سلمان الفارسي
14/03/2013, 12:42 AM
الضغط الجوي والرياح
ماهو الضغط الجوي، الضغط في الغلاف الجوي، الضغط السطحي، أسباب هبوب الرياح، إتجاهات الرياح وقوة كوريوليس
http://farm9.staticflickr.com/8240/8554745197_1219a7af2b_c.jpg
لقد عرفنا في الدروس السابقة ان الرياح تتحرك أفقياً بسبب وجود الفوارق الأفقية في الضغط الجوي بين منطقة واخرى
ولكن ما سبب وجود هذه الفروقات في الضغط الجوي بين منطقة وأخرى ؟
وماهي القوى التي تسبب هذه الفروقات في الطبقات العلوية والسطحية من الكرة الأرضية
الضغط الجوي ببساطة شديدة هو وزن الهواء، الهواء البارد ثقيل ووزنه ثقيل وبالتالي الضغط الجوي يصبح أعلى قيمة
وعلى العكس الهواء الدافئ يعطي ضغطاً جوياً أقل
وكتلة الهواء تتأثر قيمتها أو قوتها بالأصح كلما إرتفعنا عن سطح الأرض لأن الهواء بالأعلى يحمل جزيئات أقل
ففي غلاف الأرض الجوي تزدحم الجزيئات قرب سطح الأرض، ولذلك يصبح الضغط أقل كلما أرتفعنا إلى الأعلى
http://farm9.staticflickr.com/8510/8555855272_fb38db04b1_z.jpg
يقاس الضغط الجوي بأجهزة تسمى الباروميتر وهي تقيس عدد البارات وكل بار يعبر عن القوة فوق منطقة ما
ولكون البار يعبر عن قيمة كبيرة فإن خرائط الضغط الجوي تستخدم وحدة أصغر لتكون مناسبة لصغر التغيرات التي تحدث على سطح الأرض
وهي الميللي بار وتساوي واحد من الألف من البار
وفي الوقت الحالي فإن الخرائط الجوية تستخدم كثيراً وحدة الهيكتوباسكال التي أعتمدت من قبل النظام العالمي للقياسات
والباسكال يساوي قوة 1 نيوتن لكل متر مربع
ولا فرق بين الهكتوباسكال والميللي بار حيث 1 هكتوباسكال = 1 ميللي بار
وتحدد قيمة الضغط القياسي عند مستوى سطح البحر 1013 ميللي بار أي 1013 هكتوباسكال
كيف يحتسب الضغط السطحي عند مستوى سطح البحر في مدينة ترتفع عن مستوى سطح البحر مثل أبها ؟
للإجابة عن هذا السؤال علينا أن نعرف أن الضغط الجوي ينقص 10 ميللي بار كلما إرتفعنا 100 متر
مع العلم بأن هذه المعادلة تختلف كلما إبتعدنا في الغلاف الجوي حيث تقل حدة التناقص بسبب تقارب الضغوط بالأعلى
وإستناداً إلى هذه المعادلة التي ذكرناها فإن خرائط الضغط السطحي تضيف على الدرجات المسجلة في مناطق مرتفعة عن سطح الأرض أرقام تناسب إرتفاعها
لكي يتم تسجيل ضغطها عند مستوى سطح البحر
مثال:
مدينة ترتفع 300 متر عن سطح الأرض وسجل جهاز قياس الضغط الجوي بها 980 ميللي بار فكيف نحسب قيمة ضغطها الجوي عند مستوى سطح البحر ؟
لتسجيل ضغطها عند مستوى سطح البحر نضيف 10 ميللي بار لكل 100 متر إرتفاع
وبما أن الإرتفاع 300 متر فإن الإضافة تكون 30 ميللي بار ويصبح ضغطها 980 + 30 = 1010 ميللي بار
وتسجل بهذه القيمة على خرائط الضغط السطحي لأن الخريطة معنية بقياس الضغط عند مستوى سطح البحر
فائدة ..
سجل قياس الضغط الجوي على مدينة حائل 1016 ميللي بار فهل نعتبر أن الضغط منخفض أم مرتفع ؟
الإجابة تقبل الإحتمالين .. فلا يمكننا القول أن حائل ذات ضغط منخفض أو ضغط مرتفع بدون أن نعرف قيمة الضغط الجوي في المناطق المجاورة
لأن الحكم على إرتفاع إو إنخفاض الضغط الجوي يتم إستناداً على قيم الضغط الجوي المجاورة
فإذا وجدنا ان المناطق المحيطة بحائل ذات ضغط 1014 فيمكننا القول أن حائل مرتفعة الضغط الجوي بما أن ضغطها 1016 أعلى من القيم بجوارها
وإذا وجدنا أن المناطقة المحيطة بحائل تسجل أرقام ضغط 1018 فإن حائل بناءاً على ذلك هي منطقة ضغط منخفض
والآن نريد أن نجيب على تساءل مهم .. وهو لماذا تهب الرياح ولماذا تسكن ؟
تعالوا أولاً نأخذ بعضاً من قوانين نيوتن المشهورة لفهم المسألة ..
