شکل 169: گرمایش در شیب‌های مقعر و محدب
شیب مقعر یک تپه یا کاسه هوا را بیشتر از یک شکل محدب گرم می‌کند.
سومین دلیل برای اینکه یک کوه به‌طور استثنایی ترمال تولید می‌کند این است که هوا در کنار آن بسیار خنک‌تر از هوا در دره است زیرا ارتفاع بیشتری دارد، در حالی که دمای سطح آن همان‌قدر گرم یا گرم‌تر می‌شود. بنابراین، یک ترمال از کوه زودتر از دره منشأ می‌گیرد و در طول روز گرم‌تر بخش از روز بیشتر و سریع‌تر از آن بلند می‌شود. در نهایت، قله کوه بالاتر از لایه وارونگی شبانه قرار دارد که به عنوان یک جریان هوای خنک در کوه به سمت پایین حرکت می‌کند (که قبلاً در شکل‌های ۱۰۱ و ۱۳۵ نشان داده شده است). بنابراین، کوه زودتر ترمال‌ها را آزاد می‌کند و آن را به عنوان منبع اصلی برای روز تعیین می‌کند.
در بیابان‌ها و زمین‌هایی که سطح آن‌ها به طور کلی هموار و یکنواخت است، نقاط بلندتر منبع ترمال‌ها خواهند بود. شکل ۱۷۰ این مفهوم را نشان می‌دهد. بالاترین نقاط بهترین منابع هستند.
یکی از راه‌های تجسم این مسئله این است که شکل را وارونه کنید و تصور کنید که یک لایه آب روی سطح وجود دارد. جایی که آب قطره‌قطره چکه می‌کند، منبع ترمال است. شما می‌توانید این ترفند تخیلی را در هنگام پرواز انجام دهید تا به شما کمک کند بهترین منابع ترمال را پیدا کنید.
با توجه به این قیاس، سطوح صاف و فرورفتگی‌ها تمایل دارند که مناطق کاهش (سینک) باشند. با این حال، در یک منطقه بزرگ و صاف، یک فرورفتگی ممکن است به عنوان یک محرک ترمال عمل کند اگر یک جریان بادی که به طور معمول در مناطق بیابانی وجود دارد را مختل کند.
منابع زمین‌های مرطوب
ما آموخته‌ایم که آب یک منبع گرمایی نیست به دلیل تبخیر، ظرفیت حرارتی زیاد و پخش شدن هر گرمایی از سطح. بنابراین، تمایل به منطقه کاهش (سینک) دارد و معمولاً توسط خلبانانی که مایل به پرواز در ترمال‌ها هستند اجتناب می‌شود.
شکل ۱۷۰: ترمال‌ها در نقاط بلندتر زمین قرار دارند
منابع آب گرم برای ارتفاع
با این حال، برخی از استثنائات برای این قاعده کلی وجود دارد.
آب موجود در لایه‌ای نازک در یک مرداب یا پس از سیل تقریباً به اندازه سایر سطوح جامد گرم می‌شود. در این حالت ترمال‌ها به راحتی یافت می‌شوند، اما تمایل دارند سبک، بزرگ و دشوار برای تشخیص یک منبع مشخص باشند اگر منطقه مرطوب بزرگ باشد.
زمینی که پس از باران مرطوب است معمولاً تولید کننده ضعیفی از ترمال‌هاست به دلیل اثرات خنک‌کنندگی تبخیر. با این حال، بخار آب موجود به بالا رفتن هوا پس از بلند شدن کمک می‌کند. در مناطق عمدتاً مرطوب، به دنبال ترمال‌ها در مناطق بلندتر یا خوب تخلیه شده بگردید زیرا این مناطق احتمالاً خشک‌تر هستند. در مناطق مرطوب‌تر، مناطقی که تمایل به خشک‌تر بودن دارند تولید کننده ترمال‌ها هستند. این مورد در شمال اروپا و نیمه شرقی آمریکای شمالی است. وقتی خشکسالی در این مناطق رخ می‌دهد، بهبود در تولید ترمال‌ها و قدرت آن‌ها چشمگیر است.
بدنه‌های بزرگ آب گرما را به طور طبیعی جذب می‌کنند، اما حتی این گسترش‌ها می‌توانند در برخی موقعیت‌ها ترمال تولید کنند. وقتی هوای سرد شمالی روی بدنه‌ای از آب می‌وزد، از زیر گرم می‌شود و از تولید ترمال‌های بزرگ و سبک با ویژگی‌های نرم لذت می‌برد. این وضعیت اغلب در پاییز و زمستان در نزدیکی دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها تجربه می‌شود و ممکن است به عنوان ترمال‌های دریاچه یا ترمال‌های آب شناخته شود.
