آب و هوا

آب و هوا
۱۳ خرداد
1+

مقدمه

در اواسط قرن هفدهم ،دانشمندان توانستند مقدار آب دریافت زمین را به دقت اندازه گیرى کنند ومقایسه اى میان مقدار آن ،با مقدار آبى که در رودها جریان دارد به عمل آورند.این اندازه گیرى ها نشان داد که زمین شاید ۵ برابر بیشتر از آنچه که در رودها جریان دارد،آب دریافت مى کند. در این صورت مسئله ،پیچیده تر شد((بقیه آب ها به کجا مى رود؟))

آب در حرکتى مداوم است و از هوا به زمین واز زمین به هوا مى رود. به این حرکت دوره اى ،چرخه آب مى شود. همه ساله حدود ۵۰۰ هزار کیلومتر مکعب آب تبخیر مى شود وبه هوا مى رودکه در حدود ۸۶ درصد آن ،از سطح اقیانوسهاست.بقیه از سطح خاک ،دریاچه هاى ورودها به هوا بر مى خیزد.

حیاتى ترین ماده اى که همواره با آن سروکار داریم ،هوا است.هر کس معمولاً‌در طول روز ۳ وعده غذا مى خورد وچند بارهم آب مى نوشد ولى به طور دائم به هوا نیاز دارد.تحمل یک روز تشنگى وگرسنگى براى اغلب ما آسان است وحتى مى توان چندین روز بدون غذا زنده ماند .ولى هیچکس نمى تواند بیش از چند دقیقه بدون هوا زنده بماند.

 

چکیده

آب و هوا بوسیله اقیانوسها که گرمای خط استوا را منتقل می کنند، شدیدا”تحت تأثیر قرار می گیرد. در نواحی مرتفع مناطق معتدل، بسیاری از قسمتهای سواحل رو به غرب، آب و هوای دریایی(بحری) به همراه زمستانهای نه خیلی سرد و تابستانهای نسبتا” خنک دارند. بعضی از مناطق در طول سال دارای هوای گرم و خشک بوده و مقدار کمی باران دارد. بیشتر کویرهای اصلی جهان در این نواحی قرار دارند و جزو گرمترین نقاط روی زمین هستند. در نواحی دیگر مناطق نیمه استوایی در طول سال ریزش باران وجود دارد و همین امر باعث ایجاد یک پوشش گیاهی انبوه در این نواحی می گردد.

 

آب وهوا

آب و هوا : اوضاع جوی ؛اعم از سرما،گرما،فشار هوا ،وزش بادهاوبارندگی در منطقه ای معین.حالت متوسط جوی زمین در یک مدت طولانی در محلی معین؛میانگین شرایط جوی یک منطقه در فصل های چهار گانه و یا ترکیبی از توالی رویدادهای هوا در بخش معینی از کره‌ی زمین.آب و هوای یک منطقه به عواملی چون عرض‌جغرافیایی ،درجه حرارت، بادها ، فاصله از دریا،ناهمواریها و جریانهای اقیانوسی بستگی دارد. میزان دما مقداربارش ،تبخیر وتعریق بالقوه  درآب وهوای یک منطقه مؤثراست . انواع آب و هوا روی کره ی زمین ۱-  آب وهوای منطقه‌ی گرم(گرم استوایی ،گرم مداری وگرم بیابانی ) ۲- آب وهوای منطقه ی معتدل (مدیترانه ای ،اقیانوسی و بری ) ۳- آب وهوای منطقه ی سرد (سردقطبی ، سرد و سردکوهستانی )

برای دانلود فایل آماده ی چاپ و دارای فهرست از باکس پایین صفحه استفاده کنید

آب وهوای استوایی

در مناطق نزدیک خط استوا غالباَ آب و هوا در طول سال گرم و مرطوب است . در جاهایی که باد دریایی به دامنه کوهها می وزد ، بارش باران می تواند بی نهایت باشد . در ناحیه توتونند و واقع در دامنه کلمبیایی کوههای آند ، در طول سال بیش از ۵/۱۱ متر (۳۸ پا) باران می بارد و همین مسئله این منطقه را جزو مرطوبترین مناطق دنیا کرده است . بعضی از نقاط استوایی دارای دو فصل مجزای مرطوب و خشک هستند . این مناطق عبارتند از : آمریکای جنوبی و غرب و شرق آفریقا.

 

آب و هوای نیمه استوایی

در نواحی نیمه استوایی خورشید غالبا” در طول تابستان،مستقیما” بالای سر قرار دارد و در زمستان دمای هوا به ندرت به زیر صفر می رسد. بعضی از مناطق در طول سال دارای هوای گرم و خشک بوده و مقدار کمی باران دارد. بیشتر کویرهای اصلی جهان در این نواحی قرار دارند و جزو گرمترین نقاط روی زمین هستند. در نواحی دیگر مناطق نیمه استوایی در طول سال ریزش باران وجود دارد و همین امر باعث ایجاد یک پوشش گیاهی انبوه در این نواحی می گردد.

 

آب و هوای معتدل

در نواحی معتدل دنیا، آب و هوا بوسیله اقیانوسها که گرمای خط استوا را منتقل می کنند، شدیدا”تحت تأثیر قرار می گیرد. در نواحی مرتفع مناطق معتدل، بسیاری از قسمتهای سواحل رو به غرب، آب و هوای دریایی(بحری) به همراه زمستانهای نه خیلی سرد و تابستانهای نسبتا” خنک دارند. در ارتفاعات پایین تر مناطقی مثل کالیفرنیای جنوبی، با آنکه به دریا خیلی نزدیک هستند تابستانهای گرم و خشک دارند. مناطقی که از اقیانوسها فاصله دارند، آب و هوای قاره ای (بری) با تابستانهای گرم و زمستانهای بسیار سرد، دارند.

 

آب و هوای بیشه زارهای استرالیا

بوته زارهای استرالیا در تمام طول سال گرم هستند گرچه در تابستان (بین ماههای آبان تا فروردین) گرمترند و در زمستان (بین ماههای اردیبهشت تا مهر) معتدل ترند . دمای متوسط به هنگام روز ۳۶ درجه سانتیگراد (۹۷ درجه فارنهایت) در وسط تابستان و ۱۹ درجه سانتیگراد (۶۷ درجه فارنهایت) در وسط زمستان است . شبها بسیار سردترند . معمولاَ در تابستان سالانه حدود ۲۵ سانتیمتر (۱۰ اینچ) باران می بارد.

 

آب و هوای قطبی

قطبها توسط هوای سرد و نسبتا” خشکی پوشیده شده اند. در نزدیکی قطبها، میزان بارش برف سنگین کم است، اما برفهایی که روی زمینهای یخ زده جمع می شوند، تشکیل یخچالهای بزرگی به نام کوه یخی می دهند. در طول تابستان تمام ۲۴ ساعت شبانه روز آفتاب می تابد و در طول زمستان تاریکی مطلق و همیشگی بر این نواحی حکمفرما است. هوای زمستانی قطب جنوب ممکن است تا ۸۵ درجه سانتیگراد(۱۲۱ درجه فارنهایت) زیر صفرسرد شود که این ناحیه را سردترین نقطه روی زمین می کند. زمینهای سنگلاخی در اطراف قطب شمال در طول ۹ ماه از سال یخ زده هستند

 

آب و هوای جنگلهای بارانی آمازون

جنلگهای بارانی آمازون در تمام فصول سال دارای هوایی گرم با رطوبتی بسیار زیاد می باشند . متوسط درجه حرارت ، در مرکز آمازون ، در حدود ۳۰ درجه سانتیگراد (۸۶ درجه فارنهایت) غربی ترین بخش این منطقه ، در حدود ۲۵ درجه سانتیگراد (۷۶ درجه فارنهایت) می باشد . تقریباَ هر روزه باران سنگینی در سرتاسر آمازون می بارد.

 

آب و هوای جنگلهای برگریز انگلیس

جنگلهای برگریز بریتانیا در آب و هوای معتدل و مرطوب رشد می کنند و درختان آنها تاثیرات متفاوتی بر میزان نوری که به زمین می رسد دارند . در مقایسه ، جنگلهای کاج اغلب در نواحی سرد رشد می کنند و برگهای همیشه سبزشان سایه ای سالانه به روی زمین جنگل می گسترانند.