يقول نيوتن الجسم الساكن يظل ساكن مالم تأتي قوة تحركه، والجسم المتحرك يظل متحرك مالم تأتي قوة توقفه .. وهذا من القوانين المشهورة في الحركة
والقانون الآخر يقول إذا أثرت مجموعة قوى على جسم فإنه يتحرك أو يسكن حسب محصلة القوى المؤثرة عليه
وباقي قانون مشهور جداً وهو لكل فعل ردة فعل مساوية في المقدار ومعاكسة في الإتجاه
بناءاً على هذه القوانين .. الهواء لن يتحرك مالم يأتي شئ يحركه ولن يسكن مالم يأتي شئ يسكنه
فماهي القوى التي يمكن ان تحرك الهواء أو تسكنه ؟
القوى التي يمكنها التأثير على الرياح هي:
قوة إنحدار الضغط .. قوة الجذب والطرد المركزي .. قوة الإحتكاك .. قوة كوريوليس
وسنشرح كلاً منها ..
وسنقوم بدراسة أسباب هبوب الرياح وسكونها وذلك على ضوء هذه القوى التي ذكرناها
أول قوى التأثير على هبوب الرياح هي قوة إنحدار الضغط
ونحن نعرف أن فروقات الضغط الأفقية على سطح الأرض تسبب هبوب الرياح من منطقة الضغط الأعلى إلى منطقة الضغط الأقل
http://farm9.staticflickr.com/8371/8555854674_b5cc3938bd.jpg
ولتبسيط هذا المفهوم فلنتخيل أن وضعنا خزانين ماء بجوار بعضهما وملأنا أحدهما والأخر صببنا حتى ربعه فماذا يحصل ؟
الجواب معروف وهو أن الماء ينتقل من الخزان الأكثر ماءاً إلى الخزان الأقل ماءاً
http://farm9.staticflickr.com/8528/8554744891_d4b7c95e85.jpg
وهذا هو لب نظرية إنحدار الضغط ..
فالخزان الممتلئ .. ضغطه أعلى مما يدفع الماء للإنتقال إلى الخزان الأقل ضغطاً
وبمعنى آخر إذا كان الضغط في الرياض 1016 وفي مكة 1012 فإن إتجاه الرياح يفترض أن يكون من الرياض إلى مكة
وبقوة تساوي 4/900 أي أربعة لكل تسعمائة كيلو (4 هو فارق قيم الضغط و 900 هي المسافة بين المدينتين)
وإذا كان الضغط في الرياض 1020 وفي مكة 1008 مثلاً
فإن قوة الإنحدار ستكون 12/900 أي رياح أقوى بثلاثة أضعاف
وعلى ذلك فإننا عندما نرى في خرائط الضغط السطحي الخطوط متباعدة فهذا يعني أن إنحدارات الضغط خفيفة بالنسبة للمسافات وبالتالي رياح أقل قوة
وإذا رأيناها متقاربة فهذا يعني أن الإنحدارات قوية والضغوط تختلف على مسافات متقاربة وبالتالي رياح قوية
عرفنا الآن أن الرياح تهب من مناطق الضغط المرتفع إلى الضغط المنخفض بقوة تتناسب مع قوة الإنحدار في الضغط ولكن كيف سيكون إتجاه الرياح ؟
في مثال الرياض مكة من المفترض أن تهب الرياح بناءاً على هذا المفهوم مباشرة من الرياض إلى مكة بشكل مستقيم ولكن الموضوع تتداخل فيه قوى أخرى غير إنحدار الضغط
وهنا سنأتي بالحديث حول قوة كوريوليس
وهي القوة الدورانية فالأرض تدور حول محورها كما نعلم جميعاً وهذه الدوران يسبب إنحراف الرياح إلى اليمين من دون التأثير على قوتها
http://farm9.staticflickr.com/8108/8555855126_460e869b79.jpg
وفي الواقع نحن نشاهد الرياح الجنوبية عندما تهب علينا لا تتجه مباشرة شمالاً بل تنحرف يميناً
فإذا عبرت على سبيل المثال من جهة وسط البحر الأحمر
فإنها تنحرف إلى اليمين بسبب قوة كوريوليس لتأخذ مسار يمر بالقصيم ومن ثم الكويت تقريباً
علماً بأن هذا الإنحراف إلى اليمين يخص مناطق نصف الكرة الشمالي بينما في جنوب الكرة الأرضية الإنحراف يكون إلى جهة اليسار
وللعلم أيضاً فإن الإنحراف يزيد مع زيادة سرعة الرياح
