الحركة الدورانية للغلاف الجوي و ارتباطها بموضوع أنظمة الضغط الجوي

حركة الرياح في الغلاف التي لها دور كبير في الموازنة الحرارية الكبيرة في الكرة الارضية وهذه كما تسمى Glopal wind او Atmospheric circulation


بشكل عام الاشعاع الشمسي يتساقط عموديا على المناطق الاستوائية فسيخن الهواء ويرتفع الى الطبقات العالية من الجو ويتحرك الى القطب الشمالي والجنوبي بالية خاصة عبر خلايا جوية 
لو أخذنا بمثال عدم دوران الكرة الارضية حول نفسها ببساطة ستكون حركة الرياح الى القطبين وثم مباشرة رياح شمالية* سطحية الى المناطق الاستوائية.(*لو اخذنا المقطع الشمالي من الهيموسفير) وتسمىsingle cell model

حركة تبادل الرياح اذا احذنا وضع عدم دوران الارض حول نفسها..single cell model

ولكن الواقع هو دوران الارض حول نفسها وتشكل قوة كوريوليس تؤدي الى انحراف الرياح الى يمينها في الشمال الهيموسفيري ويسارها الى في الجنوب الهيموسفيري.ولذلك هي three-cell model

وتشكلت ثلات خلايا جوية سميت على اسم العالم الذي قام باكتشافها.

والخلايا هي 

1-خلية هادلي(hadley cell)

2-خلية فيريل للعروض الوسطى (ferrell cell)

3-الخلية القطبية (polar cell) 

نموذج الخلايا الثلاث.three cell model

لاحظ اين تقع الخلايا ولاحظ انواع الرياح التي سنتحدث عنها بشيء من التفصيل ان شاء الله.

بالحقيقة تقع الجزيرة العربية ضمن خلية هادلي وسنعرف سبب تصحر الجزيرة العربية في هذا الموضوع.

وتقع بلاد الشام وتركيا ومناطق البحر المتوسط وامريكا الشمالية ضمن الخلية التي تعتير صعبة الفهم وهي خلية فيريل تظهر بها التبادلات الحرارية كثيرا وظهور هذه المنخفضات ما هي الا تبادلات حرارية تحصل بين المناطق الاستوائية والقطبية عبر موجات روسبي.(Rossby wave)التي ساتحدث عنها لاحقا بإذن الله عز وجل.

قبل البدء في التحدث عن هذه الانظمة سابدأ بالتحدث عن قوة كوريوليس.

قوة كوريوليس Coriolis effect 

قوة ناتجة عن دوران الارض حول نفسها وهي سبب انحراف الرياح الى يمينها في الشمال الهيموسفيري والعكس جنوبا.والسبب في رؤية الحركة اللولبية في المنخفضات الجوية عكس عقارب الساعة شمالا ومع عقارب الساعة جنوبا يعود الى الوضع الدوراني للكرة الارضية مع العلم قوة كوريوليس تنعدم في المناطق الاستوائية ( اقل من 5 درجات شمالا وجنوبا) وهذا السبب في عدم رؤية اعاصير او منخفضات تدور في تلك المناطق..

وتكون قوية كلما ابتعدنا عن خط الاستواء اما شمالا او جنوبا.

لندرس سبب رؤية المنخفضات تدور عكس عقارب الساعة شمالا لننظر الى القطب الشمالي ونلاحظ حركة الدوران بالطبع سنلاحظ دورانه عكس عقارب الساعة ولذلك الرياح المنطلقة من الشمال تنحرف الى اليمين..

والعكس في القطب الجنوبي.فدوران الرياح في المنخفضات والمرتفعات الجوية يعود الى طبيعة انحراف الرياح ودوران الارض...

قوة كوريوليس لاحظ انعدامها على المناطق ذات العروض الاقل من 5 شمالا وجنوبا ولاحظ قوتها كلما ابتعدنا ناحية القطبين.

لاحظ انحراف الرياح نحو اليمين في الشمال الهيموسفيري ..

والعكس في الجنوب الهيموسفيري.

لنبدا الحديث عن خلايا الطقس الناشئة.

