آب و هواشناسی همدید

همه چیز درباره نمودارهای Skew-T

مقدمه
پس از پيدايش ديده باني هاي ايستگاه راوين سوند (Rawinsonde)، نمودارهاي ترموديناميكي جهت ترسيم داده عمل كاوش (سوندينگ) و به منظور ارزيابي پايداري جو، مورد استفاده قرار گرفتند.
به رغم پيشرفت هاي متعدد در تكنولوژي و روش هاي پيش بيني، نمودارهاي ترموديناميكي بعنوان يك ابزار لازم براي مفسر امروزي اوضاع جوي باقي مانده است. با اين حال اكنون ترسيم و تحليل سونداژها به نحو مطلوبي از راوين سوندهاي سنتي به سونداژهاي ارائه شده توسط مدل هاي NWP و مشاهدات ماهواره هاي سنجش از راه دور، توسعه يافته است.
نمودارهاي ترموديناميكي مستعمل جهت تحليل كاوش در تحقيقات و عمليات علوم جوي شامل نمودار Stüve، نمودار emagram، نمودار tephigram و نمودار Skew-T/ P-Log مي باشند. در اين مقاله بر روي نمودار اخير تمركز مي شود كه به طور گسترده بيش از 50 سال در پيش بيني هاي عملياتي نيروي هوايي، دريايي و سرويس ملي آب و هواي ايالات متحده مورد استفاده واقع شده است. بسياري از اطلاعات اين مقاله برگرفته از سناد كاربرد نمودار Skew-T/ P-Log در تحليل و پيش بيني سرويس آب و هوا بوده كه يك مرجع راهنما مهم در تحليل كاوش (سوندينگ) براي پيش بيني هاي عملياتي در طول ساليان متمادي بوده است.

نمودار Skew-T/Log-P يكي از 4 نمودار ترموديناميك كاربردي در تحليل و پيش بيني آب و هواست. استفاده عمده نمودار Skew-T/ log-P ترسيم سونداژ راديو سوند مي باشد كه نيمرخ قائم دما و نقطه شبنم را در سرتا سر جو بالاي يك نقطه مشخص بر روي زمين فراهم مي آورد.
اطلاعات لازم جهت رسم سونداژ از منابع گوناگوني نظير راديوسوندها، دراپسوندها، بالن هاي اكتشافي، هواپيما، برونداد مدل NWP و سوندرهاي ماهواره اي جمع آوري مي شوند.
از آنجا كه فشار با افزايش ارتفاع در جو لگاريتمي كاهش مي يابد، نمودار داراي خط هايي از فشار ثابت (isobars) با فاصله لگاريتمي (Log-P) بوده و همچنين ظاهر مورب خطوط دما (Skew-T) هاي ثابت (isotherms) سبب ناميده شدن آن به نمودار skew-T/log-P شده است.

چرا ما به نمودار Skew-T Log-P احتياج داريم؟
- مي توان پايدراي جو را ارزيابي كرد.
- مي توان عناصر آب و هوا را در هر لايه جو ديده باني نمود.
- تعيين شدت پايداري، دماي همرفت، پيش بيني دماها و خصوصيات آب و هوايي سخت (severe weather)
- اين داده براي ايجاد مدل هاي پيش بيني مقياس سينوپتيك استفاده مي شود.

برخي معايب نمودار Skew - T چيست؟
- تنها 2 بار در روز (ساعت 00 و 12 زولو) در دسترس هستند.
- خصوصيت آب و هوا مي تواند به طور چشمگيري بين كاوش ها تغيير كند.
- سونداژ، هنگامي كه باد بالن را به پايين مي راند، اندازه عمودي واقعي را فراهم نمي آورد.
- عمل كاوش، از آنجايي كه براي پيمايش از سطح زمين تا تروپوسفر بالايي چندين دقيقه طول مي كشد، اندازه گيري هاي لحظه اي درستي ارائه نمي دهد.

در ادامه مجموعه ي گوناگوني از خطوط و اطلاعات ارائه شده در نمودار اسكيوتي، تشريح مي شوند:

همفشارها (Isobars): خطوط افقي، با فشار يكسان كه داراي فاصله لگاريتمي از 1050 تا 100 هكتوپاسكال بوده و هر 50 هكتوپاسكال ترسيم مي شوند. اين خطوط از چپ به راست امتداد مي يابند.
در نسخه هاي كاغذي نمودار Skew-T/ Log-P، ارتفاع هاي جو معيار ICAO ، در زير همفشارهاي مورد نظر در سمت راست نمودار، بر حسب فوت (در پرانتزها) و متر [در كروشه ها] چاپ مي شود. همچنين مقياس ارتفاع در سمت راست نمودار وجود دارد.

