«إِنَّا فَتَحْنَا لَکَ فَتْحًا مُبِینًا»

باد چیست و چگونه تشکیل می‌شود؟

باد چیست؟

باد چیست: به حرکت هوا از منطقه‌ی پرفشار به منطقه‌ی کم‌فشار، باد می‌گوییم. هرچه اختلاف فشار بین دو ناحیه بیشتر باشد، وزش باد نیز سریع‌تر و شدیدتر می‌شود. فشار هوا به عوامل مختلفی بستگی دارد اما مهم‌ترین علت تفاوت فشار هوا در طبیعت، اختلاف دماست. دمای هوا همیشه و همه‌جای زمین یکسان نیست. بعضی از مناطق زمین به‌سبب زاویه‌ی تابش خورشید و همچنین موقعیت جغرافیایی و پوشش سطح‌شان گرمای بیشتر و بعضی دیگر از مناطق گرمای کمتری از خورشید دریافت می‌کنند. لذا گاهی حتی دو ناحیه مجاور نیز دمای متفاوتی دارند و همین اختلاف دما به اختلاف فشار و پیدایش باد می‌انجامد. هرچه دما بیشتر باشد، هوا منبسط‌تر و سبک‌تر و کم‌فشارتر می‌شود و بالا می‌رود. هرچه دما کمتر باشد، هوا متراکم‌تر و سنگین‌تر و پرفشارتر می‌شود و پایین می‌آید. هوای پرفشار و متراکم به‌سوی منطقه‌‌ی کم‌فشار هجوم می‌برد و بدین‌سان با جابه‌جایی هوای گرم و سرد باد به‌وجود می‌آید.

اما پیدایش باد همیشه ناشی از اختلاف دما نیست و برای مثال، بادبزن و پنکه به‌روش دیگری باد تولید می‌کنند. در ادامه، بیشتر توضیح می‌دهیم که باد چیست و باد چگونه به وجود می‌آید. همچنین به انواع بادها اشاره می‌کنیم و ضمن اشاره به فواید باد، بیان می‌کنیم که کاربردهای باد چیست.

 

وَمِنْ آيَاتِهِ أَنْ يُرْسِلَ الرِّيَاحَ مُبَشِّرَاتٍ وَلِيُذِيقَكُمْ مِنْ رَحْمَتِهِ وَلِتَجْرِيَ الْفُلْكُ بِأَمْرِهِ وَلِتَبْتَغُوا مِنْ فَضْلِهِ وَلَعَلَّكُمْ تَشْكُرُونَ ﴿روم:۴۶﴾

و از نشانه‏‌هاى او اين است كه بادهاى بشارت‌‌آور را مى‌فرستد تا بخشى از رحمتش را به شما بچشاند و تا كشتى به فرمانش روان شود و تا از فضل او [روزى] بجوييد و اميد كه سپاسگزاری کنید. (ترجمه‌ی مرحوم محمدمهدی فولادوند)

 

باد چیست و چگونه پدید می‌آید؟

در طبیعت، هوا همیشه از منطقه‌ی پرفشار به منطقه‌‌ی کم‌فشار حرکت می‌کند و گفتیم که به حرکت هوا از منطقه‌ی پرفشار به منطقه‌ی کم‌فشار باد می‌گوییم. اختلاف فشار هوا در طبیعت علل مختلفی دارد که اختلاف دما از مهم‌ترین آن‌هاست. اختلاف دما مهم‌ترین عامل اختلاف فشار هوا در طبیعت است. همه نواحی زمین، حتی نواحی مجاورِ هم، از خورشید گرمای یکسان دریافت نمی‌کنند و دمای‌شان برابر نیست. مثلا خاک، بیشتر از چمن گرما جذب می‌کند؛ همچنین، دمای شن‌های ساحل همواره بیشتر از دمای آب دریاست یا برای مثال، تابش خورشید به نواحی استوایی بیشتر از نواحی قطبی است.

علت اصلی تشکیل باد در طبیعت چیست: اختلاف فشار هوا

تصویر ۱. علت اصلی تشکیل باد در طبیعت، اختلاف دما و نتیجتاً اختلاف فشار هوا است.


