درجة حرارة الهواء
درجات الحرارة فوق سطح الأرض، درجات الحرارة القياسية، مقاييس درجات الحرارة وآليتها،
الطريقة الصحيحة لقياس درجة الحرارة، درجات الحرارة المحسوسة
تمثل درجات الحرارة السطحية عنصراً مهماً في علم الطقس .. فمن خلالها يستطيع الناس تحديد طريقة اللباس ونوعه وأوقات الخروج المناسبة
وكذلك يستطيع المزارع معرفة كيفية رعاية مزروعاته، ويعرف العاملون في المعامل والمصانع المصاعب التي قد تواجه مكائنهم وأجهزتهم
وسنقوم هنا في هذا الفصل بتناول المواضيع التي تتعلق بأحوال درجات الحرارة وأوقات الذروة التي تسجل فيها الدرجة العظمى وكذلك أوقات تسجيل الدرجة الصغرى
وسنتعرف على الظروف التي تزيد من الإحساس بإرتفاع درجات الحرارة بالإضافة إلى وسائل قياس درجة الحرارة والطريقة الصحيحة لتسجيل درجة الحرارة
تبدأ الحكاية من شروق الشمس صباحاً حيث ترسل أشعتها بإتجاه سطح الأرض ورويداً رويداً يسخن سطح الأرض كلما إرتفعت الشمس فوق الأفق
ثم تنتقل الحرارة من سطح الأرض لتتصل بالهواء الملاصق لسطح الأرض عبر ما يسمى بالتوصيل الحراري الذي درسناه في الفصل السابق
ولعلكم تذكرون أننا ذكرنا أن الهواء موصل ضعيف للحرارة لذلك إنتقال الحرارة يبدو أكثر وضوحاً في السنتيمترات الأكثر قرباً من سطح الأرض
مثال ذلك:
لو كان أحدنا يقف بالخارج الساعة الثالثة أو الرابعة نهاراً، في يوم سماءه صافية ورياحه هادئة، وقمنا بقياس درجة الحرارة مباشرة عند مستوى قدميه
فوجدناها تسجل 50 درجة مئوية فكم تتخيلون أن تكون درجة الحرارة عند مستوى صدره أو وجهه؟
الإجابة هي 35 درجة مئوية !!
أي أن الفارق يمكن أن يصل إلى 15 درجة في مسافة لا تزيد عن المترين
وهنا تنبيه للمهتمين بقياس درجة الحرارة، فالخطأ في إختيار الموقع المناسب ليس خطأً في درجة أو درجتين
وإنما الموضوع يستلزم دقة ومعرفة وسنأتي على بيان هذا الأمر لاحقاً في هذا الفصل
نكمل الحكاية ..
ثم حين تتوسط الشمس السماء وقت الزوال حول الساعة الثانية عشره تبلغ الأشعة قوتها،
وذلك حين يكون إتجاه سقوط الأشعة رأسياً ومركزاً
فائدة:
الأشعة المسلطة بزاوية مائلة أضعف من الأشعة المسلطة بزاوية رأسية أي متعامدة على الجسم، حيث وقوع الأشعة بشكل مائل يتسبب في تشتيتها
كما أن بقعة التأثير في الزاوية المائلة تكون أعرض وبالتالي أقل كثافة
ومثال ذلك .. قم بتوجيه كشاف بطريقة مائلة ولاحظ أن الدائرة المضيئة تكون أكبر وأضعف إضاءة،
ثم وجه الكشاف بشكل رأسي مباشر لترى بأن الدائرة أضيق والضوء أقوى
وبرغم أن وقت الظهيرة هو أشد أوقات تعرض سطح الأرض لحرارة الشمس فإن هذا الوقت ليس بأسخن أوقات النهار ..
أسخن أوقات النهار لم يحن بعد فما زالت الأرض تكتسب من الحرارة ما يرفع من درجتها
في هذه الأثناء يبدأ الهواء بالقرب من سطح الأرض يسخن شيئاً فشيئاً وتبدأ دورات الحمل الحراري من تصعيد الهواء الساخن وتوزيع الحرارة
ولعلنا نربط هنا بما ذكرناه سابقاً من أن الهواء موصل غير جيد للحرارة ولكنه يساهم في نقل الحرارة أفقياَ ورأسياً
فإذا كانت ظروف الطقس هادئة والريح ساكنة فعندئذ لا يحدث خلط للهواء الحار القريب من سطح الأرض بالهواء في الأعلى
وهنا تسجل فروقات كبيرة بين درجة الحرارة قرب سطح الأرض مباشرة وبين درجة الحرارة أعلى من ذلك
أما في حالة وجود نشاط للرياح فعندئذ يحدث خلط قسري للهواء الحار القريب من سطح الارض بالهواء أعلى من سطح الأرض
وفي هذه الظروف لا تسجل فروقات كبيرة بين درجات الحرارة رأسياً
وهذا ما جعلنا نشترط في مثالنا السابق أن تكون الرياح هادئة والسماء صافية لكي يصبح الفرق 15 درجة تقريباً بين مستوى القدمين وبين مستوى الوجه
نكمل ..