خلية هادلي.(Hadley cell)

تنشا هذه الخلية بين خطوط العرض 0 و30 شمالا وجنوبا تنخفض شتاء وترتفع صيفا تبعا لحركة الشمس الظاهرية..هذه الخلية تنشا اثناء تساقط اشعة الشمس عاموديا على المناطق الاستوائية يشكل تيارات هوائية دافئة صاعدة الى طبقات عالية من الجو حتى التروبوبوز(بين الترابوسفير والستراتوسفير) بالطبع تحمل هذه التيارات طاقة حرارية كامنة كبيرة جدا (CPT)وطاقة حرارية محسوسة تتحول الى اشعة تحت الحمراء تسخن الجو اثناء انتقالها شمالا.ومنها مايضيع الى الفضاء.

اثناء انتقالها الى خطوط العروض الاعلى تتجمع وتزداد سرعتها وذلك بسبب انتقالها الى دوائرعرض اصغر..

الرياح التجارية والتقائها لاحظ كيفية التقائها ولاحظ الطاقة الاشعاعية solar العمودية.

تكون قمة احتشاد هذه التيارات عند خط عرض 30 شمالا وجنوبا (وسطيا بين 27 و44 ) وكذلك عند 60 شمالا وجنوبا.وبسبب التباين الحراري الكبير يتشكل تيار عظيم وذو سرعة عالية جدا (240 كم تقريبا وذو سرعة عالية جدا في فصل الشتاء حوالي 400 كم)وهو التيار النفاث شبه الاستوائي subtropical jet stream 

وتظهر نواته ما بين ارتفاعي 10 الى 15 كم خاصة عند ارتفاع 13 كم..وتهبط من قاعدة هذا التيار الهواء من ارتفاع عالي ويكون المرتفعات الجوية الشبه الاستوائية .هذه التيارت الهابطة مجففة تتحول الطاقة الحرارية الكامنة(من المناطق الاستوائية) الى طاقة حرارية محسوسة وتتجمع في الاسفل وتمتص الرطوبة الجوية وتاخذ هذه التيارات وقتا طويلا للهبوط من ارتفاع 13 كم الى السطح اكثر من 3 اسابيع وهذه صفات المرتفعات الجوية.

لاحظ انواع التيارات النفاثة..subtropical het stream

بالاضافة الى التيار القطبي او تيارات العروض الوسطى كما يطلق عليها الامريكيون.وهي تسمى هنا polar jet strem

تؤثر هذه المرتفعات على المناطق ذات العروض المتدنية وتقع الصحراوات الكبرى وخاصة الصحراء الكبرى وصحراء الجزيرة العربية وصحاري الولايات المتحدة وجنوب افريقيا واستراليا.

هذه المرتفعات الجوية تؤدي لدفع رياح جنوبية غربية الى العروض الوسط وشمالية شرقية الى المناطق الاستوائية(الرياح التجارية)-لاحظ انها منحرفة الى اليمين بسبب قوة كوريوليس- ونفس الشيء يحدث جنوب الكرة الارضية (الجنوب الهيموسفيري ..

وعندما تقترب من المناطق الاستوائية تصبح رطبة جدا بسبب ما حملته من رطوبة اثناء جريانها في المحيطات وتبخيرها للمياه..

وتنشأ ايضا الغربيات السطحية التي تتجه الى الجبهة القطبية(نتحدث عنها في الخلية القطبية)

تلتقي الرياح التجارية الشمالية الشرقية والجنوبية الشرقية في نظام الضغط المنخفض الاستوائي مشكلة جبهة عريضة ذات موقع متغير تتبع الشمس في حركتها الظاهرية وهو خط (itcz (Inter Tropical Convergence Zone

تتحرك مع هذا الخط تيارات شرقية فوق الطبقة الاحتكاكية (اي فوق طبق 850 مللي بار)تسمى بالشرقيات وهي علامة على دخول هذا الخط وكذلك هبوب الرياح الموسمية monsoon

خط itcz وتنقله شتاء وصيفا مع حركة الشمس الظاهرية الخط الاحمر صيفا(يوليو) ..

والازرق شتاء(يناير)..بالنسبة لتقسيم الفصول للشمال الهيموسفيري.

او جبهة تلاقي ما بين المدارين.

التقاء الرياح التجارية يؤدي الى تقوية الحركة التصاعدية للتيارات الدافئة..

تعتبر هذه المنطقة ذات امطار غزيرة جدا مصحوبة بالعواصف الرعدية القوية .

وحركة هذا الخط تتباين ما بين الشتاء والصيف وبالغالب يستجيب هذا الخط لليابس اكثر منه للماء ويعود ذلك الى الخواص الفيزيائية لليابس .

وهكذا تكتمل دروة هادلي.

