العروض الدنيا المدارية والاستوائية

موضوع قيم جدا أنقله لكم للاستفادة

وهو يهم الباحث في المناخ

يعتري الغلاف الجوي حركات هوائية شاقولية
وطولية وعرضية، مكونة دورات من مختلف الأشكال والمقاييس. فمنها ما يكون
على مقياس صغير جداً ()
بالمقابل إلى ما يتلقاه سطح الأرض من طاقة
إشعاعية شمسية قصيرة، يشع بدورة طاقة حرارية إشعاعية أرضية ذات موجات
طولية – أشعة تحت حمراء – تنطلق نحو الفضاء الخارجي. وقد بينت الدراسات أن
ما تكتسبة العروض الدنيا المدارية والاستوائية من تشمس يزيد كثيراً عما
تفقده من طاقة إشعاعية ، بينما يكون الوضع معكوساً بالنسبة للعروض العليا
والقطبية إذ تفقد من الطاقة أكثر مما تكتسبة من التشمس . وبين الشكل (1) .
أته فقط عند درجة العرض 37 ْ وسطياً يتوازن مقدار التشمس مع ما يشعه سطح
الأرض إلى الفضاء الخارجي .
بالرغم من هذا التباين في اكتساب الطاقة بين
العروض الجغرافية لا تصبح العروض الاستوائية والمدارية أكثر حرارة مما هي
علية ، كما لا تزداد العروض العليا برودة أكثر أيضاً . ويعود الفضل في ذلك
إلى أن دورة الغلاف الجوي العامة تعمل على تبادل ونقل الطاقة وتوازنها بين
هذه العروض ، فعند العروض الاستوائية الحارة يرتفع الهواء الدافئ إلى
طبقات الجو العليا ويتدفق بإتجاة القطبين حاملاً معه طاقة حرارية من
العروض الدافئة ذات الطاقة الحرارية الكبيرة الفائضة – تعد مصادر الطاقة (
source ) – إلى العروض القطبية الباردة التي تعاني من عجز الطاقة الحرارية
– مراكز امتصاص الطاقة ( sink ) – ليتم تكدس وتدفق الهواء القطبي البارد
بإتجاة العروض الدنيا المدارية والاستوائية ، تماما كما يحدث في المحرك
الحراري الذي يعمل بإتجاة واحد بين أجزاء عالية الحرارة وأجزاء منخفضة
الحرارة.
ويمكن ملاحظة عمليات نقل الطاقة وتبادلها
بواسطة الرياح بوضوح في نصف الكرة الشمالي خلال فصل الشتاء في العروض
الوسطى ، التي تشكل نطاقاً انتقاليا بين العروض الدنيا والعليا ، حيث
يصاحب هبوب الرياح الجنوبية ارتفاع ملحوظ في درجات الحرارة بينما يصبح
الجو بارد عندما تهب الرياح الشمالية .
مما لا شك فيه أن عمليات تقل الطاقة
الحرارية وتبادلها بين العروض المختلفة تجري وفق نظام محكم وثابت يضمن
بقاء الأوضاع المناخية على سطح الأرض على حالتها. وللمحافظة على هذه
الأوضاع فأن من الواجب نقل ما لا يقل عن 4 x ¹⁵10 واط / ثانية (جول) من الطاقة يومياً من العروض الدنيا المدارية والاستوائية****

3-1- خلية أو دورة هادلي (خلية العروض الدنيا):
تخترق تيارات الحمل الهوائية التصاعدية
الاستوائية طبقة التروبوسفير واصلة إلى حد التروبوبوز، ومن هناك تتجه
شمالاً وجنوباً باتجاه القطبين حاملة معها عبر الأجواء المدارية مقداراً
عظيماً من الطاقة على شكل طاقة كامنة (gz) وطاقة حرارية محسوبة (CPT) إلى
أجواء العروض الوسطى والعليا . وأثناء ذلك تحدث عمليات تبادل حراري بينها
وبين هواء طبقات الجو التي تعبرها . فيتحول جزء من طاقتها الحرارية
المحسوبة إلى أشعة تحت الحمراء تعمل على تسخين الجو ومن ثم تضيع إلى
الفضاء الخارجي ، شكل (4) .