ثم بعد ذلك تأتي فترة بعد الظهيرة حين تميل الشمس نحو الأفق الغربي ومع إستمرار تسخين الأرض تشتد الحرارة وتبلغ قمة السخونة
ويتم تسجيل أعلى درجة حرارة في وقت يقع بين الساعة الثالثة والرابعة وفي أحيان قد تسجل بعد الرابعة
وهذه الظروف لا تعمم على كل المناطق، فالمناطق التي تجاور مسطحات مائية كبيرة والتي تتعرض لهواء بحري يلطف أجواءها
تسجل درجات حرارتها العظمى في أوقات مبكرة بعد الزوال بقليل أو خلال الزوال أحياناً
للمعلومية تحديد الساعات في شرحنا يتم على إفتراض شروق الشمس في تمام الساعة السادسة صباحاً وغروبها في تمام الساعة السادسة مساءاً
وعند وصول الأرض قمة حرارتها بعد الظهيرة يكون في هذا الوقت قمة إشعاعها
لأن الإشعاع يزيد مع قوة حرارة الجسم، لكن هذا الوقت برغم أنه أسخن أوقات النهار إلا أنّه في الوقت نفسه
هو وقت ضعف أشعة الشمس بسبب ميلانها نحو الغرب الأفقي
وهنا تبدأ رحلة نزول درجة الحرارة
ضعف أشعة الشمس مع قوة إشعاع سطح الأرض يعني ضعف إكتساب حراري وقوة تصدير حراري
ومع غياب الشمس تبلغ الأرض أوج إشعاعها الذي تفقد من خلاله الحرارة
وبما أن الأرض مشعة أكثر من الهواء فإنها تبرد بعد الغروب قبل الهواء، والهواء القريب من الأرض ليلاً يبرد قبل الهواء أعلى منه
إنتهينا الآن من دورة الشمس نهاراً وتبدأ رحلة برودة الليل
لكن قبل ذلك بودنا أن نعود لنربط برودة الأرض ليلاً بالإشعاع الذي تحدثنا عنه في الفصل السابق
وقلنا أن كل الأجسام تصدر إشعاعاً (الأجسام التي تكون حرارتها فوق الصفر المئوي)
فالأرض تشع موجاتها على شكل موجات تحت حمراء ليلاً ونهاراً ويزيد مقدار إشعاعها بقدر زيادة الحرارة التي تصلها من الشمس أي بقدر سخونتها
ولنتذكر أن نفرّق بين الإشعاع والتوصيل، فالتوصيل تنتقل فيه الطاقة بين الأجسام المتلاصقة،
والإشعاع يحدث بين جسمين غير متلاصقين من دون التأثير على ما بينهما
حيث إشعاعات الأرض الغير مرئية تشع بإتجاه الفضاء وبعضها تمتصها بعض الغازات وبخار الماء في الغلاف الجوي
لكي لا يحدث تسريب كبير في الطاقة الحرارية يجعل جو الأرض بارداً جداً ولا يصلح للعيش كما أسلفنا
وما يهمنا الآن أنّ نقل الطاقة الحرارية بالإشعاع يختلف عن التوصيل في أنه لا يؤثر على الهواء الموجود بين الأرض وبين غلافها الجوي
ولذلك الهواء يبرد ليلاً ولا يتأثر بحرارة الأرض المرسلة عن طريق الإشعاع
وكلما مضى الليل تفقد الأرض من حرارتها بالإشعاع وتبرد، ويبرد تبعاً لذلك الهواء القريب من سطحها تأثراً ببرودتها
وتستمر درجة الحرارة في التناقص بشكل تدريجي حتى تسجل أقل درجة حرارة قبيل أو مع شروق الشمس
وهذا رسم بياني يوضح منحنى درجة الحرارة خلال اليوم والليلة
علماً بأن أقل درجة حرارة ليلية (قرب سطح الأرض) تحدث في الليلة الطويلة الجافة ذات الرياح الهادئة والسماء الصافية
لماذا ؟
الليلة الطويلة تعطي وقتاً طويلاً للإشعاع وفقد الحرارة
الليلة الجافة لكون الرطوبة أيضاً تمتص إشعاعات الأرض بواسطة بخار الماء وتعيد إشعاعها إلى الأسفل مرة أخرى مثل السحب
الليلة هادئة الرياح .. كون الرياح تجبر الهواء البارد الملامس لسطح الأرض والذي تبرد بفعل برودة سطح الأرض
على الخلط مع الهواء الدافئ الموجود فوقه وبالتالي يعيد الدفء إلى الأرض
السماء الصافية لكون السحب تعكس الأشعة وتعيدها
سؤال ..
