کتاب درک آسمان برای خلبانان پاراگلایدر | فصل نهم: ناپایداری و ترمال‌ها (Thermals)

یکی از رایج‌ترین و مطلوب‌ترین منابع برای ارتفاع گرفتن در دنیای پرواز، ترمال‌ها (Thermals) هستند. این حباب‌ها و ستون‌های بالابر می‌توانند تا ارتفاعات زیادی صعود کرده و همانند آسانسوری در آسمان عمل کنند. در شرایط گرمایی ضعیف، ممکن است یافتن آن‌ها دشوار باشد، اما در شرایط مساعد، هنگامی که خورشید و زمین با هم همکاری کرده و جو را گرم می‌کنند، به وفور در آسمان ظاهر شوند.  

از آنجایی که ترمال‌ها (Thermals) برای بسیاری از رشته‌های هوانوردی از جمله پاراگلایدر اهمیت دارند، در این فصل بررسی می‌کنیم که چگونه ایجاد می‌شوند، چه شرایطی باعث شکل‌گیری آن‌ها می‌شود و در کجا می‌توان آن‌ها را پیدا کرد. در فصل بعدی نیز به رفتار ترمال‌ها (Thermals) در آسمان خواهیم پرداخت.  

ما قبلاً مفهوم ناپایداری و نرخ کاهش دما (Lapse Rate) را در فصل دوم معرفی کرده‌ایم. بهتر است در این مرحله، آن مطالب را مرور کنید. در ادامه، بر پایه همان اصول اولیه، درک بهتری از محیط پروازی خود به دست خواهیم آورد و نحوه شکل‌گیری ترمال‌ها (Thermals) را بررسی خواهیم کرد.  

تولد یک ترمال (Thermal)  

یک ترمال (Thermal) مجموعه‌ای از هوای در حال صعود است که به دلیل سبک‌تر بودن نسبت به محیط اطراف خود، به سمت بالا حرکت می‌کند. ترمال‌ها (Thermals) در اشکال، اندازه‌ها و قدرت‌های متفاوتی دیده می‌شوند. اگر بخواهیم بیشترین استفاده را از این آسانسورهای رایگان ببریم، باید ابتدا مطالعه خود را از نقطه تولد آن‌ها آغاز کنیم.  

خورشید سطح زمین را هر روز گرم می‌کند. این گرما مستقیماً به هوای بالای سطح زمین منتقل می‌شود، همان‌طور که در فصل اول مشاهده شد. اگر این گرمایش به آرامی انجام شود، هوای گرم ممکن است به شکل یک ستون همرفتی (Convection Plume) سبک و پیوسته بالا برود. اما در فرآیند گرمایش سریع‌، ممکن است حبابی شکل بگیرد که برای مدتی روی زمین باقی مانده و ناگهان آزاد شود.  

برای درک بهتر این پدیده، می‌توان به جوش آمدن آب در یک قابلمه نگاه کرد. ابتدا، آب در کف قابلمه گرم می‌شود و جریان‌های همرفتی – ستون‌های صعودی – را مشاهده می‌کنیم. با افزایش شدت گرما، حباب‌هایی در کف آب تشکیل شده که ناگهان از سطح جدا شده و به سمت بالا حرکت می‌کنند. با ادامه گرمایش، حباب‌های بزرگ‌تری در نواحی داغ‌تر به وجود می‌آیند.  

چند نکته دیگر در این مدل قابل مشاهده است:  

• در مراحل اولیه گرمایش، جریان‌های نزولی وجود دارد.  
• حباب‌ها اغلب شکل کروی دارند.  
• آب به‌طور کلی در حال اختلاط است.  

این ویژگی‌ها در هوا نیز رخ می‌دهند.  

شکل 166 اثرات گرمایش سطحی را نشان می‌دهد.  

در اولین حالت، گرمایش اولیه باعث ایجاد یک جریان همرفتی آرام می‌شود. این وضعیت معمولاً در صبح زود، در شرایطی که یک لایه ابری بخشی از نور خورشید را مسدود می‌کند، یا در ساعات پایانی روز، زمانی که زمین به آرامی گرمای ذخیره‌شده را آزاد می‌کند، رخ می‌دهد.  

حالت دوم یک گنبد گرم در حال رشد را روی سطح زمین نشان می‌دهد. چنین گنبدی معمولاً در مناطقی که وسعت ناحیه گرم‌شده محدود به اندازه یک مزرعه یا سطحی مشابه است، به میزان مشخصی رشد می‌کند. درختان و سایر پوشش‌های سردتر زمینی معمولاً اندازه این گنبدهای گرمایی را تعیین می‌کنند.  

وقتی این گنبد با سرعت بیشتری گرم می‌شود، به گونه‌ای گسترش می‌یابد که هوای بالای خود را جابه‌جا کند، همان‌طور که در شکل دیده می‌شود. این انبساط نسبتاً سریع و اینرسی هوای گرم باعث می‌شود که تا زمانی که اختلالی در آن ایجاد نشود، روی سطح زمین باقی بماند. هنگامی که این گنبد گرم آزاد می‌شود، همان‌طور که در ادامه خواهیم دید، به یک حباب تبدیل شده و به بالا صعود می‌کند. این فرآیند کارآمدترین روشی است که طبیعت برای انتقال گرما به ارتفاعات بالاتر و برقراری تعادل حرارتی سطح زمین ایجاد کرده است.  

در مناطق سبزتر مانند شمال، گرمایش سطحی معمولاً محدود به نواحی کوچک است. اما در مناطق بیابانی، سطح زمین به‌طور یکنواخت گرم شده و یک لایه وسیع از هوای گرم ایجاد می‌شود. در چنین شرایطی، ترمال‌ها (Thermals) در نقاط مشخصی از سطح زمین شروع به صعود کرده و به‌طور پیوسته یک ستون بلند از هوای گرم را تغذیه می‌کنند. این حالت در شکل 166 به عنوان حالت سوم نمایش داده شده است.  

