آشنایی با اقلیم

 آشنایی با اقلیم و نحوه تاثیر آن بر طراحي ساختمان
آنچه ما انسان‌ها به‌‌عنوان شرايط آب و هوايي يا شرايط اقليمي احساس مي‌كنيم، حاصل تركيب همزمان عناصر اقليمي است. كلمات يا واژه‌هايي از قبيل سرد يا گرم و سردسير يا گرمسير توصيف كننده وضعيتي از هواست كه تنها با در نظر گرفتن يك عنصر اقليمي يعني دماي هوا يا درجه حرارت هوا تعريف شده است. چنانچه در توصيف وضعيت آب و هوايي، عناصر اقليمي ديگري مثل رطوبت هوا را هم در نظر بگيريم، كلمات يا واژه هايي از قبيل مرطوب يا خشك و گرم و مرطوب يا گرم و خشك هم خواهيم داشت. به‌طور كلي، عناصري كه شرايط حرارتي محيط پيرامون ما را به‌وجود مي آورند عبارتند از تابش آفتاب، دماي هوا، رطوبت هوا، باد و بارندگي. تركيب همزمان اين عناصر اقليمي است كه شرايط آب و هوايي گوناگوني را ايجاد مي‌كند. به‌عبارت ديگر، آنچه به‌عنوان شرايط آب و هوايي يا شرايط حرارتي محيط احساس مي‌كنيم، نتيجه تركيب عناصر اقليمي است.

عوامل و عناصر اقليمي
عناصر اقليمي يعني دما، رطوبت، بارندگي و … حاصل تاثير تابش نور خورشید یا آفتاب بر سطح كره زمين و وابسته به‌عوامل اقليمي است. عوامل اقليمي عبارتند از: عرض جغرافيايي، ارتفاع از سطح درياهاي آزاد و دوري يا نزديكي به‌حوزه هاي بزرگ آب. خورشيد و اشعه تابيده شده از سطح آن به‌وجود آورنده كليه عناصر اقليمي است. آنچه از طبيعت و مواهب طبيعي نصيب ما مي‌شود، همگي حاصل تابش اشعه خورشيدي بر سطح کره زمين است. تنها عاملي كه باعث گرم شدن هوا مي‌شود، تابش آفتاب به سطح زمين است. البته هوا در مقابل اشعه خورشيدي كاملا شفاف است و عبور اشعه خورشيدي از هوا تغييري در وضعيت حرارتي آن ايجاد نمي‌كند. به‌بياني ديگر، تابش آفتاب به‌طور غير مستقيم هوا را گرم مي‌كند. تابش آفتاب باعث گرم شدن سطح زمين مي‌شود و تماس لايه هاي هوا با سطح زمين باعث گرم شدن آن مي‌گردد. در شب‌ها و در ماه‌هاي سرد سال نيز هوا در اثر تماس با سطح سرد زمين، حرارت خود را از دست مي‌دهد و سرد می‌شود. بنابراين، دماي هوا و ميزان تغييرات آن به‌دماي سطح مورد تماس هوا بستگي دارد. لذا، دماي هوا حاصل تابش آفتاب به‌سطح زمين است. اما نكته مهم اين است كه كل سطح كره زمين به‌طور يكسان از انرژي خورشيدي بهره‌مند نمی‌شود. و اينجاست كه نقش عوامل اقليمي يعني عرض جغرافيايي، ارتفاع از سطح درياها و دوري يا نزديكي به‌حوزه هاي آبي مطرح می‌شود.