سؤال: أيهما أقوى قوة إنحدار الضغط أم قوة كوريوليس في التأثير على رياح تدور حول محور منخفض سطحي ؟
الجواب هو أن قوة إنحدار الضغط أقوى ولذلك نرى خرائط السطح ترسم الرياح وهي تخترق خطوط الضغط متجهه إلى المركز
والسبب أن قوة الإحتكاك التي تتواجد قريباً من سطح الأرض وتتناقص كلما أرتفعنا تحد من قوة كوريوليس وتساعد قوة إنحدار الضغط كي تتفوق في توجيه الرياح
لكن الأمور تختلف عندما نتحدث عن الخرائط التي ترسم رياح الطبقات العلوية لكون الأمور هناك تتم بمعزل عن قوة الإحتكاك (تقريباً على إرتفاع 1 كيلومتر من سطح الأرض)
ولذلك يظهر تعادل بين قوة الإنحدار وقوة كوريوليس
مما يجعل الرياح تدور بشكل موازي لخطوط الايزوبار ولا تخترقها
قارنوا في المثال التوضيحي التالي بين الأسهم التي تدل على إتجاه الرياح في الخرائط السطحية وفي الخرائط العلوية
http://farm9.staticflickr.com/8242/8555854672_b5c629354f_b.jpg
كذلك لا ننسى أن نشير إلى أن غياب قوة الإحتكاك في الطبقات العلوية يجعل الرياح أسرع منها في الطبقات القريبة من السطح
تحدثنا إلى الآن عن قوة إنحدار الضغط وقوة الإحتكاك وقوة كوريوليس
وبقي لدينا أخيراً قوة الجذب المركزي وهي القوة التي تجعل الهواء يسلك مساراً دائرياً حول مركز الجسم الذي يدور
أو بمعنى آخر هي القوة الدورانية .. وهي المسئولة عن بقاء حركة الرياح دورانية في المنخفضات والمرتفعات
بالنسبة للمرتفعات حيث يكون دوران الهواء متجهاً إلى الخارج تسمى القوة هنا بقوة الطرد المركزي
ولا نريد الإطالة والتعمق في التفصيل الفيزيائي للظواهر إذ حسبنا منها ما يفسر لنا الظواهر الجوية
الحركة الرأسية للرياح (من السطح إلى الأعلى والعكس)
في الطبقات العلوية تظل الرياح تدور حول مركز المنخفض بدون تعمق بسبب تعادل قوتي إنحدار الضغط وقوة كوريوليس لغياب قوة الإحتكاك
بينما على السطح تدور الرياح حول المنخفض السطحي بشكل تتعمق فيه إلى مركز المنخفض بسبب تفوق قوة إنحدار الضغط على قوة كوريوليس كما ذكرنا
وهنا عندما تتعمق الرياح التي تدور حول المنخفض السطحي وتتجمع قرب المركز لا بد من مخرج لهذا التزاحم
فلا يمكن للرياح الغوص داخل الأرض والضغط يتزايد من جميع زوايا المنخفض السطحي
وعندها لا يوجد منفس ولا مخرج سوى الصعود إلى أعلى وهذا ما يجعلنا دائما نرشح قوة الأمطار في مراكز الضغط السطحي لسهولة التصعيد
وعند صعود هذه الرياح إلى الأعلى تصل إلى نقطة من الغلاف الجوي يتوقف فيها التصعيد وتبدأ الرياح في هذا المستوى بالتوسع أفقياً
ويستمر المنخفض يراوح مكانه طالما كانت كمية الرياح التي تتوسع أفقياً في أعلى المنخفض مساوية لكمية الرياح التي تتجه سطحياً حول مركز المنخفض
لكن إذا كان التصريف العلوي أكثر من التحصيل الأرضي فماذا يحدث ؟
يحدث إنخفاض أكثر في قيمة المنخفض السطحي بمقدار الفرق بين توسع الرياح الأفقي بالأعلى وإلتقاء الرياح الأرضي عند مركز المنخفض وتشتد الرياح صوب مركز المنخفض
وإذا كان الأمر على العكس من ذلك أي أن التصريف العلوي أقل من التحصيل السطحي فهنا ترتفع قيمة المنخفض وتهدأ الرياح
وهذا من الأساسيات التي يجب أن نعرفها وهو أن الأنظمة العلوية مؤثر رئيسي في تكوّن الأنظمة على السطح
وهناك نقطة مهمة في هذا الموضوع وهي أن قوة إنحدار الضغط تكون قوية في إتجاه الصعود أقوى منها في الإتجاهات الأفقية