برف در طول روز نور خورشید را منعکس می‌کند و در شب گرما را تابش می‌کند. در نتیجه، حتی پس از چندین روز آفتابی، بسیار سرد باقی می‌ماند. با این حال، می‌تواند ترمال‌ها را تولید کند وقتی هوای بسیار سرد روی یک منظره پوشیده از برف حرکت می‌کند. ترمال‌های برفی، مانند ترمال‌های آبی، بزرگ و نرم هستند و به هیچ وجه غیر معمول نیستند، همانطور که خلبانان زمستانی تأیید می‌کنند.
چرخه‌های ترمال
ما آموخته‌ایم که گرم شدن خورشیدی زمین تحت یک چرخه روزانه و فصلی قرار می‌گیرد. در فصل ۱، شکل‌های ۷ و ۸ این چرخه‌ها را نشان می‌دهند. نکته اصلی که آموخته‌ایم این است که گرم‌ترین زمان روز و در نتیجه تولید حداکثر ترمال‌ها وقتی که خورشید در اوج خود است رخ نمی‌دهد، بلکه کمی بعدتر به دلیل تأخیر در دمای سطح در مقایسه با تابش خورشیدی رخ می‌دهد. نمودار در شکل ۷ در فصل ۱ نشان می‌دهد که حداکثر دمای سطح و در نتیجه حداکثر تولید ترمال باید بین ساعت ۲ تا ۳ بعدازظهر (۱۴:۰۰ تا ۱۵:۰۰) انتظار برود.
زمان‌های چرخه‌ای ترمال
با این حال، این زمان‌های چرخه‌ای می‌توانند به شدت تحت تأثیر زمین و اثرات ابر قرار گیرند. برای مثال، یک شیب روبه‌غرب ممکن است تا چهار ساعت بعد از سطح افقی گرمای اوج را دریافت نکند، در حالی که یک شیب روبه‌شرق ممکن است گرمای اوج را در صبح دریافت کند. یک شیب روبه‌شمال در نیم‌کره شمالی ممکن است تنها در اوج تابستان گرمای خورشیدی دریافت کند. این موضوع به ویژه در عرض‌های جغرافیایی نزدیک به قطب‌ها صادق است.
لایه‌ای از مه یا ابر می‌تواند به شدت گرمایش سطح را کاهش داده و البته مانع از تشکیل ترمال‌ها شود. ابرهای صبحگاهی که بعداً ناپدید می‌شوند به طور طبیعی چرخه تولید ترمال عادی را به تأخیر می‌اندازند. اما زمانی که ابرها حل می‌شوند، تجمع گرما سریع است و ترمال‌ها به سرعت شکل می‌گیرند (مگر اینکه ابر یک لایه نازک باشد که به آرامی ناپدید شود).
به طور کلی، ابرهای سیروس بلند قدرت ترمال را کاهش می‌دهند در حالی که ابرهای کومولوس پراکنده ترمال‌ها را به طور کلی متوقف می‌کنند اگر بر روی یک منطقه وسیع باقی بمانند. گاهی اوقات چنین تجمع کومولوسی تحت چرخه‌هایی قرار می‌گیرد، زیرا ترمال‌ها بالا می‌روند، ابرها شکل می‌گیرند، ترمال‌ها قطع می‌شوند، ابرها ناپدید می‌شوند، ترمال‌ها دوباره ظاهر می‌شوند و چرخه تکرار می‌شود.
به طور کلی، تولید ترمال به صورت سالانه با خورشید همراه است. گرم‌ترین روزهای خورشیدی تولید بیشترین ترمال‌ها را به همراه دارد. زمستان ترمال‌های کمتر و ضعیف‌تری به ارمغان می‌آورد. این چرخه در مناطق معتدل که جبهه‌های سرد در بهار و پاییز هوای ناپایدار از قطب‌ها وارد می‌کنند و این فصل‌ها را به اوج‌های صعودی ترمال تبدیل می‌کنند، تا حدودی تعدیل می‌شود.
چرخه روزانه به این صورت است: گرم شدن صبحگاهی شروع به هم زدن هوا می‌کند. گردش‌های سبک ایجاد می‌شوند که راه را برای اولین ترمال‌ها حدود ساعت ۱۰ یا ۱۱ صبح باز می‌کنند. ترمال‌ها سپس ادامه به افزایش تا ساعت ۲ تا ۳ بعدازظهر، سپس کاهش می‌یابند و جای خود را به ترمال‌های گرمای عصر حدود ساعت ۶ تا ۸ عصر می‌دهند (۱۸:۰۰ تا ۲۰:۰۰).
