الضغط الجوي والرياح

الضغط الجوي: تعريف الضغط الجوي: هو وزن عمود من الهواء فوق مكان معين على سطح الأرض، وبذلك فالضغط قوة ترتبط بوزن الهواء وتخضع إليها جميع الأجسام الكائنة على سطح الأرض. الضغط الجوي عبارة عن وزن عمود من الهواء، عند منسوب سطح البحر حتى نهاية الغلاف الجوي، ويعادل وزن عمود من الزئبق ارتفاعه 76سم على وحدة مساحية قدرها (1سم2)ويساوي 1013.3ملليبار. أجهزة قياس الضغط الجوي يقاس الضغط بواسطة البارومتر أو المضغاط. وأقدم هذه الآلات البارومتر الزئبقي الذي وضعه تريتشلي سنة 1643. وهو جهاز بسيط يتكون من أنبوبة من الزجاج طولها حوالي 1م، مملوءة بالزئبق. وتتصل هذه الأنبوبة بإناء مملوء هو الآخر بالزئبق...ويقاس الضغط بفارق الارتفاع بين منسوب الإناء ومستوى الزئبق من الأنبوبة داخل الإناء إلى حين إفراغها، وهذه القوة بالطبع هي قوة الهواء. البارومتر المعدني: غرفة معدنية مطاطية تتمدد جدرانها وتنكمش بحسب ارتفاع الضغط فتحرك المؤشر على القرص الدائري المدرج وتعطي القيمة. الباروجراف يسجل الضغط الجوي: يتكون من صندوق وفي الجانب الأيمن قائم يرتكز على رقائق مطاطية، ترتفع وتنخفض حسب الضغط فتحرك الذراع المثبت أعلاه والمنتهى إلى اسطوانه مثبت عليها ورق رسم بياني لتسجيل ارتفاع أو انخفاض الضغط. ويتم توصيل نقاط الضغط المتساوية ببعضها عن طريق خطوط تسمى بالايزوبار Isobar أو خطوط الضغط المتساوية بفاصل يتراوح بين 2-5 مليبار. أهمية الضغط الجوي: 1- يعد الضغط الجوي من عناصر المناخ المهمة والذي يرتبط بها ارتباطاً وثيقاً على النحو التالي: 2- يعد السبب الرئيس في الحركة الأفقية ( الرياح ) بكل أنواعها، وكذلك الحركة الرأسية (الصاعدة والهابطة) بين سطح الأرض وأعلى الغلاف الجوي. 3- يحدد سرعة وشدة الرياح واتجاهاتها بحسب تدرج الضغط وخطوطه المتساوية إذا ما كانت قريبة أم متباعدة. 4- يسبب التغير غير المنتظم للضغط سواء كان تغير ديناميكي أم تغير حراري، ففي الحالة الأولى تحدث تيارات رأسية صاعدة وأخرى هابطة تسبب وجود مناطق الضغط المرتفع والمنخفض، والحالة الثانية يحدث تغير حراري وانتقال كتل هوائية ذات خواص مختلفة عن الموجودة أصلاً تختلف في كثافتها ورطوبتها ودرجة حرارتها. 5- تسبب الانخفاضات الجوية تغيرات في الطقس أثناء مرورها على أي منطقة وتحدث ظاهرات طقسية متعددة مثل المطر، والبرق والرعد وسقوط البرد والثلج وتغير الحرارة. 6- تحدث الارتفاعات الجوية انقلاب حراري في طبقات الجو العليا. العوامل المؤثرة في الضغط الجوي: هناك عدة عوامل تؤثر في الضغط الجوي كل منها نسب مختلفة وهي : درجة الحرارة : هناك علاقة عكسية بينهما فإذا ارتفعت الحرارة انخفض الضغط حيث يتمدد الهواء ويتخلل، وتقل كثافته وينخفض ضغطه كما في المنطقة الاستوائية والعكس في المناطق القطبية حيث الضغط المرتفع. نسبة بخار الماء في الجو : إذا ارتفعت درجة الحرارة زادت نسبة بخار الماء وبالتالي ينخفض الضغط خاصة بالقرب من سطح الأرض أو المسطحات المائية والعكس. التيارات الرأسية الصاعدة والهابطة : حيث تعمل الصاعدة على رفع الهواء لأعلى فيتكاثف بخار الماء فيه نتيجة انخفاض درجة الحرارة، وتنتقل الحرارة الكامنة في ذرات بخار الماء إلى الهواء نتيجة تكاثفه فتقل برودته ويزداد ضغطه