محرک رهاساز ترمال (Trigger)  

یک ترمال (Thermal) بالقوه ممکن است برای چند دقیقه روی زمین باقی بماند و به تدریج شکل بگیرد. این یک وضعیت ناپایدار است، اما هوای گرم باید از میان هوای سرد اطراف خود عبور کند تا بتواند صعود کند. اگر این هوای گرم همچنان در حال انبساط باشد، ممکن است تا زمانی که عاملی باعث ایجاد اختلال در آن نشود، روی سطح زمین باقی بماند. این اختلال می‌تواند یک باد ناگهانی، تغییر فشار هوا یا برخورد هوای سرد از اطراف باشد. آزاد شدن ناگهانی ترمال (Thermal) را محرک رهاساز (Trigger) می‌نامند.  

برخی از نوسانات و بی‌نظمی‌های بادی می‌توانند به عنوان Trigger ترمال عمل کنند. برای مثال، یک جریان نزولی ناشی از ترمال قبلی یا حتی باد حاصل از عبور یک خودرو می‌تواند باعث آزاد شدن یک ترمال شود.  

شکل 167 نشان می‌دهد که چگونه یک تپه می‌تواند به عنوان یک تریگر (Trigger) ترمال عمل کند. 

عبور یک ابر از روی زمین‌های شیب‌دار نیز می‌تواند به عنوان Trigger عمل کند. در برخی شرایط ، سایه ابر می‌تواند دمای سطح زمین را در عرض چند دقیقه تا 27 درجه سانتیگراد کاهش دهد و باعث تشکیل یک جریان هوای سرد شود که به سمت پایین حرکت کرده و ترمال‌های بالقوه را در مسیر خود آزاد کند.  

در شرایطی که هیچ بادی نمی‌وزد، هرگونه ناهماهنگی در سطح زمین می‌تواند به عنوان یک تریگر برای ترمال عمل کند.  

شکل 168 نشان می‌دهد که چگونه موانع طبیعی مانند تپه‌ها، درختان، تیرهای برق یا برج‌های بلند با ایجاد جریان‌های همرفتی، باعث آزادسازی ترمال‌ها می‌شوند. 

ترمال‌های پشت باد (Lee Side Thermals)  

یکی از اثرات مهم زمین، مسدود شدن باد توسط موانع طبیعی مانند تپه‌ها، ساختمان‌ها و مجموعه‌های درختی است. در سمت پشت باد این موانع، در صورتی که باد خیلی قوی نباشد، آشفتگی کمی در جریان هوا رخ می‌دهد. در نتیجه، این ناحیه محافظت‌شده از باد معمولاً اجازه می‌دهد که یک ترمال (Thermal) قبل از رها شدن، به ابعاد قابل توجهی رشد کند.  

ترمال‌های لی‌ساید (Lee Side Thermals)در دنیای  پاراگلایدر به عنوان منابعی از نیروی بالابر شناخته می‌شوند. با این حال، در شرایط وزش باد شدید، سمت پشت باد یک کوه، محل مناسبی برای پرواز نیست. برای استفاده ایمن از یک ترمال لی‌ساید، باید در ارتفاعی بالاتر از کوه باشیم. در این حالت، احتمالاً همزمان با ترمال‌هایی که از هر دو طرف کوه سرچشمه می‌گیرند، مواجه خواهیم شد.  

ترمال‌های لی‌ساید نزدیکی یک کوه، منبع بالابر مطمئنی محسوب نمی‌شوند زیرا نمی‌توانیم با اطمینان در پشت باد کوه برای یافتن نیروی بالابر باقی بمانیم. اما به طور کلی، نواحی محافظت‌شده از باد در سطح زمین، می‌توانند منابع خوبی برای ترمال‌ها باشند.  

منابع ترمال (Thermal Sources)  

منابع ترمال (Thermal Sources) ارتباط نزدیکی با تریگر (Trigger) دارند. یک منبع ترمال نقطه‌ای روی زمین است که بیشترین احتمال تولید ترمال را دارد و شامل منطقه‌ای است که هم گرم شدن خوبی را تجربه کرده و هم شرایط مناسبی برای رهاسازی دارد.  

بهترین منابع سطحی ترمال، مناطقی هستند که سریع‌تر از سایر مناطق توسط خورشید گرم می‌شوند. زمین‌های برهنه، مزارع شخم‌خورده، جاده‌های آسفالت، محصولات خشک‌شده و زمین‌های علفزار از بهترین منابع ترمال محسوب می‌شوند. هر جایی که در یک روز تابستانی داغ، با پای برهنه احساس سوزش کنید، یک تولیدکننده قوی ترمال خواهد بود.  

ماسه نیز به سرعت گرم می‌شود، اما به دلیل اینکه ذرات ماسه هوای زیادی را در خود به دام می‌اندازند، ظرفیت گرمایی آن کم است و در صورت عبور ابر، به سرعت سرد می‌شود. در مقابل، مزارع ذرت در پاییز منابع بسیار خوبی برای ترمال هستند زیرا لایه ضخیمی از هوا را برای گرم شدن به دام می‌اندازند. به همین ترتیب، شهرها و مناطق شهری نیز لایه ضخیمی از هوا را گرم می‌کنند که ناشی از بازتاب گرما از دیوارهای ساختمان‌ها و سطوح آسفالتی است.  

زمین‌های سنگی نیز منابع مناسبی برای ترمال هستند، به شرطی که سنگ‌ها کوچک باشند. اما سنگ‌های بزرگ که به صورت صخره‌های بیرون‌زده ظاهر می‌شوند، ویژگی‌های خاص خود را دارند. آن‌ها گرما را به سرعت به عمق خود منتقل می‌کنند، بنابراین سطح آن‌ها مدت زیادی طول می‌کشد تا گرم شود. این مناطق تا اوایل بعدازظهر به عنوان منبع ترمال فعال نمی‌شوند. در مقابل، در ساعات عصر، سطح سنگ‌ها به عنوان منابع اصلی ترمال عمل می‌کنند، زیرا گرمای ذخیره‌شده را به‌آرامی آزاد می‌کنند. معادن روباز نیز در ساعات بعدی روز منابع خوبی برای ترمال هستند، اما اگر گودال‌های عمیقی داشته باشند، ترمال‌هایی که ایجاد می‌کنند، به راحتی رهاسازی نمی‌شوند.  

