نمونه سوالات تخصصی هواشناسی عمومی با پاسخ تشریحی

۱- کدام‌یک از گزینه‌های زیر به بهترین شکل، دلیل اصلی افزایش دما با افزایش ارتفاع در لایه استراتوسفر را توصیف می‌کند؟

۱) جذب تابش موج بلند بازگشتی از سطح زمین توسط گازهای گلخانه‌ای متمرکز در این لایه
۲) فرآیند جذب تابش پرانرژی فرابنفش خورشید توسط مولکول‌های اوزون
۳) گرمایش ناشی از پدیده هدایت از لایه مزوسفر که در ارتفاع بالاتری قرار دارد
۴) تمرکز بالای بخار آب و آزادسازی گرمای نهان در این لایه به دلیل تشکیل ابرهای استراتوسفری

• پاسخ آموزشی ای استخدام (e-estekhdam.com): گزینه ۲

تحلیل جامع پروفایل دمایی جو یکی از بنیادی‌ترین مباحث هواشناسی فیزیکی است. برخلاف تروپوسفر که منبع گرمایش آن سطح زمین است و در نتیجه دما با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد، لایه استراتوسفر یک پروفایل دمایی معکوس (وارونگی) از خود نشان می‌دهد؛ یعنی دما با افزایش ارتفاع، افزایش می‌یابد. دلیل اصلی این پدیده منحصر به فرد، وجود لایه اوزون در استراتوسفر است.

تشریح گزینه صحیح (گزینه ۲): خورشید طیف گسترده‌ای از تابش‌های الکترومغناطیسی را ساطع می‌کند که شامل امواج پرانرژی فرابنفش (UV) نیز می‌شود. مولکول اوزون (O۳) که عمدتا در ارتفاعات ۱۵ تا ۲۵ کیلومتری در استراتوسفر متمرکز شده است، توانایی فوق‌العاده‌ای در جذب این تابش فرابنفش دارد. هنگامی که یک فوتون UV به مولکول اوزون برخورد می‌کند، انرژی آن توسط مولکول جذب شده و باعث شکسته شدن پیوندهای آن و افزایش انرژی جنبشی اتم‌ها و مولکول‌های اطراف می‌شود. این افزایش انرژی جنبشی مولکول‌ها، به صورت افزایش دمای آن لایه از جو آشکار می‌گردد. از آنجا که بیشترین غلظت اوزون و شدیدترین جذب UV در

بخش‌های فوقانی استراتوسفر رخ می‌دهد، منبع گرمایش این لایه در بالای آن قرار دارد و به همین دلیل دما به سمت استراتوپاز افزایش می‌یابد.

رد گزینه ۱: اگرچه گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسید کربن و بخار آب، جذب‌کننده‌های اصلی تابش موج بلند زمینی هستند، اما غلظت این گازها در استراتوسفر بسیار ناچیز است. بخش اعظم بخار آب در تروپوسفر متمرکز است. بنابراین، جذب تابش زمینی نقش اصلی را در تعیین ساختار دمایی آن ایفا نمی‌کند.

رد گزینه ۳: انتقال گرما به روش هدایت (Conduction) نیازمند تماس مولکولی مستقیم است و به‌ویژه در محیط رقیقی مانند جو، در لایه‌های بالایی، فرآیندی بسیار ناکارآمد محسوب می‌شود. علاوه بر این، لایه مزوسفر که بالای استراتوسفر قرار دارد، دمای بسیار سردتری دارد و با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد و به سردترین نقطه جو در مزوپاز (حدود ۹۵- درجه سانتی‌گراد) می‌رسد. بنابراین، گرما نمی‌تواند از یک لایه سردتر (مزوسفر) به لایه گرمتر (استراتوسفر) هدایت شود.

رد گزینه ۴: استراتوسفر لایه‌ای بسیار خشک و فاقد جریان‌های عمودی قوی است. به همین دلیل، به جز موارد نادری مانند ابرهای صدفی (Nacreous clouds) که در شرایط بسیار خاص دمایی در قطب‌ها تشکیل می‌شوند، عملا فاقد ابر است. در نتیجه، فرآیند آزادسازی گرمای نهان ناشی از میعان بخار آب که نیروی محرکه اصلی در سیستم‌های هوایی تروپوسفری است، در استراتوسفر نقشی ندارد.