ويكون العكس عند سطح الأرض حيث يكون الضغط منخفض. أما التيارات الهابطة لسطح الأرض فتجعل الهواء يبتعد عن مرحلة التشبع وتتبدد السحب ولا يسقط مطراً ويتكون ضغط مرتفع كما في منطقتي الضغط المنخفض الاستوائي والمرتفع المداري. الارتفاع عن منسوب سطح البحر: تنخفض درجة الحرارة بالارتفاع نتيجة البعد عن سطح الأرض المصدر الرئيس للأشعة الحرارية وبالتالي يتخلخل الهواء وتتباعد جزيئاته وتقل الطاقة الناتجة منها وينخفض ضغطه بالإضافة على الفرق في درجات الحرارة بين الهواء عند سطح الأرض وأعلى الغلاف الجوي . توزيع اليابس والماء: تختلف الحرارة على أسطح كل من اليابس والماء وبالتالي يختلف بينهما الضغط الجوي فيتكون الضغط المرتفع نهاراً وصيفاً على سطح الماء والمنخفض على اليابس ولذلك يحدث نسيم البر والبحر والرياح الموسمية على جنوب شرق آسيا. الضغط المرتفع والمنخفض: تظهر خطوط الضغط المتساوية على الخرائط مكونه نوعين من مناطق الضغط هما : المرتفع والمنخفض. الضغط المرتفع: يساعد في حدوث الضغط المرتفع العوامل التالية : انخفاض درجة الحرارة وبالتالي يقل حجمه وتزداد كثافته. حدوث التيارات الرأسية الهابطة المشبعة ببخار الماء إلى سطح الأرض حيث يكون وزنه أثقل من الهواء ويبتعد عن التشبع. خصائص الضغط المرتفع: تدرج خطوط الضغط المتساوية من الأصغر إلى الأكبر باتجاه المركز. تدور الرياح في شكل حلزوني حول المركز باتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي والعكس في النصف الجنوبي . تكون حالة الجو شبة مستقرة والسماء صافية. يحدث انقلاب حراري في طبقات الجو. الضغط المنخفض: من أسباب تكون المنخفض الجوي الآتي : ارتفاع درجة حرارة الهواء وبالتالي يتمدد وتقل كثافته. الارتفاع عن منسوب سطح البحر يقلل الضغط . ارتفاع الهواء الساخن لأعلى. ينخفض الضغط إذا زادت نسبة بخار الماء في الجو. خصائص الضغط المنخفض: تتدرج خطوط الضغط المتساوية من الأكبر للأصغر باتجاه المركز. تنجذب الرياح في شكل حلزوني ناحية المركز باتجاه يكون عكس عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي والعكس في الجنوبي. يصاحبه غالباً طقس غير مستقر. التوزيع الأفقي والرأسي للضغط الجوي: التوزيع الأفقي : اتفق العلماء على توزيع مناطق الضغط الرئيسية والدائمة على سطح الكرة الأرضية، إلى مرتفعة ومنخفضة وهي توزيعات غير ثابتة بل تتزحزح في حدود عشرة درجات عرضية شمالاً وجنوباً مع حركة الشمس الظاهرية وهذه المناطق تتعدد أسباب وجودها ومنه يمكن تحديدها على النحو التالي : منطقة الضغط المنخفض الاستوائي: بين صفرْ- 15 ْ شمالاً وجنوباً والسبب في وجودها التسخين والتمدد والرطوبة وتخلل الهواء وقله كثافته والتيارات الرأسية الصاعدة. منطقتا الضغط المرتفع فيما وراء المدارين: بين 25 ْ- 35 ْ شمالاً وجنوباً , والسبب في وجودهما التيارات الرأسية الهابطة، حيث تسبب انضغاط الهواء وحدوث طاقة ذاتية والحرارة الديناميكية . منطقتا الضغط المنخفض دون الدائرتين: بين 45 ْ-65 ْ شمالاً وجنوباً وذلك بسبب تقابل التيارات الأفقية القطبية الباردة والدفيئة المدارية وحدوث تيارات رأسية صاعدة التي تسبب حدوث عدم استقرار في الطقس في العروض المعتدلة. منطقتا الضغط المرتفع القطبيتين: وتحدث بسبب التيارات