بسبب أن معدل تناقص الضغط كلما صعدنا إلى الأعلى أقوى من معدل تناقص الضغط كلما تحركنا أفقياً على السطح
ولكن هذا الفرق في القوة تتكفل بتعويضه قوة الجاذبية الأرضية وإلا لصعد الهواء إلى الأعلى بطريقة تخل توازن الحياة على الأرض
فالجاذبية تبقي الفروقات حول مستوى التعادل تزيد أو تنقص قليلاً
كذلك نحب أن نشير إلى أن الرياح العلوية في إطارها العام تسير من الغرب إلى الشرق
ولذلك فإن رحلات الطيران التي تتجه من الغرب إلى الشرق تجد سهولة في المسار وتستغرق وقتاً أقصر في الوصول
مثال:
إذا كان زمن الرحلة من الرياض إلى فرانكفورت 7 ساعات ذهاباً فهو سيصبح 6 ساعات تقريباً عند العودة من فرانكفورت إلى الرياض
لأن خط العودة يكون مع إتجاه حركة الرياح العلوية وتستفيد منه الرحلات المتجهة من الغرب إلى الشرق
تحديد إتجاه الرياح ومعرفة الرياح السائدة
يسمى إتجاه الرياح بحسب مصدرها فيقال الرياح شمالية إذا كانت تهب من جهة الشمال ونحن لا نرى الهواء ولكن نرى أثره ونستدل بالأثر على معرفة إتجاه الرياح
فحركة الأجسام الخفيفة كالغبار والأوراق تدلنا على مصدر هبوب الرياح لكن ينبغى أن يكون ذلك في مكان مفتوح وخالي من المؤثرات التي تحرف إتجاه الرياح كالمباني مثلاً
الأعلام وإتجاه دخان المصانع مؤشر شائع لمعرفة إتجاه الرياح، علماً بأن هناك فترات يسكن فيها الهواء وهي الفترات الباردة من اليوم (ساعات الليل المتأخرة حتى بعد شروق الشمس)
وأقوى أوقات هبوب الرياح هي من بعد الظهيرة حتى المساء
ولكل منطقة رياح سائدة تكون هي الغالبة أكثر فترات السنة وهي تحدد بشكل عام مناخ هذه المنطقة
فالمناطق التي تكون رياحها السائدة بحرية يكون مناخها رطب وهواءها ألطف ويتكون على سواحلها الضباب
والمناطق التي تكون رياحها السائدة برية يكون مناخها دافئ وجاف
وهناك مناطق تعتاد الرياح المتصاعدة لإرتفاع موقعها مثل مناطق عسير أو الباحة فيتهيأ لها تكون السحب وسقوط الأمطار أكثر من المناطق التي تكون رياحها السائدة هابطة أو منحدرة
وتحديد إتجاه الرياح السائدة لمنطقة ما مفيد جداً
فبناءاً على ذلك يتم التحديد الصحيح لمناطق بناء المصانع والمصافي حتى لا تتعرض المناطق السكنية كثيراً للدخان والهواء الملوث
مدرجات الإقلاع والهبوط للطائرات يجب تصميمها بشكل يناسب إتجاه الرياح السائدة لتحقيق سلاسة الإقلاع والهبوط
(أصعب اللحظات عند هبوط الطائرات هي الرياح التي تهب بإتجاه أحد جانبي الطائرة لأنها تحرف إتجاهها عن المسار)
وحتى في بناء المسكن الخاص كثير من الناس يهتم ببناء الشبابيك في الموقع الذي يوفر تهوية جيدة للمنزل
وفي بعض الدول التي تتعرض لهبات هواء قارصة من جهة رياحها السائدة يراعون في تصاميم منازلهم وضع الشبابيك في الجهة المعاكسة
قياس سرعة الرياح
يسمى جهاز قياس سرعة الرياح بالأنيمومتر
http://farm9.staticflickr.com/8240/8555855184_c29675491e_z.jpg
ويتكون من ثلاث أو أربع أكواب مخروطية الشكل مثبتة على شكل مروحي، وعند هبوب الرياح تتحرك الأكواب وتدور حول المحور بقدر تأثير الرياح عليها
عدد الدورات في زمن معين هو الذي يمثل سرعة الرياح
ومن خلال عدد الدورات يتم إستنتاج سرعة الرياح بواسطة نظام تروس آلي
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Cup-Anemometer-Animation.gif
طبعاً الصحون هذي لو هبّت عليها بعض من هبايبنا ..