همدماها (Isotherms): همدماها خطوط ثابت دما هستند. در نمودار Skew-T، همدماها مستقيم، خطوط يكپارچه، شيبدار از پايين سمت چپ به سمت بالا راست مي باشند. در اين مثال، فاصله همدما 10 درجه سلسيوس بوده و از 40 - تا 40 + در پايين نمودار درجه بندي شده اند.

افتاهنگ بي دررو هاي خشك (Dry adiabatic lapse rate): نشان دهنده خطوط دماي پتانسيل ثابت مي باشند. افتاهنگ بي دررو خشك، نرخ سرمايش (10 درجه سلسيوس در هر كيلومتر) يك بسته هوا در حال صعود در حالت غير اشباع را نشان مي دهد.. در نمودار Skew-T، بي درروهاي خشك كمي منحني، خطوط يكپارچه شيبدار از سمت راست پايين به سمت چپ بالا مي باشند. بي دررو خشك به ازاي هر 10 درجه سلسيوس در يك نقطه با همدماها و همفشار 1000 هكتوپاسكال، مشترك مي شوند.

افتاهنگ بي دررو هاي اشباع (Moist adiabatic lapse rate): نشان دهنده خطوط ثابت دماي پتانسيل معادل مي باشد. افتاهنگ بي دررو هاي اشباع، نرخ سرمايش (بسته به ميزان رطوبت هوا) يك بسته هوا در حال صعود در حالت اشباع را نشان مي دهد. در نمودار Skew-T، خطوط بي درروهاي اشباع كمي منحني هستند. توجه كنيد كه شيب و فاصله خطوط، بويژه در ترازهاي پائين به ميزان قابل توجهي با ارتفاع و دما تغيير مي يابد. افتاهنگ بي دررو اشباع از آنجا كه هواي سرد محتواي رطوبت كمتري نسبت به هواي گرم دارد با ارتفاع افزايش مي يابد.

خطوط نسبت آميختگي اشباع (Saturation mixing ratio lines): خطوط نسبت اختلاط اشباع نشان دهنده مقادير ظرفيت بخار آب (جرم بخار آب بر جرم هواي خشك _ گرم بر كيلوگرم) هستند. در نمودار Skew-T، خطوط نسبت اختلاط اشباع (ws) كمي منحني بوده و به صورت خط چين از چپ پايين به راست بالا شيبدار هستند. آنها در پايين نمودار براي يك رنج 0.1 تا 40 گرم بر كيلوگرم مقدار گزاري شده اند؛ به عبارت ديگر، مقدار بخار آب در هر 1000 قسمت از هواي خشك مي باشد. توجه داشته باشيد از آنجايي كه ظرفيت بخار هوا تغييرات غير خطي با دما دارد، فاصله گذاري براي خطوط ws يكنواخت نيست.

كاوش محيطي (Environmental sounding): همان دماي اندازه گيري شده واقعي در جو مي باشد. اين خط ناهموار (منحني) از جنوب به شمال در نمودار امتداد يافته و همواره در سمت راست منحني نقشه شبنم مي باشد. در رسم آن اغلب از رنگ قرمز استفاده مي شود.

منحني نقطه شبنم (Dewpoint curve): خط منحني از جنوب به شمال در نمودار بوده كه اندازه گيري واقي دماي نقطه شبنم در ترازهاي مختلف جو را بيان مي كند و در رسم آن معملا از رنگ سبز استفاده مي شود.
نقطه شبنم دمايي ست كه يك بسته هوا در يك فشار ثابت به درجه اشباع مي رسد بدون آنكه به آن بخار آب اضافه شود. به عبارت ديگر، دمايي ست در سطح زمين كه منجر به تشكيل شبنم مي شود.

افتاهنگ بسته (Parcel lapse rate): مقدار ديده باني شده كاهش دماي هوا نسبت به ارتفاع در صورتي كه هوا هيچگونه حركت عمودي به بالا يا پايين نداشته باشد را افتاهنگ يا لپس ريت گفته مي شود. به عبارت ديگر افتاهنگ گراديان واقعي دما نسبت به ارتفاع در وضعيتي كه هوا بدون حركات عمودي باشد. همان طوري كه گفته شد افتاهنگ مقدار ثابتي نيست و در يك نقطه فقط از روي اندازه گيري دما در ارتفاعات مختلف مي توان مقدار متوسطي براي آن بدست آورد.
افتاهنگ از تا زمان رسيد به حالت اشباع از افتاهنگ بي دررو خشك (DALR) پيروي مي كند پس از آن از افتاهنگ بي دررو اشباع (MALR) پيروي مي نمايد.
ازخط افتاهنگ بسته جهت محاسبه شاخص هاي ‍CAPE، CINH، LI و ساير شاخص هاي ترموديناميكي استفاده مي شود.