الرأسية الهابطة وانخفاض درجة الحرارة وجفاف الهواء. التوزيع الرأسي: ينخفض الضغط الجوي كلما ارتفعنا لأعلى حيث يكون التدرج بالانخفاض في طبقة التربوسفير ويزداد انخفاضاً عندما نصل إلى طبقة التربوبوز ثم ينعدم بعد ذلك في طبقة الستراتوسفير. التوزيع الجغرافي للضغط الجوي: يختلف توزيع الضغط الجوي على كل من اليابس والماء صيفاً وشتاء ويمكن أن نتبين الآتي: في شهر يوليو: تتعامد الشمس على مدار السرطان فتصبح درجة الحرارة مرتفعة في نصف الكرة الشمالي واليابس أكثر منه في الجنوبي وعلى سطح الماء وتتكون مجموعة من مناطق الضغط المرتفع والمنخفض هي: منطقة الضغط المرتفع شرق المحيط الهادي الشمالي. منطقة الضغط المرتفع على الأطلنطي الشمالي. مناطق الضغط المرتفع في نصف الكرة الجنوبي بين صفرْ- 40 ْ جنوبا. الضغط المنخفض على يابس آسيا. المنخفض الايسلندى. المنخفض على سطح الجزر الكندية شمال أمريكا الشمالية . في شهر يناير: تتعامد الشمس على مدار الجدي فيكون نصف الكرة الجنوبي مرتفع الحرارة عن الشمالي ومناطق الضغط على النحو التالي: المرتفع الآسيوي لبرودة اليابس. المرتفع الأزورى غرب الأطلنطي ووسط أمريكا الشمالية. المرتفع على المسطحات المائية عند المحيطات الثلاثة جنوب خط الاستواء(الهندي والهادي والأطلنطي). المنخفض الأيسلندي ويشمل جرينلند. المنخفض فوق الهادي الشمالي. المنخفض الاستوائي فوق يابس أفريقيا جنوباً. المنخفض الاستوائي الجنوبي لأمريكا الجنوبية. المنخفض الاستوائي فوق جزر الهند الشرقية وشمال استراليا. تعريف الرياح: المقصود بالرياح هو الحركة الطبيعية للهواء سواء كانت بطيئة أو سريعة والعامل الرئيسي لهبوب الرياح هو اختلاف الضغط الجوي من مكان إلى آخر. وتهب الرياح دائمًا من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض القريبة منها، وتتبع عند هبوبها نظامًا ثابتًا حيث تنحرف دائمًا إلى اليمين من هدفها في نصف الكرة الشمالي وإلى اليسار منه في نصفها الجنوبي على حسب قانون فيريلferrel.. ويحدث هذا الانحراف بسبب "التأثير الكوريولي" أو "القوة الكوريولية" وهو التأثير الناتج عن دوران الأرض حول نفسها من الغرب إلى الشرق، وتناقص سرعة دوران محيطها كلما اتجهنا من الدائرة الاستوائية نحو القطبين. فعلى الدائرة الاستوائية تبلغ سرعة الدوران 1700كم/ساعة، ثم تتناقص ناحية القطبين لتصل إلى نصفها تقريبًا عند دائرة عرض60 إلى الصفر عند القطب نفسه. أنواع الرياح: تنقسم الرياح عمومًا إلى أربعة أقسام رئيسية هي: رياح دائمة: وهي التي تهب بنظام ثابت طول السنة تقريبًا، ولو أنها قد تختلف في سرعتها ومدى انتشارها من فصل إلى آخر، وأهم أنواعها هي الرياح التجارية والرياح العكسية "الغربية". رياح موسمية أو فصلية: وهي التي تهب في فصل معين نتيجة لتغيرات فصلية في توزيع درجة الحرارة والضغط الجوي، وقد يتغير نظامها تغيرًا تامًا في فصل الصيف عنه في فصل الشتاء. رياح محلية: وهي لا تهب بنظام ثابت كما أنها لا تدوم إلا لفترات قصيرة لا تعدو بضعة أيام؛ ولكنها قد تنشط في بعض الفصول عنها في فصول أخرى، ويقتصر أثرها غالبًا على مناطق محدودة من العالم، ومن أشهرها الرياح التي تحدث نتيجة لمرور المنخفضات الجوية. رياح يومية: وهي غالبًا رياح خفيفة يتغيرا تجاهها