وأنت واقف ليلاً كم تتوقع أن تكون درجة الحرارة عند مستوى أنفك إذا كانت درجة الحرارة المسجلة عند قدميك 20 درجة في ليلة هادئة جافة صافية ؟
الجواب .. أضف 4 درجات
::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
درجات الحرارة القياسية
سجلت أعلى درجة حرارة في العالم رسمياً 56.7 درجة مئوية في فرنس كريك بولاية كاليفورنيا بأمريكا
وتقع تحت مستوى سطح البحر ب 60 متر تقريباً
وهذه صورة لها
في أفريقيا أعلى درجة حرارة مسجلة 55 درجة مئوية في تونس
بالنسبة لقارة آسيا سجلت 53.6 في الكويت في 31/7/2012
و 53.5 في باكستان في 26/5/2010
والرقم السعودي سجلته جدة في 22/6/2010 وهو 52 درجة مئوية
بالنسبة لأوروبا سجلت 48 درجة في اليونان كأقوى درجة حرارة أوروبية
وهناك دول مثل أيرلندا وأيسلندا رقهم القياسي كأعلى درجة حرارة مسجلة منذ 100 سنة لا يزيد عن 30 درجة مئوية (يا حليلهم 
)
يا علّ من قزّهم حافين في حرّة قديد 
:::::::::::::::::::::::::::::::::::
أما درجات الحرارة الصغرى فقد سجلت أقل درجة فوق الكرة الأرضية عن طريق محطة رصد روسية في القطب الجنوبي وبلغت -89
وفي جمهورية ساخا الروسية سجلت -68
وبالنسبة لأفريقيا سجلت ايفران بالمغرب -24
وفي الجزائر سجلت باتنة في المرتفعات الشمالية الشرقية -20
في أوروبا كثير من الدول سجلت درجات قياسية حتى -40
في كندا سجلت -63 وفي الولايات المتحدة سجلت -62
أما في آسيا فسجلت -50 في الصين وسجلت -46 في تركيا
وفي السعودية الرقم القياسي -10 في مدينة حائل والرياض -5 والقصيم -7 وجميع هذه الأرقام سجلت في عام 2008
رقم المدينة المنورة القياسي درجة واحدة سجلت عام 1973م
أقل رقم سجل رسمياً في أبها ونجران هو الصفر المئوي
أما جدة فسجلت أقل درجة حرارة 10 درجات مئوية 1991م
* الأرقام مأخوذة من السجلات الرسمية لمنظمة الأرصاد العالمية
وهناك أرقام إستقيتها من بيانات الرئاسة العامة للأرصاد وحماية البيئة السعودية
ولعل أحدنا يتساءل ماهي لأسباب التي تجعل درجة الحرارة مرتفعة في مناطق معينة من الكرة الأرضية ومنخفضة في مناطق أخرى ..