گفتیم که فشار هوای هر ناحیه اغلب به دمای آن ناحیه بستگی دارد. هرچه دمای هوا بیشتر باشد، هوا منبسط‌تر و فشارش کمتر می‌شود و بین مولکول‌های هوا فضای آزاد بیشتری به‌وجود می‌آید. طبیعتاً هوای منبسط و کم‌فشار، سبک‌تر است و لذا بالا می‌رود. در سوی دیگر، هرچه دمای هوا کمتر باشد، هوا متراکم‌تر و فشارش بیشتر می‌شود، یعنی فضای خالیِ بین مولکول‌های هوا کاهش می‌یابد. پس، بدیهی است که هوای کم‌دما و پرفشار، سنگین‌تر است و لذا پایین می‌آید. اکنون اگر دو منطقه‌ی کم‌فشار و پرفشار با هم مجاور شوند، هوای منطقه‌ی پرفشار به منطقه‌ی کم‌فشار هجوم می‌برد زیرا در منطقه‌ی کم‌فشار برای تحرک مولکول‌های هوا، فضای آزاد بیشتری وجود دارد. بدین‌سان با حرکت هوای پرفشار به منطقه‌ی کم‌فشار باد پدید می‌آید.

 

علت اصلی تشکیل باد در طبیعت: اختلاف دما و نتیجتاً اختلاف فشار هوا

در اصل، تابش غیریکنواخت خورشید به سطوح مختلف زمین، علت پیدایش باد است. خورشید به همه‌جای زمین یکسان نمی‌تابد. لذا دمای هوای قسمت‌های مختلف زمین متفاوت است. اختلاف دما موجب اختلاف فشار می‌شود و اختلاف فشار، هوا را به حرکت درمی‌آورد و حرکت هوا همان باد است. اما علاوه بر اختلاف دمای زمین، دو عامل مهم دیگر هم در تولید باد نقش دارد که یکی وجود جو یا هواکره (اتمسفر) و دیگری چرخش یا همان حرکت وضعی زمین است.

باد چیست: به حرکت هوا از منطقه پرفشار به منطقه کم‌فشار، باد می‌گوییم.

تصویر ۲. حتی مناطق مجاور هم نیز اغلب دمای یکسانی ندارند. در تصویر فوق، خورشید به تمام مناطق تقریبا یکسان می‌تابد، اما گرمایی که مناطق مختلف جذب می‌کنند، یکسان نیست. برای مثال، هوای موجود در خشکی، در مقایسه با هوای موجود روی آب، گرمای بیشتری جذب می‌کند. پس، هرچند آب و خشکی مجاور هم هستند، اما دمای هوا و نتیجتاً فشار هوای آن‌ها متفاوت است. همین اختلاف فشار، هوا را از منطقه پرفشار به منطقه کم‌فشار حرکت می‌دهد و بدین‌سان باد تشکیل می‌شود.


عامل دیگرِ پیدایش باد در طبیعت: جاذبه و حرکت وضعی زمین

اجرام آسمانی کوچک مثل سیارک‌ها و همچنین دنباله‌دارها چون جرم کمی دارند، جاذبه‌شان هم کمتر است و نمی‌توانند جو یا اتمسفرشان را در اطراف‌ خودشان نگاه دارند. اما سیاره‌های منظومه شمسی و از جمله زمین اجسام پرجرمی هستند و گرانش یا جاذبه‌‌شان قوی‌تر است. نیروی جاذبه، جو زمین را در اطرافش نگه می‌دارد و از پراکنده شدنش در فضا جلوگیری می‌کند. از سوی دیگر، زمین حرکت وضعی دارد، یعنی حول محورش می‌چرخد و نتیجتاً جَوَّش را نیز همراه خود به گردش درمی‌آورد. بدون وجود جاذبه و چرخش زمین، هیچ نیرویی جو زمین را متلاطم نمی‌کرد و نتیجتا باد و دیگر پدیده‌های مشابه جوی نیز رخ نمی‌دادند. تابش خورشید به سطح زمین عامل اصلی ایجاد گردش هوا و ایجاد باد است، اما جاذبه و حرکت وضعی زمین نیز در تولید باد نقش مهمی دارند.

نقش جاذبه و حرکت وضعی زمین در تشکیل باد چیست؟

باتوجه به انحنای زمین و نیز شیب محوری زمین، پرتوهای خورشید به نواحی قطبی مایل اما به ناحیه استوا مستقیم می‌تابند، لذا استوا گرمای بیشتری دریافت می‌کند. چون زاویه تابش پرتوهای خورشید به نواحی قطبی مایل و کم‌شیب است، نواحی قطبی گرمای بسیار کمتری دریافت می‌کنند.

هوای سرد چون متراکم‌تر و نتیجتاً سنگین‌تر است، پایین می‌آید و پرفشارتر است. اما هوای گرمِ نواحی استوایی چون چگالی کمتری دارد، سبک‌تر است و طبیعتاً بالا می‌رود و فشار کمتری دارد. به‌همین سبب بر فراز مناطق استوایی زمین، نواحی کم‌فشار وجود دارند.