وهكذا تقع الجزيرة العربية والصحراء الكبرى في خلية هادلي ولذلك تتكون بها مرتفعات جوية عميقة جدا قد تلامس التروبوبوز اي ارتفاع قد يصل الى اكثر من 12 كم وتؤثر هذه المرتفعات الجوية بجفاف شديد للاجواء وتؤدي الى انقلابات حرارية وتتميز بهواء مجهض ولو كان ساخنا جدا..

الصحاري في العالم ولاحظ انها تقع في نطاق خلية هادلي..

وايضا مرتفعات الجوية التي تسيطر على المحيطات التي تقع على نفس العروض في خلية هادلي تكون ذات مراكز ضعيفة تؤدي الى سكون الهواء على المحيطات وفي الماضي عندما كان البحارة بنتقلون بواسطة سفنهم الشراعية يرمون احصنتهم في البحر بسبب موتها ويعود السبب الى سكون الرياح وتسمى هذه العروض بعروض الاحصنة.horse latitude

مع العلم تعود هذه الخلية الى العالم George Hadley

مثال على انظمة الضغط العالي التي تتكون في هذه الخلية كمرتفع الاوزوري او كما يسمى مرتفع برمودا وهو مسمى غير شائع هنا.

وكذلك المرتفع البسيفيك(مرتفع المحيط الهادئ)

الصحراء الكبرى في نطاق خلية هادلي

هل تعلم ان اعلى درجة حرارة سجلت في الصحراء الكبرى في ليبيا في عام 1922 في سبتمبر. حوالي 58 درجة مئوية وكان في منطقة العزيزة.

الخلية القطبية (polar cell )

الجبهة القطبية

تقع في العروض العالية جدا 60 شمالا وجنوبا الى 90 درجة ..هذه الخلية شبيهة بخلية هادلي..

ببساطة يسيطر على هذه المناطق امتداد لمنخفض جوي في الطبقات العالية وبسبب الانقلاب الحراري الكبير في الطبقات السطحية تتكون المرتفعات ذات الامتدادات السطحة..

وكما قلنا سابقا بحيث تسيطر منخفضات جوية في الطبقات العالية ويحلق حولها تيارات هوائية غربية علوية تسمى بالتيار النفاث القطبي polar jet stream ويهبط الهواء الموجود في التيارات القطبية الذي يحمل طاقة حرارية كامنة ليتحول الى طاقة حرارية محسوسة يوازن الحرارة ويعوضها من الحرارة الضائعة الكبيرة.

وكما قلنا تتكون مرتفعات جوية بسبب الانقلاب الحراري وهذا بسبب وجود غطاء جليدي سميك جدا ومتماسك وكما نعلم ان الجلبد والثلج يعكس حوالي 95 % من الطاقة الاشعاعية الواصلة من الشمس ولذلك تنخفض الحرارة بشكل كبير جدا على قرابة من السطح وتتكون المرتفعات الجوية الباردة مع امتداد لمنخفض جوي في الطبقات العالية وهذا بسبب قلة الاشعاع الشمسي .

مع العلم الغلاف الجوي قليل السمك كلما ابتعدنا الى القطبين..

تؤدي هذه المرتفعات الى هبوب رياح قطبية باردة جدا تؤدي الى انخفاض الحرارة على المناطق التي تهب عليها هذه الرياح وهذه الرياح هي الشمالية لتنحرف الى اليمين بسبب قوة كوريوليس لتصبح رياح شمالية شرقية او كما تسمى بالشرقيات القطبية (polar easterlies) وبالطبع تتحرك مع الجبهة القطبية التي تتكون عليها منخفضات جوية شبه قطبية (subpolar low) التي تتجمع بها الرياح السطحية وترتفع الى الاعلى وتتحرك مع الغربيات القطبية في الطبقات العالية وتهبط في المناطق القطبية مكملة هذه الدورة..

لاحظ الجليد السميك جدا على تلك المناطق ..

الجبهة القطبية الباردة جدا ادت الى انخفاض الحرارة في فوستوك\ انتاركتيكا الى -89 درجة مئوية في يولويو عام 1983

لتبسيط فهم هذه الدورة تخيل الجبهة القطبية التي

تتكون عليها المنخفضات الجوية الشبه القطبية هي نفسها الخط الاستوائي itcz الذي يؤدي الى تصاعد التيارات الى اعلى بفعل التسخين .الاختلاف يكمن في كيفية والية تصاعد الهواء في الخليتين ففي الجبهة القطبية. يتصاعد الهواء عبر اصتدامه عليها من الغربيات(خلية فيريل)(الامر مشابه الى حد ما مع الجبهة الباردة )اما خلية هادلي فهي ناشئة عن التقاء الرياح التجارية والتسخين الحراري.ولذلك يسود شبه كبير بين خليتي هادلي والخلية القطبية ..