نمايه باد (Wind Staff): بادها در نمودار Skew-T با استفاده از مدل قراردادي بادها، رسم مي شوند.
انتهاي صاف نمايه، راستاي وزش باد را نشان مي دهند. بدين گونه، يك نمايه مستقيم رو به بالا يك باد جنوبي  را نشان مي دهد. يك نمايه به سمت راست يك باد غربي  را نشان مي دهد و مانند آن.
سرعت باد با پيكان ها و پرچم ها در نمايه ترسيم مي شوند: هر پرچم  نشان دهنده 50 نات، هر پيكان كامل  شامل 10 نات و هر نيم پيكان  شامل 5 نات مي باشد. براي مثال، 3 پيكان كامل و نيم پيكان نشان دهنده 35 نات بوده اين در حالي ست كه يك پرچم، يك پيكان كامل و نيم پيكان شامل 65 نات مي باشد.
نمايه بادهاي نيمرخ قائم جو، در ترازهاي مشخص آنها، در سمت راست نمودار Skew-T ترسيم مي شوند، در اشاره به ارتفاع يا سطح فشار خاصي كه باد در آن گزارش شده است.

هودوگراف (Hodograph)
هودوگراف يك ابزار گرافيكي ست كه در ارزيابي چينش باد عمودي به مفسران كمك مي كند. در يك محيط همرفتي، يك درك درست از چينش عمودي باد جهت پيش بيني نوع طوفان همرفتي ، احتمال ابر سلول طوفان ها (supercell storms)، كه در آن طوفان هاي جديد مي توانند تشكيل شوند، و حتي طوفان و حركت سيستم طوفاني بسيار مهم است.
هودوگراف ها اغلب همراه با سوندينگ ها در نمودار Skew-T درج مي شوند. در تصوير زير يك سوندينگ مدل AFWA MM5 را همراه با هودوگراف در گوشه بالاي سمت راست نشان مي دهد (برگرفته از وبسايت اطلاعات شبكه آب و هوا نيرو هوايي ارتش، JAAWIN). نمودارهاي سوندينگ/هدودوگراف از بسياري منابع قابل دسترسي هستند.

پيكان هاي باد (Wind Barbs) در برابر بردارهاي باد (Wind Vectors)
هواشناسان همه با شكل سنتي باد كه خطوط خاردار (پيكان ها) براي راستا و سرعت باد در ترازهاي گوناگون استفاده مي شود، آشنا هستند. هودوگراف همين اطلاعات را در غالب بردارهاي باد نشان مي دهد. با اين حال، از آنجا كه هدف اصلي مشخص شدن چينش باد عمودي ست، هودوگراف مبتني بر بردارهاي باد مي باشد. بر خلاف پيكان باد، يك بردار بواسطه طولش نشان دهنده سرعت به جاي تركيبي از پيكان ها، مي باشد.

نمودار مختصات قطبي (Polar Coordinate Chart)
در يك هودوگراف، بردارهاي باد در يك نمودار مختصات قطبي ترسيم شده اند. محورهاي نمودار نشان دهنده 4 راستاي قطب نما مي باشند. همه بردارهاي باد از مبدا و راس، در راستاي حركت باد امتداد مي يابند. از آنجا كه طول بردار نشان دهنده ميزان سرعت مي باشد، دواير متحد المركز كشيده شده در اطراف مبدا نشان دهنده سرعت ثابت باد مي باشد. براي مثال، اين هودو گراف نشان مي دهد هر دو بردار باد 4 و 5 كيلومتر، 25 متر بر ثانيه مي باشند، گرچه راستاي آنها بترتيب از غرب و غرب-شمال غربي هستند.

معمولا، بردارهاي باد در هودوگراف ترسيم نمي شوند، بلكه توسط نقاط انتهايي در نمودار مختصات قطبي نشان داده مي شوند. هودوگراف از اتصال نقاط انتهايي هر يك از بردارهاي باد ترسيم مي شود.