منابع ترمال
منابع ترمال به صورت نزدیک با ماشه‌های ترمال مرتبط هستند. یک منبع ترمال نقطه‌ای بر روی زمین است که به احتمال زیاد ترمال تولید می‌کند زیرا شامل منطقه‌ای با گرمایش و ماشه خوب است.
منابع سطحی خوب آن مناطقی هستند که توسط خورشید سریع‌تر گرم می‌شوند. زمین‌های بایر، مناطق آسفالت شده، جاده‌های خشک و مزارع علف‌های هرز در بالای لیست ما هستند. هر مکانی که در یک روز گرم تابستانی احساس می‌کنید که پابرهنه‌هایتان می‌سوزد، یک مولد ترمال خوب است. ماسه به راحتی گرم می‌شود اما ذرات ماسه مقدار زیادی هوا را به دام می‌اندازند، بنابراین ظرفیت گرمایی ماسه پایین است و در ابرهای گذرا به سرعت خنک می‌شود. مزارع ذرت در پاییز منابع عالی ترمال هستند زیرا لایه‌ای ضخیم از هوا را به دام می‌اندازند تا گرم شود. به طور مشابه، یک شهر یا شهرک دارای لایه‌ای عمیق از هوا است که به دلیل بازتاب از دیوارهای ساختمان‌ها و مقدار زیاد آسفالت گرم می‌شود.
زمین‌های سنگی منبع خوبی از ترمال‌ها هستند اگر سنگ‌ها کوچک باشند. برآمدگی‌های سنگی بزرگ خصوصیات خاص خود را دارند. آن‌ها به راحتی گرما را به داخل خود منتقل می‌کنند بنابراین سطح آن‌ها زمان زیادی برای گرم شدن نیاز دارد. آن‌ها تا اوایل بعدازظهر به حالت خود نمی‌رسند. در عصر، سطوح سنگی اولیه منابع ترمال هستند زیرا به آرامی مقدار زیادی گرمای ذخیره شده را آزاد می‌کنند. معادن نیز منابع خوب ترمال هستند. با این حال، اگر آن‌ها حفره‌های عمیقی باشند، ترمال‌هایی که تولید می‌کنند به راحتی تحریک نمی‌شوند.
ترمال‌های خانگی
اصطلاحات ترمال خانگی و ترمال مقیم به منبع ترمالی در نزدیکی یک سایت پروازی منظم اشاره دارند که نسبتاً قابل اعتماد است. این ترمال ممکن است یک ستون پیوسته یا به احتمال زیاد یک جانشین منظم از حباب‌ها باشد. بسیاری از خلبانان به دنبال یک ترمال خانگی شیرجه زده‌اند فقط برای یافتن یک فرود ناامیدکننده. هیچ چیز در هوا تضمین نمی‌شود جز گرانش و افزایش هزینه تجهیزات. با این حال، یک ترمال خانگی قابل اعتمادترین نوع ترمالی است که داریم.
منابع زمینی
ما قبلاً ذکر کرده‌ایم که تپه‌ها و سایر سطوح بالارونده منابع خوبی برای ماشه‌ها هستند. اینجا آن ایده را گسترش می‌دهیم. زمین‌های بلند مانند کوه‌ها یا قله‌های تپه‌ها مولدهای عالی ترمال هستند به چند دلیل. اول، آن‌ها راحت‌تر توسط خورشید گرم می‌شوند زیرا در جو رقیق‌تری هستند که کمتر تابش خورشید را تضعیف می‌کند. دوم، آن‌ها اغلب دارای شیب‌هایی هستند که مستقیماً خورشید را مانند شکل ۱۶۹ نشان می‌دهند. شکل همچنین نشان می‌دهد که چگونه یک شیب مقعر هوا را نسبت به یک شکل محدب بهتر گرم می‌کند. یک کاسه مقعر نیز این خاصیت را دارد.
گرمایش روی شیب‌های مقعر و محدب
دلیل سوم که یک کوه ترمال‌های استثنایی ایجاد می‌کند این است که هوا در کنار آن بسیار خنک‌تر از دره است زیرا بالاتر است، در حالی که دمای سطح آن به همان اندازه گرم یا گرم‌تر می‌شود. بنابراین، یک ترمال از کوه زودتر از دره شروع می‌شود و در قسمت گرم روز شناورتر یا مکررتر خواهد بود. در نهایت، قله کوه بالاتر از لایه وارونگی شبانه خواهد بود که هوای سرد را به پایین می‌فرستد و کوه را زودتر از لایه‌های وارونگی روزانه ارسال می‌کند که آن را به عنوان یک منبع اولیه برای روز تأسیس می‌کند.