عرض جغرافيايي يا زاویه‌ای كه محل مورد نظر نسبت به‌خط استوا دارد، تعيين كننده ميزان انرژي خورشيدي تابيده شده برسطح زمين در آن محل و در زمان‌هاي مختلف است. ميزان انرژي خورشيدي دريافت شده در هر نقطه از سطح كره زمين به‌زمان يعني ساعت روز و تاريخ يا روز سال بستگي دارد. به‌عبارت ديگر، در هر نقطه از سطح زمين، انرژي خورشيدي تابيده شده در ساعات مختلف روز و در روزهاي مختلف سال متفاوت است. اين تفاوت حاصل مايل بودن چرخش زمين به دور خورشيد است كه به آن زاويه ميل خورشيد (declination angle) گفته می‌شود. خطي فرضي كه مركز خورشيد را به‌مركز زمين متصل مي‌سازد، بر صفحه استوا منطبق نيست. و در يك دور چرخش زمين به‌دور خورشيد، زاويه‌اي بين 23/45 درجه به‌طرف پايين صفحه استوا تا 23/45 درجه به‌طرف بالاي صفحه استوا ايجاد می‌کند. همين تغيير زاويه است كه باعث می‌شود انرژي خورشيدي تابيده شده برسطح زمين در مواقع مختلف سال متفاوت باشد و تفاوتي كلي را بين وضعيت آب و هوايي در نيمكره شمالي و نيمكره جنوبي ايجاد نمايد، به‌طوري كه در نيم‌کره شمالي ميزان انرژي خورشيدي تابيده شده برسطح زمين در شش ماه اول سال یعنی بهار و تابستان بيش‌تر از شش ماه دوم سال یا پائیز و زمستان است. در نيمكره جنوبي این وضعیت برعكس می‌شود. بنابراین، مايل بودن محور چرخش زمين به‌دور خورشيد، موجب می‌شود ميزان انرژي خورشيدي تابيده شده برسطح زمين در نقاط مختلف كره زمين متفاوت باشد و اين تفاوت باعث می‌شود در نقاطي با عرض جغرافيايي مختلف، دماي هوا متفاوت باشد. براين اساس چنين استنباط می‌شود كه به‌طور مثال در كشور ما كه نقاطي با عرض‌هاي جغرافيايي حدوداً بين 25 تا 40 درجه شمالي دارد، در نقاط جنوبي كه عرض جغرافيايي كم‌تر است، هوا گرم‌تر باشد. اين تعريف كلي گرچه مي‌تواند در بسياري از نقاط صحيح باشد، اما به‌لحاظ تاثيری که ارتفاع از سطح دريا – يكي ديگر از عوامل اقليمي – در دمای هوا می‌گذارد، در كليه نقاط صادق نیست.

در كنار عامل اقليمي عرض جغرافيايي، عامل ارتفاع از سطح درياهاي آزاد هم در ميزان انرژي حرارتي كسب شده توسط هوا يا گرمي و سردي هوا تاثير دارد. در نقاط مرتفع چون فشار هوا كم‌تر است، هوا رقيق تر شده و فاصله ذراتي كه مي‌توانند حرارت را در خود نگه‌دارند زيادتر شده و بدين ترتيب در نتيجه كاهش تراكم حرارت در واحد حجم هوا، هوا سردتر می‌شود. در نتيجه، در نقطه‌اي مفروض از سطح زمين، هواي واقع در نقاط مرتفع، سردتر از هواي نقاطي با ارتفاع كم‌تر است. به‌طور مثال، مقايسه دو ايستگاه هوا شناسي امام قيس و جلفا نشان مي‌دهد كه چگونه دماي هواي امام قيس تحت تاثير ازدياد ارتفاع سردتر از دماي هواي جلفا كه عرض جغرافيايي بيشتري دارد، شده است.

Climate Condition-3cities

 بنابراين، به‌طور كلي مي‌توان گفت كه نقاط جنوبي و كم ارتفاع گرم‌تر از نقاط شمالي و مرتفع است. اما اگر خواسته باشيم با دقت بيشتري شرايط آب و هوايي نقاط مختلف را بررسي كنيم، بايد به‌سومين عامل اقليمي يعني دوري و نزديكي به‌حوزه هاي وسيع آب نيز توجه داشته باشيم. آب از نظر ذخيره سازي حرارت، ظرفيتي حدود 2 برابر خاك دارد. اين خصوصيت نگهداري حرارت، ظرفيت حرارتي نامیده می‌شود. به‌طور مثال، يك قطعه فلز در صورت مجاورت با حرارت، خيلي زود گرم می‌شود و در صورت دور شدن از منبع حرارتي بلافاصله حرارت خود را از دست مي‌دهد. در حالي‌كه در مصالحي  چون خشت، آجر يا بتن عمل گرم شدن يا سرد شدن چندين ساعت به‌طول مي انجامد، يك ديوار آجري 35 سانتي‌متري حدود 10 ساعت زمان نياز دارد تا از حرارت انباشته شود. به‌همين دليل حوزه هاي وسيع آب، در روزها ديرتر از ساحل مجاورشان گرم و در شب‌ها ديرتر از ساحل مجاورشان سرد می‌شود. در زمستان‌ هواي روي دريا گرم‌تر از هواي روي ساحل و در تابستان برعكس، هواي روي دريا خنك‌تر از هواي روي ساحل است. بنابراين، نزديكي به‌دريا موجب تعديل شرايط حرارتي يا اعتدال دماي هوا می‌شود. با توجه به‌آنچه توضيح داده شد، چنين نتيجه می‌شود كه سه عامل اقليمي عرض جغرافيايي، ارتفاع از سطح درياهاي آزاد و دوري يا نزديكي به‌حوزه هاي وسيع آب مهم‌ترين عوامل تاثير گذار در اندازه و شدت عناصر اقليمي (دما، رطوبت، بارندگي، باد و تابش آفتاب) است.