رطوبت/نمناكي
اطلاعات رسم شده در نمودار Skew-T شامل دما، نقطه شبنم، سرعت و راستاي باد مي باشند. طراحي نمودار Skew-T، محاسبه انبوهي از مقادير هواشناسي گزارش نشده مربوط به دما، رطوبت، پايداري و ديگر خواص ترموديناكي جو را فراهم مي آورد. در اين بخش به روش شناسي تعيين و محاسبه كميت ها و پارامترها در يك گمانه زني (sounding) رسم شده در نمودار اسكويتي پرداخته مي شود.
نسبت آميختگي اشباع (Saturation Mixing Ratio = ws)نسبت آميختگي اشباع (ws)، نسبت آميختگي جرم بخار آب (Mv) به جرم هواي خشك (Md) در يك بسته هوا اشباع مي باشد. به عبارت ديگر، ws، ماگزيمم مقدار بخار آبي ست كه يك بسته بدون تراكم (ميعان) مي تواند حفظ نمايد:ws = Mv / Mdنسبت آميختگي اشباع، قسمت در هزار، معمولا گرم (بخار آب) بر كيلوگرم (هواي خشك) بيان مي شود. جهت تعيين نسبت آميختگي اشباع براي يك فشار معين در نمودار اسكيوتي، خط نسبت آميختگي اشباع كه منحي دما (T curve) را در آن فشار قطع مي كند، به صورت مستقيم يا توسط ميان يابي قرائت مي شود.در اين مثال، يك بسته هوا در 850 هكتوپاسكال با دماي 5 درجه سلسيوس، يك نسبت آميختگي اشباع g/kgا6.5 دارد.
نسبت آميختگي (Mixing Ratio = w)
در يك نمونه هواي مرطوب، نسبت آميختگي (w)، نسبت جرم بخار آب (Mv) به جرم هواي خشك (Md) مي باشد:w = Mv / Md
نسبت آميختگي، قسمت در هزار، معمولا گرم (بخار آب) بر كيلوگرم (هواي خشك) بيان مي شود. نسبت آميختگي از نسبت آميختگي اشباع از اين حيث كه آن مقدار واقعي وجود بخار آب را اندازه گيري مي كند متفاوت است، در حالي كه نسبت اختلاط اشباع مقدار بخار آبي موجود در حالت اشباع را اندازه گيري مي نمايد.بايد توجه داشت كه براي محاسبات فيزيكي بسيار دقيق، نم ويژه (specific humidity)، شاخص q، اغلب يك كميت برتر ست. نم ويژه، نسبت جرم بخار آب موجود بر جرم هواي مرطوب ست:(q = Mv / (Mv + Md
در اهداف پيش بيني همديد، نسبت آميختگي به قدر كافي معرف بوده و ارزيابي آن آسان مي باشد.
جهت تعيين نسبت آميختگي (w) براي يك فشار معين در نمودار Skew-T، خط نسبت آميختگي اشباع كه منحي دما را در آن فشار قطع مي كند به طور مستقيم يا ميان يابي قرائت مي كنند.در اين مثال، يك بسته هوا در 850 هكتوپاسكال با يك نقطه شبنم 6 - درجه سلسيوس، داراي نسبت آميختگي g/kgا6.5 مي باشد. رطوبت نسبي (Relative Humidity = RH)رطوبت نسبي (RH) نسبت مقدار بخار آب در يك حجم معيني از هوا به ميزان مقداري كه هوا تمايل به نگه داشت آن دارد تا به اشباع برسد، كه بر حسب درصد بيان مي شود.رطوبت نسبي را مي توان از نسبت آميختگي (w) و نسبت آميختگي اشباع (ws) توسط معادله زير بدست آورد:(RH= 100 * (w/wsدر اين مثال، يك بسته هوا در فشار 850hpa داراي نسبت آميختگي 3g/kg و نسبت آميختگي 6.5g/kg و رطوبت نسبي % 46 مي باشد.توجه داشته باشيد كه در تعريف بالا، نسبت آميختگي اشباع (و رطوبت نسبي) براي آب مايع فرض شده است (نه يخ).