أثناء الليل عنه أثناء النهار، ومن أشهرها نسيم البر و نسيم البحر، ثم نسيم الجبل ونسيم الوادي. الرياح الدائمة: الرياح التجارية: تهب هذه الرياح نحو نطاق الضغط المنخفض الاستوائي من منطقتي الضغط المرتفع وراء المدارين، ويكون اتجاهها شماليًّا شرقيًّا, في نصف الكرة الشمالي، وجنوبيًّا شرقيًّا في نصفها الجنوبي؛ إلا أن درجة انحرافها تقل كلما اقتربنا من خط الاستواء حتى يصبح اتجاهها عند هذا الخط نفسه من الشمال إلى الجنوب مباشرة "أو العكس,". الرياح الجنوبية: تمتاز الرياح الجنوبية عمومًا باعتدال سرعتها وقلة تغير اتجاهها من فصل إلى آخر خصوصًا على المحيطات؛ ولذلك فإن لها أهمية كبيرة بالنسبة للملاحة الشراعية، ويلاحظ أن منطقة الركود الاستوائي نفسها تمتاز بنشاط التيارات الهوائية الصاعدة فيها مما يضعف من أثر الرياح التجارية بصورة واضحة، و يعتبر عبور هذه المنطقة من أشق مراحل السفر بالنسبة للسفن الشراعية التي كثيرًا ما تعجز عن التحرك فيها بسبب سكون الهواء. الرياح العكسية "الغربيات: تختلف هذه الرياح اختلافًا واضحًا عن الرياح التجارية من بعض الوجوه؛ فبينما تهب الرياح التجارية من نطاق الضغط المرتفع وراء المدارين نحو خط الاستواء نجد أن الرياح الغربية تهب من هذين النطاقين نحو الدائرتين القطبيتين، ومعنى ذلك أن المناطق التي تنتقل إليها الرياح التجارية تكون غالبًا أشد حرارة من المناطق التي تأتي منها؛ مما يجعلها تساعد على تخفيف شدة الحرارة، أما الرياح العكسية فإنها تعمل غالبًا على تدفئة المناطق التي تنتقل إلهيًّا تكون آتية من مناطق أدفأ منها نسبيّا, واتجاه الرياح العكسية يكون في نصف الكرة الشمالي جنوبيًّا غربيًّا بصفة عامة، أما في نصفها الجنوبي فإنه يكون شماليًّا غربيًّا، ورغم أن المناطق التي تهب عليها هذه الرياح عظيمة الاتساع فإن هبوبها يكون أقل انتظامًا وثباتًا من الرياح التجارية، ويرجع ذلك إلى ما ينتاب العروض التي تظهر فيها الرياح العكسية من اضطرابات كثيرة في الضغط الجوي يترتب عليها اختلال نظام هبوبها كما يحدث عادة عند مرور المنخفضات الجوية التي سيأتي الكلام عليها في فصل آخر. الرياح الموسمية: أهم ما تتميز به هذه الرياح هو أن اتجاهها يتغير تغيرًا تامًّا في معظم الأحيان ما بين الصيف والشتاء، وهي تظهر غالبًا فيما بين المدارين على المناطق الشرقية للقارات؛ إلا أن امتدادها قد يتعدى المدارين إلى وراءهما في بعض المناطق؛ فعلى الساحل الشرقي لآسيا مثلًا تظهر الرياح الموسمية حتى خط عرض 60درجة شمالًا تقريبًا. والواقع أن القارة الآسيوية هي أعظم ميدان تظهر فيه هذه الرياح، وما ذلك إلا لعظم اتساعها، وتنقسم الرياح الموسمية إلى: موسمية شتوية: تهب من قلب القارة نحو المحيطين الهادي والهندي؛ حيث يكون الضغط مرتفعًا على القارة بسبب البرودة؛ بينما يكون منخفضًا على معظم هذين المحيطين بسبب دفئهما النسبي. وهي رياح باردة جافة، ولا تسقط أي أمطار إلا على الجزر والسواحل التي تصلها هذه الرياح بعد مرورها على مسطحات مائية مثل اليابان والفلبين وسواحل الهند الصينية. موسمية صيفية: تهب من المحيطين الهادي والهندي نحو قلب آسيا؛ حيث يكون الضغط عليه منخفضًا بسبب شدة الحرارة؛ بينما يكون مرتفعًا على المحيطين، وهي رياح دافئة عظيمة