نشر توسط:دکتر محمدصالح گرامی درباره : علمی , دانشجویان , استادان , اقلیم شناسی , هواشناسی ,
Views 1493 تاریخ : جمعه 25 شهریور 1401 نظرات (0)

مهار همرفتی (CIN) یک کمیت هواشناسی است که به عنوان اندازه‌گیری انرژی مورد نیاز اتمسفر در یک زمان و مکان معین برای مهار توانایی یک بسته هوا برای افزایش سطح همرفت آزاد (LFC) تعریف می‌شود. سطح همرفت آزاد (LFC) ارتفاعی است که در آن بسته هوا، هنگامی که بدون افزایش یا از دست دادن گرما بلند می شود، گرمتر از محیط می شود و در نتیجه شناوری مثبت و همرفت خودپایدار ایجاد می کند. بسته هوا به عنوان حجم موهومی(غیر قابل مشاهده) از هوا، مانند فوت مکعب، تعریف می شود که ویژگی های اصلی ترمودینامیک در آن اعمال می شود. بسته های هوایی به هواشناسان کمک می کند تا ثبات نسبی مناطق جو را در مقایسه با سایر مناطق اطراف کمی کنند. بسته های هوایی دارای ویژگی های زیر هستند:

1-شرایط یکسانی مانند فشار در همه جای بسته هوایی وجود دارد.
2-هیچ تبادل حرارتی یا اختلاط هوای بیرون بسته با هوای داخل بسته وجود ندارد.
2-بسته های هوایی اندازه خاصی ندارند، اما به اندازه ای بزرگ هستند که تعداد قابل توجهی مولکول داشته باشند.

نقش مهار همرفتی در توسعه طوفان:

مهار همرفتی (CIN) انرژی مورد نیاز برای غلبه بر انرژی شناور منفی است که بر روی یک بسته هوا توسط محیط اعمال می شود. شناوری منفی در بسته هوا به دلیل خنک تر و متراکم تر بودن بسته هوا نسبت به هوای اطراف آن است. این منجر به شتاب رو به پایین بسته هوایی می شود. به طور معمول، زمانی که مهار همرفتی (CIN) بالا باشد، مانند مقادیر بالای 200، خطر ایجاد رعد و برق کم است. هنگامی که مقادیر CIN بین 50 تا 200 باشد، نیروهای اضافی مانند همگرایی جبهه ای یا بلند کردن اوروگرافی لازم است تا انرژی مورد نیاز برای بالا بردن بسته را تامین کند. بلند کردن(صعود) اوروگرافی زمانی ایجاد می شود که یک بسته هوایی به دلیل ناهمواری زمین مجبور به بالا رفتن شود. همگرایی جبهه ای نتیجه برخورد با یک جبهه هوای سردتر است که باعث می شود هوای گرمتر به سمت بالا حرکت کند.

همگرایی جبهه ای که باعث تشکیل ابر طوفانی می شود

به طور کلی، زمانی که شرایط جوی به نفع مهار(CIN) است، انرژی بیشتری برای کمک به بالا آمدن بسته مورد نیاز است و در نتیجه مقدار CIN بالاتری ایجاد می‌شود. برای مثال، CIN در شرایطی اندازه‌گیری می‌شود که در آن لایه‌هایی از هوای گرم‌تر بر روی مناطق خنک‌تر وجود دارد که از بالا آمدن هوای خنک‌تر جلوگیری می‌کند و در نتیجه یک منطقه پایدار از هوا را حفظ می‌کند. این نشان دهنده مهار همرفتی بالا (CIN) و احتمال کمتر ایجاد رعد و برق است. برای اینکه توفان تندری تشکیل شود، جریان های صعودی باید رخ دهند که منجر به فعالیت همرفتی می شود که در بخش بعدی با جزئیات بیشتر توضیح داده خواهد شد. برعکس، وقتی مقادیر بالای CIN با اعمال گرمایش و هوای مرطوب در طول همرفت کاهش می‌یابد، طوفان شدیدتری در مقایسه با شرایطی که هیچ مقدار CIN وجود ندارد، رخ خواهد داد. به همین دلیل است که موقعیت‌های طوفان‌های شدید زمانی اتفاق می‌افتند که همگرایی‌های جبهه ای اتفاق می‌افتد، زیرا همگرایی جبهه ای حرکت مورد نیاز برای وادار کردن بسته هوا به بالا رفتن در برابر مقادیر بالای CIN را فراهم می‌کند.

برای یک بسته هوایی دارای CAPE مثبت، CIN ناحیه منفی را در نمودار ترمودینامیکی نشان می دهد. ناحیه منفی معمولاً از وجود یک درپوش یا مقدار انرژی جنبشی که باید به یک بسته اضافه شود تا آن بسته بتواند به LFC برسد، ناشی می شود. حتی اگر عوامل دیگر برای توسعه همرفت موجود باشد، اما اگر مهار همرفتی به اندازه کافی بزرگ باشد، همرفت عمیق تشکیل نمی‌شود. مهار همرفتی (مانند CAPE) به صورت زیر بیان می شود:

که در آن pi فشار در سطحی است که بسته از آن منشا می گیرد، pf فشار در LFC است. Rd ثابت گاز مخصوص هوای خشک است، Tυp دمای مجازی بسته بلند شده و Tυe دمای مجازی محیط است. فرض بر این است که محیط در تعادل هیدرواستاتیکی است و فشار بسته با فشار محیط یکسان است. دمای مجازی برای بسته و محیط استفاده می شود تا تأثیر رطوبت بر چگالی هوا را در نظر بگیرد.