نزول نقطه شبنم (Dewpoint depression= Tdd)نزول نقطه شبنم (Tdd) تفاوت (دلتا) بين دما و دماي نقطه شبنم مي باشد. برونداد (خروجي) رطوبت مشاهدات راوين سوند به طور معمول به صورت نزول نقطه شبنم گزارش شده است. در شرايط اشباع، نزول نقطه شبنم 0 درجه سلسيوس مي باشد، در حالي كه در شرايط خشك، نزول نقطه شبنم مقادير بزرگتري دارد. نمودار اسكيوتي زير معمول يك صبح تابستاني در طول ساحل شمال كاليفرنياست.نزول نقطه شبنم در سطح زمين 0 مي باشد، شرايط در سطح زمين اشباع مي باشد كه احتمالا سبب بروز مه مي شود و در تراز 850hpa معادل 44 درجه سلسيوس مي باشد. شرايط خشك سريع بالاي مه، سرمايش تابشي (radiative) و تبخيري (evaporative) در بالاي مه را تقويت مي كند. اين سرمايش به ماندگاري مه كمك مي كند. فشار بخار اشباع (saturation vapor pressure =es)بخشي از كل فشار جو مربوط به بخار آب در صورتيكه هوا اشباع باشد، بواسطه اشباع بودن هوا، بيانگر بيشينه بخار آب ممكن در فشار و دماي معين است.از منحني گمانه زني دما (T) در فشار معين، همواره همدما تا فشار 622hpa دنبال مي شود. در صورت نياز، مقدار خط نسبت آميختگي اشباع، بوسيله ميان يابي قرائت شده، از اين نقطه در فشار 622hpa، فشار بخار اشباع در فشار معين بر حسب هكتوپاسكال (hpa) بدست مي آيد. در اين مثال، هوا در فشار hpa850 با دماي 3C0  داراي فشار بخار hpa7.5 مي باشد. توجه داشته باشيد كه اين روش براي تعيين فشار بخار (e) كاملا مشابه روش تعيين فشار بخار اشباع (es) ست. تنها تفاوت اين است كه در تعيين فشار بخار با نقطه شبنم و در تعيين فشار بخار اشباع با دما شروع مي شود.فشار بخار (vapor pressure =e)فشار بخار (e) بخشي از مجموع فشار جو مربوط به بخار آب تعريف مي شود. از منحني گمانه زني نقطه شبنم (Td) در فشار معين، همواره همدما تا همفشار 622 hpa دنبال مي شود. در صورت نياز مقدار خط نسبت آميختگي اشباع، توسط ميان يابي قرائت شده و از اين نقطه در 622hpa، فشار بخار بر حسب هكتوپاسكال (hpa) بدست مي آيد. در اين مثال، هوا در فشار 850hpa با نقطه شبنم 9C0 - داراي فشار بخار 3.0hpa مي باشد.
دماها/ترازها

دماي مجازي (virtual temperature =Tv)دماي مجازي (Tv) يك نمونه هواي نمناك، دمايي ست كه در آن دما هواي خشك بايد با همان فشار كل، همان چگالي نمونه را دارا باشد. به عبارت ديگر، 2 نمونه هوا با دماي مجازي يكسان چگالي يكساني، صرفه نظر از دماي واقعي يا رطوبت نسبي شان دارند.به دليل اينكه بخار آب چگالي كمتري نسبت به هواي خشك و هواي گرم چگالي كمتر نسبت به هواي سرد دارد، دماي مجازي همواره بزرگتر يا مساوي دماي واقعي ست.توجه داشته باشيد كه به دليل اينكه نسبت آميختگي اشباع با دما، تصاعدي افزايش مي يابد (حدود 2 برابر با هر افزايش حدود 10 درجه سلسيوس)، تصحيح دماي مجازي براي نقاط شبنم بالاتر به طور فراينده اي اهميت مي يابد.