الرطوبة، ولهذا فإنها تسقط أمطار غزيرة على شرق آسيا وجنوبها. الرياح المحلية: وهي رياح تنشأ نتيجة لاختلاف الضغط في مساحة صغيرة ولمدة قصيرة، كما تسببها عوامل خاصة بالتضاريس. وتختلف عن الرياح الموسمية في أنها لا تشمل موسما كاملا وإنما تهب في فترات متقطعة, وتهب الرياح المحلية حول الانخفاضات الجوية، ولذلك نظام هبوبه هو نظام خاص لا يتمشى بالضرورة مع دورة الهواء العامة. ففي النصف الشمالي من الكرة الأرضية تهب الرياح المحلية في مقدمة الانخفاضات الجوية من الجنوب. ولذلك تكون حارة أو دافئة خصوصا في النصف الصيفي من السنة. أما في مؤخرة الانخفاض فتهب من الشمال، ولذلك تكون باردة خصوصا في النصف الشتوي من السنة. الرياح اليومية: تحدث هذه الرياح بانتظام في كل يوم، ومن أمثلتها نسيم البر والبحر، ونسيم الوادي والجبل: نسيم البر ونسيم البحر: يسببه تجاور اليابس والماء في المناطق المدارية، وفي العروض المتوسطة ففي أثناء النهار يسخن هذا اليابس، فينخفض ضغطه، بينما يظل هواء البحر أقل حرارة، ومن ثم يصبح ضغطه مرتفعا، فيهب من البحر إلى البر نسيم لطيف يسمى نسيم البحر. و يمتد تأثيره في داخل اليابس لمسافة لا تزيد عن 50 كيلومترا من ساحل البحر. أما نسيم البر فيحدث ليلا، حين يبرد هواء اليابس فيصبح ذا ضغط مرتفع بينما يحتفظ هواء الماء بحرارته فيصبح ذا ضغط منخفض، فيهب من اليابس إلى البحر نسيم يسمى نسيم البر. نسيم الوادي ونسيم الجبل: أما نسيم الوادي والجبل فيرجع سببه إلى عامل التضاريس والجاذبية الأرضية ويكثر حدوثه في الجهات الجبلية كسويسرا. ويحدث نسيم الوادي نهار, فعندما تسطع الشمس فإنها تدفئ الوادي، فيتمدد ويزحف على منحدر الجبل صاعدا نحو قمته، وهو دافئ يذيب بعض الجليد إن وجد أما نسيم الجبل فيحدث ليلا. فعندما تغيب الشمس يبرد هواء الجبل وينكمش, ويهبط من أعلى الجبل بسبب ثقله، زاحفا نحو الوادي، فيسبب برودته، كما يسبب تكوين الضباب. وحدات قياس اتجاه الرياح: يستخدم في قياس اتجاه الرياح جهاز يسمى دوارة الرياح وتسمى الرياح باسم الجهة التي تهب منها: أي الاتجاه الذي يشير إليه سهم دوارة الرياح، أي أن اتجاه الرياح يكون شرقيًا إذا هبت الرياح من الشرق. ويبلغ طول دوارة الرياح عادة 30 بوصة وتركب على قوائم ويكون لها ذيل من جزأين، كل جزء عرضه 8 بوصات وطوله 12 بوصة، والزاوية المحصورة بينهما 22 درجة وهناك جهاز يسمى إيروفين يعطي تسجيلًا مستمرًا لاتجاه الرياح. وحدات قياس سرعة الرياح: يستخدم في قياس سرعة الرياح جهاز يسمى أنيموميتر أو المرياح الذي اخترعه الإيرلندي روبنسون سنة 1846 وهو عبارة عن عمود مثبت فيه عدد من أنصاف الدوائر المعدنية، ويتصل العمود بعداد، وعندما تدور الأجزاء المعدنية بفعل الرياح يسجل العداد قراءات يمكن ملاحظتها في فترة محددة من الزمن ثمة حسب سرعة الرياح على أساسها، جهاز ويسمى أنيمو سكوب. نخلص في الأخير إلى أن العوامل التي تؤثر في حركة الرياح هي الضغط الجوي باختلافاته فالسبب الأساسي في هبوب الرياح هو الاختلاف في الضغط الجوي من مكان لآخر وبذلك يكون هبوب الرياح عبارة عن محاولة من الطبيعة لإيجاد حالة من التوازن ويدل اتجاه خط الضغط المتساوي على اتجاه الرياح إذ تهب الرياح عادة شبه موازية لخطوط الضغط إلا في حالات خاصة.