موضوع مقاله: تحلیل آب و هوای سطحی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تحلیل آب و هوای سطحی | مقدمه: نقشه‌های هواشناسی با ترسیم یا ردیابی مقادیر کمیّت‌های مرتبط مانند فشار هوا در سطح دریا، دما و پوشش ابر بر روی یک نقشه جغرافیایی ایجاد می‌شوند تا به یافتن ویژگی‌های مقیاس سینوپتیک مانند جبهه‌های هواشناسی کمک کنند. | ## بخش 1: تحلیل آب و هوای سطحی | اولین نقشه‌های هواشناسی در قرن نوزدهم، مدت‌ها پس از وقوع برای کمک به طراحی نظریه‌ای در مورد سامانه‌های توفانی ترسیم شدند.Eric R. پس از ظهور تلگراف، مشاهدات هواشناسی سطح همزمان برای اولین بار ممکن شد و از اواخر دهه ۱۸۴۰، مؤسسه اسمیتسونین اولین سازمانی بود که تحلیل‌های سطح را در زمان واقعی ترسیم کرد. استفاده از تحلیل‌های سطح ابتدا در ایالات متحده آغاز شد و در طول دهه ۱۸۷۰ به سراسر جهان گسترش یافت. استفاده از مدل چرخندی نروژی برای تحلیل جبهه‌ای در اواخر دهه ۱۹۱۰ در سراسر اروپا، با گسترش نهایی آن به ایالات متحده در طول جنگ جهانی دوم همراه بود. تحلیل‌های هواشناسی سطح دارای نمادهای ویژه‌ای هستند که سامانه‌های جبهه‌ای، پوشش ابر، بارش، یا سایر اطلاعات مهم را نشان می‌دهند. برای مثال، حرف H ممکن است نمایانگر فشار زیاد باشد که به معنی آسمان صاف و هوای نسبتاً گرم است. نمادهای مختلفی نه تنها برای مناطق جبهه‌ای و سایر مرزهای سطح روی نقشه‌های هواشناسی استفاده می‌شوند، بلکه برای به تصویر کشیدن وضعیت فعلی هوا در مکان‌های مختلف روی نقشه هواشناسی نیز به کار می‌روند. توسعه یک شبکه تلگراف تا سال ۱۸۴۵ این امکان را فراهم کرد که اطلاعات هواشناسی از چندین مکان دور به سرعت کافی جمع‌آوری شود تا ارزش آن برای کاربردهای زمان واقعی حفظ شود. مؤسسه اسمیتسونین شبکه ناظران خود را در بخش بزرگی از مرکز و شرق ایالات متحده بین دهه‌های ۱۸۴۰ و ۱۸۶۰ توسعه داد. اطلاعات هواشناسی در ابتدا به دلیل تفاوت در زمان انجام مشاهدات هواشناسی، کمتر مفید بود. سایر کشورها نیز از سال ۱۸۷۳ با انجام مشاهدات هواشناسی همزمان، از ایالات متحده پیروی کردند.NOAA. استفاده از مناطق جبهه‌ای در نقشه‌های هواشناسی تا زمان معرفی مدل چرخندی نروژی در اواخر دهه ۱۹۱۰، علیرغم تلاش اولیه لومیس در سال ۱۸۴۱ برای مفهومی مشابه، ظاهر نشد.David M. تا سال ۱۹۹۹، سامانه‌های رایانه‌ای و نرم‌افزارها به اندازه کافی پیشرفته شده بودند که امکان زیرلایه کردن تصاویر ماهواره‌ای، تصاویر راداری و میدان‌های مشتق از مدل مانند ضخامت جو و جبهه‌زایی را در همان ایستگاه کاری، همراه با مشاهدات سطح، فراهم کنند تا بهترین تحلیل سطح ممکن را ایجاد کنند. پیشرفت‌های اخیر در هر دو زمینه هواشناسی و سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی این امکان را فراهم کرده است که نقشه‌های هواشناسی با دقت بالا طراحی شوند. هر پرچم کامل بر روی نشانگر باد، نشان دهنده باد است، هر نیم پرچم نشان دهنده باد است. هنگامی که یک نقشه دارای مجموعه‌ای از مدل‌های ایستگاهی ترسیم شده باشد، تحلیل هم‌فشارها (خطوط فشار یکسان)، هم‌تغییرفشارها (خطوط تغییر فشار یکسان)، هم‌دماها (خطوط دمای یکسان) و هم‌سرعت‌ها (خطوط سرعت باد یکسان) ترسیم می‌شوند.CoCoRAHS. نمادهای