جهت تعيين دماي مجازي در نمودار Skew-T در يك فشار معين به صورت زير عمل مي شود:1. تعيين نسبت آميختگي (g/kg ،w)، به اين صورت كه در يك فشار معين طول خط نسبت آميختگي اشباع از نقطه شبنم (Td) عبور مي كند.2. دماي مجازي به صورت زير محاسبه مي شود:Tv ~ T + w/6در اين مثال:T = 5°C و Td = -6°Cبنابر اين، w = 3.0 g/kgTv = T + w/6 = 5 + 3/6  = 5.5°C
دماي پتانسيل (potential temperature=θ)اين كميت مقدار دمايي است كه يك نمونه هوا بايد داشته باشد، در حالي كه به طور بي دررو خشك به 1000 ميلي بار برده شود. دماي پتانسيل معمولا بر حسب كلوين بيان مي شود. اما در اين مقاله ما ازسلسيوس جهت راحتي استفاده خواهيم كرد. به منظور تبديل از K به 0C به سادگي 273.15 كسر مي گردد.از منحني دما در فشار معين، بي دررو خشك تا همفشار 1000hpa دنبال مي شود، مقدار همدما در اين نقطه برابرست با دماي پتانسيل بسته هوا. بي دررو خشك يك همدماي پتانسيل ثابت مي باشد. بنابر اين هوا با يك دماي 300C- در 500hpa (نمايش داده شده) داراي همان دماي پتانسيل هوا، با دماي 00C در 750hpa يا 230C در 1000hpa مي باشد.پايه ابر فرارفتي يا تراز ميعان ترازش (lifting condensation level =LCL)ترازي ست كه در آن يك نمونه هواي نمناك بايد به طور بي دررو خشك بالا رود تا اشباع شود. منظور از پايه ابر فرارفتي، ارتفاعي است كه اگر هواي سطحي به صورت آزاد يا واداشته صعود كند، در آن ارتفاع به نقطه شبنم خود رسيده و بنابراين اشباع خواهد شد. اين ارتفاع به خودي خود داراي كاربرد خاصي نمي باشد ولي در تعيين ساير پارامترهاي جوي مؤثر، نقش بسزايي را ايفا ميكند. با رسم خط دماي پتانسيل براي دماي سطحي و نيز خط ميزان اختلاط مربوط به دماي نقطه شبنم و به دست آوردن محل تلاقي آن ها اين ارتفاع به دست خواهد آمد.فصل مشترك گذر خط نسبت آميختگي اشباع از كف منحي نقطه شبنم (Td) با گذر خط بي دررو خشك از كف منحني دما (T) بعنوان تراز LCL در گمانه زني (سوندينگ) بيان مي شود. در اين مثال هوا با دماي 90C و نقطه شبنم 00C در تراز سطحي، در صورت صعود بي دررو خشك در تراز 870hpa به درجه اشباع خواهد رسيد، اين تراز بعنوان تراز پايه ابر فرارفتي يا تراز ميعان ترازش شناخته مي شود.توجه: هنگامي كه مقدار رطوبت در لايه هاي نزديك سطح به طور قابل توجهي تغيير مي نمايد، در محاسبه LCL ممكن است ميانگين مقدار رطوبت لايه پائين بجاي مقدار رطوبت سطح بسته استفاده شود.  چنان كه گفته شد،در سطح LCL ابر تشكيل مي شود. اما اين ابر در سطوح بالاتر نيز ادامه خواهد يافت، زيرا فرارفت آزاد، حالت اشباع موجود را همچنان حفظ ميكند تا وقتي كه رطوبت جوي در اثر ارتفاع، كاهش يابد و انرژي لازم براي صعود آزاد تأمين نگردد. بنابراين تا جائي كه انرژي لازم موجود باشد، ابر وجود خواهد داشت و به محض عدم تأمين اين انرژي، قله ابر ظاهر خواهد شد و پس از آن، وارونگي هوا ايجاد شده و در نتيجه هوا خشك خواهد شد.
براي تعيين قله ابر، بايد از سطح FCL مجدداً در امتداد خط دماي پتانسيل اشباع حركت نمود تا جائي كه نمايه قائم دما دوباره قطع شود.دماي معادل (equivalent temperature =Te)
دماي معادل (Te) حجمي از هوا، دمايي ست كه نمونه هوا از راه چگالش تمامي بخار آبش و به كار گرفتن گرماي نهان براي گرم كردن هواي خشك درون نمونه، پيدا مي كند. اين عمل يك فرايند تك _ فشار است، يعني فشار ثابت مي ماند. دماي هم ارز دمايي ست در يك تراز، كه يك نمونه هوا پيدا مي كند، اگر تمام رطوبتش توسط يك فرايند شبكه بي دررو (نظر به اينكه تمام رطوبت چگالش شده فورا از نمونه هوا خارج شود) چگالش شود. گرماي نهان ميعان سپس نمونه هوا را گرم مي كند. اين دماي معادل گاها دماي معادل بي دررو ناميده مي شود.1. از نقطه شبنم در فشار معين، يك خط به سمت بالا موازي با خطوط نسبت آميختگي اشباع ترسيم مي شود. همچنين، از منحني دما (T) در فشار معين، يك خط به سمت بالا در امتداد يك بي دررو خشك، تا زماني كه خط ترسيم شده از نقطه شبنم را قطع كند، ترسيم مي شود. يادآوري مي شود كه اين تراز LCL مي باشد.2. از LCL، يك بي دررو اشباع به سمت بالا تا فشاري كه بي دررو اشباع با بي دررو خشك موازي مي شود، دنبال مي شود. اين اين تراز فشاري ست كه تمام رطوبت از نمونه چگالش شده است. 3. از اين فشار، يك بي دررو خشك، در بازگشت به فشار اوليه دنبال مي شود. مقدار همدما در اين نقطه برابر دماي همر ارز (Te) مي باشد.در اين مثال، هوا در 850hpa با دماي 100C و نقطه شبنم 80C- داراي دماي هم ارز 170C مي باشد.