ترمال‌های ثابت (House Thermals)  

اصطلاح “ترمال ثابت” (House Thermal) یا “ترمال ساکن” (Resident Thermal) به یک منبع ترمال اشاره دارد که در نزدیکی یک سایت پروازی خاص، معمولاً به‌طور قابل اعتمادی وجود دارد. این ترمال ممکن است به شکل یک ستون پیوسته باشد یا بیشتر به صورت مجموعه‌ای از حباب‌های متوالی ظاهر شود.  

بسیاری از خلبانان هنگام تلاش برای رسیدن به یک ترمال ثابت، با کاهش ارتفاع ناگهانی مواجه شده‌اند. در هوا، هیچ چیز جز نیروی جاذبه و هزینه‌های فزاینده تجهیزات، تضمین‌شده نیست. با این حال، یک ترمال ثابت، یکی از قابل‌اعتمادترین انواع ترمال است که می‌توان یافت.  

یک ترمال ثابت اساساً بر روی یک منبع ترمال قوی شکل می‌گیرد. دلیل شهرت آن، نزدیکی به یک سایت پروازی است. گاهی یک صخره بیرون‌زده، یک معدن روباز یا یک تپه تنها، منبع این ترمال می‌شود. در یک سایت کوهستانی، یک دره یا یک منطقه ممکن است ترمال‌ها را به یک نقطه مشخص هدایت کند، به طوری که به نظر می‌رسد همه ترمال‌ها از یک منبع نشأت می‌گیرند.  

صرف نظر از نحوه شکل‌گیری ترمال ثابت، اگر در آن منطقه نیاز به ترمال دارید، بهتر است هر از گاهی به آن سر بزنید.  

قابلیت اطمینان ترمال‌ها (Thermal Reliability)  

خلبانان پاراگلایدر باید این نکته مهم را به خاطر داشته باشند:  

منابع ترمال قوی، به طور مداوم و در فواصل منظم، ترمال تولید می‌کنند. این روند، هم در طول روز و هم در روزهای مختلف، ادامه دارد.  

منابع زمینی ترمال (Terrain Sources)  

قبلاً اشاره شد که تپه‌ها و سایر سطوح مرتفع، تریگر خوبی برای ترمال‌ها هستند. در اینجا، این مفهوم را بیشتر بررسی می‌کنیم.  

زمین‌های مرتفع مانند کوه‌ها یا قله‌های یک خط‌الرأس، به دلایل زیر منابع بسیار خوبی برای ترمال‌ها هستند.  

1. این مناطق به دلیل قرار گرفتن در جو رقیق‌تر، سریع‌تر توسط خورشید گرم می‌شوند، زیرا تابش خورشید در آن‌ها کمتر کاهش می‌یابد.  
2. معمولاً دارای شیب‌هایی هستند که مستقیماً در معرض تابش خورشید قرار دارند، که همان‌طور که در شکل 169 نشان داده شده است. این تصویر همچنین نشان می‌دهد که چگونه یک تپه مقعر (Concave) بهتر از یک تپه محدب (Convex) گرما را حفظ می‌کند. یک حوضه مقعر نیز همین ویژگی را دارد.  
3. دلیل سوم این است که هوای روی کوه معمولاً بسیار سردتر از هوای دره‌های اطراف آن است، در حالی که سطح کوه به همان اندازه گرم یا حتی گرم‌تر می‌شود. بنابراین، یک ترمال زودتر از دره از سطح کوه به وجود می‌آید و در ساعات گرم روز، شناوری و تکرار بیشتری خواهد داشت.
4. در نهایت، قله‌ کوه‌ها بالاتر از لایه وارونگی شبانه قرار دارند که باعث سرریز شدن هوای سرد از کوه می‌شود (همان‌طور که قبلاً در شکل‌های 101 و 135 نشان داده شد). در نتیجه، کوه‌ها زودتر از سایر مناطق، ترمال‌ها را آزاد کرده و به عنوان یک منبع اولیه برای کل روز عمل می‌کنند.

شکل 169 – گرم شدن روی شیب مقعر و محدب (Heating on Concave and Convex Slope)در مناطق بیابانی یا زمین‌هایی که سطح آن‌ها تقریباً یکنواخت است، نقاط مرتفع‌تر، منابع اصلی ترمال‌ها خواهند بود. شکل 170 این مفهوم را نشان می‌دهد.  

نقاط مرتفع‌تر، منابع بهتری برای ترمال‌ها هستند. یک راه برای درک بهتر این موضوع، این است که تصویر را برعکس کنید و تصور کنید که سطح زمین با لایه‌ای از آب پوشانده شده است. در این حالت، مناطقی که آب از آن‌ها جاری می‌شود، همان نقاطی هستند که ترمال‌ها از آن‌ها برخاسته می‌شوند. این روش ذهنی را می‌توان هنگام پرواز به کار گرفت تا بهترین منابع ترمال شناسایی شوند.  

بر اساس این تشبیه، سطوح صاف و فرورفتگی‌های زمین بیشتر مناطق نشست (Sink) خواهند بود. اما در یک زمین کاملاً مسطح، یک فرورفتگی می‌تواند به عنوان یک محرک  (Trigger) عمل کند، زیرا می‌تواند جریان باد یکنواختی را که معمولاً در مناطق بیابانی وجود دارد، مختل کند.

منابع ترمال در زمین‌های مرطوب (Wet Ground Sources)  

می‌دانیم که آب به دلیل تبخیر، ظرفیت گرمایی بالا و پخش شدن گرما به لایه‌های عمیق‌تر، سطحی گرم محسوب نمی‌شود. بنابراین، معمولاً به عنوان یک منطقه نشست (Sink) شناخته می‌شود و خلبانان پاراگلایدر که به دنبال افزایش ارتفاع هستند، معمولاً از آن اجتناب می‌کنند. با این حال، برخی استثناها در این قاعده کلی وجود دارد.  

آبی که در یک لایه نازک روی سطح زمین قرار گرفته باشد، مانند آب یک تالاب یا زمین‌های سیلابی، تقریباً به اندازه سایر سطوح جامد گرم می‌شود. در این حالت، می‌توان ترمال‌هایی را در این مناطق یافت، اما این ترمال‌ها معمولاً ضعیف، وسیع و یافتن منبع دقیق آن‌ها دشوار خواهد بود، به‌خصوص اگر ناحیه مرطوب وسیع باشد.  