هوای گرم تا ارتفاع خاصی بالا می‌رود و بر فراز نواحی اطراف جریان می‌یابد. اما در نواحی قطبی، هوای سرد و متراکم ته‌نشین می‌شود. هوای سطوح فوقانی جو، روی جو زمین جریان می‌یابد و وزن هوا را افزایش می‌دهد و در قطب‌های زمین ناحیه پرفشار ایجاد می‌کند.

هوایی که در استوا بالا می‌رود، مستقیما به‌سمت نواحی قطبی جاری نمی‌شود. به‌علت چرخش زمین، هوا در عرض جغرافیاییِ تقریبا ۳۰ درجه انباشته می‌شود (در نیم‌کره جنوبی نیز پدیده مشابهی رخ می‌دهد). بخشی از هوا ته‌نشین می‌شود و در عرض جغرافیایی مذکور کمربند پرفشار ایجاد می‌کند.

هوای سنگین و پایین‌رونده، به سطح زمین می‌رسد و در شمال و جنوب جریان می‌یابد. هوایی که در جنوب جاری می‌شود یک سلول از الگوی چرخش زمین را کامل می‌کند. هوایی که در شمال جریان می‌یابد، بخشی از سلول دیگری می‌شود که در عرض جغرافیایی شمالیِ ۳۰ تا ۶۰ درجه حرکت می‌کند. در این زمان، هوای ته‌نشین در قطب شمال به جنوب جاری می‌شود و با هوای در حال حرکت شمال در ناحیه پرفشار ۳۰ درجه برخورد می‌کند. هوای برخوردی به سمت بالا سوق داده می‌شود و در نزدیک ۶۰ درجه شمالی ناحیه‌ای کم‌فشار پدید می‌آید. الگوی چرخش سلول سوم بین قطب شمال و ۶۰ درجه شمال ایجاد می‌شود.


چرخه‌ی روزانه‌ی باد چیست؟

طی روز، هوای روی خشکی‌ها زودتر از هوای روی آب‌ها گرم می‌شود. هوای گرم بالای خشکی‌ها منبسط می‌شود و بالا می‌رود، و هوای خنک‌تر که سنگین‌تر و پرفشارتر است هجوم می‌آورد تا جای آن‌را اشغال کند و بدین‌سان باد پدید می‌آید. شب‌ها، بادها شکل معکوس به‌خود می‌گیرند زیرا هوای روی خشکی زودتر از هوای روی آب خنک‌ می‌شود. بادهای جوی که زمین را دور می‌زنند نیز به‌همین ترتیب تولید می‌شوند، زیرا هوای نواحی استوایی داغ‌تر از هوای نواحی قطبی است و رویداد فوق این‌جا نیز تکرار می‌شود.


روش ایجاد باد مصنوعی

آیا همیشه اختلاف دما علت اختلاف فشار هوا است؟ نه الزاما! گاهی با وسایل مکانیکی و هل دادن هوا می‌توان فشار هوا را زیاد کرد و آن‌را به‌سمت ناحیه‌ی کم‌فشار حرکت داد. در ادامه چند مثال ذکر می‌کنیم. برای مثال، حتما می‌دانید که وقتی دهانه‌ی بادکنک پُرباد را باز می‌کنیم، باد با سرعت از دهانه‌ی آن بیرون می‌زند و باد تولید می‌شود. می‌دانید علتش چیست؟

 

مثال: چرا با خروج هوا از دهانه‌ی بادکنک، باد تولید می‌شود؟

مولکول‌های هوا در دمای عادی نسبتا آزاد هستند و میل به تحرک دارند، اما وقتی بادکنک را باد می‌کنید، مولکول‌های هوا در فضای کوچک داخل بادکنک فشرده و پرفشار می‌شوند. طبیعی است که وقتی دهانه‌ی بادکنک را می‌گشایید، مولکول‌ها سریعا از محیط پرفشارِ داخلِ بادکنک به محیط کم‌فشارِ خارج از بادکنک سرازیر می‌شوند تا اصطلاحا آزاد شوند. حرکت هوای داخل بادکنک به خارج از آن، باد تولید می‌کند و لذا می‌توانید در اطراف دهانه‌ی بادکنک وزش باد را حس کنید. در مثالی که ذکر کردیم، اختلاف فشار هوای داخل و خارج بادکنک به اختلاف دما ارتباطی ندارد.