دماي پتانسيل معادل (equivalent potential temperature=θe)دماي پتانسيل معادل دمايي ست كه يك نمونه هوا پيدا مي كند، در صورتي كه تمام رطوبت آن توسط يك فرايند شبكه بي دررو (به عنوان مثال، با گرماي نهان ميعان موجود صرف گرم شدن نمونه هوا) چگالش شود، و سپس نمونه تا 1000hpa به طور بي دررو خشك برده شود.دماي معادل پتانسيل مانند دماي معادل بوده، با اين تفاوت كه نمونه هوا از دماي معادل در سطح اوليه به صورت بي دررو خشك برده مي شود تا نسبت به دماي پتانسيل در تراز 1000hpa. دماي پتانسيل هم ارز معمولا بر حسب كلوين بيان مي شوند. به هر روي در اين مقاله جهت راحتي كار از درجه سلسيوس استفاده مي شود. براي تبدل كلوين به سلسيوس به سادگي 273.15 كسر مي گردد.
جهت تعيين كميت در نمودار اسكويتي به صورت زير عمل مي شود:
1. از نقطه شبنم درفشار معين، يك خط به سمت بالا در امتداد خط نسبت آميختگي اشباع ترسيم مي گردد. همچنين، از منحني T در فشار معين، يك خط به سمت بالا در امتداد يك بي دررو خشك تا قطع شدن خط ترسيم شده از نقطه شبنم در LCL ترسيم مي شود.
2. از اين تقاطع، يك بي دررو اشباع به سمت بالا تا يك فشار كه بي دررو اشباع و بي دررو خشك موازي مي شوند دنبال مي شود. اين تراز فشاري ست كه تمام رطوبت از نمونه چگالش شده است. 3. از اين فشار، بي دررو خشك به سمت پائين تا هم فشار 1000 hpa دنبال مي شود. دمايي كه بي دررو خشك، از هم فشار 1000 hpa عبور مي كند بعنوان دماي پتانسيل معادل تعيين مي شود.
در اين مثال، هوا در 850hpa با دماي 100C و نقطه شبنم 80C- داراي دماي پتانسيل هم ارز 320C مي باشد.

دماي تر (wet-bulb temperature= TW)دماي تر (Tw) دمايي ست كه در آن يك نمونه هوا بايد از راه تبخير آب درونش در فشار ثابت سرد شود، تا اينكه به حالت اشباع برسد. اين دما توسط يك نم سنج دمايي، كه از دماسنج خشك و تر تشكيل شده است، تعيين مي شود. فرايند هواشناختي كه هوا توسط آن به دماي تر خود مي رسد، تبخير باران نازل شده در لايه هواي نا اشباع اوليه ست. بنابر اين در دماي تر، بسته هوا اشباع مي شود. دماي تر همواره مابين نقطه شبنم و دما افت مي كند، جز اينكه هوا اشباع باشد. در حالت اشباع، دما، نقطه شبنم و دماي تر برابر هستند.   در جو واقعي Tw  اغلب يك برآورد خوبي از دماي سطحي پس از آغاز بارش و شرايط تبديل شدن به اشباع فراهم مي كند. جهت تعيين كيمت در نمودار در يك فشار ميعن، به صورت زير عمل مي شود:1. از دما، به سمت بالا در امتداد بي دررو خشك دنبال مي شود.2. از نقطه شبنم در امتداد خط نسبت آميختگي اشباع به سمت بالا دنبال مي شود.3. از محل تلاقي 2 خط ، به سمت پايين در امتداد بي دررو اشباع به سطح اوليه دنبال مي شود.در اين مثال، هوا در 850hpa با دماي 200C و نقطه شبنم 00C داراي دماي تر 100C مي باشد.دماي پتانسيل تر (wet-bulb potential temperature θw)
دماي پتانسيل تر، دماي تري كه يك نمونه هوا پيدا مي كند در صورتي كه در راستاي بي دررو اشباع به فشاري 1000 hpa برده شود.
دماي پتانسيل تر همانند دماي تر بوده، با اين تفاوت كه نمونه هوا از دماي تر در سطح اوليه به صورت بي دررو مرطوب برده شده تا نسبت به دماي پتانسيل تر در تراز 1000 hpa. دماي پتانسيل تر معمولا بر حسب كلوين بيان مي شود اما جهت سهولت در اين مقاله از سلسيوس استفاده مي شود كه براي تبديل كلوين به سلسيوس به سادگي 273.15 كسر مي گردد.
جهت تعيين آن به صورت زير عمل مي شود:
1. پيدا كردن دماي تر.
2. از دماي تر، بي دررو اشباع تا همفشار 1000 hpa دنبال مي شود.
3. مقدار همدما در اين تقاطع برابر با دماي پتانسيل تر در فشار معين.

در اين مثال ، هوا در 700hpa با دماي 50C-‍ و نقطه شبنم  130C-‍ داراي دماي تر  70C-‍ و دماي پتانسيل تر  100C مي باشد.

