پاورپوینت آب و هوای لایه مرزی جلسه دوم : اساس فیزیکی لایه مرزی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

آب و هوای لایه مرزی

جلسه دوم : اساس فیزیکی لایه مرزی

اسلاید 2 :

در مطالعات میکروکلیما آثار متقابل جو و سطح زمین بررسی می شود. اثر سطح زمین بر جو تا لایه 10 کیلومتر اولیه جو محدود می شود. این لایه در قلمرو تروپوسفر قرار دارد. اثر مزبور در طول یک روز به لایه کم عمق تری محدود می شود که لایه مرزی جوی یا لایه مرزی سیاره ای نامیده می شود.
لایه مرزی

اسلاید 3 :

ویژگی اصلی لایه مرزی آمیزش کامل هواست که از دو طریق صورت می گیرد:
در اثر اصطکاک هوا که روی سطوح ناهموار زمین کشیده می شود
در اثر صعود حباب های بزرگ هوا که از سطح داغ زمین جدا و به بالا راه پیدا می کند.

لایه مرزی، بیشترین گرما و کلیه رطوبتش را بوسیلۀ این دو فرایند تلاطم زا کسب می کنند

اسلاید 4 :

سطح فعال

از نظر فنی، سطح صفحه ای است که دو محیط متفاوت را از یکدیگر جدا می کند.
گرچه خود فاقد انرژی یا جرم است، اما در آن تغییرات مهم انرژی، جرم و مبادله انجام می گیرد. پیچیدگی موضوع سطح هنگامی است که خواسته شود موقعیت آن در بسیاری از محیط های طبیعی تعیین شود؛ مثلاً سطح مزبور ممکن است در حرکت باشد (سطح آب)، نیمه شفاف باشد (برف، یخ، پوشش گیاهی)، ترکیبی متنوع داشته باشد (برگ درختان) و یا توسط واحد های بزرگ ناصاف، پرچین و شکن شده باشد (سطح درختان در یک ناحیه جنگلی، یا سطح ساختمان ها در یک ناحیه شهری).
اساس فیزیکی اقلیم لایه مرزی

اسلاید 5 :

در زمینه اهداف اقلیمی، ”سطح فعال“ به عنوان یک صفحه مهم ناظر بر فعالیت اقلیمی یک سیستم تعریف شده است.
سطحی است که بخش عمده انرژی تابشی در آن جذب، منعکس و انتشار می یابد، روی آن انتقال عمده انرژی(یعنی تابش به حرارت، گرمای محسوس و نهان) و تغییرات جرم (یعنی تغییر حالت آب) انجام می گیرد و بارش روی آن به صورت برگاب در می آید و بخش عمده هوا روی آن کشیده می شود.

اسلاید 6 :

تغییرات انرژی در فضای فرضی

ورودی کمتر از خروجی
ورودی بیشتر از خروجی
ورودی و خروجی برابر باشند

اسلاید 7 :

مبادلات در لایه مرزی

لایه زیر سطح زمین
اثر سطح فعال به پایین و به داخل یک لایه نسبتاً کم عمق کشیده می شود. ارتباط متقابل بین سطح فعال و لایه مزبور به مبادلات مولکولی محدود می شود.
ازآنجاییکه سطح فعال، محل بزرگترین جذب انرژی در روز و اتلاف آن در شب است، بزرگترین واکنش های حرارتی روی آن انجام می پذیرد. اثر مزبور با فاصله از سطح و به سوی پایین و درون زمین تعدیل می یابد.

اسلاید 8 :

لایه مرزی منظم
بلافاصله در بالای هر سطح یک لایه مرزی منظم و موازی وجود دارد. این لایه از پوسته نازک هوا (به ضخامت چند میلی متر) تشکیل شده که به تمام سطوح چسبیده و حرکت درون آن به صورت موازی (و نه متقاطع) انجام می گیرد( در حقیقت خطوط جریان آن موازی سطح بوده و فاقد عوامل جریان های متقاطع است). معنای ضمنی عبارت مزبور این است که این لایه ها مجزا مانده و مخلوط نمی شوند؛ از این رو جریان هوا، ظاهری یک دست و هموار پیدا می کند.
لایه مرزی با افزایش فاصله از روی سطحی صاف رشد نموده و به تدریج ضخامت آن زیاد می شود.

اسلاید 9 :

تکوین و شکل گیری یک لایه مرزی منظم روی سطحی صاف و تبدیل آن به جریان تلاطمی

اسلاید 10 :

ضخامت این لایه بیشتر به ناهمواری هرسطح و سرعت باد خارج بستگی دارد. روی سطوح بسیار صاف و بویژه در سرعت های بالا، لایه مزبور بسیار نازک شده و یا موقتاً ناپدید می شود.
در لایه منظم سطحی، فرآیند همرفت شکل نمی گیرد، از این رو کلیه انتقالات غیر تابشی از طریق مولکولی انجام می شود.
تغییرات خصیصه های عمودی شارها

اسلاید 11 :