 

مثال: چرا بازدمِ ما باد تولید می‌کند؟

هر بار که هنگام تنفس هوا را از بینی یا دهان‌مان بیرون می‌دهیم وزش ملایم باد را جلوی بینی یا دهان‌مان حس می‌کنیم. علتش چیست و چنین باد خفیفی چگونه تولید می‌شود؟

هر بار که هوا را به درون ریه‌های‌مان می‌کشیم ریه‌ها مثل بادکنک پربار و پرفشار می‌شوند. زمانی که می‌خواهی هوا را بیرون دهیم، در جهت عکس به ریه‌ها فشار می‌آوریم تا کوچک شوند و هوا را بیرون دهند. ریه‌ها بادِ پرفشار درون‌شان را به فشای کم‌فشارِ بیرون هل می‌دهند و بدین‌سان باد خفیفی تولید می‌شود. مثال‌ها از این دست بسیارند.


 

قدرت باد

شدت و قدرت بادها یکسان نیست. بعضی از بادها نسیم ملایمی هستند اما برخی دیگر می‌توانند درخت‌ها را بشکانند و ساختمان‌ها را خراب کنند. لذا برای نشان دادن قدرت باد از نام‌های متفاوتی مثل باد و تندباد استفاده می‌کنیم. یکی از معیارهای سنجش قدرت باد، مقیاس بوفورت (Beaufort Scale) است که بادها را از صفر تا ۱۲ درجه‌بندی می‌کند. هوای کاملا ساکن و بدون باد را با درجه‌ی صفر نشان می‌دهیم و شدیدترین بادها که هنگام وقوع طوفان می‌وزند را درجه ۱۲ می‌خوانیم. جهت وزش بادها نیز متفاوت است. بعضی از بادها از شرق و بعضی دیگر از غرب می‌وزند.

ابزار سنجش جهت و سرعت باد چیست؟

هرچند ما حرکت هوا را نمی‌بینیم اما آن‌را حس می‌کنیم و حتی می‌توانیم شدتش را اندازه بگیریم. قدرت باد را برحسب نیرویی که بر اجسام وارد می‌کند، می‌سنجند. برای اندازه‌گیری جهت وزش باد از بادنما (wind vane) استفاده می‌کنیم. برای اندازه‌گیری سرعت باد از بادسنج (anemometer) بهره می‌بریم. اما حتی بدون آن‌ها نیز می‌توان جهت باد را تشخیص داد. برای مثال، جهت حرکت پرچم در هوا همیشه در خلاف جهت وزش باد است. مثلا اگر پرچم بسمت شرق در اهتزاز باشد، یعنی باد از غرب می‌وزد و بالعکس.

باد چیست؟

توضیح عکس: عکسی از وزش باد شدید در شهر سانیا (Sanya) در استان جنوبی هانیان چین (۲۹ سپتامبر ۲۰۱۱). وزش باد درختان را به تلاطم انداخته است. طوفان نِسات (Nesat) به‌سمت جنوب چین وزید و با میانگین سرعت ۲۰ کیلومتر در ساعت سمت ساحل غربی استان گوانگ‌دونگ حرکت کرد.


انواع باد

بادها انواع مختلفی دارند. در ادامه مختصراً به بعضی از انواع باد اشاره می‌کنیم.

بادهای الگودار زمین

بعضی از بادهایی که در مناطق خاصی از زمین می‌وزند، الگوی ثابت و مشخصی دارند. یعنی جهت و الگوی وزش آن‌ها در جو زمین همیشه معلوم است. به‌همین سبب از گذشته‌های دور، دریانوردان زمان و جهت و برنامه‌ی حرکت کشتی‌های خود را باتوجه به این‌نوع بادها تنظیم می‌کردند. بادهای تجاری (trade winds)، بادهای غربی (Westerlies) و بادهای شرقیِ قطبی (Polar Easterlies) از آن جمله‌اند. چرخش زمین حول محور خود سبب شده است تا گردش این بادها در نیم‌کره شمالی زمین به سمت شرق اما در نیم‌کره جنوبی زمین به سمت غرب باشد. پدیده مذکور را اثر کوریولیس (Coriolis effect) می‌نامیم.

اثر کوریولیس

تصویر ۳. اثر کوریولیس: چرخش زمین حول محور خود سبب شده است تا گردش این بادها در نیم‌کره شمالی زمین به سمت شرق اما در نیم‌کره جنوبی زمین به سمت غرب باشد. پدیده مذکور را اثر کوریولیس (Coriolis effect) می‌نامیم.