تراز ميعان همرفتي (convective condensation level =CCL)تراز ميعان همرفتي (CCL) ارتفاعي ست كه يك بسته هوا، در صورت گرم شدن بقدر كافي از زير، به صورت بي دررو صعود كرده تا اينكه در همان لحظه به اشباع برسد. معمولا، آن ارتفاع پايه ابرهاي كومه اي (cumuliform) ايجاد شده توسط گرمايش همرفت به سبب صرف گرماش سطحي ست. جهت تعيين CCL در يك گمانه زني ( sounding)، ابتدا در كف نقطه شبنم، در امتداد خط نسبت آميختگي اشباع به سمت بالا دنبال مي شود تا اينكه خط مذكور پروفايل دما را در گمانه زني قطع نمايد. تراز محل تقاطع CCL مي باشد.در اين مثال، هوا در سطح با نقطه شبنم 0 درجه سلسيوس تمايل به داشتن CCL معادل 750 hpa مي باشد.توجه: هنگامي كه مقدار رطوبت در لايه هاي نزديك به سطح به طور قابل توجهي تغيير مي كند، يك ميانگين مقدار رطوبت لايه پائين ممكن ست به جاي مقدار رطوبت سطح بسته در محاسبه CCL استفاده شود.دماي همرفت (convective temperature =Tc)
دماي همرفت (Tc) دماي سطحي كه بايد براي شروع تشكيل ابرهاي همرفتي بسبب گرمايش خورشيدي لايه نزديك به سطح، رسيده باشد.از تراز ميعان همرفت (CCL) در پروفايل دما، در امتداد بي دررو خشك پائين رو به همفشار فشار سطحي دنبال شود، دماي قرائت شده در اين تقاطع دماي همرفت (Tc) مي باشد.در اين مثال خطوط CCL در 750hpa و دماي همرفت 20 درجه سلسيوس مي باشد.ضخامت (Thickness)
ضخامت نشان دهنده فاصله عمودي بين 2 سطح فشاري (همفشار) مي باشد. ضخامت يك لايه مربوط به متوسط دماي مجازي (Tv) بر طبق فرمول زير است: ΔZ = ضخامت (متر)Rd = ثابت گازهاي براي هواي خشك = متوسط دماي مجازي براي لايهp1 = فشار در كف لايهp2 = فشار در بالاي لايهg = شتاب گرانشيتوجه داشته باشيد كه براي جفت فشار معين، ضخامت متناسب با متوسط دماي مجازي (Tv) در لايه مي باشد. نمودار ضخامت 1000:500 hpa شايد رايج ترين بوده و به طور معمول با كنتورهاي (پربند) 60 متر ترسيم شده است. در اين حالت هر كنتور نشان دهنده تغيير متوسط دماي مجازي 3 درجه سلسيوس مي باشد. در گذشته، ضخامت لايه ها مي توانست به صورت دستي توسط مراجعه به منحني دماي مجازي رسم شده و مقياس هاي ضخامت در نمودار Skew-T تعيين شود. امروزه، ضخامت به طور معمول در نسخه الكترونيكي نمودار Skew-T محاسبه و نمايش داده مي شود. در Skew-T تعاملي، ضخامت لايه 1000-500 hpa برونداد (خروجي) به سمت راست نمودار ست.نقاط قوت و محدوديت هابا توجه به اينكه مقادير ضخامت متناسب با متوسط دماها در لايه هاي جو بوده و از آنجا كه محاسبه مدل هاي عددي با پيش بيني هاي دما سطح، بسيار مشكل دارند، مقادير ضخامت به طور گسترده اي جهت پيش بيني دماهاي بالا و پائين سطح استفاده شده است. در يك مكان مشخص، بسته به فصل و پوشش ابر، نمونه مقادير ضخامت هاي برآمده از مطالعات تجربي، جهت بدست آوردن يك ارزيابي از دماهاي بيشينه و كمينه روزانه كاربردي مي باشند.مقادير ضخامت همچنين به منظور پيش بيني نوع بارش استفاده مي شوند. براي مثال، آستانه بحراني باران/برف يك ضخامت 1000-500، 5400 متر (540 دكامتر)، با مقادير بحراني بيشتر در ارتفاعات بالاتر و مقادير پائين تر در مناطق دريايي مي باشد. توجه: مقادير آستانه ضخامت به عنوان يك ابزار استفاده مي شود، و ديگر عوامل مهم سرمايش نهان، نرخ بارش، فرارفت سرما، عمق ابر و غيره را در نظر نمي گيرد.منبع: آژانس هواشناسی ایران

آب و هواشناسی همدید

مطالب مشابه :

کارهای عملی درس نقشه ها و نمودارهای اقلیمی

آموزش ویدیویی ترسیم گلباد

اقلیم وهواشناسی

سازمان هواشناسی موفق و به روز

استان قم

آب و هواشناسی همدید

روش مطالعهٔ وضع موجود شهر