عوامل ناهمواری های سطح، باعث ایجاد جریانات پیچیده مشتمل بر اذیها و پیچکهای مختلف در حول و حوش آن می شود. نمودهای مزبور به شدت به عوامل ناهمواری، شکل، تراکم و انعطاف پذیری آنها بستگب دارد. مبادلات گرما، جرم، تکانه و اقلیم وابسته به آنها، گرچه می تواند در این لایه تثبیت شود، با این حال تشخیص آنها به دلیل تنوع ناهمواریها چندان ساده نیست.
لایه زبر و ناصاف

اسلاید 12 :

لایه سطحی متلاطم

این لایه بخشی از لایه مرزی سیاره ای را تشکیل می دهد که بلافاصله روی سطح، جاییکه تلاطمهای کوچک عامل غالب انتقال است قرار دارد.
در این لایه نوسانات شار عمودی ضعیف بوده و از این رو به آن لایه شار ثابت نیز اطلاق می شود. عمق این لایه تقریباً معادل 10 درصد کل لایه مرزی سیاره ای است و انتشار تلاطمی در این لایه بسیار موثرتر از فعالیت مولکولی عمل کرده و فرآیند آن بسیار متفاوت است.

اسلاید 13 :

لایه بیرونی
محدوده تلاطم که از بالای لایه سطحی تا بخش فوقانی لایه مرزی سیاره ای گسترش می یابد، لایه بیرونی نامیده می شود. این لایه 90 درصد از عمق لایه مرزی سیاره ای را در برمی گیرد.
ضخامت آن متغیر است و به میزان شدت تلاطم های ایجاد شده در سطح زمین بستگی دارد. در یک روز آفتابی همراه با باد ملایم، همرفت حرارتی می تواند لایه مزبور را تا ارتفاع 1 یا 2 کیلومتر از سطح زمین بالا ببرد.
در شب و در شرایط باد ضعیف و هوای کمی ابری می تواند منقبض شده، ضخامت آن به کمتر از 100 متر برسد یا حتی کاملا ناپدید شود. در روز یا شب های پرباد و ابری، عمق این لایه به قدرت باد و ناصافی سطح زمین بستگی پیدا می کند.
تعیین قله این لایه همیشه آسان نیست، اما می توان آن را در ارتفاعی فرض کرد که تا آن ارتفاع فعالیت های تلاطمی انجام می گیرد. معمولا قله این لایه برابر ارتفاعی دانسته می شود که در آن پایین ترین وارونگی هوا شکل می گیرد، زیرا تلاطم به وسیلۀ وارونگی هوا تعدیل می شود.

اسلاید 14 :

با افزایش ارتفاع اثر ناصافی و زبری سطح زمین در ایجاد همرفت اجباری نسبت به اثر گرمایش در همرفت حرارتی سریعتر کاهش می یابد؛ از این رو در اوقات روز، همرفت آزاد که درگیر ادیهای بزرگ در ارتباط با حجم های حرارتی و حباب های گرمایی است بر بیشترین لایه آمیزش تسلط دارد. ادی های مزبور ممکن است شامل سلول های چرخشی همرفتی و منظم باشد که درون عمق لایه آمیزش گسترش می یابد.
دراین شرایط ممکن است ابرهای کوچک کومولوس در بلندترین شاخه حرکات صعودی تشکیل شود. غالبا آمیزش مواد هواویز(گرد و غبار، آلاینده ها و غیره) چنان موثر است که کل لایه مزبور را دستخوش غبارآلودگی می کند؛ از این رو به لایه همرفتی اوقات روز، لایه مخلوط شده گفته می شود.

اسلاید 15 :

طرح جریان هوا در لایه بیرونی. A) لایه مخلوط شده در ارتباط با نیمرخ های دانسیته شار گرمای محسوس، دمای بالقوه درون یک لایه آمیزش به عمق h است و b) شرایط متناسب در لایه پایدار شبانه

اسلاید 16 :

در این لایه که آمیزش بخوبی صورت می گیرد، نیمرخ خصوصیات اقلیمی(شکل a) تغییرات ناچیزی با ارتفاع نشان می دهد. نیمرخ شار معمولا از کاهش خطی با ارتفاع برخوردار بوده، میزان آن حدود پایه وارونگی هوا به صفر می رسد. در حقیقت شار گرما در بالاترین بخش لایه آمیزش تغییر جهت می دهد. این موضوع به دلیل فعالیت تلاطم انجام می گیرد که موجب می شود حجم های حرارتی باعث تخریب پایه وارونگی هوا شود. بعضی از این حباب های حرارتی به هوای گرم بالا نفوذ کرده و هنگام برگشت، گرما را به پایین منتقل می کنند.
در شب به دلیل پایداری هوا، تلاطم به شدت تضعیف و به لایه کم عمق محدود می شود. در این اوقات همرفت صرفاً با منشأ مکانیکی انجام می پذیرد. بنابراین لایه آمیزش واقعی در شب به وجود نمی آید. اما انتقال تلاطمی باعث جابجایی گرما از پایین ترین لایه شده و به لایه وارونگی هوا شکل می دهد(شکل b)
تضعیف تلاطم در شب ممکن است در حدی باشد که واگرایی شار تابش، نقشی در شکل گیری دما ایفا کند.