 

آب و هوای ساوانا در شرق آفریقا

ناحیه آفریقایی ساوانا در طول سال گرم می باشد و معمولاَ در بین مهر و اسفند گرمتر می شود . این دوران ، در فصل مرطوب منطقه است و در طول آن ۶۱ تا ۷۰ سانتیمتر (۲۴ تا۲۸ اینچ) باران می بارد . در طول فصل خشک ، از فروردین تا شهریور ،مقدار خیلی کمی باران می بارد و کمبود آب پیدا می شود و پوشش گیاهی از بین می رود .

 

آب و هوای سواحل سنگی اسکاتلند

دمای آب دریا بیش از ۳۵ درجه سانتیگراد (۹۵ درجه فارنهایت) در نواحی استوایی تا حدود ۱- درجه سانتیگراد (۳۰ درجه فارنهایت) در آبهای قطبی متفاوت است . در اقیانوس اطلس شمالی ، درجه حرارت آب بوسیله جریان اطلس شمالی که آبهای گرم را از مناطق استوایی به سمت شمال حمل می کند ، همیشه بالا می ماند.

 

آب و هوای صخره های مرجانی

مرجانهاییکه صخره های مرجانی را تشکیل می دهند تنها در شرایط خاصی پرورش می یابند . آنها در آب گرم ، شور وتمیز زندگی می کنند . رشته صخره های عظیم آبی در طول سال با درجه حرارتی بیش از ۲۱ درجه سانتیگراد (۷۰ درجه فارنهایت) گرم باقی می مانند . مرجانها همچنین تنها در آبهای کم عمقی که نور خورشید بتواند به آنها برسد زندگی می کنند.

آب و هوای دریاچه آمریکای شمالی

آب و هوای دریاچه آب شیرین ، از عوامل مختلفی تاثیر می پذیرد. مهمترین عامل ، موقعیت جغرافیایی دریاچه و عمق آن می باشد . در آمریکای شمالی ، زمستانها معمولاَ سخت و سرد است و بیشتر رودخانه ها یخ می زنند که این یخ زدن چندین ماه طول می کشد.

 

آب و هوای قطب شمال و سنگلاخهای کانادا

کویرهای آمریکایی شمالی ، کویرهای آمریکای شمالی در تابستان گرم هستند ، اما در طول زمستان سرد هستند . در مناطق جنوبی دمای تابستان می تواند تا ۳۵ درجه سانتیگراد(۹۵ درجه فارنهایت) افزایش پیدا کند ، اما در مناطق جنوبی تر در طول زمستان گاهی برف می بارد . در بیشتر اوقات سال ، مقدار کمی باران می بارد ، اما در اواخر تابستان ، طوفانهای ناگهانی و سیلابهای غافلگیر کننده رخ می دهد.

 

آب و هوای کوههای راکی

در ناحیه راکی آب و هوا به شدت تغییر می کندو این ارتفاع بستگی دارد ، همچنین موقعیت جغرافیایی و زمان روز در آن موثر است . دره های کم ارتفاع ، گرم و معتدل می باشند ، در حالیکه قله کوهها خنک است . در دامنه غربی این کوهها ، باران بیشتری می بارد . میانگین بارش سالانه در طول مرز بین آمریکا و کانادا ۳/۲ متر (۷پا و ۶ اینچ) می باشد.

 

در طول تابستان کوتاه شمالی ، نواحی سنگلاخی کانادا خیلی سریع در ۲۴ ساعت روشنی روز گرم می شود . در این عرضهای جغرافیایی ، هوای سرد تقریباَ هیچ رطوبتی را دارا نمی باشد . بدلیل اینکه هوا بسیار خشک می باشد ، سرزمینهای سنگلاخی قطب بعضی مواقع به صحراهای سرد توصیف می شوند.

 

هوا شناسی

ریشه لغوی

یونانیان واژه متیورولوگیا را ، برگرفته از کلمه «متیوروس» ، به معنی اشیای معلق در آزمایش‌های مربوط به هوا ، به اضافه «لوگوس» که به خطابه یا درس ترجمه شده است، برای این علم به کار برده‌اند؛ لیکن ، امروزه مطالعه جو زمین چنان به رشته‌های تخصصی تقسیم شده است که واژه فراگیر متئورولوژی (هواشناسی) که از یونانیان باستان برحای مانده است، هیچ کس را ارضا نمی‌کند.

از این رو ، برای مطالعه بخشی از جرکه در آن یونش و گسست مهم است و روی هم رفته بالاتر از ارتفاع حدود ۳۵Km قرار دارد، واژه آیرونومی (نزدیک جو بالا) را به کار می‌بریم، در حالی که برخی ، به عنوان نامی فراگیر ، علم (یا علوم) جو را می‌پسندند.

 

 

 

 

نگاه اجمالی

هواشناسی شاخه‌ای تخصصی از فیزیک پیشرفته است که از ابزارهای ریاضی پیچیده‌ای بهره می‌گیرد، و بر همه علوم فیزیک تکیه‌ای استوار دارد. هواشناسی بیش از همه با نظریه تابش الکترومغناطیسی ، ترمودینامیک ، مکانیک کلاسیک ، فیزیک شاره‌ها ، شیمی فیزیک و نظریه لایه مرزی سروکار دارد.

اگر جو زیرین نیز در آن گنجانده شود، فیزیک خورشید ، طیف شناسی ، فیزیک پلاسما ، یونش ، فیزیک ذرات بنیادی ، پدیده‌های اشعه ایکس ، نور شناخت ، فیزیک پرتوی کیهانی ، پدیده های برانگیزش ، الکترودینامیک ، مگنتوهیدرودینامیک ، انتشار رادیویی و سایر فرآیندهای مربوطه را نیز باید فرا بگیریم.

 

تاریخچه

اولین بار ادموند هالی به سال ۱۶۸۸ اسنادی را در زمینه پدیده‌های جوی و نقشه‌های مربوطه به بادهای متواتر در سطح اقیانوس‌ها ، برای بخشی از سطح زمین منتشر می‌کند و در سال ۱۸۴۰ هوری نقشه بادهای اقیانوس‌ها را ترسیم و توان و جهت وزش آنها را مشخص می‌سازد و بدین ترتیب در رفع نیاز دریانوردی گامی برداشته می‌شود.

سیر تحولی و رشد

در اواخر قرن نوزدهم مطالعات جو شناسی در سطح زمین بویژه در زمینه اندازه گیری بارانها توسعه پیدا می کند و از سال ۱۹۱۶ مطالعه پدیده‌های جوی در زمینه پیش‌بینی هوا شکل می‌یابد و این بررسی ها بر مبنای ویژگیهای سیستماتیک صورت می‌گیرد.

در سالهای بعد ، توسعه هوانوردی پیش بینی‌های دقیق تری را در وسعت گسترده‌ای ایجاب می‌کند و آگاهی هوانوردان از حالات احتمالی آزمایش‌های مربوط به هوا در ناحیه معین و برای یک لحظه از زمان الزامی می‌نماید و به منظور رفع همین نیاز هست که در پاره‌ای از نقاط دنیا سازمانهای هواشناسی به وجود می‌آید.

به تدریج به موازات توسعه شناساییهای علمی ، برای بهره گیری منطقی از منابع اقتصادی زمین به آگاهی‌های بیشتری از پدیده‌های جوی احساس نیز می‌شود، به گونه‌ای که برای شناخت قدرت هیدرولیکی ناهمواریها و “نفت سفید” کوهستانها به عنوان منبع زایش آبها ، تعیین حجم متوسط آب رودخانه‌ها در رابطه با نوسان میزان بارندگی سالانه حوضه‌ها مورد توجه قرار می‌گیرد.

همچنین پیشرفت علم کشاورزی به منظور کاشت و برداشت محصولات کشاورزی مهندسین زراعی را به کسب اطلاعاتی در زمینه آب و هواشناسی وا‌می‌دارد و همین نیاز به عنوان انگیزه دیگری در پیشرفت تحقیقات کلیماتولوژی موثر می‌افتد.