وكلما ابتعدت هذه التيارات الهوائية بعيداً
عن الأجواء الاستوائية تزداد سرعتها بسبب محافظتها على زخمها الزاوي .
لأنها تنتقل من فوق دوائر عرض كبيرة إلى دوائر عرض صغيرة . وتأخذ في
الانحراف – بسبب قوة كوريوليس – نحو يمينها في النصف الشمالي من الأرض
وإلى يسارها في النصف الجنوبي مشكلة رياح غربية عالية سريعة ( الغربيات )
وما أن تصل إلى دائرة عرض 30 ْ شمالً وجنوباً وسطياً ( بين دائرتي العرض
28 ْ و 45 ْ شمالاً وجنوباً ) حتى تصبح سرعتها وانحرافها على أشدها .
ويساعد في ذلك أيضاً التبادل الحراري الشديد بين أجواء العروض الدنيا
والعروض الوسطى ، حيث تتناقص درجة الحرارة بشدة بإتجاة القطبين . ونتيجة
لذلك ، يتشكل فوق هذه العروض في كل من نصفي الكرة الأرضية تيار هوائي
نطاقي متلوي يتجه من الغرب إلى الشرق - في نصف الكرة - بسرعة هائلة تتراوح
بين حوالي 160-240كم/ ساعة - تزيد أحيانا عن 420كم/ ساعة في فصل الشتاء -
وتظهر نواة كل منها ( التيار الرئيسي) بين ارتفاع 10- 15 كم بين درجتي
العرض 28 ْ و 30 ْ شمالاً وجنوباً . ويعرف كل مكن هذين التيارين بالتيار
النفاث الغربي شبة المداري (Subtropical Westerly Jet Stream ). ويمكن
تشبيه هذين التيارين بنهر عظيم من الهواء سريع الجريان بين ضفتين من
الهواء الهادئ نسبياً . وتتكفل هذه التيارات النفاثة بمعظم عمليات نقل
الطاقة إلى العروض العليا والقطبية .
يصبح الهواء الاستوائي المتجه في طبقات الجو
العالية نحو القطبين باردا وكثيفا ويأخذ بالاحتشاد كلما إيجة شمالا
لانتقاله من فوق دوائر عرض كبيرة إلى دوائر عرض أصغر تدريجياً . ويبلغ هذا
الاحتشاد ذروته عند درجتي العرض 30ْ شمالاً وجنوباً في التيار النفاث
الغربي شبه المداري الشمالي والجنوبي . ونتيجة لهذا الإحتشاد الهوائي يأخذ
الهواء بالهبوط ببطء من قاعدة التيار النفاث إلى سطح الأرض مشكلاً حزامين
من الضغوط المرتفعة شبه المدارية ( Subtrobical Highs ) العميقة حول درجتي
العرض 30ْشمالاً وجنوباً. أثناء هبوط الهواء الذي يستغرق حوالي3 أسابيع
ليهبط من ارتفاع 12كم إلى ارتفاع 3كم- تتحول طاقته الكامنة ( mgZ )
تدريجياً إلى طاقة حرارية محسوسة (CpT) فيتسخن الهواء كظمياً (ذاتياً )
فيصبح جافاً ومجففاً- يمتص الرطوبة الجوية- فتنعدم الغيوم وتظل السماء
صافية دائماً مما يساعد على ازدياد درجة حرارة سطح الأرض. وتسود فوق
العروض شبه المدارية حالات من الإستقرار الجوي والإنقلاب الحراري تجهض
حركات الهواء السطحية الصاعدة بالرغم من ارتفاع درجة حرارته , وتمنع
الضغوط المرتفعة دخول الهواء إلى هذه العروض , لذلك تتمركز حول درجتي
العرض 30ْ شمالاً وجنوباً الصحراوات الرئيسية في العالم وأشدها جفافاً
وتطرفاً واتساعاً مثل الصحراء الكبرى وصحاري شبه الجزيرة العربية وصحاري
أمريكا الشمالية والجنوبية (أتاكاما) وصحراء ناميبيا في جنوب أفريقيا
والصحاري الأسترالية وصحراء ثار في أسيا.