زمینی که پس از بارندگی مرطوب شده باشد، معمولاً تولیدکننده خوبی برای ترمال نیست، زیرا اثرات خنک‌کنندگی ناشی از تبخیر باعث کاهش دما می‌شود. با این حال، بخار آب موجود به افزایش ارتفاع این هوا کمک می‌کند. در مناطقی که عمدتاً مرطوب هستند، باید به دنبال ترمال‌ها در نواحی مرتفع‌تر یا زمین‌هایی که زهکشی بهتری دارند بود، زیرا این مناطق احتمالاً خشک‌تر هستند.  

در مناطق مرطوب‌تر، نواحی خشک‌تر گرمای بیشتری را جذب کرده و تولیدکننده اصلی ترمال‌ها هستند. این وضعیت در شمال دیده می‌شود. زمانی که در این مناطق خشکسالی رخ می‌دهد، افزایش قابل‌توجهی در تولید و قدرت ترمال‌ها مشاهده می‌شود.  

مناطق وسیع آبی به‌طور طبیعی از دست‌دهنده‌های حرارت (Heat Sink) محسوب می‌شوند، اما حتی این سطوح نیز در شرایط خاصی می‌توانند ترمال تولید کنند. هنگامی که هوای سرد شمالی روی یک سطح آبی حرکت می‌کند، از پایین گرم شده و باعث ایجاد ترمال‌های وسیع و سبک با جریان آرام می‌شود. این شرایط اغلب در پاییز و زمستان در نزدیکی دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها رخ می‌دهد و به این نوع ترمال‌ها، ترمال‌های دریاچه‌ای (Lake Thermals) یا ترمال‌های آبی (Water Thermals) گفته می‌شود.  

برف نیز تأثیر مشابهی دارد. در طول روز، نور خورشید را منعکس می‌کند و در طول شب گرما را از دست می‌دهد. بنابراین، حتی پس از چند روز آفتابی متوالی، همچنان بسیار سرد باقی می‌ماند. اما زمانی که هوای بسیار سرد روی یک زمین پوشیده از برف حرکت کند، ترمال‌هایی مشابه ترمال‌های آبی ایجاد می‌شوند که بزرگ، صاف و نسبتاً رایج هستند، خلبان‌های پاراگلایدر که در زمستان پرواز می‌کنند این نکته را تایید می‌کنند.  

چرخه‌های ترمال (Thermal Cycles)

گرمایش خورشیدی زمین یک چرخه روزانه و فصلی را طی می‌کند. در فصل اول، نمودارهای 7 و 8 این چرخه‌ها را نشان می‌دهند. نکته اصلی که یاد گرفتیم این است که بیشترین میزان گرمایش روزانه و در نتیجه تولید ترمال، دقیقاً زمانی که خورشید در بالاترین نقطه خود قرار دارد رخ نمی‌دهد، بلکه کمی بعد از آن اتفاق می‌افتد. دلیل این امر تأخیر در افزایش دمای سطح زمین نسبت به تابش خورشید است.  

نمودار در شکل 7 نشان می‌دهد که بیشترین دمای سطح زمین و در نتیجه بیشترین تولید ترمال بین ساعت 14:00 تا 15:00 رخ می‌دهد.  

با این حال، این زمان‌بندی تحت تأثیر زمین و پوشش ابری می‌تواند تغییر کند. به عنوان مثال، یک شیب رو به غرب ممکن است چهار ساعت پس از یک سطح افقی، به بیشترین میزان گرمایش خود برسد، در حالی که یک شیب رو به شرق ممکن است گرمایش حداکثری خود را در صبح دریافت کند. یک شیب رو به شمال در نیمکره شمالی ممکن است فقط در اوج تابستان گرمای خورشیدی کافی دریافت کند، که این مورد در عرض‌های جغرافیایی نزدیک به قطب‌ها بیشتر مشهود است.  

یک لایه مه یا ابر می‌تواند گرمایش سطح را به‌طور چشمگیری کاهش داده و در نتیجه مانع از شکل‌گیری ترمال شود. ابرهای صبحگاهی که بعداً از بین می‌روند، چرخه طبیعی تولید ترمال را به تعویق می‌اندازند. اما وقتی این ابرها ناپدید می‌شوند، افزایش گرما سریع بوده و ترمال‌ها به سرعت شکل می‌گیرند، مگر اینکه ابر لایه نازکی داشته باشد که به آرامی از بین برود. به‌طور کلی، ابرهای سیروس (Cirrus) بلند، قدرت ترمال‌ها را کاهش می‌دهند، در حالی که ابرهای کومولوس (Cumulus) گسترده، در صورت پوشاندن نواحی وسیع، ترمال‌ها را کاملاً متوقف می‌کنند.  

در برخی موارد، چنین ابرهایی به‌صورت چرخه‌ای تشکیل شده و ناپدید می‌شوند: ترمال‌ها بالا می‌روند، ابرها تشکیل می‌شوند، ترمال‌ها قطع می‌شوند، ابرها از بین می‌روند، ترمال‌ها دوباره ظاهر می‌شوند و این چرخه تکرار می‌شود.  

در طول سال، تولید ترمال با حرکت خورشید هماهنگ است. بیشترین گرمایش خورشیدی منجر به بیشترین تولید ترمال می‌شود. در زمستان، تعداد و قدرت ترمال‌ها کاهش می‌یابد. اما در مناطق معتدل، این چرخه کمی تغییر می‌کند، زیرا جبهه‌های هوای سرد در بهار و پاییز باعث ایجاد ناپایداری می‌شوند و این دو فصل را به دوره‌های اوج برای پروازهای ترمالی تبدیل می‌کنند.  

چرخه روزانه ترمال به این شکل است:  

•  صبح، گرمایش اولیه باعث اولین حرکات همرفتی در هوا می‌شود.  
• جریان‌های سبک هوایی شکل گرفته و اولین ترمال‌ها بین ساعت 10 تا 11 صبح ظاهر می‌شوند.  
•  ترمال‌ها تا حدود ساعت 14:00 تا 15:00 قوی‌تر می‌شوند، سپس به تدریج کاهش می‌یابند.  
• در نهایت، بین ساعت 18:00 تا 20:00، گرمای باقی‌مانده از سطح زمین آزاد شده و آخرین ترمال‌ها ظاهر می‌شوند.  