بر فراز صحراها و زمین‌هایی که سطح آن‌ها عمدتاً غیرمتمایز است، نقاط بلندتر منابع ترمال خواهند بود. شکل ۱۷۰ این مفهوم را نشان می‌دهد. بالاترین نقاط بهترین منابع هستند.
منابع زمین‌های مرطوب
ما آموخته‌ایم که آب به دلیل تبخیر، ظرفیت گرمایی بزرگ و انتشار هر گونه گرمایی از سطح، منبع گرمایی نیست. بنابراین، تمایل دارد یک منطقه فرونشینی باشد و به طور عادی از آن‌ها توسط خلبانان با تمایل به ارتفاع اجتناب می‌شود. با این حال، برخی استثنائات برای این عمومیت وجود دارد.
وقفه‌های ترمال
با این حال، اغلب دو وقفه ترمال در طول روز اتفاق می‌افتد. اولین وقفه حدود نیم ساعت یا بیشتر پس از اولین ترمال‌ها ظاهر می‌شود. هوا به نظر می‌رسد که نفس عمیقی بکشد، فعالیت ترمال متوقف می‌شود و سپس با شدت بیشتری بازمی‌گردد. این وقفه صبحگاهی به دلیل رسیدن دمای محرک به زمین و آزادسازی یک سلسله بزرگ از ترمال‌ها که حجم زیادی از هوای خنک جایگزین را به پایین می‌آورند و زمان می‌برد تا گرم شوند. زمانی که این هوا شروع به تولید ترمال‌ها می‌کند، به طور منظم ادامه می‌یابد. در این وقفه صبحگاهی ترمال‌های اولیه معمولاً حدود نیم ساعت طول می‌کشند، همانطور که ذکر شد، در حالی که ممکن است یک ساعت اضافی برای شروع دوباره ترمال‌های خوب به طور منظم نیاز باشد.
وقفه دوم ترمال در عصر ظاهر می‌شود زمانی که تولید منظم ترمال کاهش می‌یابد. گاهی اوقات دوره‌ای حدود نیم ساعت بین ساعت ۴ تا ۶ عصر (۱۶:۰۰ تا ۱۸:۰۰) وجود دارد که به نظر می‌رسد چیزی اتفاق نمی‌افتد. این وقفه دوم در مناطق کوهستانی بیشتر مشهود است و معمولاً بر روی مناظر مسطح بزرگ اتفاق نمی‌افتد زیرا به دلیل خنک شدن هوا که بر روی شیب‌های سایه‌دار قرار می‌گیرد ایجاد می‌شود. این هوای خنک از شیب‌ها پایین می‌لغزد و زمین‌های گرم قبلی را پوشش می‌دهد. پس از این وقفه دیرتر، ترمال‌هایی که توسط گرمایش مستقیم خورشیدی تولید می‌شوند نادر هستند و توسط گرمایش باقی‌مانده جایگزین می‌شوند که در ادامه بررسی خواهیم کرد.
ترمال‌های عصرگاهی
وقتی که چهره خورشید شروع به از دست دادن روشنایی خود می‌کند، تولید ترمال‌های منظم کاهش می‌یابد. مناطقی که به سایه می‌روند و آن‌هایی که به سرعت خنک می‌شوند مانند ماسه شروع به تولید هوای فرورونده می‌کنند. سایر مناطقی که در طول روز مولد ترمال‌های ضعیفی بودند یا مناطق فرو رونده وارد تصویر می‌شوند.
جنگل‌ها و مناطق سنگی مکان‌های خوبی برای جستجوی ترمال‌های عصرگاهی هستند. مزارع با محصولات عمیق نیز آزادکنندگان گرمای عصرگاهی هستند. در نهایت، آب به نقش خود وارد می‌شود و ظرفیت گرمایی طبیعی خود را با گرم کردن هوا برای ساعت‌ها در عصر نشان می‌دهد. آب عمیق به تولید ترمال‌های بزرگ و سبک با حالتی ملایم می‌پردازد. این وضعیت اغلب در پاییز و زمستان نزدیک دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها تجربه می‌شود و ممکن است به عنوان ترمال‌های دریاچه‌ای یا ترمال‌های آبی نامیده شود.