من جانب آخر تسود فوق سطح المحيطات شبه
المدارية رياح هادئة بسبب ضعف في مراكز الضغوط المرتفعة.وفي الماضي- زمن
استخدام السفن الشراعية- كانت هذه المناطق من المحيطات بسبب هدوء رياحها
سبباً في حبس السفن الشراعية عدة أسابيع فيها, فتنفذ مؤنها مما يضطر
البحارة إلى إلقاء بعض حمولتهم وقتل أحصنتهم من أجل الطعام , أو إلقائها
في مياه المحيط لتخفيف حمولة السفن, لذلك عرفت هذه العروض شبه المدارية
بعروض الخيل ( Horse Latitude) .
وتتميز الضغوط المرتفعة شبه المدارية
بعمقها, إذ تظهر فعاليتها على سطح الأرض وفي طبقات الجو العالية حتى
ارتفاع يزيد عن 12كم. ومع ذلك فإنها تتباين في مساحتها وقوتها من منطقة
إلى اخرى بسب التباين في تسخين المحسوسة إلى طاقة حرارية كامنة (Lq ) تعمل
على تبخير المياه من القارة والمحيطات وتساعد على توسيع رقعة الأراضي
الجافة. لكن ما ان تصل إلى نطاق الضغط المنخفض الإستوائي حتى تصبح رطبة
جداً نتيجة لما حملته من رطوبة أثناء جريانها.
تتلاقى الرياح التجارية الشمالية الشرقية
والتجارية الجنوبية الشرقية في نظام الضغط المنخفض الإستوائي مشكلة جبهة
عريضة على طوله تعرف بجبهة تلاقي ما بين المدارين ( ITCZ )-Inter Tropical
Convergence Zone , شكل (2).
ما أن تدخل الرياح التجارية الشمالية
والجنوبية نطاق الضغط المنخفض الإستوائي حتى تبدأ بالارتفاع عند جبهة
مابين المداري مشكلة تيارات حمل تصاعدية قوية تضاف إلى حركات الهواء
الإستوائي الحار التصاعدية وتقويها ,وهكذا تكمل دورة الهواء في خلية هادلي
الشمالية الجنوبية في العروض الدنيا.
v الخلية القطبية
تقع هذه الخلية في كل من نصفي الكرة الأرضية
في العروض العليا والقطبية بين درجتي فالعرض 60ْ و 90ْ شمالاً وجنوباً
وسطياً وتشبه دورة هادلي , لكنها تجري على مقياس أصغر , شكل (2).
يسود فوق كل من القطبين في طبقات الجو
العالية ضغط منخفض , شكل تتحلق حوله التيارات الهوائية الغربية
العلوية , التي ما تلبث أن تهبط خلاله إلى سطح الأرض , فتتحول طاقتها
الكامنة( mgZ ) إلى طاقة حرارية محسوسة (CpT) تحافظ على التوازن الحراري
للعروض القطبية , وتشكل فوقها على ارتفاعات قريبة من سطح الأرض طبقة
إنقلاب حراري تعزل العروض القطبية عن التغيرات التي تحصل في الغلاف الجوي
الحر فوقها . وتتضافر البرودة الشديدة مع الحركات الهوائية الهابطة مشكلة
ضغطاً مرتفعاً على السطح يعرف بالضغط المرتفع القطبي (Polar High) . تنطلق
منه رياح سطحية قطبية باردة نحو العروض الوسطى والدنيا . وبسبب قوة
كوريوليس تنحرف نحو يمينها في النصف الشمالي من الكرة الأرضية مشكلة
رياحاً شمالية شرقية , ونحو يسارها في النصف الجنوبي مشكلة رياحاً جنوبية
شرقية تعرف عادة بالشرقيات القطبية (Polar easterlies) . تدفع هذه الرياح
في مقدمتها جبهة باردة تعرف بالجبهة القطبية (Polar Front) تفصل بينها
وبين الرياح المدارية الدافئة المتجهة عبر العروض الوسطى إلى العروض
العليا والقطبية . ويتشكل على طول هذه الجبهة نطاق من الضغط المنخفض يعرف
بالضغط المنخفض شبه القطبي (Subpolar Low) عند دائرة 60ْ شمالاً وجنوباً
وسطياً , تتجمع عنده الرياح السطحية وترتفع فوق الجبهة القطبية عائدة من
الرياح الغربية العالية إلى القطب حيث تهبط ببطء إلى سطح الأرض مكملة
الخلية القطبية .