انتزاعی هواشناسی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که کمترین فضای ممکن را در نقشه‌های هواشناسی اشغال کنند. فشار کم سامانه‌های کم‌فشار، که به آن‌ها چرخندها نیز گفته می‌شود، در حداقل‌های میدان فشار قرار دارند. چرخش در سطح به سمت داخل و در نیم‌کره شمالی پادساعت‌گرد است، در مقابل در نیم‌کره جنوبی به سمت داخل و ساعت‌گرد است که به دلیل نیروی کوریولیس است. هوا در نزدیکی یک چرخند معمولاً ناپایدار است، با افزایش ابر، افزایش باد، افزایش دما و حرکت به سمت بالا در جو که منجر به افزایش احتمال بارش می‌شود. کم‌فشارهای قطبی می‌توانند بر روی آب‌های اقیانوسی نسبتاً معتدل زمانی که هوای سرد از کلاهک یخی وارد می‌شود، تشکیل شوند. آب نسبتاً گرم‌تر منجر به همرفت به سمت بالا می‌شود، که باعث تشکیل یک‌کم‌فشار و بارش معمولاً به صورت برف می‌شود. فشار زیاد سامانه‌های پرفشار، که به آن‌ها واچرخندها نیز گفته می‌شود، در سطح به سمت بیرون و در نیم‌کره شمالی ساعت‌گرد می‌چرخند، در مقابل در نیم‌کره جنوبی به سمت بیرون و پادساعت‌گرد هستند. تحت پرفشارهای سطحی، فرونشست جو هوا را به آرامی با فشرده‌سازی گرم می‌کند، که منجر به آسمان صاف‌تر، بادهای ملایم‌تر و کاهش احتمال بارش می‌شود.BBC Weather. جبهه‌ها در هواشناسی، مرزهایی بین توده‌های هوایی هستند که دارای چگالی، دمای هوا و رطوبت متفاوتی هستند. | ## بخش 2: تحلیل آب و هوای سطحی | به بیان دقیق، جبهه در لبه گرم‌تر یک منطقه جبهه‌ای که در آن گرادیان بسیار بزرگ است، مشخص می‌شود. هنگامی که یک جبهه از یک نقطه عبور می‌کند، با تغییراتی در دما، رطوبت، سرعت و جهت باد، حداقل فشار جو و تغییر در الگوی ابر، گاهی همراه با بارش، مشخص می‌شود. جبهه سرد جایی توسعه می‌یابد که توده هوای سرد در حال پیشروی است، جبهه گرم جایی که هوای گرم در حال پیشروی است، و یک جبهه ایستا در حال حرکت نیست. جبهه‌ها به‌طور کلاسیک به دور مراکز کم‌فشار می‌پیچند، همان‌طور که در تصویر اینجا برای نیم‌کره شمالی به تصویر کشیده شده است. در مقیاس بزرگ‌تر، جبهه قطبی زمین، تندی گرادیان دمای کلی از خط استوا به سمت قطب است که به دلیل تعادل باد گرمایی زیر یک جریان جتی با ارتفاع بالا قرار دارد. جبهه‌ها معمولاً از غرب به شرق حرکت می‌کنند، اگرچه می‌توانند در جهت شمال-جنوب یا حتی شرق به غرب (یک جبهه "پشت‌دری") نیز حرکت کنند، زیرا جریان هوا به دور مرکز کم‌فشار می‌پیچد. مناطق جبهه‌ای می‌توانند توسط ویژگی‌های جغرافیایی مانند کوه‌ها و پهنه‌های آبی بزرگ تغییر شکل پیدا کنند. جبهه سرد یک جبهه سرد در لبه جلویی یک گرادیان دمای تند در تحلیل هم‌دما قرار دارد، اغلب با یک ناوه فشار سطحی تند مشخص می‌شود. جبهه‌های سرد می‌توانند تا دو برابر سریع‌تر از جبهه‌های گرم حرکت کنند و تغییرات تندتری در هوا ایجاد کنند، زیرا هوای سرد چگال‌تر از هوای گرم است و به سرعت هوای گرم‌تر را بلند کرده و به جلو می‌راند. جبهه‌های سرد معمولاً با یک نوار باریک از ابرها، رگبارها و توفان‌های تندری همراه هستند. در یک نقشه هواشناسی، موقعیت سطحی جبهه سرد با یک خط آبی از مثلث‌ها (نوک‌ها) که در جهت حرکت به سمت جلو است، در لبه جلویی توده هوای خنک‌تر مشخص می‌شود. جبهه گرم جبهه