ماهي العوامل التي تحكم ذلك ؟
إن ذلك يعتمد على أربعة عوامل تؤثر تأثيراً رئيسياً في زيادة ونقصان درجات الحرارة وهي:
1- خطوط العرض
تقل درجات الحراة كلما ابتعدنا من منتصف الأرض واقتربنا من القطبين
2- توزيع اليابسة والماء
المسطحات المائية بطيئة في إكتساب البرودة وكذلك الحرارة، وبناءاً على ذلك فهي تساعد في تخفيض درجات الحرارة صيفاُ وتساعد في رفعها شتاءاً
3- تيارات المحيطات
المناطق القريبة من المحيطات تكون درجاتها أعلى من المناطق التي تقع في وسط القارات شتاءاً وأقل حرارة في الصيف
4- الإرتفاع عن سطح الأرض
تقل درجة الحرارة كلما أرتفعنا عن سطح الأرض ويبلغ معدل التناقص 6.5 درجة مئوية لكل 1000 متر
::::::::::::::::::::::::::::::
وهنا صورة توضيحية لمعدل درجات حرارة الكرة الأرضية في شهر يناير والذي يمثل الشتاء لمنتصف الكرة الشمالي وفيه الجزيرة العربية
شدة اللون الأحمر تعني شدة الحرارة وتتدرج الألوان حسب مفتاح الخريطة الموضح أسفل الصورة حتى الدخول في درجات اللون الأزرق ويمثل البرودة
الصورة الأولى لشهر يناير شتاء نصف الكرة الشمالي
والصورة التالية لشهر يوليو وهو شهر الصيف في الجزيرة العربية
مقاييس درجات الحرارة وآليتها
يعتبر الثيرمومتر من أشهر مقاييس درجة الحرارة وأكثرها شيوعاً
وتعتمد الثيرمومترات في عملها على فكرة تمدد السوائل وإنكماشها بفعل الحرارة
ويتم وضع السائل في أنبوب زجاجي لكي تسهل المشاهدة
وهذه الفكرة هي الأكثر رواجاً لسهولة قراءتها وقلة تكلفتها
الثيرمومتر يتكون من حجيرة زجاجية صغيرة يوضع فيها السائل وفي الغالب يكون من الزئبق
وترتبط هذه الحجيرة بأنبوب ضيق مدرج ومسجل عليه درجات الحرارة عند كل نقطة يصل إليها الزئبق خلال تمدده أوإنكماشه
إذا إرتفعت درجة الحرارة تمدد الزئبق من خلال الأنبوب وإذا إنخفضت درجة الحرارة إنكمش بإتجاه الحجيرة
يجب أن يكون الأنبوب الذي يتمدد فيه الزئبق ضيقاً حتى يظهر أي تغير في درجة الحرارة ولو كان طفيفاً
وتتوفر في السنوات الأخيرة أنواع من الثيرمومترات تعطي قراءة رقمية لدرجة الحرارة لكن ليست ذات دقة عالية
وهناك مقاييس أكثر دقة من الثيرمومترات وهي المقاييس الكهربائية وتعتمد فكرة عملها على قياس قوة مقاومة المادة للكهرباء
حيث أن مقاومة أي مادة للكهرباء تزيد وتنقص بإرتفاع وإنخفاض درجة الحرارة
وبإستخدام هذه النظرية يمكن معرفة درجة الحرارة بعد معرفة قيمة مقاومة المادة للكهرباء
وتعطي هذه الأجهزة قراءة دقيقة جداً
وهناك مقاييس أخرى تعتمد على الأشعة الحمراء تسمى راديوميتر وهي لا تقيس درجة الحرارة مباشرة
ولكنها تقيس الإشعة المصدرة وطول الموجات الإشعاعية والخصائص الإشعاعية لبعض الغازات مثل أوكسيد الكربون الموجود في الهواء
وبعد تحويلات ومعادلات معينة يتم إستنتاج درجة حرارة الهواء
وبواسطة هذه الراديومترات تستطيع الأقمار الصناعية من التعرف على درجات الحرارة في طبقات الغلاف الجوي
وهناك مقاييس غير ذلك لكن نكتفي بما ذكرناه
الطريقة الصحيحة لقياس درجة الحرارة
يجب أولا أن تتم القراء في الظل حتى لا تتأثر القراءة بأشعة الشمس
وهناك من يقول لماذا نأخذ القراءة في الظل ؟ .. الظل بارد ويعطينا قراءة باردة
وقد يقول قائل .. لماذا لا نقيس الحرارة في مكانها الحقيقي تحت لهيب الشمس الحارقة ؟
ولهؤلاء نقول إننا عندما نقيس درجة الحرارة فنحن نقيس درجة حرارة الهواء ولا نقيس درجة حرارة الوجه أو الخدين أو سقف السيارة
والهواء الخارجي درجة حرارته واحدة في الظل وتحت أشعة الشمس
وعندما نضع المقياس تحت أشعة الشمس فإن القراءة تتأثر ولا تعكس الحقيقة ..
أشعة الشمس تقوم بتسخين زجاج الترمومتر وبالتالي تؤثر على تمدد السائل داخل الزجاج وبالتالي قراءة غير دقيقة
من المؤكد أن قياس درجة الحرارة سيكون غير دقيقاً لو وضعنا مقياس درجة الحرارة داخل البيت ..