تتجلى هذه الدورة بوضوح أكثر في العروض
القطبية الجنوبية – خاصة فيما يتعلق بالرياح الشرقية – ويعود ذلك لأن
القارة القطبية عبارة عن قطعة من اليابسة يساعد غطاؤها الجليدي العظيم
الدائم على تكوين الضغط المرتفع القطبي واستمراره, ويؤدي التباين الحراري
الكبير بينها وبين البحار المحيطة بها من كل الجهات على ظهور نطاق الضغط
المنخفض شبه القطبي حولها متماسكاً قوياً.
من جانب آخر تقع القبعة القطبية الشمالية
فوق البحار المتجمدة محاطة باليابسة من كل الجهات. وبسبب التبادلات
الفيزيائية لمياه البحار خلال فصول السنة تتغير قيم الضغط فيها, ولا يشكل
الضغط المرتفع القطبي هنا مظهراً دائماً في الدورة القطبية. ولذلك تكون
الشرقيات القطبية الشمالية غير ثابتة . وكثيراً ما تسود فيها رياح من
مختلف الإتجاهات , كما أن تداخل البحار واليابسة حولها يؤدي إلى تجزؤ حزام
الضغط المنخفض المحيط بها وإضعافه. وتميل مراكز الضغوط المنخفضة إلى
التشكل فوق المحيطات , لذلك تظهر الشرقيات القطبية الشمالية بشكل رئيسي
على أطراف المنخفضات الجوية المواجهة للقطب, كما هو الحال في الضغط
المنخفض الأيسلندي (Icelandic Low) في شمال المحيط الأطلسي, والضغط
المنخفض الألتياني ( Aleutian Low) في شمال المحيط الهادي. ومع ذلك تظل
الشرقيات الشمالية القطبية سائدة إلى حد ما في بقية الأصقاع القطبية.

خلية فيريل
يطلق على هذه الخلية كذلك خلية العروض
الوسطى وتعود تسميتها عالم الأرصاد الجوي الأمريكي فيريل الذي اقترح
وجودها بين خلية هادلي والخليه القطبية في كل من نصفي الكرة الأرضية . وفي
هذه الخلية تهب الرياح عبر العروض الوسطى من أظراف حزامي الضغوط المرتفعة
شبه المدارية متجهة إلى العروض العليا والقبية على كافه المستويات السطحية
والعالمية محتفظة بزخمها الزاوي فتزداد سرعتها عندما تعبر دوائر العرض
التي تصغر باتجاه القطبين , وما أن تتحرك هذه الرياح مسافة قصيرة حتى
تحرفها قوة كوريولس نحو يمينها في النصف الشمالي من الكرة الأرضية , ونحو
يسارها في النصف الجنوبي .وبسبب انعدام قوة الاحتكاك في طبقات الجو العلية
تهب الرياح العلوية مشكلة رياحاً نطاقية تتجه من الغرب إلى الشرق تعرف
بالغربيات اعلوية (upper westerlies ) متحلقة حول الضغط
المنخفض القطبي العلوي شكل (أم على السطح – ولوجود قوة الاحتكاك – تهب
الرياح في النصف الشمالي من الكرة الأرضية من الجنوب الغربي نحو الشمال
الشرقي ومن الشمال الغربي نحو الجنوب الشرقي في نصف الكرة الجنوبي مشكله
ما يعرف بالغربيات السطحية
( surface westerlies ) أو العكسيات لأن
إتجاهها معاكساً لإتجاه الشرقيات المدارية , شكل (2) تعرف أحياناً
بالغربيات السائدة – pre ) (vailing westerlies ). تلتقي هذه الرياح مع
الرياح القطبية الشمالية الشرقية في النصف الشمالي من الكرة الأرضية ومع