 

فیزیک هواشناسی

آب و هواشناسی و سیر تحولی آن

با واژه اتمسفر کم و بیش همه آشنا هستیم. علوم اتمسفری در دو شاخه هواشناسی و آب و هوا شناسی به مطالعه ویژگیهای آن می‌پردازد. که این دو در مقیاس زمانی باهم فرق می‌کنند. هواشناسی شرایط جوی را در زمان معین و بطور عام با استفاده از اصول و قوانین و مدلهای ریاضی و فیزیکی و دینامیکی در کوتاه مدت بررسی ، پیش بینی می‌کند و به مطالعه تغییرات اتمسفر می‌پردازد. آب و هواشناسی هوای غالب در دراز مدت (اقلیم) را با توجه به ویژگیها و اصول و مفاهیم جغرافیایی ، عوامل بوجود آورنده و تأثیرات آن بر زندگی انسانی ، تفاوتهای آب و هوایی مکانها مورد بررسی قرار می‌دهد.

 

سیر تاریخی

آب و هواشناسی در آثار فیلسوفان یونان باستان با تعبیرهای آب و هوای سه گانه گرم ، معتدل و سرد دیده می‌شود. اولین کتاب در حدود چهار قرن پیش از میلاد مسیح به نام هواها ، آبها ، مکانها توسط هیپوکرات نوشته شد. در قرن دوم بعد از میلاد بطلمیوس بر اساس تفاوت حرارت سرزمینهای شناخته شده را به هفت اقلیم تقسیم بندی کرد.

هواشناسی علمی از قرن هفده و هیجده بر پایه جمع آوری دانسته‌ها درباره مناطق مختلف و جمع بندی و میانگین گیری شروع شد که جنبه توصیفی داشت و به دلیل کار با اعداد معرف واقعیت نبوده و به عملکردهای مشترک همه عناصر آب و هوایی توجه نمی‌شد. در قرن نوزده با کشف قوانین فیزیکی مانند جذب ، تابش ، هدایت ، تبخیر و … هواشناسی نیز علمی‌تر شد و از اصول هیدرودینامیکی استفاده کرد. بنابراین علمی در اواخر قرن نوزده و اوایل قرن بیستم با تهیه و بکارگیری نقشه‌های هواشناسی جامعه و بوجود آمدن مکتبهای هواشناسی اکثرا با نام شهرهای بزرگ به شکوفایی رسید.

هامبلولت عامل مهم تغییرات را خورشید مطرح کرده ، با استفاده از خطوط همدما نقشه پراکندگی دما را در نیم کره شمالی ترسیم کرد و به تأثیر دما در هواهای متفاوت پی برد. مکتب برگی نظریه جبهه قطبی ، تشکیل سیکلون و توده‌های هوا را مطرح کرد. مکتب فرانکفورت مقدمات مطالعات سه بعدی جو و تأثیرات طبقات میانی و بالایی را بر سیستمهای هوایی مطرح کرد.

مکتب شیکاگو مهمترین کشف آب و هواشناسی یعنی اصل ثابت بودن چرخندگی مطلق توده هوا در طول مسیر حرکت و مدل موجها در حرکت باد را مطرح کرد که به امواج رزبای معروف گشتند، وجود رود باد نیز در این مکتب کشف شد. مدل گردش عمومی اتمسفر ارائه شد و ثابت شد تغییرات آب و هوایی در زمین نتیجه تأثیر مستقیم انرژی خورشید نیست.

تغییرات فشار اتمسفر ، امواج طبقات میانی و بالایی حرکت و چرخش کره زمین و نیروهای کریولیسی نیز نقش دارند. با توجه به تفاوت نگرشها ، آب و هواشناسی توصیفی ، دینامیک ، فیزیکی ، سینوپتیک ، کاربردی بوجود آمدند که آب و هواشناسی سینوپتیک (همدیده بانی) با توجه به تمام جنبه‌های موثر و احتمالی در آب و هوا جامعیت بیشتری دارد.

 

 آب و هواشناسی فیزیکی

در آب و هواشناسی فیزیکی منبع اصلی انرژی خورشید است. بنابراین سیر تغییرات و تبدیلات آب و هوایی ، مناطق گرم ، سرد ، باد و … برای یکنواخت کردن انرژی در سطح کره زمین در ارتباط با خورشید و با توجه به دریافت انرژی و خروج آن از طریق بازتاب و تابش سیاره‌ای با توجه به ویژگیهای منطقه‌ای مورد بررسی قرار می‌گیرد. هواشناسی فیزیکی اساس هواشناسی دینامیک است، زیرا لازمه یکنواخت شدن انرژی بین مناطق وزش باد و جابجایی بخار آب بین مناطق با دماهای متفاوت است که با استفاده از قوانین حرکت و دینامیک بیان می‌شوند.

در هواشناسی دینامیک نتایج حاصل از پراکندگی انرژی تابشی خورشید و فرآیندهای ترمودینامیکی با استفاده از روشهای ریاضی و اصول فیزیکی بررسی می‌شود. هواشناسی دینامیکی مبنای نظری هواشناسی سینوپتیک است

 

تنوع اقلیمی ایران        

تنوع آب وهوا و اقلیم در ایران به دلیل ویژتگیهای متنوعی است که از آن میان می توان به گستردگی عرض جغرافیایی امتداد کوهستان‌ها تغییرات چشم‌گیر ارتفاعات و بالاخره موقعیت سرزمین نسبت به دریا ها و گستره‌های آبی مجاور یا دور اشاره کرد. ایران جزو مناطق خشک و نیمه خشک جهان محسوب می شود که از نظر شرایط اقلیمی و آب و هوا به دو گره عمده خشک و مرطوب قابل تقسیم بندی است و هر کدام از این دو گره از چند اقلیم فرعی تشکیل شده‌اند.

 

 اقلیم خشک

میزان تبخیر در این اقلیم بیش از بارندگی است و حدود کشور را در بر می‌گیرد اقلیم خشک به دو اقلیم فرعی بری و استپی تقسیم شده است اقلیم فرعی بری اقلیم عرفی بری در دو بخش سواحل جنوب غربی و داخل کشور (بخش های مرکزی) دیده میشود. گرمای شدید و بارندگی کم از ویژگی‌های ناحیه نخست است. در ناحیه دوم یا مناطق داخل درجه حرارت روزانه و سالانه آن دگرگون‌های زیادی داشته و کحمی بارندگی از مشخصات آن به شمار می‌رود بخش هایی از متطق پست شرقی و جنوب شرقی ایران از این نوع آب و هوا برخورددار است. اقلیم فرعی استپی؛ این اقلیم حد فاصل آب و هوای بری و آب وهوای مرطوب تر است. حدود پانصد هزار کیلومتر مربع از ایران را این اقلیم در بر می گیرد. این نوع آب و هوا معمولا در ارتفاعات ۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ متر وجود دراد و کوهپایه‌های خوزستان را نیز شامل می‌شود.

 

 اقلیم معتدل

حدود چهارصد هزار کیلومتر مربع از سطح کشور را اقلیم معتدل در بر گرفته است. نواحی پرجمعیت ایران مانند آذربایجان کردستان، کرمانشاه و ارتفاعات زاگرس هم چنین دشت‌های ساحلی دریای خزر از این نوع آب وهوا برخوردارند این اقلیم به سه اقلیم فرعی معتدل کوهستان، خزری و نقاط نسبتا مرتفع تقسیم می‌شود: اقلیم فرعی معتدل همراه با تمرکز بارندگی از مشخصات آن به شمار می رود مانند استان فارس. اقلیم فرعی خزری این اب و هوا خاص کرانه‌های خزر و مناطق کوهستانی مسف به این دریاست. دمای معتدل با نوسان‌های کم شبانه‌روزی رطوبت زیاد وزش نسیم دریایی و بادهای محل و بالاخره بارندگی زیاد از ویژگیهای این اقلیم است. اقلیم فرعی نسبتا مرتفع در این مناطق، دمای هوا در سردترین ماه سال کم تر از صفر درجه و گرم ترین ماه از ده درجه سانتی گراد کم تر نمی شود. مناطق نسبتا مرتفعی از ایران که حدود ۴۰ هزار کیلومتر مربع است از این گونه آب و هوا برخوردار است.