گرم موقعیتی را در سطح زمین مشخص می‌کند که در آن یک توده هوای نسبتاً گرم به سمت هوای سردتر در حال پیشروی است. جبهه در لبه گرم گرادیان در هم‌دماها مشخص می‌شود و در داخل یک ناوه کم‌فشار قرار دارد که تمایل به پهن‌تر و ضعیف‌تر بودن نسبت به یک جبهه سرد دارد. جبهه‌های گرم کندتر از جبهه‌های سرد حرکت می‌کنند زیرا هوای سرد چگال‌تر است و تنها در امتداد (نه بلند شدن از) سطح زمین به جلو رانده می‌شود. توده هوای گرم بر روی توده هوای سرد قرار می‌گیرد، بنابراین تغییرات دما و ابر در ارتفاعات بالاتر، قبل از تغییرات در سطح رخ می‌دهد. ابرها در جلوی جبهه گرم بیشتر از نوع پوشنی‌شکل با بارش هستند که با نزدیک شدن جبهه به تدریج افزایش می‌یابد. در جلوی یک جبهه گرم، پایه‌های ابر در حال فرونشینی اغلب با ابرهای پرسا و پرساپوشنی (سطح بالا) آغاز می‌شود، سپس ابرهای فرازپوشنی (سطح میانی)، و در نهایت با عبور جبهه در ارتفاع پایین‌تر قرار می‌گیرند. مه می‌تواند قبل از یک جبهه گرم زمانی که بارش در مناطق هوای سردتر می‌بارد، تشکیل شود، اما افزایش دمای سطح و باد پس از عبور یک جبهه گرم، تمایل به از بین بردن آن دارد. در نقشه‌های هواشناسی، موقعیت سطحی یک جبهه گرم با یک خط قرمز از نیم‌دایره‌ها که در جهت حرکت به سمت جلو است، مشخص می‌شود. یک دیدگاه مدرن‌تر پیشنهاد می‌کند که آن‌ها مستقیماً در طول پیچیدن ناحیه باروکلینیک در طول چرخندزایی تشکیل می‌شوند و به دلیل تغییر شکل جریان و چرخش به دور چرخند طولانی می‌شوند. جبهه‌های بسته بر روی یک نقشه هواشناسی با یک خط بنفش با نیم‌دایره‌ها و مثلث‌های متناوب که در جهت حرکت به سمت جلو اشاره می‌کنند، نشان داده می‌شوند: یعنی با ترکیبی از رنگ‌ها و نمادهای جبهه‌های گرم و سرد. در یک اکلوژن سرد، توده هوایی که از جبهه گرم پیشی می‌گیرد، خنک‌تر از هوای خنک جلوی جبهه گرم است و زیر هر دو توده هوا قرار می‌گیرد. در یک اکلوژن گرم، توده هوایی که از جبهه گرم پیشی می‌گیرد، به اندازه هوای سرد جلوی جبهه گرم خنک نیست و بر روی توده هوای سردتر سوار می‌شود در حالی که هوای گرم را بلند می‌کند. جبهه‌های بسته بر روی یک نقشه هواشناسی با یک خط بنفش با نیم‌دایره‌ها و مثلث‌های متناوب که در جهت حرکت به سمت جلو اشاره می‌کنند، نشان داده می‌شوند. جبهه‌های بسته معمولاً در اطراف سامانه‌های کم‌فشار در مراحل بالغ یا پایانی چرخه زندگی آن‌ها تشکیل می‌شوند، اما برخی پس از بسته شدن به عمیق‌تر شدن ادامه می‌دهند و برخی اصلاً جبهه بسته تشکیل نمی‌دهند. | ## بخش 3: تحلیل آب و هوای سطحی | هوای مرتبط با یک جبهه بسته شامل انواع الگوهای ابر و بارش، از جمله شکاف‌های خشک و بارش‌های نواری است. اغلب یک گرادیان دمای کمتر تند در پشت (در سمت خنک) منطقه جبهه‌ای تند با هم‌دماهای با فاصله بیشتر ادامه می‌یابد. طیف گسترده‌ای از هوا می‌تواند در امتداد یک جبهه ایستا یافت شود که بیشتر با حضور طولانی‌مدت آن مشخص می‌شود تا با یک نوع خاص. جبهه‌های ایستا ممکن است پس از چند روز از بین بروند، اما می‌توانند به یک جبهه سرد یا گرم تبدیل شوند اگر شرایط در ارتفاعات تغییر کند و یک توده هوا را به سمت دیگری براند. جبهه‌های ایستا در نقشه‌های هواشناسی با نیم‌دایره‌های قرمز و میله‌های