  دماي هوا
دماي هوا مهم‌ترين عنصري است كه آسايش حرارتي انسان را تحت تاثير قرار مي‌دهد. منظور از دماي هوا، دماي خشك يعني عددي است كه يك دما سنج معمولي، در سايه و در شرايطي كه جريان هوا بر آن بي‌تاثير است نشان می‌دهد.

 رطوبت نسبي هوا
رطوبت نسبي عبارت است از نسبت رطوبت موجود در واحد حجم هوا در دماي مفروض، به‌رطوبت هواي اشباع شده آن حجم از هوا در همان دما. به‌عبارت ديگر، رطوبت نسبي عبارت است از نسبت وزن بخار آب موجود در يك متر مكعب هوا با دماي مفروض، به‌وزن حداكثر بخار آبي كه اين هوا مي‌تواند در همان دما در خود نگهدارد. سطح درياها، اقيانوس‌ها، سطوح آبگيرها و سطح سبز گياهان منابع ايجاد بخار آب را تشكيل مي‌دهد. خورشيد با تابيدن به‌اين سطوح باعث تبخير آب و جذب بخار آن در هوا يعني بالا رفتن رطوبت هوا می‌شود. بايد توجه داشت كه ظرفيت رطوبتي هوا يا مقدار رطوبت قابل جذب در حجم مشخصي از هوا به‌دماي آن بستگي دارد. هرچه هوا گرم‌تر باشد، قابليت بیشتری برای جذب بخار آب خواهد داشت.

جريان هوا (باد)
نقاط مختلف كره زمين به‌لحاظ دارا بودن تركيبي متفاوت از عوامل اقليمي، دماي متفاوتي دارد و به‌تبع اين تفاوت، دماي هوا در نقاط مختلف سطح زمين متفاوت است. همين تفاوت دماي هوا باعث ايجاد يكي ديگر از عناصر اقليمي يعني باد يا جريان هوا می‌شود. مكانيسم يا راه كار جريان هوا بر پايه اختلاف دماي هوا در نقاط مختلف كره زمين است. هواي سرد غليظ، سنگين و متراكم است و هواي ”پر فشار“ نامیده می‌شود. در طبيعت، براي ايجاد تعادل، هميشه هواي سرد و پرفشار به‌طرف هواي گرم و كم فشار حركت می‌کند. سرعت جريان هوا از يك طرف مشخص كننده مقدار تبادل حرارتي بین بدن انسان و محیط اطراف از طريق جابجايي است و از طرف ديگر تعيين كننده ظرفيت تبخير شدن آب در هوا و در نتيجه ميزان خنك شدن بدن از طريق تعرق است. وقتي هوا سردتر از بدن انسان باشد، افزايش سرعت آن باعث خنك شدن و در صورتي كه دماي هوا بالاتر از دماي پوست بدن انسان (حدود 32 درجه سانتی‌گراد) باشد، افزايش سرعت هوا موجب گرم‌تر شدن بدن انسان می‌شود.

 بارندگي
هرچه هوا گرم‌تر باشد، مقدار رطوبتي كه مي‌تواند در خود نگه دارد بيش‌تر است. بنابراين اگر مقدار مشخصي از هوا با درصد مشخصي از رطوبت به‌مرور سرد شود، رطوبت نسبي آن افزايش يافته و در يك درجه حرارت مشخص كه به‌آن نقطه شبنم مي‌گويند، رطوبت نسبي اين هوا به‌صد درصد مي‌رسد، يعني از رطوبت اشباع می‌شود، حال اگر چنين هوايي كه به‌دماي نقطه شبنم خود رسيده باز هم سردتر شود، ديگر قادر به‌نگهداري تمام رطوبت موجود در خود نيست و به‌ناچار مقداري از بخار آب اضافي به‌شكل قطرات آب بر روي سطوحي كه دماي آنها پايين تر از نقطه شبنم است تراوش می‌کند. اين پديده دليل عمده به‌وجود آمدن بارندگي است. وقتي توده‌هاي هواي مجاور زمين كه از سطح زمين حرارت كسب نموده و گرم شده است به‌وسيله باد يا فشار به‌طرف بالا رانده می‌شوند، در اثر صعود و ازدياد ارتفاع و كم‌تر شدن فشار هوا حجم بيشتري پيدا كرده و در نتيجه حرارت خود را از دست داده و سرد می‌شوند. سرد شدن اين هوا باعث می‌شود كه ابتدا رطوبت نسبي آن افزايش يافته تا حالتي كه توده‌هاي ابر به‌نقطه شبنم رسيده و رطوبت نسبي آنها به‌صد درصد برسد، از اين به‌بعد با سردتر شدن هوا بخار آب اضافي موجود در آن به‌شكل شبنم بر روي سطوح سردتر تشكيل مي گردد. اين قطرات پس از بزرگتر و سنگين‌تر شدن به‌شكل باران، برف يا تگرگ به‌زمين فرود مي‌آيند.