مع العلم الجبهة القطبية هي الفاصل بين خليتي فيريل التي سنحدث عنها لاحقا. والخلية القطبية.

مع العلم المنخفضات الجوية التي تتكون على طول الجبهة القطبية هي كمنخفض الايسلندي في شمال المحيط الاطلسي وكثيرا ما كنا نشاهده في الخرائط الجوية شتاء .وايضا المنخفض الالتياني شمال المحيط الهادئ ..

صورة طبيعية للمنخفض الشبه القطبي الالتياني شال المحيط الهادئ.

صورة عن طريق النماذج الحاسوبية لنفس المنخفض..

وايضا المرتفعات الضحلة التي تتكون على الجليد كمرتفع سيبيريا والمرتفع الكندي .

بالحقيقة تظهر هذه الخلية بوضوح اكبر في القطب الجنوبي. بسبب تماسك المنخفضات القطبة جنوبا ويعود الى الخواص الفيزيائية للقطب الجنوبي..ويعود الى خواص فيزيائية خاصة تكمن في وجود يابس يسوده غطاء جليد سميك جدا ودائم فيستمر الضغط المرتفع هناك ويتباين الضغط المنخفض على الجبهة القطبية..لذلك الشرقيات جنوبا تكون ثابتة ومستمرة عكس الوضع شمالاحيث يحيط اليابس للبحر...فيتغير الضغط هناك وتتلاشى المرتفع المتكون فتكون الشرقيات غير ثابتة ..

ونستطيع استنتاج ذلك من المرتفع السيبيري ..اثناء ظهوره شتاء واختفاءه صيفا..

خلية فيريل.Ferrell cell

خلية العروض الوسطى..

لاحظ خلية فيريل ولاحظ الجبهة القطبية وكيفية اصتدام الغربيات(العكسيات) على طول الجبهة القطبية مكونة امطار اعصارية غزيرة.

بالرغم من انها خلية ذات اكتشاف جديد من العالم الامريكي فيريل..

وهي توجد بين الخلية القطبية و خلية هادلي..

وكما قلنا في خلية هادلي سابقا تهب الغربيات الى الجبهة القطبية والرياح التجارية الى المناطق الاستوائية..

وفي هذه الخلية يجب ان ندقق على حركة الغربيات..التي تتجه شمالا وترتفع على 

طول الجبهة القطبية لتكون المنخفضات الشبه القطبية...

وهذه الرياح الجنوبية الغربية تتلاقى مع الرياح الشمالية الشرقية لتكون اختلاف بالحرارة على شكل افقي horizintal baroclinic لو اخذنا المقطع الشمالي من الهيموسفير..وتؤدي هذه الحركة الاعصارية الى هطول امطار غزيرة ونشوء عواصف ثلجية ورياح شديدة على طول هذه الجبهة.

وبالطبع تصعد هذه التيارات كما شرحنا في الخلية القطبية الى الاعلى لتكون التيار القطبي polar jet stream على ارتفاع 9 كم ..هذا التيار ذو سرعة عالية جدا يصل الى اكثر من 500كم ويؤثر على الكميات الهاطلة وقد تنعدم بالكامل ..

قد تتشكل جيوبا واسعة وانحناءات كبيرة اتجاه المناطق الدافئة..تعرف بموجات روسبي Rossby wave بعرض ما بين 4000 و8000 كم تندفع بين هذه الموجات كتلة دافئة ناحية العروض العالية ..وتؤدي الى حدوث تبادل حراري..

هذه الانحناءات من التيار النفاث القطبي تؤدي الى اندماجه مع التيار الشبه الاستوائي مكونة حزاما من التيار الغربي(الغربيات) ذو سرعة عالية تنقل الهواء البارد الى العروض المدارية..مؤدية لحدوث حالة باروكينيكية شديدة جدا وتكون منخفضات جوية حركية عميقة قد تصل الى التروبوبوز ..

وهنا تكتمل الخلية..

المنخفضات الجوية الحركية.

تؤدي هذه غالبا الى هطول امطار غزيرة جدا مصحوبة بعواصف رعدية. وعواصف ثلجية احيانا ورياح شديدة..