شایان توجه است که مناطق خیلی مرتفع مانند ارتفاعات البرز، زاگرس و همچنین کوه‌های سهند و سبلان که دمای آنها در گرم‌ترین ماه سال از ده درجه سانتی‌گراد تجاوز نمی‌کند دارای آب و هوای کوهستانی هستند (جعفری، ۱۳۷۹ الف، ص۱۶) این آب و هوا چهل هزار کیلومتر مربع از مساحت کشور را شامل می‌شود که در ارتفاعات و قله‌های بلند پوشیده از برف دائمی قرار دارند.

انواع آب و هوای ایران به شکل دیگری نیز دسته بندی می‌شود. بر اساس نوعی تقسیمم بندی اقلیمی، آب و هوای ایران به سه بخش کلی بیابانی و نیمه بیابانی، کوهستانی (سرد و معتدل) و خزری نیز تقسیم میشود (افشار، ۱۳۷۲ ص ۵۲) در مجموع ایران دارای آب و هوایی متنوع است. تغییرات آب و هوا درمناطق مختلف معلول عوارض و پدیده‌های طبیعی آن نواحی بوده و نسبت مستقیم با پستی و بلندی‌های این مناطق دارد.

 

 گیاهان، جانوران و جغرافیای زیستی

طبیعت و اقلیم متنوع ایران در خود گیاهان و جانوران فراوانی را جای داده است که هم از نظر تعداد و هم از نظر تنوع در مقایسه با سایر نقاط جهان شگفت انگیز است. به عنوان مثال تعداد گونه های پستانداران وحشی ایران با ۱۶۸ گونه تقریباً با تعداد کل گونه های پستاندار در قاره اروپا برابر است.

همچنین در ایران ۸۰۰۰ گونه گیاهی، ۱۷۴ گونه ماهی، ۲۰ گونه دوزیست، خزنده و ۵۱۴ گونه پرنده زیست می کنند. هر کدام از گیاهان و جانوران در منطقه خاصی یافت می شوند که زیستگاه نامیده می شود و محدوده پراکندگی آن ها، جغرافیای زیستی را تشکیل می دهد. از میان این موجودات تعدادی آسیب پذیر، گروهی در خطر انقراض و بخشی در آستانه انقراض قرار دارند. این طبقه بندی بر اساس «فهرست سرخ» اتحادیه جهانی حفاظت انجام شده که معتبرترین نشریه در ارتباط با جانوران و گیاهان وحشی است. از آنجا که بسیاری از گونه های جانوری و گیاهی ایران، نام های فارسی یکسان و مشخصی ندارند، برای جلوگیری از خطای احتمالی، نام علمی آن ها در پانوشت آورده شده است، که در تمام جهان واحد و یکسان است.

 

نتیجه گیری

با توجه به عواملى که بر آب وهوا موثرند ،سطح زمین را به ۳ منطقه به شرح زیر تقسیم مى کنند:

١- منطقه حاره یا گرمسیرى ،که بین مدارهاى ۵/۲۳ درجه شمالى وجنوبى قرار دارد.

٢- مناطق معتدله (شمالى وجنوبى) که بین مدارهای۵/۲۳ درجه و۵/۶۶ درجه شمالى وجنوبى واقع اند.

٣- مناطق قطبى (شمالى وجنوبى) ،که در عرض هاى جغرافیایى بالاتر از ۵/۶۶ درجه تاقطب قرار دارند .

که نتیجه می شود هر چه از استوا به قطبین برویم آب و هوا سرد تر می شود.

 

منابع

سایت ویکی پدیا

سایت دانشنامه رشد

 

 