فواید باد چیست؟

باد در طبیعت و در زندگی جانداران نقش حیاتی دارد. در ادامه تنها به چند نمونه از فواید باد اشاره می‌کنیم:

  • دانستیم که باد همان حرکت هواست. پس اگر باد نباشد، یعنی هوا هیچ حرکتی ندارد. ساکن بودن هوا سبب می‌شود آلودگی‌های جوی تدریجا در آن انباشته شوند و زندگی جانداران را به خطر بیاندازد و حتی بر طبیعت و از جمله بر آب‌ها تاثیر بگذارد.
  • وزش باد در فصول گرم سال از افزایش بی‌رویه‌ی دمای هوا جلوگیری می‌کند.
  • باد، ابرهای باران‌زا را به حرکت درمی‌آورد و سبب می‌شود تا مناطق مختلف زمین با باران سیراب شوند.
  • بخشی از گرده‌‌ی گل‌ها و گیاهان را باد جابه‌جا می‌کند. پس باد در بقا و گسترش جنگل‌ها و پوشش‌های گیاهی نقش مهمی دارد.

کاربردهای باد چیست؟

انسان از گذشته‌های دور برای مقاصد مختلفی از نیروی باد بهره گرفته است. بعضی از که بعضی از نمونه‌های آن‌را ذکر می‌کنیم:

  • خشک کردن رطوبت: یکی از راه‌های ساده و سریع خشک کردن سطوح خیس، قرار دادن آن‌ها در معرض وزش باد است. هم‌زمان که آب از سطوح خیس تبخیر می‌شود، باد نیز بخار آب را دور می‌کند و هوای خشک جایگزین هوای مرطوب می‌شود. آنگاه علاوه بر خود باد، خشکی هوا نیز به تبخیر هرچه بیشتر آب از روی سطوح خیس کمک می‌کند.
  • نیروی باد در آسیاب‌های بادی: مردم قدیم در بعضی از مناطق دنیا برای آرد کردن دانه‌های گندم و سایر غلات، آسیاب‌ بادی می‌ساختند. باد پره‌های آسیاب را می‌چرخاند و محورهای تبدیلیِ متصل به پره‌ها را نیز به چرخش وامی‌داشت. با چرخش محور، سنگ آسیاب بزرگ نیز به گردش درمی‌آمد و دانه‌های غله را آرد می‌کرد.
  • تولید برق بادی: یکی از پاک‌ترین راه‌های تولید برق، بهره‌گیری از توربین‌های باد است. انواع مختلف توربین‌ها پره‌هایی دارند که باد آن‌ها را به چرخش درمی‌آورد. حرکت چرخشی پره‌ها توسط محور به مولد یا ژنراتور منتقل و ژنراتور انرژی مکانیکی حاصل از چرخش محور را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند و بدین‌سان برق تولید می‌شود.
  • حرکت کشتی‌های بادبانی: کشتی‌های قدیمی عمدتاً بادبانی بودند. وقتی باد به بادبان‌های کشتی برخورد می‌کرد، بادبان‌ها و درنتیجه خود کشتی را هل می‌داد و پیش می‌برد. دریانوردها بسته به مسیر حرکت‌شان باید بادبان‌ها را طوری تنظیم یا جمع‌ و پهن می‌کردند که برخورد باد با بادبان‌ها کشتی را در جهت موردنظرشان پیش ببرد. امروزه کشتی‌ها دیزلی و اتمی جایگزین کشتی‌های بادبانی شده‌اند اما قایق‌های بادبانی ورزشی و تفریحی هنوز هم ساخته می‌شوند.

بادهای غالب نیم‌کره‌ای

نیروی گرانش، جو یا اتمسفر زمین را حول سیاره‌ی ما ثابت نگاه داشته است، لذا جو زمین نیز با زمین می‌چرخد و اگر نیروی دیگری بر جو زمین اثر نمی‌نهاد، هیچ حرکت و تلاطمی در آن پدید نمی‌آمد و حتی باد ملایم هم نمی‌وزید. تابش خورشید به سطح زمین همان نیرو یا عامل خارجی است که در نقاط مختلف زمین دما و فشار هوای متفاوتی ایجاد می‌کند و نتیجتاً گردش هوا و تشکیل باد را سبب می‌شود.

چون زمین گرد است و انحنا دارد، پرتوهای خورشید به نواحی استوایی، مستقیم می‌تابند و طبیعتا جو زمین در نواحی استوایی گرم‌تر است. نواحی قطبی زمین بالعکس، گرمای کمتری دریافت می‌کنند چون زاویه تابش خورشید به نواحی قطبی، بسیار مایل است. به‌همین سبب نواحی قطبی بسیار سرد هستند.