ترمال‌های عصرگاهی (Evening Thermals)  

با کاهش شدت نور خورشید در ساعات پایانی روز، تولید ترمال‌های معمولی نیز کاهش می‌یابد. مناطقی که به سایه فرو می‌روند و سطوحی که سریع‌تر خنک می‌شوند، مانند ماسه، شروع به تولید هوای نزولی می‌کنند. اما در همین زمان، برخی از مناطقی که در طول روز منابع ضعیفی برای ترمال‌ها بودند، به منابع جدیدی تبدیل می‌شوند.  

جنگل‌ها و مناطق سنگی، به‌ویژه مکان‌های مناسبی برای جستجوی ترمال‌های عصرگاهی هستند. مزارع با محصولات بلند نیز در ساعات پایانی روز گرما را آزاد کرده و موجب تشکیل ترمال می‌شوند.  

در نهایت، آب به عنوان یک منبع گرمایی طبیعی، برای مدت طولانی پس از غروب آفتاب به گرم کردن هوا ادامه می‌دهد. آب‌های عمیق در تولید ترمال عصرگاهی عملکرد بهتری دارند، به‌ویژه اگر وزش باد وجود داشته باشد که آب را هم بزند و گرمای بیشتری از عمق به سطح بیاورد. اما آب‌های کم‌عمق و سایر منابع ترمال عصرگاهی، در شرایط بدون باد یا با باد ملایم عملکرد بهتری دارند.  

ترمال‌های عصرگاهی معمولاً به اندازه ترمال‌های روزانه قوی، فراوان، مرتفع یا قابل اعتماد نیستند. اما حتی یک نیروی بالابر ضعیف نیز بهتر از هیچ است. گاهی اوقات لذت‌بخش است که در یک حباب آرام در آسمان چرخش کنید. و بعضی مواقع ممکن است با یک ترمال قوی و غیرمنتظره که از زمین ذخیره شده بود، مواجه شوید.  

به عنوان نکته‌ای جانبی، باید به منابع مصنوعی مانند پارکینگ‌ها و شهرها نیز اشاره کرد که می‌توانند در هنگام غروب، منابع خوبی برای ترمال چرخیدن باشند. همچنین، دودکش‌های صنعتی و آتش‌سوزی‌ها که در فصل هشتم توضیح داده شدند، می‌توانند منابع ترمال عصرگاهی باشند.

در اینجا اطلاعات مربوط به منابع ترمال (Thermal Sources) را در قالب جدول ارائه می‌کنم:  

توجه: لیست‌های بالا بر اساس میزان قابلیت اطمینان مرتب شده‌اند.

ترمال‌های در حال صعود (Thermal Rising) 

هنگامی که یک ترمال (Thermal) از سطح زمین جدا می‌شود، دچار تغییراتی می‌شود. ابتدا به‌صورت یک حباب یا ستون مشخص در می‌آید، همان‌طور که در شکل 171 نشان داده شده است. این فرآیند در یک ترمال بزرگ ممکن است حدود 100 متر طول بکشد. در حین تثبیت شکل خود، ترمال همچنین شتاب می‌گیرد تا به سرعتی متناسب با نیروی شناوری خود برسد. این شناوری (Buoyancy) به اختلاف چگالی آن نسبت به هوای اطراف و همچنین اندازه آن بستگی دارد که در پیوست چهارم توضیح داده شده است.  

هنگامی که یک ترمال به‌طور ناگهانی صعود می‌کند، هوای اطراف به سمت محل آن جریان پیدا می‌کند تا جایگزین شود. اگر این هوای ورودی نیز گرم باشد، در داخل ترمال جذب شده و همراه آن صعود می‌کند. در یک منبع وسیع هوای گرم، مانند حالت سوم در شکل 166، ترمال ممکن است برای چندین دقیقه تغذیه شود و یک ستون ترمالی ایجاد کند که حدود 1000 متر ارتفاع داشته باشد.  

اگر تأمین هوای گرم محدود باشد، هوای سرد جایگزین آن می‌شود و اندازه ترمال کاهش می‌یابد. این هوای سرد پس از گرم شدن دوباره به‌صورت یک ترمال جدید رها خواهد شد. مدت‌زمان لازم برای تشکیل یک ترمال در این فرآیند تکراری می‌تواند از چند دقیقه تا بیش از یک ساعت متغیر باشد و بستگی به شدت گرمایش دارد.  

شکل 172 نشان می‌دهد که هوایی که زیر ترمال جریان دارد، در یک باد عمومی سبک، می‌تواند از تمام جهات به سمت آن حرکت کند. در شرایط ترمال قوی، این جریان ورودی می‌تواند بسیار شدید باشد و فرود آمدن در وسط روز را چالش‌برانگیز کند. تغییرات متوالی در جهت باد سطحی که در گزارش‌های هواشناسی تحت عنوان “سبک و متغیر” (Light and Variable) شناخته می‌شود، نشانه‌ای از وجود ترمال‌هاست. در شرایط باد قوی‌تر، جهت باد کمتر تغییر می‌کند، اما شدت تندبادها افزایش می‌یابد.  

هنگامی که یک ترمال در 300 متر اول صعود خود قرار دارد، ممکن است از تمام جهات جریان هوای ورودی داشته باشد. این همگرایی کلی، تمایل دارد که یک  پاراگلایدر را به سمت مرکز ترمال بکشد، بنابراین زاویه گردش (Bank Angle) موردنیاز برای حفظ یک دایره معین کاهش می‌یابد. در ارتفاعات بالاتر، ممکن است نیاز باشد که زاویه گردش افزایش یابد تا دایره چرخش حفظ شود.  

