دهد.
نیروهای 5 تا6: سرعت باد از 30 کیلومتر (19 مایل) در ساعت تا 50 کیلومتر (31 مایل) در ساعت است. باد نیمه قوی یا قوی وجود دارد و درختان کوچک و شاخه‌های بزرگ به حرکت در می‌آیند و اشیاء سبک در سطح زمین به اطراف پرتاب می‌شوند.
نیروهای7 تا 9: سرعت باد از 51 کیلومتر (39 مایل) تا 87 کیلومتر (54 مایل) در ساعت است. تند باد یا طوفان شدید وجود دارد. تمام درختان تکان می‌خورند، شاخه‌ها می‌شکنند و دودکشها و سقفهای خانه‌ها از جا کنده می‌شوند.
نیروهای 10 تا12: سرعت باد از 88 کیلومتر (55 مایل) در ساعت تا بیش از 118 کیلومتر (74 مایل) در ساعت میباشد. طوفان یا طوفان شدید وجود دارد. درختها از ریشه کنده می‌شوند و خرابیهای گسترده ایجاد می‌شود.
استفاده از انرژی باد
نیروی باد (فن آوری استفاده از باد برای
ایجاد برق) جزء منابع جدید تولید برق
است که امروزه سریعترین رشد را در
سطح جهانی بخود اختصاص داده است.
نیروی باد توسط توربینهای عظیم سه پره‌ای تولید می‌شود که در بالای برجهای بلند نصب می‌شوند و کار کردشان مانند پنکه معکوس است. بجای استفاده از انرژی برق برای تولید باد و خنکی ، توربینها از باد استفاده میکنند که نیروی برق تولید کنند. باد پره‌ها را می‌گرداند و پره‌ها از طریق شافت یا میله گردان انتقال دهنده حرکت و یک سری چرخ دنده ژنراتور الکتریکی را به حرکت وا می‌دارد.
توربینهای بزرگ برای دستگاهها و ماشین آلات از 750 کیلو وات تا 1.5 مگا وات برق تولید میکنند (یک کیلو وات معدل 1000 وات و یک مگا وات معادل یک میلیون وات است). برای منازل ، ایستگاههای مخابراتی و پمپ آب توربینهای کوچک با توان حداکثر 100 کیلو وات کفایت می‌کند؛ بویژه در نقاط دور افتاده که هیچ منبع انرژی دیگری برای ارائه خدمات وجود ندارد. در کارخانجات باد یا اصطلاحا در مزارع باد ، گروههایی از توربین های بادی بهم متصل شده تشکیل یک شبکه را میدهند و برق تولید میکنند. برق تولیدی از طریق دستگاه انتقال نیرو و شبکه خطوط توزیع به دست مصرف کننده می رسد.
باد و آب
چگونه می‌توان از باد و آب بطور همزمان و با همکاری یکدیگر بهره برداری کرد تا منبعی مستمر و ثابت از برق بادی و آب شیرین بدست آورد؟ یکی از مشکلات روزافزون جهانی مسئله کمبود آب شیرین در آینده‌ای نزدیک است. طبق آمار سازمان ملل ، جمعیت در حال افزایش دنیا تا سال 2025 روزانه به میلیاردها متر مکعب آب شیرین اضافی در روز نیاز خواهد داشت. در حالیکه ظرفیت جاری جهانی آب شیرین کنی رقمی در حدود 28 میلیون متر مکعب در روز برآورد می‌شود.
یک راه حل اساسی برای مبارزه با کمبود آب در آینده، شیرین کردن و نمک گیری آب شور اقیانوسها در مقیاس وسیع میباشد، لکن نمک گیری و آب شیرین کنی پروسه‌ای بسیار پر خرج و فن آوری انرژی بر در اغلب نقاط گیتی است. در میان کلیه فن آوریهای جاری آب شیرین کنی ، سیستم اوسموسیس معکوس بالاترین کارآیی انرژی برق را دارد و میان 3 تا 8 کیلووات ساعت برق به ازای هر متر مکعب آب راندمان آن است.
اوسموسیس معکوس متدی است که آب شیرین و خالص را از طریق تزریق یا فشار آب نمکی از داخل یک غشا یا پرده نیمه ضد آب (که اجازه می‌دهد گروهی از سلولها و نه همه آنها ، از آن بگذرند) که اجازه گذشت نمک را نمی‌دهد، می‌گذرانند. با وجود راندمان بالای سیستم اوسمس معکوس ، 40 در صد قیمت آب شیرین به مصرف انرژی مورد نیاز می‌رسد. از نقطه نظر قیمت و محیط زیست ، منابع انرژی جایگزین ارزان و تمیز برای راه حلهای آب شیرین کنی مقرون به صرفه مورد نیاز میباشد.
انرژی باد بهر حال یکی از ارزانترین منابع انرژی قابل تجدید است که دارای آینده‌ای امیدوار کننده نیز میباشد.