جهان در جست و جوی انرژی های جدید

انرژی های نو
۰۳ تیر
0

جهان در جست و جوی انرژی های جدید
بحران انرژی را می توان مهم ترین بحران پیش روی بشر دانست. دنیایی که با سرعت سرسام آور در حال حرکت است و برای این حرکت نیازمند انرژی های جدید. امروز گازهای گوناگون و مفیدی برای سوخت، وجود دارد که بیش از سه نوع آن در جهان استفاده می شود. این سه نوع عبارت اند از: گاز مایع (ال. پی. جی) که مخلوطی از بخش های پالایش شده نفت خام از قبیل پروپان، بوتان، پروپیلن و بوتیلن است. این گاز به این علت که به آسانی به مایع تبدیل می شود، برای سوخت سیلندر کاربرد دارد. نوع دوم، گاز طبیعی است که از دو منبع عمده منابع گاز مستقل و گاز همراه (گاز حاصل از تفکیک نفت خام) تامین می شود؛ و نوع سوم بیوگاز است که با آن بیشتر آشنا می شویم.
درسال های اخیر به علت مشکلات ناشی از وابستگی گسترده به نفت و محدودیت منابع تجاری انرژی، به استفاده از بیوگاز بیشتر توجه شده است. بیوگاز براثر واکنش های تجزیه ای بی هوازی میکروارگانیسم های زنده در محیطی تولید می شود که مواد آلی در آن وجود دارد. از این قبیل محیط ها می توان به باتلاق ها و مرداب ها اشاره کرد. گازی که در این محیط ها تولید می شود، به گاز مرداب معروف است. علت نام گذاری این گاز به بیوگاز هم این است که براثر تجزیه بی هوازی مواد آلی و بیولوژیک به وسیله میکروارگانیسم های زنده تولید می شود. بیوگاز مخلوطی از سه ترکیب با نام های متان، دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن است.
ترکیب عمده و قابل اشتعال بیوگاز، متان است که سهم بیشتر این گاز یعنی ۶۰ تا ۷۰ درصد آن را شامل می شود. گاز متان، بی رنگ و بی بو است که اگر یک فوت مکعب آن بسوزد، ۲۵۲ کیلوکالری انرژی حرارتی تولید می کند که در قیاس با سایر مواد سوختی، رقم قابل توجهی است. دو ترکیب دیگر بویژه سولفید هیدروژن که سهم آن ناچیز است، جزء ترکیب های سمی به شمار می آیند. از مزیت های مهم متان در برابر دیگرسوخت ها این است که هنگام سوختن، گاز سمی و خطرناک منواکسید کربن تولید نمی کند؛ بنابراین، می توان از آن به منزله سوخت ایمن و سالم در محیط خانه استفاده کرد. همان طور که گفته شد، ۶۰ تا ۷۰ درصد بیوگاز را گاز متان تشکیل می دهد. این درصد بالای متان، بیوگاز را به منزله منبع عالی و ممتاز انرژی های تجدیدپذیر برای جانشینی گاز طبیعی و دیگر سوخت های فسیلی قرار داده است. امروزه از بیوگاز در گرم کردن دیگ های بخار کارخانه ها، موتور ژنراتور ها برای تولید برق، گرم کردن خانه ها و پخت و پز استفاده می شود. استفاده از فناوری تولید بیوگاز در ایران، تاکنون کاربرد عمومی نیافته است و در مرحله آزمایشگاهی است؛ درحالی که در کشورهای اروپای غربی، جنوب شرقی آسیا و بویژه چین و هندوستان این فناوری بسیار قابل توجه است و این کشورها با بهره گیری از این فناوری نیاز خود را به سوخت برطرف کرده اند.
استفاده در حمل و نقل سوئد
سوئد، یکی از بهترین مصرف کنندگان بیوگاز در صنعت حمل و نقل است و برنامه ریزی شده است که تا سال ۲۰۵۰ میلادی ۴۰ درصد از نیاز این کشور در بخش حمل و نقل از طریق بیوگاز تامین شود. براساس این گزارش، هزینه تولید بیوگاز در سوئد نیز از تولید بنزین با صرفه تر است؛ زیرا تولید یک مترمکعب بیوگاز که شامل تولید، اصلاح و متراکم سازی است، ۳‎/۵ تا ۵‎/۴ کرون سوئد است که حدود ۷۰ درصد هزینه های جاری بنزین در سوئد است. بررسی ها نشان می دهد درصورت استفاده از بیوگاز در صنعت حمل و نقل، میزان آلاینده دی اکسیدکربن که سبب افزایش گاز گلخانه ای جهان می شود، حدود ۶۵ تا ۸۵ درصد کاهش می یابد.
* فرایند تولید بیوگاز
باکتری های ویژه ای واکنش های تجزیه ای و بی هوازی مواد آلی را به منظور تولید بیوگاز انجام می دهند. این گروه باکتری ها قادر به شکستن و تجزیه مواد آلی پیچیده و ساده اند که سرانجام به تولید بیوگاز منجر می شود. این باکتری ها از باکتری های مزوفیل و تا حدودی گرما دوست هستند و می توانند در دمای ۷۵ تا ۱۰۰ درجه فارنهایت زندگی کنند. تحقیقات نشان می دهد بهترین دما برای رشد این گونه باکتری ها ۹۵ درجه فارنهایت است که در این دما باکتری ها بیشترین فعالیت آنزیمی را برای تجزیه مواد آلی و تولید بیوگاز دارند. با توجه به این موضوع، در فصل زمستان که هوا سرد است، تولید بیوگاز در مرداب ها و باتلاق ها متوقف می شود. از شرایط مطلوب دیگر برای تولید بیوگاز، قلیایی بودن (۷-۸=PH) محیط واکنش است. تجزیه و تبدیل فضولات و مواد گندیده آلی که می تواند محصول حیوانات اهلی و یا گیاهان باشد، به وسیله باکتری ها در دو مرحله به بیوگاز و بیوماس تبدیل می شود. بیوگاز کاربرد های بسیاری دارد و از بیوماس نیز می توان به جای کود آلی بهره برد. در مرحله نخست این واکنش بیولوژیک، باکتری های بی هوازی مواد آلی گندیده را به اسید های آلی تبدیل می کنند. در مرحله دوم، گروه دیگری از باکتری ها اسیدهای آلی به وجود آمده را تجزیه می کنند و در نتیجه آن بیوگاز که بخش عمده آن متان است، تولید می شود. (روزنامه ایران، شماره ۳۹۰۳ به تاریخ ۲۶/۱/۸۷، صفحه ۱۳)
چرخ طیار
در دهه اخیر، تکنولوژی های جدیدی در زمینه ی ذخیره سازی انرژی به بازار آمده اند .این تکنولوژی ها انتقال سریع انرژی را فراهم می نمایند. این پیشرفت نسبت به باطری های الکتروشیمیایی قدیمی به قدری عجیب و جالب توجه بود که می توان آن را با پیدایش الکترومغناطیس های فوق سرد و یا موتورهای استارت سریع (که با کمک انرژی پنوماتیک یا هیدرولیک ساخته شدند) مقایسه کرد .
اخیرا صنعت شاهد پیدایش مجدد یکی از قدیمی ترین تکنولوژی های ذخیره سازی انرژی یعنی فلایویل بوده است . چرخ طیار های جدید دارای اشکال متنوعی هستند. از چرخ طیار های کامپوزیتی که برای سرعت های دورانی بسیار بالا مناسب هستند گرفته تا چرخ های فولادی قدیمی که به موتور های دورانی کوپل می گردند . در این مقاله، ما انواع مختلفی از چرخ طیارها که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند را بررسی می کنیم. علاوه بر آن به برسی باطری های فعال مکانیکی نیز می پردازیم. واحدی که یکی از جالب ترین گونه های چرخ طیارهای نوین و قدیمی می باشد. این سیستم در حالیکه فضایی در حدود ۱۱ فوت مربع را اشغال می کند قادر است توانی برابر ۵۰۰ کیلو وات را منتقل نماید.
در این مقاله علاوه بر مقایسه چرخ طیار های قدیمی و جدید به معرفی یکی از محصولات شرکت CleanSource نیز پرداخته می شود.
معرفی:
چرخ طیارها نسبت به تکنولوژی های قدیمی ذخیره انرژی دارای برتری های خاصی می باشند .یکی از این برتری ها به ساختار ساده ذخیره انرژی در آنها بر می گردد. یعنی ذخیره انرژی به صورت انرژی جنبشی در یک جرم در حال دوران .
سالها از این ایده برای نرم و یکنواخت کردن حرکت موتورها استفاده می شد. در بیست سال اخیر به تدریج یک منبع جدید انرژی در اختیار طراحان و مخترعان قرار گرفت و طراحان از این منبع جدید در وسایل نقلیه الکتریکی و تجهیزات کنترل ماهواره استفاده کردند. این منبع دارای ویژگی های زیر بود:
ایمنی بالا ، حجم کم، سازگاری با محیط زیست ، پایین بودن هزینه تعمیر و نگه داری و داشتن عمر مفید بالا و قابل پیشبینی.
اخیرا برای کنترل و ثابت نگه داشتن سرعت وقتی که منبع اصلی انرژی به طور متناوب قطع و وصل می شود از چرخ طیار استفاده می گردد. .به دلیل نارضایتی مصرف کننده گان از باطری های الکتروشیمیایی و از طرف دیگر به علت پایین بودن هزینه تولید و عمر مفید بالای چرخ طیار اکنون در بسیاری از سیستم ها از این وسیله استفاده می شود .
پس از پیشرفت های پی در پی در زمینه ی الکترونیک قدرت اولین بار از چرخ طیار به عنوان محافظ رادار استفاده شد و امروزه یک ابزار قدرت مند و کم هزینه ،در حجم بالا به بازار تجهیزات انتقال قدرت ارائه می شود.
چرخ طیار های قدیمی:
پیش از این، تنها کاربرد چرخ طیار ، در مجموعه موتور-ژنراتور بود. که در آن چرخ های فولادی به سیستم کوپل می شدند تا در زمان قطع و وصل شدن متناوب نیرو، دوران پایدارو طولانی تری را فراهم کنند. این امر توسط افزایش اینرسی دورانی و افزایش انرژی جنبشی ذخیره شده انجام می گرفت.
شکل۱: ترکیب سنتی چرخ طیار با مجموعه موتور- ژنراتور
افزایش موثر زمان دوران برای چنین سیستم هایی به ندرت از حد یک ثانیه در بار نامی فراتر می رفت. این مشکل به این علت ایجاد می شد که تنها ۵ درصد انرژی ذخیره شده از چرخ طیار به موتور انتقال می یافت. انتقال بیشتر انرژی موجب کاهش سرعت دورانی و نتیجتا کاهش فرکانس الکتریکی می شد که امری نامطلوب بود.
با وجود اینکه این سیستم ها مانع ضعیف شدن و یا قطع طولانی مدت جریان برق می شدند، ولی تواناییِ تامین برق کافی برای یک فرایندre-closure کامل یا تامین انرژی لازم برای استارت یک ژنراتور را نداشتند.
با اعمال چند تغییر در طرح می توان زمان انتقال قدرت را در سیستم نشان داده شده در شکل یک افزایش داد. تحت تمامی بارها ، کاهش فرکانس و ولتاژ و همچنسن کاهش سرعت دورانی ژنراتور نامطلوب می باشد. با اضافه کردن یک یکسو کننده بعد از ژنراتور ، سیستم این قابلیت را پیدا می کند تا ۷۵ درصد انرژی چرخ طیار را منتقل کند. پس از آن جریان DC باید فیلتر شده و مجددا به جریان AC با فرکانسی برابر با ۶۰ هرتز تبدیل شود. افزودن یک محرک چند سرعته به سیستم این امکان را به ما میدهد تا بتوانیم از سرعت های دورانی پایین ، اینرسی زیادی را به دست بیاوریم و در نتیجه به موتور کوچک تری برای تامین این منبع انرژی نیاز باشد.
همانطور که در شکل ۲ مشخص است، افزایش موثر در مدت زمان حرکت که توسط سیستم بهبود یافته چرخ طیار ایجاد می شود، حفاظت بهتری را نسبت به نوع قدیمی فراهم می آورد. اما این افزایش در مدت زمان حرکت لزوما هزینه بر هم خواهد بود. در ضمن به تجهیزات و فضای بیشتری نیز نیاز دارد.
نمونه های قدیمی چرخ طیار نیز نسبت به تنواع مدرن خود دارای مزایایی می باشند. در این چرخ طیار ها از فولاد استفاده می شد. ماده ای که به سهولت قابل دسترسی است و به راحتی می توان شرایط مکانیکی آن را پیشبینی کرد. فولاد این امکان را برای طراحان فراهم می آورد تا علاوه بر ملاحظات مالی، شرایط ایمنی را نیز به خوبی تحت کنترل داشته باشند.
به دلیل اینکه چرخ طیار های فولادی نسبت به انواع کامپوزیتی دارای وزن بیشتر و همچنین مقاومت بالاتری هستند، باید در سرعت های دورانی نسبتا پایینی کار کنند. این ویژگی باعث می شود که برای چرخ طیار های فولادی بتوان از یاتاقان های مدل قدیمی استفاده کرد.
اما یکی از معایب چرخ طیار های فولادی این است که آنها نسبت به چرخ های کامپوزیتی جدید ، انرژی و قدرت پایین تری دارند. چرخ طیار های قدیمی معمولای در هوا کار می کنند. که این مسئله باعث می شود تا استهلاک بالایی داشته باشند و همچنین هنگام فعالیت صدای بیشتری تولید کنند. علاوه براین ، یک سیستم چرخ طیار خارجی نیاز به چندین مجموعه یاتاقان دارد. که این مسئله خود باعث می شود که قابلیت اعتماد کل مجموعه پایین آمده و هزینه تولید آن بالا برود.
مزایا و معایب چرخ طیار های قدیمی:
مزایا
• جنس فولادی- ایمن – قابل پیشبینی
• سرعت های دورانی پایین که باعث ساده شدن طراحی می شود.
• مواد اولیه ارزان قیمت باعث کاهش هزینه تمام شده می گردد.
معایب
– انرژی و قدرت پایین
– نیاز به چندین مجموعه یاتاقان
– استهلاک آیرودینامیکی و صدای بیشتر
چرخ طیار های سرعت بالا:
در راستای تلاش برای رسیدن به انرژی و قدرت بالاتر و بهره گیری از مواد کامپوزیتی جدید و تکنولوژی های الکترونیک قدرت، طراحان موفق به تولید چرخ طیار های فشرده شدند. که دارای قابلیت کار در سرعت های خطی بسیار بالا می باشند. از این چرخ طیار های نوین در وسایل الکتریکی و هیبرید الکتریکی و همچنین در تجهیزات کنترل سرعت ماهواره ها استفاده می شود. مطلبی که در کاربرد های فوق حائز اهمیت است این است که بیشترین مقدار ممکن انرژی ذخیره و منتقل گردد همچنین کمترین وزن و فضای ممکنه اشغال شود.
از آنجا که انرژی ذخیره شده در داخل چرخ طیار با مربع سرعت دورانی آن رابطه مستقیم دارد، برای افزایش انرژی ذخیره شده در چرخ طیار باید سرعت دورانی آن را افزایش داد. البته واضح است که تمامی طرح ها دارای محدودیت هایی در سرعت می باشند. منشاء این مشکل، به وجود آمدن تنش در چرخ بر اثر نیرو ها و اینرسی های دورانی می باشد.
چرخ های کامپوزیتی دارای وزن کمتری می باشند. بنابراین در یک سرعت دورانی خاص تنش های کمتری در آنها ایجاد می شود. علاوه براین مواد کامپوزیتی جدید اغلب مقاوم تر از مواد مهندسی قدیمی می باشند. در مقایسه با چرخ طیار های قدیمی این وزن کمتر و مقاومت بالاتر ِ چرخ طیار های کامپوزیتی، قابلیت دوران در سرعت های بسیار بالا را نیز فراهم میکند.
برای یک هندسه خاص ،چگالی انرژی یک چرخ طیار(انرژی ِ واحد جرم)، با نسبت مقاومت ماده به چگالی وزنی آن رابطه مستقیم دارد . این نسبت مقاومت مخصوص نامیده می شود.