به‌طور کلی، ترمال‌ها در نزدیکی سطح زمین ناپایدارتر هستند، اما در ارتفاعات بالاتر به حالتی یکنواخت‌تر تبدیل می‌شوند. با این حال، بسیاری از ترمال‌ها به لایه‌های وارونگی (Inversion Layers) می‌رسند که باعث شکسته‌شدن آن‌ها یا ایجاد آشفتگی ناشی از برش باد (Shear Turbulence) می‌شود. در شرایط باد شدید، ترمال‌ها ممکن است آن‌چنان پراکنده شوند که یک لایه هوای مختلط و متلاطم در نزدیکی سطح زمین ایجاد کنند، همان‌طور که در شکل 173 نشان داده شده است. این لایه ممکن است در نقاط مشخصی باعث آزادسازی ترمال‌های ناپایدار و تلاطمی شود که تا ارتفاعات بالاتر ادامه می‌یابند.  

نرخ کاهش دمای واقعی (Real Lapse Rates)  

در فصل دوم آموختیم که هوای ناپایدار باعث می‌شود که یک بسته هوای گرم شده یا بلند شده، به صعود خود ادامه دهد. بهترین ترمال‌های ما دقیقاً همین بسته‌های هوای گرم و بلند شده هستند. در اینجا بررسی می‌کنیم که نرخ کاهش دما (Lapse Rate) چگونه بر یک ترمال تأثیر می‌گذارد.  

شکل 174 نرخ کاهش دما را در نزدیکی سطح زمین در یک روز تابستانی معمولی نشان می‌دهد. در ساعات اولیه صبح، یک لایه وارونگی (Inversion Layer) قابل توجه در نزدیکی سطح زمین مشاهده می‌شود. نمودار نرخ کاهش دما در واقع نشان‌دهنده تغییرات دمای هوا در ارتفاعات مختلف است. یک وارونگی دمایی زمانی رخ می‌دهد که در نمودار، افزایش ارتفاع باعث گرم‌تر شدن هوا شود یا خنک شدن هوا به اندازه کافی برای ایجاد ناپایداری اتفاق نیفتد.  

وارونگی دمایی سطحی صبحگاهی به دلیل سرد شدن سطح زمین در طول شب ایجاد می‌شود که هوای نزدیک به سطح را خنک می‌کند. در نزدیکی کوهستان‌ها، بادهای شبانه که به سمت دامنه‌ها جریان دارند، می‌توانند یک لایه ضخیم از این هوای سرد را ایجاد کنند که یک وارونگی قوی را شکل می‌دهد. تشکیل لایه‌های وارونگی 300 متری در نزدیکی زمین، غیرمعمول نیست.  

ترمال‌ها در این لایه وارونگی بالا می‌روند و از بین می‌روند تا زمانی که وارونگی از بین برود یا ترمال به‌اندازه‌ای قوی باشد که از آن عبور کند. شکل 175 نشان می‌دهد که یک ترمال که از هوای اطراف خود گرم‌تر است، تا ارتفاعی که دمای هوا برابر با دمای ترمال شود، صعود می‌کند. در این نقطه، صعود آن متوقف شده و با هوای اطراف ترکیب می‌شود.  

با ادامه گرمایش خورشیدی، دمای ترمال‌ها افزایش یافته و به ارتفاعات بالاتری در لایه وارونگی می‌رسند و این روند باعث گرم‌تر شدن لایه زیرین می‌شود. در نهایت، زمانی که ترمال‌ها به‌اندازه کافی گرم شوند، از لایه وارونگی عبور کرده و ناگهان به ارتفاع بالاتری می‌جهند. دمای موردنیاز برای عبور از لایه وارونگی سطحی، دمای محرک (Trigger Temperature) نامیده می‌شود.  

در نمودارهای بعدی شکل 174، مشاهده می‌شود که در نهایت، لایه وارونگی سطحی توسط گرمایش ترمالی از بین می‌رود. البته، در ساعات پایانی روز، با سرد شدن سطح زمین، این لایه دوباره تشکیل می‌شود. اگر یک شب صاف و سرد باعث ایجاد یک وارونگی قوی شود، ممکن است تا زمان زیادی از روز بعد، تولید ترمال‌های قوی به تأخیر بیفتد. در این شرایط، سطح زمین ممکن است به‌سرعت گرم شود زیرا انرژی حرارتی در یک لایه کم‌ارتفاع به دام می‌افتد، اما تا زمانی که ترمال‌ها به‌اندازه کافی قوی نشوند، صعود قابل‌توجهی رخ نمی‌دهد.  

نتیجه‌گیری درباره تولید ترمال (Thermal Production)  

• شب‌های صاف  یک وارونگی سطحی ضخیم و پایدار ایجاد کرده و تولید ترمال را در روز بعد به تأخیر می‌اندازند.  
• روزهای صاف گرمایش مطلوبی ایجاد کرده و باعث افزایش تولید ترمال‌ها می‌شوند.  
• دمای محرک (Trigger Temperature) عامل مهمی در تعیین زمان شروع ترمال‌های قابل‌استفاده است.

نرخ کاهش دما در ارتفاعات بالا (The Lapse Rate Aloft) 

علاوه بر وارونگی سطحی، وارونگی در ارتفاعات بالا نیز رخ می‌دهد. در یک سیستم پرفشار، هوای فرونشسته معمولاً یک لایه وارونگی را در حدود 2000 متر ایجاد می‌کند، همان‌طور که در شکل 176 نشان داده شده است.  

گاهی لایه‌های مختلف هوا با نرخ‌های متفاوتی نزول می‌کنند و این فرآیند در مراحل مختلف اتفاق می‌افتد. این پدیده می‌تواند دو یا چند لایه وارونگی ایجاد کند. همچنین، ورود هوای گرم به ارتفاعات بالا ممکن است یک لایه وارونگی اضافی به وجود آورد، همان‌طور که در شکل مشخص شده است.  

این لایه‌های وارونگی چندگانه تأثیر زیادی بر ترمال‌ها (Thermals) دارند. شکل 177 یک نرخ کاهش دمای معمولی را در یک روز ترمالی نشان می‌دهد. هنگامی که ترمال‌ها از وارونگی سطحی عبور می‌کنند، ارتفاع حداکثری آن‌ها به‌سرعت افزایش می‌یابد تا زمانی که به یک لایه با ناپایداری کمتر برسند. سپس رشد آن‌ها کند شده و در نهایت با رسیدن به یک وارونگی، متوقف می‌شوند. اگر ترمال بتواند از یک لایه وارونگی عبور کند، معمولاً با لایه‌ای دیگر در ارتفاع بالاتر روبرو خواهد شد.  