نحوه شکل‌گیری سامانه‌های گردش هوا

هوای سرد که متراکم‌تر و سنگین‌تر است، پایین می‌آید و هوای گرم که چگالی کمتری دارد و سبک‌تر است بالا می‌رود. هوای گرم هرچه بالاتر می‌رود، کم‌چگال‌تر و لذا کم‌فشارتر می‌شود. به‌همین سبب روی منطقه‌ی استوا، ناحیه‌ی کم‌فشار وجود دارد.

هوای گرم تا ارتفاع خاصی بالا می‌رود و سپس روی نواحی اطرافش جاری می‌شود. در نواحی قطبی، هوای سرد متراکم ته‌نشین می‌شود. هوای سطوح فوقانیِ جو روی آن جریان می‌یابد و سنگین‌تر می‌شود و نتیجتاً در نواحی قطبی زمین ناحیه پرفشار ایجاد می‌شود.

هوایی که در استوا بالا می‌رود، مستقیما سمت قطب‌های زمین جریان نمی‌یابد. چون زمین حول محورش می‌چرخد، در ۳۰ درجه عرض جغرافیایی هوا تلنبار می‌شود (همین پدیده در نیم‌کره جنوبی هم رخ می‌دهد). بخشی از آن هوا ته‌نشین می‌شود و در عرض جغرافیاییِ مذکور کمربند پرفشار ایجاد می‌کند.

سلول‌های گردشی

هوای سرد و سنگینی که در نواحی قطبی پایین می‌آید، نهایتا به سطح زمین می‌رسد. هوای جاری در جنوب، سلول گردش کاملی پدید می‌آورد. اما هوای جاری در شمال به بخشی از سلول گردشیِ دیگری در عرض جغرافیایی ۳۰ تا ۶۰ درجه می‌پیوندد. هم‌زمان، هوایی که در قطب شمال پایین می‌آید، سمت جنوب جاری می‌شود و با هوایی برخورد می‌کند که از ناحیه‌ی پرفشار در عرض جغرافیاییِ ۳۰ درجه به‌سمت شمال در حرکت است. در اثر برخورد دو جریان فوق، هوا به‌سمت بالا رانده می‌شود و نتیجتا در حوالی ۶۰ درجه شمالی ناحیه‌ی کم‌فشار پدید می‌آید. سلول گردشی سوم بین قطب شمال و زاویه ۶۰ درجه شمالی شکل می‌گیرد.

در اثر چرخش زمین و همچنین نیروی کوریولیس، هوا در نیم‌کره شمالی به سمت راست منحرف می‌شود. نتیجتاً حرکت هوا در گردش سلول قطبی جریان‌های شرقیِ قطبی ایجاد می‌کند. در سلول‌ گردشیِ موجود بین ناحیه ۶۰ تا ۳۰ درجه شمالی، حرکت هوا جریان‌های غربی غالب تولید می‌کنند. در سلول گردشِ استوایی، بادهای اصطلاحاً تجاریِ شمال‌شرقی تولید می‌شوند. موارد فوق، اصطلاحا سامانه‌های دائمی باد محسوب می‌شوند.

 

سلول‌های گردش هوا در زمین

زمین می‌چرخد و محور چرخش زمین نیز حدود ۲۳.۵ درجه کج است و در نیم‌کره شمالی زمین توده‌های خشکی بیشتری وجود دارد. لذا الگوی سراسریِ حرکت هوا در زمین بسیار پیچیده است و به‌جای یک گردش بزرگ هوا بین قطب‌ها و استوا، عملا سه سلول گردشی وجود دارد:

  1. سلول هادلی (Hadley cell): حرکت هوا در عرض جغرافیایی کم به‌سمت استوا است که ضمن گرم شدن، عمودی بالا می‌رود و در جو فوقانی به‌سمت قطب حرکت می‌کند. نتیجتاً سلول هم‌رفتی تشکیل می‌دهد که جو غالب بر آب‌وهوای گرمسیری و نیمه‌گرمسیری است.
  2. سلول فرل (Ferrel Cell): سلول گردش جوّیِ متوسطی است که در آن، هوایی که نزدیک سطح زمین است به‌سمت قطب و شرق اما هوایی که در سطوح بالاتر جریان دارد، به‌سمت استوا و غرب جریان می‌یابد.
  3. سلول قطبی (Polar cell): در سلول قطبی، هوا بالا می‌رود، وامی‌پاشد و به‌سمت دو قطب زمین حرکت می‌کند. وقتی هوا بر فراز نواحی قطبی رسید، فرومی‌نشیند و ارتفاعات جویِ قطبی را پدید می‌آورد. در سطوح زمین، هوا از ارتفاعات قطبی به سمت بیرون وامی‌پاشد. در سلول قطبی، جهت بادهای سطحی به‌سمت شرق است (جریان‌های قطبی شرقی).
جایگاه سلول‌های سراسریِ گردش جوی زمین