پیشرفت های اخیر در تکنولوژی مواد کامپوزیتی ، باعث دستیابی به موادی با مقاومت مخصوص بسیار بالا شده است . که حتی با بهترین فلزات مهندسی قابل مقایسه نمی باشند. نتیجه تحقیقات مداوم در این زمینه منجر به تولید چرخ طیار هایی با سرعت دورانی بیش از صد هزار دور در دقیقه و سرعت خطی بیش از ۱۰۰۰ متر در ثانیه شد.
پیشرفت های باورنکردنی حاصل شده توسط مواد کامپوزیتی جدید لزوما هزینه بر هم بوده است. برای سرعت های دورانی بسیار بالا که در ذخیره سازی انرژی های جنبشی خاص به کار برده می شوند ، دیگر نمی توان از یاتاقان های مکانیکی سابق استفاده کرد. به جای آن اغلب سیستم های جدید از یاتاقان های مغناطیسی استفاده می کنند. در این نو آوری جدید برای تعلیق موتور از نیروی مغناطیسی استفاده می شود که مشکل اصطکاک را به طور کامل حل کرده است. اما متاسفانه به دلیل وجود استهلاک بالای آیرودینامیکی در سرعت های فوق ، این چرخ طیار ها باید در خلاء کار کنند. این مسئله مشکل جدیدی را ایجاد می کند . گرمای تولید شده توسط الکترو مغناطیس های موتور و یاتاقان را در خلاء نمی توان به راحتی دفع کرد. علاوه براین ، یاتاقان های مغناطیسی فعال ذاتا ناپایدار می باشند و برای کنترل تعلیق نیاز به کامپیوتر های پیچیده دارند.
ژنراتور این سیستم ها معمولا یک طرح فیلد دورانی می باشد که دارای یک فیلد مغناطیسی نیز می باشد . مغناطیس های دائمی این فیلد مغناطیسی ، بطور نسبی به زمین اتصال داده شده اند ( ارث شده اند).
از آنجاییکه قدرت این مغناطیس ها بسیار کمتر از انواع مربوط به چرخ طیار های کامپوزیتی می باشد آنها باید با سرعت بسیار کمتری بچرخند. به عبارت دیگر آنها باید به توپی چرخ بسیار نزدیک باشند. که این مسئله باعث کم شدن چگالی انرژی ژنراتور می شود. یک گزینه این است که آنها را در شعاع های بیرونی چرخ سوار کنیم. این عوامل نهایتا طراح را وادار به انتخاب یکی از این دو راه حل می کند :
یا سرعت دیگری برای ماشین درنظر بگیرد .یا محدوده طراحی را به مرزهای تنش مجاز نزدیک تر کند که بدین ترتیب از ایمنی سیستم کاسته می شود.
مانند چرخ طیار های قدیمی که به مجموعه موتور – ژنراتور کوپل می شدند، این سیستم ها هم دارای تجهیزات الکترونیکی مثل یکسو کننده ، فیلتر و مبدل می باشند تا بتوانند درصد بالایی از انرژی ذخیره شده را منتقل کنند.
سیستم حاصل یک باطری مکانیکی فشرده و سبک می باشد که به تعمیر و نگه داری کمی نیاز دارد، حساسیت آن به دمای محیط کم است و تخلیه الکتریکی چندگانه خللی در کار آن وارد نمی کند.
برای جلوگیری از صدمات جانبی ناشی از شکست در فلایویل به یک سری محدود کننده و محافظ نیاز داریم. شکست ممکن است بر اثر عوامل مختلفی روی دهد، مانند رشد ترکی که توسط تولید کننده کشف نشده، در داخل قطعه ، ضرابات و نیرو های ناگهانی در محیط عملکردو یا از کار افتادن یاتاقان های مغناطیسی. هزینه ها و پیچیدگی فراهم کردن حفاظ مناسب از قدرت رقابت این تکنولوژی می کاهد.
مزایا و معایب چرخ طیار های سرعت بالا :
مزایا:
• فشردگی و حجم کم
• کارایی بالا
• تعمیر و نگه داری کم و ناچیز
• عدم وجود صدا و نویز
معایب:
• ملاحظات ایمنی
• هزینه بالای مواد اولیه
• قیمت بالای یاتاقان های مغناطیسی
یکی از بهترین هاCleanSource
احتیاجات بازار تجهیزات قدرت با بازار وسایل الکتریکی و تجهیزات کنترل ماهواره ها متفاوت است. این مطلب شرکت active power را بر آن داشت که به دنبال طرح هایی باشد که بتواند علاوه بر کیفیت کارکرد بالا قیمت رقابتی نیز داشته باشد.چرخ طیار ها و باطری های مکانیکی ِگروه CleanSource نتیجه این تلاش است.
با تمرکز کردن بر روی احتیاجات بازار کیفیت قدرت (چیزی که نهایتا به چگالی بالای انرژی منتهی می شود)، شرکت active power هم اکنون در حال عرضه محصولی است که قابلیت رقابت با بهترین انواع باطری های الکتروشیمیایی را داراست. این شرکت از مواد اولیه با تکنولوژی پایین در طرح هایی با تکنولوژی بالا استفاده نموده است تا بتواند از مزایای سیستم های چرخ طیار قدیمی و جدید استفاده کند .(بدون اینکه معایب آنها را در طرح وارد کرده باشد).
سیستم چرخ طیار گروه CleanSource یک مجموعه موتور- ژنراتور-چرخ طیار است که علاوه تراک انرژی دارای قیمت مناسب و ایمنی بالا نیز می باشد.
احتیاجات صنعت کیفیت قدرت به دو دسته عمده تقسیم می شود:
۱- زمان کافی برای راه انداختن بار تا زمانیکه ژنراتور از حالت استند بای به حرکت در آید. ( تقریبا ۱۰ تا ۴۵ ثانیه)
۲- زمان کافی برای کنترل نیرو در زمان وقوع رخ داد ها ی خارج از برنامه. (تقریبا ۵ ثانیه)
طرح های CleanSource حداکثر بازده ظرفیت طبیعی چرخ طیار را گرفته و در زمان کوتاه و با استفاده از فضای کم بیشترین قدرت را تولید می کند. با طرح چنین سیستمی میتوان قدرت مورد استفاده را با رنج وسیعی از سرعت ها منتقل کرد. با طراحی محصولی برای کاربردهایی که نیاز به انتقال نیرو در زمان کوتاه دارند، سیستم آنچه را که مورد نیاز است با کمترین هزینه منتقل می کند. همانطور که در مثال زیر نشان داده شده است، منحنی قدرت برای یک محصول تک چرخه CS300 رسم شده است. هرچه مدت زمان دوران کمتری مدنظر باشد ، قابلیت های قدرت ثابت بالاتر می روند.
منحنی نیرو زمان برای یک سیستم چرخ طیار
قدرت بالا و تلفات پایین در سیستم های CleanSource ، نتیجه بکارگیری یک تکنولوژی خاص در ژنراتور ،محفظه خلاء و ترکیبی از یاتاقان های سنتی و مغناطیسی می باشد. طراحی منحصر به فرد ژنراتور از تلفات جریان گردابی می کاهد و امکان کنترل کامل ولتاژ را در رنج سرعت ماشین فراهم می کند. خلاء نسبی باعث کاهش تلفات و صداهای آیرودینامیکی می گردد و سیستم تعلیق مغناطیسی موجب کاهش تلفات تکیه گاهی و افزایش عمر مفید سیستم می شود.
به عنوان مثال تلفات استندبای یک واحد ۲۴۰ کیلو واتی active power، زیر ۲ کیلو وات می باشد و بازدهی حالت استند بای آن بسیار بیشتر از باطری های الکترو شیمیایی قدیمی است.
پاراگراف های اول دوم و سوم صفحه سه متن اصلی به علت عدم ارتباط با مبحث چرخ طیار ترجمه نشدند در این پاراگراف ها به تشریح یکی از طرح های شرکت CleanSource برای حفاظت و بالا بردن ایمنی سیستم در مقابل شکست در سرعت های دورانی بالا پرداخته شده است.
سیستم ذخیره سازی انرژی در چرخ طیار CleanSource بسیار ایمن ، آرام و قابل پیش بینی می باشد. این سیستم ها برای دوره های طولانی و کار در شرایط بحرانی طراحی شده اند . و در این شرایط نسبت به انواع باطری های الکتروشیمیایی بیسار بهتر کار می کنند. از نظر هزینه ، اندازه و کارایی بهترین رقیب برای باطری های الکتروشیمیایی هستند.
اخیرا این محصول در رنج های متنوع انتقال قدرت در دسترس است ( تا ۲۴۰ کیلو وات برای هر چرخ). تکنولوژی active power را می توان برای سیستم های عظیم تر نیز مورد استفاده قرار داد. سیستم های کنونی را می توان به صورت ردیف های دلخواهی از واحد های موازی کنار هم قرار داد تا انواع مختلف شیوه های ذخیره سازی انرژی را امکان پذیر ساخت.
مزایا:
• ایمنی
• قابل پیشبینی بودن
• تعمیر و نگه داری جزئی
• سرعت دورانی پایین
• هزینه کم
• فشردگی
• کارایی بالا
• بدون صدا