تابش آفتاب
ميزان انرژي خورشيدي تابيده شده بر هر نقطه از سطح زمين، تابع زمان و عرض جغرافيايي آن نقطه است. هرچه عرض جغرافيايي كم‌تر باشد، ارتفاع موقعيت خورشيد يا زاويه تابش آفتاب بيش‌تر و انرژي حاصل از آن زيادتر است. البته بايد توجه داشت كه تفاوت يك يا دو درجه عرض جغرافيايي بين نقاط مختلف، تغيير قابل توجهي در ميزان انرژي خورشيدي تابيده شده در اين نقاط ايجاد نمي‌کند. نتايج محاسباتي كه در زمينه ميزان انرژي خورشيدي تابيده شده بر سطوح افقي و قائم واقع در 24 جهت جغرافيايي، در ماه‌هاي مختلف سال و در عرض‌هاي مختلف جغرافيايي كشور انجام شده نشان می‌دهد كه ميزان انرژي خورشيدي تابيده شده بر سطوح افقي (سطح زمين و بام‌های مسطح) تابع زمان است. اين ميزان در ظهر هر روز به‌حداكثر روزانه و در ماه‌هاي گرم سال به‌حداكثر سالانه خود مي‌رسد. اما ميزان انرژي خورشيدي تابيده شده بر سطوح قائم (ديوارها) تابع زمان و جهت استقرار اين سطوح است. بررسي ميزان انرژي خورشيدي تابيده شده بر سطوح قائم در كل سال نشان می‌دهد كه در سردترين ماه سال، بيش‌ترين ميزان انرژي خورشيدي بر سطوح رو‌به‌جنوب و در گرم‌ترين ماه سال بيش‌ترين ميزان انرژي خورشيدي بر سطوح مشرف به‌شرق يا غرب مي‌تابد. بررسي تغييرات میزان تابش آفتاب بر سطوح قائم واقع در جهات مختلف جغرافيايي نشان می‌دهد كه ميزان انرژي خورشيدي تابيده شده بر اين سطوح به‌جهت استقرار آنها بستگي دارد. به‌طور كلي ديوارهاي رو‌به‌جنوب از نظر دريافت انرژي خورشيدي انطباق كاملي با نيازهاي حرارتي انسان در طول سال دارند، زيرا اين سطوح در ماه‌هاي گرم سال كه نيازي به‌انرژي خورشيدي نيست كم‌ترين ميزان و در مواقع سرد سال كه دريافت انرژي خورشيدي مفيد و مطلوب است، بيش‌ترين مقدار انرژي خورشيدي را دريافت می‌کنند. برای مشاهده و دریافت دیاگرام منحنی تغییرات میزان انرژی خورشیدی تابیده شده بر سطوح قایم در عرض‌های جغرافیایی ایران اینجا را کلیک کنید

 

Advertisements

1 پاسخ برای آشنایی با اقلیم

  1. behzad :گفت

    عالی بود
    ممنونم
    استفاده کردیم

پاسخی بگذارید

در پایین مشخصات خود را پر کنید یا برای ورود روی شمایل‌ها کلیک نمایید:

نشان‌وارهٔ وردپرس.کام

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری WordPress.com خود هستید. بیرون رفتن /  تغییر دادن )

عکس گوگل+

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Google+ خود هستید. بیرون رفتن /  تغییر دادن )

تصویر توییتر

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Twitter خود هستید. بیرون رفتن /  تغییر دادن )

عکس فیسبوک

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Facebook خود هستید. بیرون رفتن /  تغییر دادن )

درحال اتصال به %s