آبی متناوب که در جهت‌های مخالف اشاره می‌کنند، نشان داده می‌شوند که به معنی عدم حرکت قابل توجه است. ویژگی‌های مقیاس میانی ویژگی‌های مقیاس میانی کوچک‌تر از سامانه‌های مقیاس سینوپتیک مانند جبهه‌ها، اما بزرگ‌تر از سامانه‌های مقیاس توفان مانند توفان‌های تندری هستند. خط خشک خط خشک مرز بین توده‌های هوای خشک و مرطوب در شرق رشته‌کوه‌هایی با جهت‌گیری مشابه راکی‌ها است که در لبه جلویی نقطه شبنم، یا گرادیان رطوبت، به تصویر کشیده می‌شود. نزدیک سطح، هوای گرم و مرطوب که چگال‌تر از هوای گرم‌تر و خشک‌تر است، به روشی مشابه با جبهه سرد که زیر هوای گرم‌تر قرار می‌گیرد، به زیر هوای خشک‌تر می‌چسبد.Huaqing Cai. هنگامی که هوای گرم و مرطوب که زیر توده خشک‌تر گیر افتاده است گرم می‌شود، چگالی آن کمتر شده و بالا می‌رود و گاهی اوقات توفان‌های تندری تشکیل می‌دهد. در ارتفاعات بالاتر، هوای گرم و مرطوب چگالی کمتری نسبت به هوای خنک‌تر و خشک‌تر دارد و شیب مرز معکوس می‌شود. در مجاورت این وارونگی در ارتفاع، هوای شدید ممکن است رخ دهد، به ویژه زمانی که یک نقطه سه‌گانه با یک جبهه سرد تشکیل می‌شود. در طول ساعات روشنایی روز، هوای خشک‌تر از ارتفاعات به سمت سطح سرازیر می‌شود و باعث حرکت ظاهری خط خشک به سمت شرق می‌شود. در شب، مرز به سمت غرب بازمی‌گردد زیرا دیگر هیچ گرمایش خورشیدی برای کمک به مخلوط شدن جو پایین‌تر وجود ندارد.Lewis D. یک خط خشک در تحلیل‌های سطح ایالات متحده به صورت یک خط قهوه‌ای با برجستگی‌هایی که به سمت بخش مرطوب قرار گرفته‌اند، به تصویر کشیده می‌شود. این پیشی گرفتن در الگویی رخ می‌دهد که در آن جت در سطح بالا به دو جریان تقسیم می‌شود. سامانه همرفتی مقیاس میانی (MCS) حاصل، در نقطه تقسیم سطح بالا در الگوی باد در منطقه بهترین جریان ورودی سطح پایین تشکیل می‌شود. سپس همرفت به سمت شرق و استوا به سمت بخش گرم حرکت می‌کند، موازی با خطوط ضخامت سطح پایین. مرزهای مشابهی در جهت باد در دریاچه‌ها و رودخانه‌ها در طول روز و همچنین در خشکی‌های ساحلی در شب تشکیل می‌شوند. از آنجایی که گرمای ویژه آب بسیار زیاد است، تغییر دمای روزانه کمی در پهنه‌های آبی وجود دارد، حتی در آفتابی‌ترین روزها. این فرایند معمولاً در شب معکوس می‌شود، جایی که دمای آب نسبت به توده خشکی بالاتر است، که منجر به یک نسیم خشکی به سمت دریا می‌شود. با این حال، اگر دمای آب در شب سردتر از خشکی باشد، نسیم دریا ممکن است ادامه یابد، فقط کمی کاهش می‌یابد. اگر رطوبت کافی وجود داشته باشد، توفان‌های تندری می‌توانند در امتداد جبهه‌های نسیم دریا تشکیل شوند که سپس می‌توانند مرزهای خروجی را به بیرون بفرستند. این امر در صورت ضعیف بودن جریان هدایت، رژیم‌های باد/فشار آشفته‌ای را ایجاد می‌کند. مانند سایر ویژگی‌های سطحی، جبهه‌های نسیم دریا در داخل ناوه‌های کم‌فشار قرار می‌گیرند. | ## جمع‌بندی | ویژگی‌های مقیاس خرد هسته بازتابندگی فرونشیننده یک هسته بازتابندگی فرونشیننده (DRC) یک پدیده هواشناختی است که در توفان‌های تندری ابرسلولی مشاهده می‌شود و با یک منطقه موضعی و در مقیاس کوچک از بازتابندگی راداری تقویت شده مشخص می‌شود که از برآمدگی پژواکی به داخل سطوح پایین‌تر توفان فرونشست می‌کند.