کاربردها :
شرکت active power برای سیستم های چرخ طیار خود سه بازار هدف در نظر گرفته است:
۱- انتقال قدرت مداوم و پیوسته
۲- بهبود کیفیت قدرت
۳- جداسازی باطری و جایگزینی
انتقال قدرت پیوسته:
به علت محدودیت های محیطی ، مسائل تعمیر و نگه داری و فضای محدود ،در بسیاری از مواقع کاربران تمایل دارند که نیازی به استفاده از باطری های الکتروشیمیایی در سیستم نباشد. اگر سیستم شامل یک موتور-ژنراتور استند بای جهت حفاظت باشد، بهترین گزینه برای راه اندازی و همزمان کردن مجموعه ژنراتور، استفاده از سیستم ذخیره سازی انرژی چرخ طیار است.

بهبود کیفیت قدرت:
به خاطر این عارضه که اغلب رویدادهای مضر برای کیفیت قدرت دارای مدت زمانی در حدود چند ثانیه می باشند، برخی کاربران این فرصت را پیدا می کنند تا با استفاده از چرخ طیار و با صرف حداقل فضا و هزینه با این مشکلات مقابله کنند وکیفیت خروجی خود را بالا ببرند. از جمله کاربرد های ایده آل سیستم های چرخ طیار قدرت بالا می توان به سایت های پردازش تولید یا سایت های تولید انبوه اشاره کرد. نیاز به فضای زیاد و هزینه های بالای چرخ طیار های قدیمی، از بسیاری قبل ، این گروه های تولیدی دچار مشکل می ساخته است.
جداسازی باطری و جایگزینی:
یکی از عوامل تعیین کننده عمر باطری های الکتروشیمیایی تعداد دفعات دشارژ شدن سلول ها می باشد. عمر باطری با تعداد دفعات دشارژ شدن آن نسبت عکس دارد. یک باطری مکانیکی یا یک چرخ طیار ، وسیله بسیار موثری برای حفاظت از باطری های شیمیایی می باشد که دارای حجم کوچک و دوام بالایی نیز هست. چرخ طیار نه تنها می توانند رویداد ها وحوادث مضر برای کیفیت قدرت را کنترل کند بلکه در زمان اورهال یا شارژ مجدد باطری های شیمیایی می تواند به عنوان یک منبع جریان dc جایگزین عمل کند.