الرياح القطبية الجنوبية الشرقية في نصفها الجنوبي حيث تتشكل بينها وعلى
طولها الجبهة القطبية متيجة لتلاقي الرياح وصعودها إلى طبقات الجو العلية
الضغط المنخفض شبه القطبي (subpolar low ) .وأثناء ارتفاع الهواء تتحول
طاقته الحرارية المحسوسة (cpt ) إلى طاقة كامنة (gz ) وعندما يصل إلى
مستوى التكثيف الرفعي , تتحول طاقته الحرارية الكامنة (lq) إلى طاقة
حرارية محسوسة تسخن الهواء وتزيد من التباين الحراري على جانبي الجبهه
القطبية أي بين الهواء امداري الدائ والهواء القطبي البارد . وغالباً
ماتؤدي حركات الهواء الصاعدة هذه إلى هطول الأمطار الغزيزة أينما حلت
الجبهه القطبية . وعندمايصل الهواء السطحي إلى طبقات الجو العلية يمتزج مع
الغربيات العلوية المتحلقة حول الضغط المنخفض القطبي العلوي , شكل (2) (3)
وعندما تهبط الغربيات العلوية فوق القطب تتحول طاقتها الكامنه إلى طاقة
حرارية محسوسة تسخن الأجواء القطبية .
أمافي طبقات الجو العليا يؤدي تجاور الهواء
المداري الدافئ مع الهواء القطبي البارد إلى وجود تدرج حراري أفقي شديد
على طول الجبهة القطبية ينتج عنه تدرج حاد في الضغط الجوي , يجعل الرياح
الغربية تنطلق على شكل حزام يتراوح عرضه بين 200 و500كم بسرعة هائلة
تتراوح بين 160و 240كم وسطياً – أحياناً تصل إلى 540 كم – مشكلة فوق كل من
الجبهة القطبية الشمالية والجنوبية تياراً نفاثاً ملتوي على ارتفاع 9كم
يعرف كل منهما بتيار الجبهة القطبية النفاث ( polar jetsteam ). يعتري
تيار الجبهة القطبية النفاث دائماً تموجات كبيرة على شكل جيوب واسعة
تتراوح أطوالها بين 4000 و 8000 كم ، تعرف بأمواج روسبي ( rosby waves )
تتقدم باتجاه العوض المدارية حاملة إليها الهواء القطبي البارد. وبالمقابل
يندفع بين هذه التموجات ألسنة من الهواء المداري الدافئ باتجاه القطب،
حاملة إليه الهواء المداري الدافئ (شكل 9) . وأحياناً تتوغل محصورة ضمن
الهواء المداري الدافئ مشكلة ما يعرف بالضغط المنخفض المعزول ويحدث الأمر
نفسه للألسنة الهوائية المدارية فتشكل بما يعرف بالضغط المرتفع المعزول.
وتعد هذه الضغوط المعزولة بؤراً فعالة في
نقل الهواء البارد القطبي إلى العروض الدنيا ونقل الهواء الدافئ المداري
إلى العروض العلياء أفقياً ورأسياً . وفي بعض الأوقات تندمج بعض جيوب تيار
الجبهة القطبية النفاث المتقدمة باتجاه العروض المدارية مع التيار شبه
المداري النفاث فيتشكل تيار عظيم عن الرياح الغربية السريعة يبلغ اتساعه
آلاف الكيلو مترات يتلوى باجاه الجنوب والشمال شاغلاً كل أجواء العوض
الوسطي ، ناقلاً معه الطاقة الحرارية الزائدة من العروض المدارية إلى
العروض العليا والقطبية ، ومعيداً الهواء القطبي البارد إلى العروض
المدارية حيث يهبط إلى سطح الأرض .