تصویر ۴. جایگاه سلول‌های سراسریِ گردش جوی زمین

بادهای فوقانی

دو نیروی اصلی وجود دارد که بر حرکت هوا در سطوح فوقانی جو، اثر دارد: گرادیان فشار، هوا را افقی به حرکت درمی‌آورد و آن را مستقیما از منطقه پرفشار به منطقه کم‌فشار می‌راند. نیروی کوریولیس اما جهت جریان هوا را (به راست در نیمه شمالی زمین) کج می‌کند و سبب می‌شود تا هوا به موازات ایزوبارها جریان یابد.

بادها در سطوح بالاتر در جهت عقربه‌های ساعت حول نواحی پرفشار می‌وزند و در نواحی کم‌فشادر جهت پادساعتگرد می‌وزند.

سرعت باد با گرادیان فشار مشخص می‌شود. بادها در مناطقی که ایزوبارها نزدیک یکدیگرند، قوی‌تر هستند.

بادهای سطحی

سطح زمین در سرعت و جهت بادهای سطحی نقش مهمی دارد. در نتیجه کاهش سرعت هوا حین حرکت برفراز زمین، سرعت باد کمتر از حدی است که از گرادیان فشار روی نقشه آب‌وهوایی انتظار می‌رود و جهت عوض می‌شود و لذا باد در جهت تلاقی با ایزوبارها در مرکز ناحیه کم‌فشار و خارج مرکز ناحیه پرفشار می‌وزد.

 

معمولا اثر سایش (اصطکاک) بیش از ۶۰۰ متر در هوا تداوم نمی‌یابد. در ارتفاع حدودا ۹۰۰ متری از سطح زمین، باد موازی با ایزوبارها می‌وزد و سرعتش متناسب با میزان گرادیان فشار است.

حتی با در نظر گرفتن اثرات اصطکاک سطحی نیز بادهای محلی همیشه سرعت و جهتی را نشان نمی‌دهند که از ایزوبارها در نقشه آب‌وهوای سطحی انتظار می‌رود. علت تفاوت‌های مذکور معمولا ویژگی‌های خاص جغرافیایی مثل وجود تپه‌ها، کوه‌ها و توده‌های آبی بزرگ است. جز در مناطق کوهستانی، تاثیر ویژگی‌های زمین که سبب تغییرات موضعی باد می‌شود، معمولا از حدود ۶۰۰ متر بالاتر از سطح زمین امتداد نمی‌یابد.

 

نسیم‌‌های خشکی و دریایی

نسیم خشکی شب‌ها که خشکی نسبت به روز خنک‌تر می‌شود، می‌وزد. سپس باد به‌سمت ناحیه‌ی گرم و کم‌فشار روی آب وزیدن می‌گیرد. نسیم‌های خشکی و دریا محلی هستند و فقط بر ناحیه‌ی باریکِ نوار ساحلی تاثیر می‌نهد.

 

باد کوهستانی

تپه‌ها و دره‌ها جریان هوای مرتبط با سامانه‌ی فشار غالب و گرادیان فشار را به‌طرز چشمگیری مختل می‌کند. بالا رفتن هوا بر فراز تپه‌ها و پایین آمدنش به قعر دره‌ها، جریان‌های بادکشی (draft) و گردابه‌‌ای (eddy) پدید می‌آورد. با جریان یافتن هوا در اطراف تپه‌ها جهت باد تغییر می‌کند. گاهی خطوط تپه‌ها و دامنه‌ی ‌کوه‌ها مثل مانع عمل می‌کند و با پس زدن باد، آن‌را منحرف می‌کند تا باد به موازات دامنه کوه جریان یابد. در صورت وجود گردنه در دامنه کوه، باد مثل تونل با سرعت چشمگیری از درون آن می‌گذرد. آنگاه بعید نیست که جریان هوا طی مسافت‌هایی متلاطم و نامنظم بماند، زیرا از نواحی تپه‌ای بیرون می‌آید و به‌سمت حومه که مسطح‌تر است می‌وزد.