منابع جدید انرژی و کشورهای در حال توسعه
منابع جدید انرژی که قابل تجدید می‌باشند، تقریبا بسیار متنوع و زیاد هستند. انرژی باد ، بیوانرژی ، انرژی امواج ، انرژی گرادیان حرارتی دریاها ، ژئوترمال ، انرژی فیوژن و انرژی آب چند نمونه از این منابع جدید انرژی هستند. البته لازم به ذکر است که تمام این منابع انرژی از زمانهای قبل نیز وجود داشتند، ولی رشد و توسعه علم و تکنولوژی بشر را قادر به مهار کردن این انرژیها نموده است. در میان منابع فوق انرژی فیوژن و انرژی خورشید جزو منابع غنی انرژی هستند که بشر در مهار کردن آنها با مشکلاتی مواجه است.
البته شکی نیست که به خاطر جوان بودن رشته فیزیک انرژی‌های بالا ، مشکلات تکنولوژی زیادی وجود دارند که باید بر آنها غالب شد. در حال حاضر تقریبا چند کشور از ممالک در حال توسعه دارای تکنولوژی استفاده از این منابع هستند. جدا از تکنولوژی فیوژن ، بهره‌گیری از منابع جدید و قابل تجدید انرژی احتیاج به یک دقت نظر و برنامه‌ریزی دقیق دارد که باید از طرف متولیان امر انرژی در این کشورها اعمال شود.
غیر متمرکز بودن جمعیت در کشورهای در حال توسعه یکی از مزایای این کشورها در استفاده از منابع جدید و قابل تجدید انرژی است. چون قسمت اعظم جمعیت این کشورها در روستاها و مناطق دور افتاده زندگی می‌کنند، جایی که شبکه برق ‌رسانی و حمل و نقل یا هنوز به آنها نرسیده و یا به صورت محدود و ابتدایی در این مناطق توسعه یافته است. همچنین این کشورها در مراحل مختلف توسعه هستند و لذا وقت کافی برای تشکیل نمونه مصرفی ، که با منابع جدید و قابل تجدید انرژی هماهنگ باشد، را دارا هستند.
مراحل استفاده از سیستمهای خورشیدی
مرحله اول در استفاده از سیستمهای خورشیدی ، مسائل تکنولوژیکی و علمی ‌است که از مسائل اصلی و ضروری هستند که باید بیشتر مورد توجه قرار گیرند. در این مرحله ، بر حسب نوع آب و هوا و نوع ساختمان و شرایط محیطی راه حلهای مختلفی ارائه می‌گردد.
مرحله دوم تلفیق و هماهنگی این سیستمها با سیستمهای موجود است که این امر از جمله مسائلی است که باید در شهرها مورد توجه قرار گیرد. معمولا یک طرح خورشیدی بهینه باید حدود ۶۰ تا ۸۰ درصد از انرژی مصرفی خود را توسط خورشید تامین کند و بقیه را توسط یک سیستم کمکی بدست آورد.
طراحی یک سیستم خورشیدی برای تامین صد درصد انرژی تقریبا غیر اقتصادی و شاید غیر عملی باشد. بنابراین ، استفاده از یک سیستم کمکی که معمولا از شبکه‌های برق و گاز تامین خواهد شد، غیرقابل اجتناب است. این مسئله باعث بروز مشکلاتی در تنظیم و کنترل بار شبکه خواهد شد. بنابراین استفاده انبوه از این سیستمها در شهرها ، موضوعی است که باید به دقت بررسی شود.
ارتباط فیزیک انرژی بالا با سایر علوم
اصول رشته فیزیک انرژی بالا بر اساس چندین رشته مختلف از علوم مانند فیزیک ، شیمی ، ریاضیات ، اقتصاد ، مهندسی مکانیک ، مهندسی الکترونیک و مهندسی شیمی ‌بنا نهاده شده است. بنابراین ، برای اشراف کامل یافتن بر موضوع نیاز به آگاهیهای وسیعی از موضوعات مختلف وجود دارد. تنوع و گستردگی موضوع از یک طرف و تازه و جوان و نوپا بودن علم فیزیک انرژی‌های بالا سبب شده است که تعداد افراد متخصص در این رشته در مقایسه با سایر رشته‌ها کمتر باشد.
همچنین چون انرژی هسته‌ای و فرایندهای هسته‌ای به صورت گسترده و وسیع در فیزیک هسته‌ای مورد بحث قرار می‌گیرند، لذا این علم با فیزیک هسته‌ای ارتباطی تنگاتنگ دارد. البته شاخه‌های مختلف علم فیزیک مانند ترمودینامیک ، فیزیک راکتور ، فیزیک فضا و سایر شاخه‌های فیزیک نیز با این علم مرتبط هستند.

چند نمونه از مصارف انرژی خورشیدی در جامعه
آبگرمکن خورشیدی
مساعدترین بخش برای کاربرد انرژی خورشیدی ، بخش خانگی است. قسمت اعظم آب گرم مصرفی در این بخش می‌تواند توسط انرژی خورشیدی تأمین شود، اما در پاره‌ای از موارد استفاده از انرژی برای تامین آب گرم مصرفی مناسب نخواهد بود. از جمله این موارد آپارتمانهای بلند ، مناطق جنگلی ، خانه‌هایی که در جهت نامناسب قرار دارند و مناطق با تشعشعات خورشیدی کم است. در هر حال ، می‌توان بیشتر از ۶۰ درصد آب گرم خانگی را از طریق خورشیدی تامین نمود. امروزه تکنولوژی آبگرمکن‌های خورشیدی کاملا توسعه پیدا کرده و به درجه بالایی از رشد و پیشرفت رسیده است.
گرم کردن فضا
گرم کردن فضا خصوصا در مناطق سرد احتیاج به انرژی قابل ملاحظه‌ای دارد و شاید یکی از اقلام مهمی‌ باشد که می‌تواند با تکنولوژی موجود توسط انرژی خورشیدی تامین شود. البته این کار چندان ساده نیست و اکثر ساختمانهای موجود برای این کار مساعد نیستند. برخلاف سیستم آب گرم خانگی ، در این زمینه طرحهای مختلفی وجود دارد که به عنوان مثال می‌توان به سیستمهای هوا ، سیستمهای آبی ، سیستمهای پسیو و غیره اشاره کرد.

تولید بخار صنعتی
معمولا بخار در محدوده ۳۰۰ _ ۵۰۰ درجه فارنهایت در بیشتر صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. متمرکز کننده‌ها می‌توانند چنین درجه حرارتی را تامین کنند. روشهای مختلفی در این زمینه وجود دارد، ولی معلوم نیست که کدام روش بهترین است. ذخیره انرژی یکی از مسائل اصلی این سیستمهاست. هیچگونه سیستم ارزان قیمت و ساده‌ای برای ذخیره حرارت در این محدوده وجود ندارد.
تولید الکتریسته توسط سلولهای خورشیدی
سلول خورشیدی وسیله‌ای است که می‌تواند با استفاده از انرژی خورشیدی جریان الکتریسیته تولید کند. این سلولها می‌توانند در یک ماهواره مصنوعی خارج از جو زمین ، در محلی که بیشتر اوقات خارج از سایه زمین قرار دارد، نصب شوند. انرژی حاصل از خورشید توسط این سلولها به امواج ماکروویو تبدیل شده و به زمین ارسال می‌گردد. سپس طی فرایندهایی امواج ماکروویو به انرژی الکتریسیته تبدیل می‌گردند.
تولید الکتریسیته توسط تبدیل حرارتی
بخار ایجاد شده توسط انرژی خورشیدی می‌تواند یک توربین مولد الکتریسته را به حرکت در آورد و جریان الکتریسته ایجاد نماید. البته این کار می‌تواند به روشهای مختلف صورت گیرد.
تولید هیدروژن در راکتور هسته‌ای
مشکل ذخیره انرژی یکی از مشکلات اساسی بر سر راه توسعه و کاربرد انرژی خورشیدی در درجه حرارت بالا است. هدف نهایی تجزیه آب توسط انرژی خورشیدی و تولید هیدروژن است. این کار می‌تواند با استفاده از کاتالیزورها در راکتورها و در درجه حرارت بالا و یا بوسیله عمل الکترولیز انجام شود. هیدروژن تولید شده می‌تواند برای مدت طولانی ذخیره شده و یا بوسیله لوله انتقال پیدا کند. سلولهای سوختی می‌توانند با بازده بالایی هیدروژن را به الکتریسیته تبدیل کنند.