أكيد إنها بتوقّع في حوش الجيران .. والعمود اللي ماسكها الله لا يهينه معها :D
إنتهى الحديث حول الفصل السادس ونلقاكم في الفصل السابع
وهو الذي يناقش دورات الرياح في الغلاف الجوي ويشمل أنظمة الرياح العالمية والمحلية والمرتفعات والمنخفضات الشبه ثابتة وكذلك التيار النفاث والنينو واللانينا
نستودعكم الله
والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته
ماهو الضغط الجوي، الضغط في الغلاف الجوي، الضغط السطحي، أسباب هبوب الرياح، إتجاهات الرياح وقوة كوريوليس
http://farm9.staticflickr.com/8240/8554745197_1219a7af2b_c.jpg
لقد عرفنا في الدروس السابقة ان الرياح تتحرك أفقياً بسبب وجود الفوارق الأفقية في الضغط الجوي بين منطقة واخرى
ولكن ما سبب وجود هذه الفروقات في الضغط الجوي بين منطقة وأخرى ؟
وماهي القوى التي تسبب هذه الفروقات في الطبقات العلوية والسطحية من الكرة الأرضية
الضغط الجوي ببساطة شديدة هو وزن الهواء، الهواء البارد ثقيل ووزنه ثقيل وبالتالي الضغط الجوي يصبح أعلى قيمة
وعلى العكس الهواء الدافئ يعطي ضغطاً جوياً أقل
وكتلة الهواء تتأثر قيمتها أو قوتها بالأصح كلما إرتفعنا عن سطح الأرض لأن الهواء بالأعلى يحمل جزيئات أقل
ففي غلاف الأرض الجوي تزدحم الجزيئات قرب سطح الأرض، ولذلك يصبح الضغط أقل كلما أرتفعنا إلى الأعلى
http://farm9.staticflickr.com/8510/8555855272_fb38db04b1_z.jpg
يقاس الضغط الجوي بأجهزة تسمى الباروميتر وهي تقيس عدد البارات وكل بار يعبر عن القوة فوق منطقة ما
ولكون البار يعبر عن قيمة كبيرة فإن خرائط الضغط الجوي تستخدم وحدة أصغر لتكون مناسبة لصغر التغيرات التي تحدث على سطح الأرض
وهي الميللي بار وتساوي واحد من الألف من البار
وفي الوقت الحالي فإن الخرائط الجوية تستخدم كثيراً وحدة الهيكتوباسكال التي أعتمدت من قبل النظام العالمي للقياسات
والباسكال يساوي قوة 1 نيوتن لكل متر مربع
ولا فرق بين الهكتوباسكال والميللي بار حيث 1 هكتوباسكال = 1 ميللي بار
وتحدد قيمة الضغط القياسي عند مستوى سطح البحر 1013 ميللي بار أي 1013 هكتوباسكال
كيف يحتسب الضغط السطحي عند مستوى سطح البحر في مدينة ترتفع عن مستوى سطح البحر مثل أبها ؟
للإجابة عن هذا السؤال علينا أن نعرف أن الضغط الجوي ينقص 10 ميللي بار كلما إرتفعنا 100 متر
مع العلم بأن هذه المعادلة تختلف كلما إبتعدنا في الغلاف الجوي حيث تقل حدة التناقص بسبب تقارب الضغوط بالأعلى
وإستناداً إلى هذه المعادلة التي ذكرناها فإن خرائط الضغط السطحي تضيف على الدرجات المسجلة في مناطق مرتفعة عن سطح الأرض أرقام تناسب إرتفاعها
لكي يتم تسجيل ضغطها عند مستوى سطح البحر
مثال:
مدينة ترتفع 300 متر عن سطح الأرض وسجل جهاز قياس الضغط الجوي بها 980 ميللي بار فكيف نحسب قيمة ضغطها الجوي عند مستوى سطح البحر ؟
لتسجيل ضغطها عند مستوى سطح البحر نضيف 10 ميللي بار لكل 100 متر إرتفاع
وبما أن الإرتفاع 300 متر فإن الإضافة تكون 30 ميللي بار ويصبح ضغطها 980 + 30 = 1010 ميللي بار
وتسجل بهذه القيمة على خرائط الضغط السطحي لأن الخريطة معنية بقياس الضغط عند مستوى سطح البحر
فائدة ..
سجل قياس الضغط الجوي على مدينة حائل 1016 ميللي بار فهل نعتبر أن الضغط منخفض أم مرتفع ؟
الإجابة تقبل الإحتمالين .. فلا يمكننا القول أن حائل ذات ضغط منخفض أو ضغط مرتفع بدون أن نعرف قيمة الضغط الجوي في المناطق المجاورة
لأن الحكم على إرتفاع إو إنخفاض الضغط الجوي يتم إستناداً على قيم الضغط الجوي المجاورة
فإذا وجدنا ان المناطق المحيطة بحائل ذات ضغط 1014 فيمكننا القول أن حائل مرتفعة الضغط الجوي بما أن ضغطها 1016 أعلى من القيم بجوارها
وإذا وجدنا أن المناطقة المحيطة بحائل تسجل أرقام ضغط 1018 فإن حائل بناءاً على ذلك هي منطقة ضغط منخفض
والآن نريد أن نجيب على تساءل مهم .. وهو لماذا تهب الرياح ولماذا تسكن ؟
تعالوا أولاً نأخذ بعضاً من قوانين نيوتن المشهورة لفهم المسألة ..