شکل‌گیری بادکش‌ها و گردابه‌ها

تصویر ۵. شکل‌گیری بادکش‌ها و گردابه‌ها

 

گرم شدن دامنه‌های تپه‌ای در هنگام روز و خنک‌ شدن‌شان در شب، سبب می‌شود تا جریان هوای روز با جریان هوای شب فرق داشته باشد. شب‌ها کناره‌های تپه‌ها گرمای جذب شده طی روز را بیرون می‌دهد. هوایی که با آن‌ها در تماس است، خنک‌تر و نتیجتاً چگال‌تر می‌شود و رو به پایین کناره‌ها یعنی سمت دره‌ها می‌وزد. این‌نوع باد را باد کاتاباتیک (katabatic wind) یا نسیم کوهستان می‌نامند. اگر کناره‌های تپه پوشیده از یخ و برف باشد، باد کاتباتیک نه فقط شبه‌ها بلکه طی روز نیز می‌وزد و هوای سرد را به دره‌ها که گرم‌تر هستند می‌برد. اگر کناره‌های تپه برفی نباشند، طی روز گرم می‌شوند. هوایی که با آن‌ها در تماس است، گرم‌تر و کم‌چگال‌تر می‌شود و بنابراین سمت یالای کناره‌های تپه می‌وزد و آن‌را باد آناباتیک (anabatic wind) یا نسیم دره می‌نامند.

اعوجاج موضعی جریان هوا در نواحی کوهستانی، شدیدتر است. سطوح صخره‌ای، پشته‌های بلند، صخره‌های سخت، دره‌های شیب‌دار همگی در ترکیب با هم، الگوهای جریان باد را آشفته و غیرقابل پیش‌بینی می‌کنند.

سایر انواع باد چیست؟

بعضی از بادها خیلی قوی هستند اما مدت وزش آن‌ها خیلی کوتاه است. برای مثال، طوفان‌های تندری بادهای شدیدی همچون میکروبرست و گردباد تولید می‌کنند. ریزبادهای انفجاری (microburst) به‌سمت پایین و به‌سمت بیرونِ طوفان تندری اما بادهای ناشی از گردباد به‌سمت بالا و به‌سمت درون طوفان تندری می‌وزند. با استفاده از ابزارهای پایشگر مثل رادار داپلر و سامانه هشدار بُرشِ باد سطح پایین (low-level windshear alert system) می‌توان ریزبادهای انفجاری و گردبادها را شناسایی کرد.

  • ریزبادهای انفجاری (microburst) زمانی تشکیل می‌شود که هوای داخل طوفان سریعا خنک می‌شود و به‌سرعت به‌سمت پایین تغییر جهت می‌دهد زیرا چگالی آن بیش از چگالی هوای اطرافش است. وقتی ریزباد انفجاری به‌سمت زمین تمایل می‌یابد، روی سطح زمین پخش می‌شود زیرا بادهای خط مستقیم با سرعت بیش از ۱۶۰ کیلومتر بر ساعت می‌وزند. آن‌ها فقط چند دقیقه طول می‌کشند اما بسیار ویرانگرند.
  • گردباد زمانی تشکیل می‌شود که بین مرکز گردباد و لبه‌های بیرونی آن اختلاف فشار بوجود بیاید. مرکز گردباد فشار بسیار کمتری دارد اما لبه‌های گردباد بسیار پرفشار است. اختلاف فشار آن‌ها بادهایی تولید می‌کند که گاهی سرعت‌شان ۳۲۰ کیلومتر بر ساعت است. البته علت واقعی تولید گردباد هنوز در دست تحقیق است و مشخص نیست.

جمع‌بندی: باد چیست و چگونه تشکیل می‌شود؟

به حرکت هوا از منطقه پرفشار به منطقه‌ کم‌فشار باد می‌گوییم. مهم‌ترین عامل اختلاف فشار هوا در طبیعت، اختلاف دما است. مناطق مختلف زمین گرمای یکسانی از خورشید دریافت نمی‌کنند. لذا اختلاف دمای هوای مناطق مختلف به اختلاف فشار هوا منجر می‌شود و به پیدایش باد می‌انجامد. اما گفتیم که برای تولید باد، بویژه بادهای مصنوعی، روش‌های دیگری هم وجود دارد که هل دادن هوا نظیر آنچه بادبزن و پنکه برقی انجام می‌دهند، یکی از آن‌هاست.


عنوان: باد چیست و چگونه تشکیل می‌شود؟

موضوع: باد چیست: انواع باد و علل و نحوه تشکیل باد چست؟ فواید باد چیست؟ کاربردهای باد چیست؟