وغالبا في فصل الشتاء نرى اثار هذه الخلية بسبب هبوط التيار الشبه الاستوائي والقطبي جنوبا متبعا حركة الشمس الظاهرية ..

ونراها على مناطق البحر المتوسط..وبلاد الشام..

ونرى اثار هذه الخلية اغلب ايام السنة على اوروبا واجزاء من الولايات المتحدة.

ومن هنا نعرف ان بلاد الشام تقع ضمن خلية فيريل شتاء..وضمن خلية هادلي صيفا..

وغالبا تتميز هذه المناطق بالمناخ المعتدل والماطر.

احدى غابات المانيا التي تقع ضمن خلية فيريل.

احد منخفضات البحر المتوسط شمال افريقيا في شهر اكتوبر من96

بالغالب تتكون هذه المنخفضات بسبب الحالة الباروكلينيكية وتكون تلك المنخفضات الجوية.

مع العلم عندما تندفع بين موجات روسبي كتل دافئة شمالا الى العروض العالية يتكون ما يسمى بالمرتفع الجوي المعزول ..وفي الجيوب يتكون ما يعرف احيانا عندما تتوغل جنوبا بين الكتل الدافئة بالمنخفض المعزول ..غالبا يؤدي الى امطار غزيرة .

ونستطيع ان نضرب مثال على ذلك ..خاصة المرتفع الاوزوري المعزول شمالا عندما تتقدم كتلة هوائية باردة جنوبا عند العروض الوسطى.على بلاد الشام...

فيتكون منخفض جوي بسبب موجة روسبي..

موجة روسبي..لاحظ اندفاعها الى العروض الدافئة..

احدى المناطق في بلاد الشام في سوريا.التي تقع ضمن العروض الوسطى والتي تتاثر من خلية فيريل.

ضربنا امثلة لخلية فيريل خلية العروض الوسطى..

الفقرة الاخيرة من الموضوع ساتحدث تلخيضا للموضوع..

في هذا الموضع تم ابراز اهم الرياح السطحية والعلوية. في دورة الغلاف الجوي..

1- الرياح التجارية ..الشمالية الشرقية في الشمال الهيموسفيري والجنوبية الشرقية في الجنوب الهيموسفيري..والتي تهب من المرتفعات المدارية الى المناطق الاستوائية..

2- الغربيات ..وهي الرياح الجنوبية الغربية في العروض الوسطى التي تهب من المرتفعات الشبه الاستوائية الى الجبهة القطبية..

والشمالية الغربية جنوب الهيموسفير.

وهي بالحقيقة تهب في جمبع الطبقات.

3- الشرقيات القطبية..وهي الجبهة القطبية الباردة والتي تهب من المرتفعات القطبية الى العروض الاقل وهي الرياح الشمالية الشرقية..والجنوبية الشرقية جنوب الهيموسفير..

الحركة العلوية للرياح تتمثل..

1- الشرقيات ..خط itcz ..فوق الطبقة الاحتكاكية.(فوق مستوى 850)

2- الغربيات الشبه الاستوائية(التيار النفاث الشبه الاستوائي..)

3- الغربيات القطبية-التيار النفاث القطبي...

تتميز بشكل رئيسي المرتفعات الجوية الى الشبه الاستوائية والقطبية.

والمنخفضات الى الحرارية والحركية.

اي ديناميكية او غير ديناميكية(سطحية)

وبالطبع تقل سماكة الغلاف الجوي عند القطبين وتزداد عند المناطق الاستوائية ويعود هذا وراء التيارات الصاعدة فهي منعدمة عن المناطق ذات العروض العالية.

وبالنهاية هذه الحركة العرضية والطولية والراسية(الشاقولية) هي التي ادت -بعد إذن الله-في تشكل انظمة الضغط..وتكون الدائمة كالاوزوري..والهادئ..

او الموسمية كالسيبيري والمنخفض الهندي.

واهم ما يجب علينا معرفته هي خلية هادلي المؤثرة على معظم ارجاء الوطن العربي ..

واهم ما يميز مناخ الكرة الارضية فهو فعلا محكم بالكامل..فسبحان الخالق مدبر الكون..فكل شيء وراءه حكمة..ولولا هذه الانطمة المعقدة لكانت الحياة مستحيلة.

حركة الرياح في الغلاف الجوي..

ღتم بحمـــد لله

 ღ