فنحن نريد قياس درجة حرارة الهواء الخارجي في منطقة مفتوحة
لذلك يجب أن يكون المقياس مثبتاً في مكان خارجي مفتوح بشرط تغطيته عن أشعة الشمس كما ذكرنا
أيضاً من شروط الحصول على قراءة دقيقة رفع المقياس عن سطح الأرض من إرتفاع متر ونصف إلى المترين
وذلك لأن درجة الحرارة تتأرجح من مكان إلى آخر قرب سطح الأرض بحسب نوعية وخواص السطح الفيزيائية
من الأفضل كذلك حجب المقياس من الرياح لأنها تؤثر على القراءة
وهنا صورة توضح الوضعية القياسية المعتمدة لقياس درجة الحرارة
نلاحظ أن مقياس الحرارة موضوع في مكان يسمح بدخول الهواء ويمنع التأثر بالهبوب القوي للرياح
ويلاحظ كذلك إستخدام اللون الأبيض في الطلاء لمنع إكتساب الحرارة
تكيّف البشر مع درجات الحرارة
بعد أسبوع من درجات الحرارة المتدنية فجأة إرتفعت درجة الحرارة ووصلت إلى 20 درجة مئوية
فأحسسنا بإعتدال الجو وخففنا من الملابس الثقيلة وزانت النزهة في البر وطابت النفس
وفي شهور أخرى بعد ان كانت درجات الحرارة تقارب الأربعين دخلنا في موجة باردة وإنخفاض وصلت معه درجة الحرارة في مساء ذلك اليوم حتى 20 درجة مئوية
وبعد المغرب أحسسنا بلسعة الهواء وبحثنا عن الجاكيت والعباة
هي نفس الدرجة التي رمينا فيها الملابس الثقيلة ذات يوم إشتكينا منها اليوم
إن إحساسنا بدرجة الحرارة يتغير مع تغير الظروف الجوية من حولنا، فجسم الإنسان يتفاعل ويتبادل الطاقة الحرارية مع البيئة المحيطة
نحن نعلم أن جسم الإنسان يقوم بتحويل الغذاء إلى طاقة حرارية كي يحافظ على درجة حرارته ثابتة،
ولكي تستمر هذه الدرجة كما هي فينبغى أن تتعادل الحرارة التي ينتجها الجسم مع الحرارة التي يمتصها من الجو المحيط
مما يعني أن جلد الإنسان هو منطقة تبادل حراري
وجسم الإنسان يستخدم جميع الوسائل من أجل تحقيق ذلك التعادل
جسم الإنسان يستخدم الإشعاع ليبعد الحرارة كي يبرد وأحياناً أخرى يستقبلها كي يدفأ
ويستخدم التوصيل لينقل الحرارة إلى الأجسام المجاورة ليبرد وأحيانا يمتص الحرارة من الأجسام المجاورة ليدفأ
جسم الإنسان يستخدم الحمل الحراري ليبرد، وحتى التعرق من وسائل التبريد التي يستخدمها جسم الإنسان
درجة الحرارة المحسوسة
عندما يكون الجو بارداً تتكون طبقة دافئة ملاصقة للجسم لتحميه من البرودة الخارجية وتمنع تسرب طاقة الجسم الحرارية وبالتالي نحس بالدفء
وإذا كان هناك هدوء للرياح فهذه الطبقة الدافئة المتكونة حول الجسم تثبت جيداً في مكانها ونحس كما لو أن الجو دافئ
مع أن درجة حرارة الجو منخفضة ولكن أحدنا سيقول في ذلك الوقت (كأنّ اليوم دفء)
فإذا ما هب الهواء وأنقشعت تلك الطبقة الدافئة حول الجسم فحينها يتمكّن البراد من الجسم
لكنّ الجسم يقاوم ويدفع بطاقة حرارية جديدة حوله ثم تنقشع أيضاً بفعل نشاط الهواء
حتى يضعف مخزون الطاقة من الجسم بسرعة
فعندها سيقول أحدهم (ذبحنا البرد الليلة)
إذن هناك علاقة وثيقة بين قوة الرياح وإحساس الجسم البشري بدرجة الحرارة
فإذا كانت درجة الحرارة مثلاً 8 درجات مئوية وسرعة الرياح 20 كيلو متر في الساعة فدرجة الحرارة المحسوسة تنقص 8 درجات لتصبح صفر مئوي
وهذا جدول يوضح العلاقة بين درجات الحرارة المحسوسة وسرعة الرياح
وبه نختم الحديث في هذا الفصل
ونلقاكم بإذن الله في الفصل القادم فصل الرطوبة والتكثف والسحب
رد مع اقتباس
المشاركة الأصلية كتبت بواسطة سلمان الفارسي