يقول نيوتن الجسم الساكن يظل ساكن مالم تأتي قوة تحركه، والجسم المتحرك يظل متحرك مالم تأتي قوة توقفه .. وهذا من القوانين المشهورة في الحركة
والقانون الآخر يقول إذا أثرت مجموعة قوى على جسم فإنه يتحرك أو يسكن حسب محصلة القوى المؤثرة عليه
وباقي قانون مشهور جداً وهو لكل فعل ردة فعل مساوية في المقدار ومعاكسة في الإتجاه
بناءاً على هذه القوانين .. الهواء لن يتحرك مالم يأتي شئ يحركه ولن يسكن مالم يأتي شئ يسكنه
فماهي القوى التي يمكن ان تحرك الهواء أو تسكنه ؟
القوى التي يمكنها التأثير على الرياح هي:
قوة إنحدار الضغط .. قوة الجذب والطرد المركزي .. قوة الإحتكاك .. قوة كوريوليس
وسنشرح كلاً منها ..
وسنقوم بدراسة أسباب هبوب الرياح وسكونها وذلك على ضوء هذه القوى التي ذكرناها
أول قوى التأثير على هبوب الرياح هي قوة إنحدار الضغط
ونحن نعرف أن فروقات الضغط الأفقية على سطح الأرض تسبب هبوب الرياح من منطقة الضغط الأعلى إلى منطقة الضغط الأقل
http://farm9.staticflickr.com/8371/8555854674_b5cc3938bd.jpg
ولتبسيط هذا المفهوم فلنتخيل أن وضعنا خزانين ماء بجوار بعضهما وملأنا أحدهما والأخر صببنا حتى ربعه فماذا يحصل ؟
الجواب معروف وهو أن الماء ينتقل من الخزان الأكثر ماءاً إلى الخزان الأقل ماءاً
http://farm9.staticflickr.com/8528/8554744891_d4b7c95e85.jpg
وهذا هو لب نظرية إنحدار الضغط ..
فالخزان الممتلئ .. ضغطه أعلى مما يدفع الماء للإنتقال إلى الخزان الأقل ضغطاً
وبمعنى آخر إذا كان الضغط في الرياض 1016 وفي مكة 1012 فإن إتجاه الرياح يفترض أن يكون من الرياض إلى مكة
وبقوة تساوي 4/900 أي أربعة لكل تسعمائة كيلو (4 هو فارق قيم الضغط و 900 هي المسافة بين المدينتين)
وإذا كان الضغط في الرياض 1020 وفي مكة 1008 مثلاً
فإن قوة الإنحدار ستكون 12/900 أي رياح أقوى بثلاثة أضعاف
وعلى ذلك فإننا عندما نرى في خرائط الضغط السطحي الخطوط متباعدة فهذا يعني أن إنحدارات الضغط خفيفة بالنسبة للمسافات وبالتالي رياح أقل قوة
وإذا رأيناها متقاربة فهذا يعني أن الإنحدارات قوية والضغوط تختلف على مسافات متقاربة وبالتالي رياح قوية
عرفنا الآن أن الرياح تهب من مناطق الضغط المرتفع إلى الضغط المنخفض بقوة تتناسب مع قوة الإنحدار في الضغط ولكن كيف سيكون إتجاه الرياح ؟
في مثال الرياض مكة من المفترض أن تهب الرياح بناءاً على هذا المفهوم مباشرة من الرياض إلى مكة بشكل مستقيم ولكن الموضوع تتداخل فيه قوى أخرى غير إنحدار الضغط
وهنا سنأتي بالحديث حول قوة كوريوليس
وهي القوة الدورانية فالأرض تدور حول محورها كما نعلم جميعاً وهذه الدوران يسبب إنحراف الرياح إلى اليمين من دون التأثير على قوتها
http://farm9.staticflickr.com/8108/8555855126_460e869b79.jpg
وفي الواقع نحن نشاهد الرياح الجنوبية عندما تهب علينا لا تتجه مباشرة شمالاً بل تنحرف يميناً
فإذا عبرت على سبيل المثال من جهة وسط البحر الأحمر
فإنها تنحرف إلى اليمين بسبب قوة كوريوليس لتأخذ مسار يمر بالقصيم ومن ثم الكويت تقريباً
علماً بأن هذا الإنحراف إلى اليمين يخص مناطق نصف الكرة الشمالي بينما في جنوب الكرة الأرضية الإنحراف يكون إلى جهة اليسار
وللعلم أيضاً فإن الإنحراف يزيد مع زيادة سرعة الرياح
سؤال: أيهما أقوى قوة إنحدار الضغط أم قوة كوريوليس في التأثير على رياح تدور حول محور منخفض سطحي ؟
الجواب هو أن قوة إنحدار الضغط أقوى ولذلك نرى خرائط السطح ترسم الرياح وهي تخترق خطوط الضغط متجهه إلى المركز