حركات الهبوط الهوائية في العروض شبه
المدارية . وهكذا تكتمل دورة خلية فيرل بعودة الغربيات العلوية إلى العروض
الدينا بواسطة عمليات النقل الأفقية الواسعة التي تقوم بها الغربيات
العلوية .
تهب الغربيات السطحية على سطح النصف الجنوبي
من الكرة الأرضية . خاصة بين دائرتي العرض 40 و 60 جنوباً , ويسود نطاق
متواصل من المحطات وفي أيام السفن الشراعية كان البحارة يعتمدون عليها في
دفع سفنهم جنوباً إلى السواحل الجنوبية من القارات , { بثبات وقوة أكثر من
مثيلاتها في النصف الشمالي للكرة الأرضية }.
وبشكل عام تكون الغربيات الجنوبية في كل
مكان قوية و ثابتة نسبياً , بسبب قلة المساحات القارية في العروض الوسطى
الجنوبية , وإلى قوة حزام الضغط المنخفض شبه القطبي الجنوبي الذي يظهر
متماسكاً محيطاً بالقارة القطبية الجنوبية . وهذا ما يجعل الأعاصير
[السيلكونات Cyclones] التي تتكون فيه علي طول الجبهة القطبية قويه وفعالة
تساعد على جذب الهواء ورفعه إلى طبقات الجو العليا مشكله الأمطار
الاعصاريه.
أما بالنسبة للغربيات الشمالية السطحية ,
فتظهر مشوشة في اتجاهها وثباتها وقوتها , وتهب الرياح من مختلف الاتجاهات
في العروض الوسطى الشمالية ,لكن تظل الغربيات هي السائدة . ويعود ذلك
لاتساع مساحة اليابسة واختلاف مظاهر تضاريسها وتداخلها مع المحيطات , وإلى
تشكل مساحات متناوبة من الأعاصير [سيكلونات] واضاد الأعاصير
[Anticyclones]عبر العروض الوسطى الشمالية التي تتشكل على طول الجبهة
القطبية , وبسبب توزيع اليابسة والمحيطات تتجزأ الجبهة القطبية , لتميل
إلى الظهور فوق المحيطات والبحار , وتتشكل الأعاصير على طولها , بينما
تميل أضاد الأعاصير إلى التشكل فوق اليابسة خاصة في فصل الشتاء , و يرتبط
تشكل هذه المساحات من الضغوط الجوية المتباينة أساساً بتموجها روسيي التي
تنتاب تيار الجبهة القطبية النفاث , التي تحرض الحركات الهوائية الصاعدة
لتكوين الأعاصير , والهابطة لتكوين أضاد الأعاصير , بذلك تتحرك هذه الضغوط
الجوية نحو الشرق مع اتجاه الغربيات العلوية وتتقدم شمالاً و جنوباً مع
تقدم جيوبها و تراجعها.
تهب الرياح حول مراكز الأعاصير و أضاد
الأعاصير بشكل دوراني منتقله من العروض شبه المدارية إلى العروض العليا و
بالعكس , بسرعة لأن الحركات الدورانيه تكتسبها زخماًًً زاوياً نسبياً يضاف
إلى القوه الحركية الزاوية التي تكتسبها من دوران الكرة الأرضية .
ويبلغ الزخم الزاوي الناجم عن دوران الهواء حول مناطق الضغط المرتفع والمنخفض حيت :
M=سرعة الرياح حول مركز الضغط المرتفع أو المنخفض .
ولذلك يصبح مجموع الزخم الزاوي حول مراكز الأعاصير و أضاد الأعاصير مايلي
M = r2 cos2 + r u co

» أعرفكم على الدنيا
» @ عمل أهل الدنيا وعمل أهل الآخرة @