بیشتر ترمال‌ها در لایه وارونگی متوقف می‌شوند. در نتیجه، تمام اختلاط هوا در زیر این لایه رخ می‌دهد. به همین دلیل، گردوغبار، دود و آلودگی در همین ارتفاع متوقف شده و در افق، یک خط قهوه‌ای رنگ قابل مشاهده است که در بالای آن هوا شفاف و آبی به نظر می‌رسد. گاهی یک گنبد قهوه‌ای رنگ در این لایه مه‌آلود ظاهر می‌شود که نشان‌دهنده یک ترمال قوی است که بالاتر از حد معمول صعود کرده است.  

تشخیص لایه وارونگی به خلبان کمک می‌کند تا بداند چه زمانی ترمال‌ها ضعیف‌تر خواهند شد و آیا از این لایه بالاتر رفته است یا خیر. در فصل بعد، ترمال‌هایی که از لایه وارونگی عبور می‌کنند را بررسی خواهیم کرد.  

در یک روز ترمیک قوی، فرآیند گرم شدن در لایه زیر وارونگی ممکن است آن را از بین ببرد. این وضعیت با افزایش ناگهانی ارتفاعی که در ترمال‌ها به دست می‌آید، قابل مشاهده است.  

لایه وارونگی ممکن است در تمام مناطق به‌طور یکنواخت وجود نداشته باشد. مناطق ترمیک، مانند زنجیره‌های کوهستانی، ممکن است این لایه را از بین ببرند، در حالی که در نواحی دیگر هنوز وجود دارد. شکل 178 نشان می‌دهد که چگونه وارونگی معمولاً در بالای یک کوه، به دلیل حرکت هوا در اثر لیفت خط‌ الرأسی (Ridge Lift) و بادهای صعودی دامنه‌ای (Upslope Breezes)، در ارتفاع بالاتری قرار می‌گیرد. همچنین، نشان داده شده است که چگونه ترمال‌های کوهستانی به‌راحتی لایه وارونگی را از بین می‌برند.  

ترمال‌ها و تغییرات نرخ کاهش دما (Thermals and Lapse Rate Variations)  

قدرت ترمال‌ها به پروفایل نرخ کاهش دما (Lapse Rate Profile)، میزان گرمایش خورشیدی و مقدار رطوبت موجود بستگی دارد. در فصل دوازدهم، شاخص ترمال (Thermal Index) را بررسی می‌کنیم که این عوامل را برای پیش‌بینی شرایط پرواز پاراگلایدر در نظر می‌گیرد.  

تمایل لایه پایینی ترمال این است که نرخ کاهش دما به نرخ کاهش دمای آدیاباتیک خشک (Dry Adiabatic Lapse Rate – DALR) نزدیک شود، که برابر1 درجه سلسیوس در هر 100 متر است. این امر به این دلیل اتفاق می‌افتد که ترمال‌ها گرما را در سطح‌های مختلف جابجا کرده و دمای هوا را در هر ارتفاع به دمای خود نزدیک می‌کنند.  

گاهی یک وارونگی سطحی قوی می‌تواند از تشکیل ترمال‌ها جلوگیری کند تا زمانی که بعداً در طول روز از بین برود. همچنین ممکن است یک لایه هوای پایدار ضخیم وارد یک منطقه شود که اگرچه به اندازه وارونگی سطحی پایدار نیست، اما می‌تواند ترمال‌ها را تضعیف کند. شکل 179 چنین لایه پایداری را نشان می‌دهد و همچنین چگونگی تشکیل ترمال‌های ضعیف در هوای پایدار را به تصویر می‌کشد. این ترمال‌ها هنگام صعود، کندتر حرکت کرده و ممکن است ناپایدار باشند.  

گردبادهای گرد و غبار (Dust Devils) 

گردبادهای کوچک متشکل از بادهای چرخشی شدید که گرد و غبار، برگ‌ها و سایر اجسام سبک را از سطح زمین بلند می‌کنند، معمولاً در مناطق باز و خشک دیده می‌شوند. این پدیده‌ها در استرالیا “Willy-Willies” نامیده می‌شوند، اما در سایر نقاط جهان به نام “داست دویل” (Dust Devils) شناخته می‌شوند.  

داست دویل زمانی تشکیل می‌شوند که یک ترمال در شرایط ابرآدیاباتیک (Superadiabatic) صعود کند. هوای ورودی که برای پر کردن فضای زیر ترمال حرکت می‌کند، معمولاً دارای نوعی چرخش است که در اثر، اثر کوریولیس (Coriolis Effect) ایجاد شده است. وقتی این هوا در نقطه تمرکز خود جمع می‌شود، چرخش آن تشدید می‌شود، مشابه حالتی که یک اسکیت‌باز هنگام جمع کردن دست‌های خود سریع‌تر می‌چرخد.  

داست دویل می‌توانند تا ابرهای ترمالی بالا بروند، اما معمولاً در ارتفاع چند متری تا چند صد متری باقی می‌مانند. در مناطق بیابانی، این پدیده‌ها می‌توانند تا بیش از 1000 متر ارتفاع بگیرند. در چنین مناطقی، ارتفاع گردباد گرد و غبار معمولاً حداقل ارتفاع ترمال را نشان می‌دهد.  

قوانین پرواز ایمن در گردبادهای گرد و غبار:  

• از ورود به گردبادهای گرد و غبار در ارتفاع کمتر از 300 متر خودداری کنید.  
• وارد شدن به داست دویل باید در خلاف جهت چرخش آن باشد تا از وزش ناگهانی باد پشتی و خطر واماندگی (Stall) جلوگیری شود.  
• گردبادهای بزرگ و شدید در ارتفاعات پایین را برای پرواز انتخاب نکنید.  
• گردبادهای تازه تشکیل‌شده نشانه‌های بهتری از ترمال‌ها هستند تا گردبادهای قدیمی‌تر.  

شرایط ایده‌آل برای ترمال‌ها (Ideal Thermal Conditions)  

حرکت توده‌های هوایی تأثیر زیادی بر پایداری و در نتیجه احتمال تشکیل ترمال‌ها دارد.  