والسبب أن قوة الإحتكاك التي تتواجد قريباً من سطح الأرض وتتناقص كلما أرتفعنا تحد من قوة كوريوليس وتساعد قوة إنحدار الضغط كي تتفوق في توجيه الرياح
لكن الأمور تختلف عندما نتحدث عن الخرائط التي ترسم رياح الطبقات العلوية لكون الأمور هناك تتم بمعزل عن قوة الإحتكاك (تقريباً على إرتفاع 1 كيلومتر من سطح الأرض)
ولذلك يظهر تعادل بين قوة الإنحدار وقوة كوريوليس
مما يجعل الرياح تدور بشكل موازي لخطوط الايزوبار ولا تخترقها
قارنوا في المثال التوضيحي التالي بين الأسهم التي تدل على إتجاه الرياح في الخرائط السطحية وفي الخرائط العلوية
http://farm9.staticflickr.com/8242/8555854672_b5c629354f_b.jpg
كذلك لا ننسى أن نشير إلى أن غياب قوة الإحتكاك في الطبقات العلوية يجعل الرياح أسرع منها في الطبقات القريبة من السطح
تحدثنا إلى الآن عن قوة إنحدار الضغط وقوة الإحتكاك وقوة كوريوليس
وبقي لدينا أخيراً قوة الجذب المركزي وهي القوة التي تجعل الهواء يسلك مساراً دائرياً حول مركز الجسم الذي يدور
أو بمعنى آخر هي القوة الدورانية .. وهي المسئولة عن بقاء حركة الرياح دورانية في المنخفضات والمرتفعات
بالنسبة للمرتفعات حيث يكون دوران الهواء متجهاً إلى الخارج تسمى القوة هنا بقوة الطرد المركزي
ولا نريد الإطالة والتعمق في التفصيل الفيزيائي للظواهر إذ حسبنا منها ما يفسر لنا الظواهر الجوية
الحركة الرأسية للرياح (من السطح إلى الأعلى والعكس)
في الطبقات العلوية تظل الرياح تدور حول مركز المنخفض بدون تعمق بسبب تعادل قوتي إنحدار الضغط وقوة كوريوليس لغياب قوة الإحتكاك
بينما على السطح تدور الرياح حول المنخفض السطحي بشكل تتعمق فيه إلى مركز المنخفض بسبب تفوق قوة إنحدار الضغط على قوة كوريوليس كما ذكرنا
وهنا عندما تتعمق الرياح التي تدور حول المنخفض السطحي وتتجمع قرب المركز لا بد من مخرج لهذا التزاحم
فلا يمكن للرياح الغوص داخل الأرض والضغط يتزايد من جميع زوايا المنخفض السطحي
وعندها لا يوجد منفس ولا مخرج سوى الصعود إلى أعلى وهذا ما يجعلنا دائما نرشح قوة الأمطار في مراكز الضغط السطحي لسهولة التصعيد
وعند صعود هذه الرياح إلى الأعلى تصل إلى نقطة من الغلاف الجوي يتوقف فيها التصعيد وتبدأ الرياح في هذا المستوى بالتوسع أفقياً
ويستمر المنخفض يراوح مكانه طالما كانت كمية الرياح التي تتوسع أفقياً في أعلى المنخفض مساوية لكمية الرياح التي تتجه سطحياً حول مركز المنخفض
لكن إذا كان التصريف العلوي أكثر من التحصيل الأرضي فماذا يحدث ؟
يحدث إنخفاض أكثر في قيمة المنخفض السطحي بمقدار الفرق بين توسع الرياح الأفقي بالأعلى وإلتقاء الرياح الأرضي عند مركز المنخفض وتشتد الرياح صوب مركز المنخفض
وإذا كان الأمر على العكس من ذلك أي أن التصريف العلوي أقل من التحصيل السطحي فهنا ترتفع قيمة المنخفض وتهدأ الرياح
وهذا من الأساسيات التي يجب أن نعرفها وهو أن الأنظمة العلوية مؤثر رئيسي في تكوّن الأنظمة على السطح
وهناك نقطة مهمة في هذا الموضوع وهي أن قوة إنحدار الضغط تكون قوية في إتجاه الصعود أقوى منها في الإتجاهات الأفقية
بسبب أن معدل تناقص الضغط كلما صعدنا إلى الأعلى أقوى من معدل تناقص الضغط كلما تحركنا أفقياً على السطح
ولكن هذا الفرق في القوة تتكفل بتعويضه قوة الجاذبية الأرضية وإلا لصعد الهواء إلى الأعلى بطريقة تخل توازن الحياة على الأرض
فالجاذبية تبقي الفروقات حول مستوى التعادل تزيد أو تنقص قليلاً