برف در روز تابش خورشید را منعکس می‌کند و در شب گرما را تابش می‌کند. به همین دلیل، حتی پس از یک دوره‌ی متوالی از روزهای آفتابی بسیار سرد باقی می‌ماند. با این حال، می‌تواند ترمال‌هایی تولید کند وقتی که هوای بسیار سرد بر روی یک منظره پوشیده از برف حرکت می‌کند. ترمال‌های برفی، مانند ترمال‌های آبی، بزرگ و ملایم هستند و اصلاً غیر معمول نیستند همانطور که خلبانان زمستانی تأیید خواهند کرد.
چرخه‌های ترمال
ما آموخته‌ایم که گرمایش خورشیدی زمین یک چرخه روزانه و فصلی را طی می‌کند. در فصل ۱، اشکال ۷ و ۸ این چرخه‌ها را نشان می‌دهند. نکته اصلی که آموختیم این است که گرمایش روزانه حداکثر و در نتیجه تولید حداکثر ترمال زمانی اتفاق نمی‌افتد که خورشید در رأس خود باشد، بلکه کمی بعد به دلیل تأخیر در دمای سطح در مقایسه با تابش خورشیدی رخ می‌دهد. نمودار در شکل ۷ در فصل ۱ نشان می‌دهد که دمای سطح حداکثر و در نتیجه تولید حداکثر ترمال باید بین ساعت ۲ تا ۳ بعد از ظهر (۱۴:۰۰ تا ۱۵:۰۰) انتظار برود.
با این حال، این زمان‌های چرخه‌ای می‌توانند به شدت تحت تأثیر زمین و اثرات ابر قرار گیرند. برای مثال، یک شیب رو به غرب ممکن است تا چهار ساعت پس از آنکه سطح افقی گرمایش اوج را دریافت کرد، گرمایش اوج را دریافت نکند، در حالی که یک شیب رو به شرق ممکن است گرمایش اوج را در صبح دریافت کند. یک شیب رو به شمال در نیم‌کره شمالی ممکن است تنها در اوج تابستان گرمایش خورشیدی دریافت کند. این موضوع به ویژه در عرض‌های جغرافیایی نزدیک به قطب‌ها صادق است.
یک لایه مه یا ابر می‌تواند به شدت گرمایش سطح را کاهش دهد و مانع از تشکیل ترمال‌ها شود. ابرهای صبحگاهی که بعداً ناپدید می‌شوند، به طور طبیعی چرخه تولید ترمال عادی را به تأخیر می‌اندازند. اما زمانی که ابرها حل می‌شوند، تجمع گرما سریع است و ترمال‌ها به سرعت شکل می‌گیرند (مگر اینکه ابر یک لایه نازک باشد که به آرامی ناپدید شود).
به طور کلی، ابرهای سیروس بلند قدرت ترمال را کاهش می‌دهند، در حالی که ابرهای کومولوس پراکنده ترمال‌ها را به طور کلی متوقف می‌کنند، اگر بر روی یک منطقه وسیع باقی بمانند. گاهی اوقات چنین تجمع کومولوسی تحت چرخه‌هایی قرار می‌گیرد، زیرا ترمال‌ها بالا می‌روند، ابرها شکل می‌گیرند، ترمال‌ها قطع می‌شوند، ابرها ناپدید می‌شوند، ترمال‌ها دوباره ظاهر می‌شوند و چرخه تکرار می‌شود.
به طور کلی، تولید ترمال به صورت سالانه با خورشید همراه است. گرم‌ترین روزهای خورشیدی تولید بیشترین ترمال‌ها را به همراه دارد. زمستان ترمال‌های کمتر و ضعیف‌تری به ارمغان می‌آورد. این چرخه در مناطق معتدل که جبهه‌های سرد در بهار و پاییز هوای ناپایدار از قطب‌ها وارد می‌کنند و این فصل‌ها را به اوج‌های صعودی ترمال تبدیل می‌کنند، تا حدودی تعدیل می‌شود.
چرخه روزانه به این صورت است: گرم شدن صبحگاهی شروع به هم زدن هوا می‌کند. گردش‌های سبک ایجاد می‌شوند که راه را برای اولین ترمال‌ها حدود ساعت ۱۰ یا ۱۱ صبح باز می‌کنند. ترمال‌ها سپس ادامه به افزایش تا ساعت ۲ تا ۳ بعد از ظهر، سپس کاهش می‌یابند و جای خود را به ترمال‌های گرمای عصر حدود ساعت ۶ تا ۸ عصر می‌دهند (۱۸:۰۰ تا ۲۰:۰۰).
شکل 171: تغییرات در یک ترمال در حال صعود
وقتی که تأمین هوای گرم توسط تپه‌ها، درختان یا اندازه میدان محدود نمی‌شود، یک ستون ترمال توسعه خواهد یافت.