شرایط مناسب برای تشکیل ترمال‌ها: 

• آسمان صاف و آفتاب درخشان  
• بادهای سبک تا متوسط  
• جبهه‌های هوای سرد، سیستم‌های پرفشار و روزهای خشک در مناطق مرطوب  
• سیستم‌های کم‌فشار و مقدار کمی رطوبت در مناطق بیابانی  

نیروی بالابر در یک ترمال (Lift in a Thermal) 

هنگامی که یک ترمال (Thermal) ایده‌آل به آسمان صعود کرده و شکل می‌گیرد، معمولاً به شکل یک قارچ در می‌آید که خود را به‌صورت حلقه‌ای دودی از داخل به بیرون برمی‌گرداند، همان‌طور که در شکل 183 نشان داده شده است.  

هوایی که در هسته (Core) یا مرکز ترمال صعود می‌کند، تقریباً دو برابر سریع‌تر از بخش‌های بالایی ترمال حرکت می‌کند. بنابراین، ممکن است در نزدیکی بالای ترمال قرار داشته باشید و به‌آرامی صعود کنید، در حالی که سایر خلبانان از پایین‌تر با سرعت بیشتری به سمت شما بالا می‌آیند. این لزوماً به مهارت بهتر آن‌ها در پرواز با ترمال مربوط نمی‌شود، بلکه به موقعیت آن‌ها در هوای با سرعت صعودی بیشتر بستگی دارد.  

با افزایش ارتفاع ترمال، هوای بالای آن را جابجا کرده و به سمت بیرون فشار می‌دهد، که منجر به ایجاد منطقه‌ای از نشست (Sink) و آشفتگی (Turbulence) در کناره‌های ترمال می‌شود. همان‌طور که در تصویر نشان داده شده، یک منطقه اختلاط متلاطم (Turbulent Mixing) در لبه جلویی ترمال شکل می‌گیرد. این منطقه نشست و آشفتگی معمولاً همان چیزی است که به خلبانان کمک می‌کند تا موقعیت یک ترمال را شناسایی کنند.  

با ادامه صعود، ترمال گسترش می‌یابد و هوای بیشتری را جذب می‌کند و با فشار کمتر مواجه می‌شود. ترمال از پایین تا زمانی که منبع هوای گرم تمام نشود تغذیه می‌شود و همچنین از طرفین هوا را جذب می‌کند. این جذب جانبی می‌تواند در صورتی که هوای ورودی از یک ترمال قبلی باقی مانده باشد، باعث تقویت ترمال شود، اما اگر هوای جذب‌شده سرد باشد، ترمال را رقیق و تضعیف می‌کند.  

برخی از گردابه‌ها (Vortices) و توده‌های کوچک‌تر ترمال در مسیر حرکت آن باقی می‌مانند، همان‌طور که در شکل 184 نشان داده شده است.  

نشست ترمالی (Thermal Sink)  

در شرایط ناپایدار، می‌دانیم که هوای بلندشده تمایل به ادامه صعود دارد. همچنین باید بدانیم که هوایی که به سمت پایین رانده شده است، تمایل دارد به حرکت نزولی خود ادامه دهد، زیرا در یک نرخ کاهش دمای ناپایدار، همچنان نسبت به هوای اطراف خود خنک‌تر باقی می‌ماند. این هوای در حال نشست، مانند یک ترمال منفی (Negative Thermal) عمل می‌کند.  

در شرایط ترمالی خوب، هوای نزولی معمولاً زیاد است. معمولاً هر چه ترمال‌ها قوی‌تر باشند، هوای نشست نیز قوی‌تر خواهد بود. با این حال، از آنجایی که ترمال‌ها معمولاً کمتر از ۱۰ درصد از فضای آسمان را اشغال می‌کنند، هوای نشست به‌طور کلی گسترده‌تر و کمتر سازمان‌یافته است.  

نشست بین‌ترمالی (Interthermal Sink) معمولاً در ارتفاعات بالاتر قوی‌تر است، زیرا ترمال‌ها در این ارتفاعات بزرگ‌تر هستند و بیشتر باعث نشست گسترده‌تری در اطراف خود می‌شوند. اگر ترمال‌ها تحت تأثیر یک کوه، اثرات زمین یا پدیده‌ای مانند تشکیل خیابان‌های ابری (Cloud Streets) سازماندهی شده باشند، نشست نیز ممکن است سازمان‌یافته‌تر و گسترده‌تر باشد.  

گاهی بهترین راه برای فرار از منطقه نشست طولانی، تغییر مسیر به اندازه ۹۰ درجه نسبت به مسیر فعلی است، زیرا ممکن است در حال پرواز در امتداد محور طولانی یک منطقه نشست بیضوی باشید و با این تغییر مسیر بتوانید از آن خارج شوید.  

جمع‌بندی (Summary)  

ما تلاش می‌کنیم تا زمان پرواز خود را با استفاده از فرصت‌هایی که ترمال ایجاد می کند برای صعود، طولانی‌تر کنیم. یکی از بهترین ابزارهایی که یک خلبان پروازهای بی‌موتور می‌تواند پیدا کند، یک ترمال است. این جریان‌های هوایی مانند بالون‌های هوای گرم، ما را به ارتفاعات بالاتر می‌برند. تنها مشکل این است که آن‌ها معمولاً نامرئی هستند. بنابراین، باید رفتار آن‌ها را مطالعه کنیم تا بتوانیم حدس‌های بهتری درباره نحوه، زمان و مکان پیداکردن آن‌ها بزنیم.  

ترمال‌ها در بیشتر نقاط و در زمان‌های مختلف یافت می‌شوند. اما آن‌ها از نظر ویژگی‌های خود بسیار متغیر هستند: قدرت، آشفتگی، اندازه، مدت‌زمان، قابلیت اطمینان و ارتفاع. تنها تجربه، مطالعه و کمی شانس می‌تواند به خلبان کمک کند تا بهترین ترمال را در شرایط خاص شناسایی کند.  

اکنون ما درک کاملی از اصول اولیه رفتار ترمال‌ها داریم. در فصل بعدی، اسرار عمیق‌تر ترمال‌ها را بررسی خواهیم کرد.