كذلك نحب أن نشير إلى أن الرياح العلوية في إطارها العام تسير من الغرب إلى الشرق
ولذلك فإن رحلات الطيران التي تتجه من الغرب إلى الشرق تجد سهولة في المسار وتستغرق وقتاً أقصر في الوصول
مثال:
إذا كان زمن الرحلة من الرياض إلى فرانكفورت 7 ساعات ذهاباً فهو سيصبح 6 ساعات تقريباً عند العودة من فرانكفورت إلى الرياض
لأن خط العودة يكون مع إتجاه حركة الرياح العلوية وتستفيد منه الرحلات المتجهة من الغرب إلى الشرق
تحديد إتجاه الرياح ومعرفة الرياح السائدة
يسمى إتجاه الرياح بحسب مصدرها فيقال الرياح شمالية إذا كانت تهب من جهة الشمال ونحن لا نرى الهواء ولكن نرى أثره ونستدل بالأثر على معرفة إتجاه الرياح
فحركة الأجسام الخفيفة كالغبار والأوراق تدلنا على مصدر هبوب الرياح لكن ينبغى أن يكون ذلك في مكان مفتوح وخالي من المؤثرات التي تحرف إتجاه الرياح كالمباني مثلاً
الأعلام وإتجاه دخان المصانع مؤشر شائع لمعرفة إتجاه الرياح، علماً بأن هناك فترات يسكن فيها الهواء وهي الفترات الباردة من اليوم (ساعات الليل المتأخرة حتى بعد شروق الشمس)
وأقوى أوقات هبوب الرياح هي من بعد الظهيرة حتى المساء
ولكل منطقة رياح سائدة تكون هي الغالبة أكثر فترات السنة وهي تحدد بشكل عام مناخ هذه المنطقة
فالمناطق التي تكون رياحها السائدة بحرية يكون مناخها رطب وهواءها ألطف ويتكون على سواحلها الضباب
والمناطق التي تكون رياحها السائدة برية يكون مناخها دافئ وجاف
وهناك مناطق تعتاد الرياح المتصاعدة لإرتفاع موقعها مثل مناطق عسير أو الباحة فيتهيأ لها تكون السحب وسقوط الأمطار أكثر من المناطق التي تكون رياحها السائدة هابطة أو منحدرة
وتحديد إتجاه الرياح السائدة لمنطقة ما مفيد جداً
فبناءاً على ذلك يتم التحديد الصحيح لمناطق بناء المصانع والمصافي حتى لا تتعرض المناطق السكنية كثيراً للدخان والهواء الملوث
مدرجات الإقلاع والهبوط للطائرات يجب تصميمها بشكل يناسب إتجاه الرياح السائدة لتحقيق سلاسة الإقلاع والهبوط
(أصعب اللحظات عند هبوط الطائرات هي الرياح التي تهب بإتجاه أحد جانبي الطائرة لأنها تحرف إتجاهها عن المسار)
وحتى في بناء المسكن الخاص كثير من الناس يهتم ببناء الشبابيك في الموقع الذي يوفر تهوية جيدة للمنزل
وفي بعض الدول التي تتعرض لهبات هواء قارصة من جهة رياحها السائدة يراعون في تصاميم منازلهم وضع الشبابيك في الجهة المعاكسة
قياس سرعة الرياح
يسمى جهاز قياس سرعة الرياح بالأنيمومتر
http://farm9.staticflickr.com/8240/8555855184_c29675491e_z.jpg
ويتكون من ثلاث أو أربع أكواب مخروطية الشكل مثبتة على شكل مروحي، وعند هبوب الرياح تتحرك الأكواب وتدور حول المحور بقدر تأثير الرياح عليها
عدد الدورات في زمن معين هو الذي يمثل سرعة الرياح
ومن خلال عدد الدورات يتم إستنتاج سرعة الرياح بواسطة نظام تروس آلي
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Cup-Anemometer-Animation.gif
طبعاً الصحون هذي لو هبّت عليها بعض من هبايبنا ..
أكيد إنها بتوقّع في حوش الجيران .. والعمود اللي ماسكها الله لا يهينه معها :D
إنتهى الحديث حول الفصل السادس ونلقاكم في الفصل السابع
وهو الذي يناقش دورات الرياح في الغلاف الجوي ويشمل أنظمة الرياح العالمية والمحلية والمرتفعات والمنخفضات الشبه ثابتة وكذلك التيار النفاث والنينو واللانينا
نستودعكم الله
والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته