الكتل والجبهات الهوائية

الكتل والجبهات الهوائية

الكتل الهوائية

قد يتغير الطقس بشكل سريع، فيكون مشمسًا ودافئًا في الصباح، ثم يتحول إلى عاصف في المساء. يتغير الطقس عندما تدخل كتلة هوائية مختلفة إلى المنطقة. وتُعرَّف الكتلة الهوائية بأنها كمية ضخمة من الهواء تتشكل عادة فوق مناطق محددة من سطح الأرض.

أنواع الكتل الهوائية

تكتسب الكتلة الهوائية التي تبقى فوق منطقة عدة أيام خصائص هذه المنطقة. فإذا بقيت كتلة هوائية مثلًا فوق منطقة استوائية فإنها تصبح حارة ورطبة. ويوضح الشكل ١١ مواقع الكتل الهوائية الرئيسة التي تؤثر في الطقس في منطقة الشرق الأوسط.

الجبهات الهوائية

عندما تلتقي كتل هوائية مختلفة في درجة حرارتها تتكون عند الحد الفاصل بينها جبهة هوائية. لا يختلط الهواء على طول منطقة الجبهة الهوائية، ويعود السبب إلى أن الهواء البارد الأكثر كثافة ينتقل إلى أسفل الهواء الدافئ الأقل كثافة، ويدفعه ليرتفع إلى أعلى، فتتكون الرياح. وهناك أنواع من الجبهات الهوائية، نتحدث باختصار عن أهمها.

ماذا قرأت؟
ما الجبهة الهوائية؟

في هذا الدرس

الأهداف
توضح طرائق تشكل كل من الكتل الهوائية والجبهات الهوائية.
تناقش أسباب الأحوال الجوية القاسية.
توضح كيف تستخدم التقنية لمراقبة الطقس وتوقعه.

الأهمية
إن فهمنا لتغيرات الطقس يساعدنا على التخطيط لنشاطاتنا اليومية بشكل أفضل.

مراجعة المفردات
العاصفة الرعدية: عواصف تنتج عن غيوم ركامية يحدث فيها برق ورعد.

المفردات الجديدة
الكتل الهوائية
الجبهة الهوائية
الأعاصير القمعية
الأعاصير البحرية

داخل الشكل:
هواء بارد رطب
هواء بارد جاف
هواء ساخن جاف
هواء دافئ رطب

الشكل ١١ تؤثر أربع كتل هوائية رئيسة في الجزء الشرقي من الأرض.
استنتج خصائص الكتلة الهوائية التي تتشكل غرب البحر الأحمر.

الجبهات الباردة

عندما تتقدم كتلة هوائية باردة وتندفع إلى أسفل كتلة دافئة تُرغم الأخيرة على الارتفاع إلى أعلى. ويسمى الحد الفاصل بين الكتلتين جبهة باردة (انظر الشكل ١٢-أ). ومع ارتفاع الهواء الدافئ الرطب فإنه يبرد فيتكثف بخار الماء الموجود فيه وتسقط الأمطار. وقد يصاحب الجبهات الباردة عواصف شديدة وغيوم ركامية مع انخفاض في درجات الحرارة.

الجبهات الدافئة

عندما تندفع كتلة هوائية دافئة إلى منطقة أكثر برودة، تتكون جبهة دافئة. (انظر الشكل ١٢-ب) وتتجه الكتلة الدافئة الأقل كثافة إلى أعلى منزلقة فوق الكتلة الباردة. ومع ارتفاع الكتلة الدافئة إلى أعلى فإنها تبرد، ويتكثف بخار الماء فيها، وتسقط الأمطار. ويصاحب الجبهات الدافئة غيوم ريشية عالية وتنخفض الغيوم تدريجيًا كلما اقتربت من الجبهة قال الله تعالى:
﴿ اللَّهُ الَّذِي يُرْسِلُ الرِّيَاحَ فَتُثِيرُ سَحَابًا فَيَبْسُطُهُ فِي السَّمَاءِ كَيْفَ يَشَاءُ وَيَجْعَلُهُ كِسَفًا فَتَرَى الْوَدْقَ يَخْرُجُ مِنْ خِلَالِهِ فَإِذَا أَصَابَ بِهِ مَنْ يَشَاءُ مِنْ عِبَادِهِ إِذَا هُمْ يَسْتَبْشِرُونَ ﴾ [الروم: ٤٨].

الجبهات الثابتة (الرابضة)

تتكون الجبهات الثابتة (انظر الشكل ١٣)، عندما تلتقي كتلة هوائية دافئة مع أخرى باردة، دون أن تتقدم إحداهما على الأخرى. ويمكن أن يبقى هذا النوع من الجبهات في المكان نفسه عدة أيام.

وفي هذه الحالة، تتشكل الغيوم، وتهطل الأمطار على طول الجبهة، وفي بعض الأحيان يكون الهطول غزيرًا بسبب بطء حركة الجبهة.

الشكل ١٢ تؤدي الجبهات الباردة والدافئة إلى حدوث تغيرات في الطقس.

أ- غالبًا ما يؤدي تكون الجبهة الباردة إلى تكون عواصف لفترة قصيرة وهطول أمطار غزيرة. وبعد مرور الجبهة يتغير اتجاه الريح، وتصفو السماء، وتقل درجة الحرارة.

ب- يؤدي تكون الجبهة الدافئة عادة إلى هطول أمطار منتظمة، تدوم فترة طويلة فوق منطقة واسعة. وبعد مرور الجبهة يتغير اتجاه الريح، وتصفو السماء، وترتفع درجة الحرارة.

#

داخل الشكل:
كتلة هوائية باردة
كتلة هوائية دافئة

الشكل ١٣ قد تسبب الجبهة الثابتة هطولًا مطريًّا مستمرًّا ثابت الشدة، يدوم عدة أيام فوق منطقة محددة.

مراكز الضغط المرتفع والمنخفض

تتكون المرتفعات الجوية (H)، والمنخفضات الجوية (L) في مراكز الضغطين: المرتفع والمنخفض. ففي مراكز الضغط المرتفع تتميز تلك المناطق بضغط جوي أعلى من المناطق المجاورة لها؛ فتتشكل تيارات هوائية هابطة، وعندما تصل إلى سطح الأرض تنتشر مبتعدة عن مركز الضغط. وتدور هذه التيارات في اتجاه عقارب الساعة في المناطق الواقعة في النصف الشمالي من الأرض، بسبب تأثير قوة كوريولوس، مما يؤدي إلى سخونة الهواء وجفافه؛ بسبب عدم زيادة رطوبته وتكثف بخار الماء فيه، ويكون الجو في تلك المناطق صافيًا مشمسًا.

وفي مراكز الضغط المنخفض تتميز تلك المناطق بضغط جوي أخفض من المناطق المجاورة لها؛ فتتشكل تيارات هوائية صاعدة إلى أعلى، مما يؤدي إلى برودة الهواء ووصوله إلى درجة الندى، فيتكثف وتهطل الأمطار. وتدور هذه التيارات حول مركز الضغط في عكس اتجاه عقارب الساعة في المناطق الواقعة في النصف الشمالي من الأرض، بسبب تأثير قوة كوريولوس، ويكون الجو في تلك المناطق غالبًا ماطرًا.

الأحوال الجوية القاسية

تؤدي الأحوال الجوية القاسية إلى حدوث رياح قوية وأمطار غزيرة، مع إمكانية إصابة البشر وتدمير المنشآت. ولكي تعرف كيف يمكنك الاستعداد لمواجهة هذه الأحوال يجب أن تتعرفها وتفهمها أولًا.

العواصف الرعدية

تتكون العواصف الرعدية من غيوم المزن الركامية ذات النمو الرأسي، والتي تنشأ عادة في مناطق الجبهات الباردة. فعندما يُرغم الهواء على الصعود بسرعة إلى أعلى يبرد، وتتشكل قطرات الماء الصغيرة، فتتحد في أثناء سقوطها بقطرات أخرى، وتصبح أكبر. وعندما تسقط حبات المطر الكبيرة تسبب تبريدًا سريعًا لمحيطها، مكونة تيارات هوائية نازلة، تنتشر فوق السطح على شكل رياح عنيفة تلازم العواصف الرعدية عادة. وقد يتكون في أثناء هذه العواصف بَرَدٌ كبير الحجم تنشأ عنه أضرار أو مخاطر.

تجربة

تكوين مركز ضغط منخفض

الخطوات

• ثبت شمعة صغيرة في وسط صحن.

• املأ كأسًا زجاجية طويلة بالماء إلى منتصفها، وصب الماء في الصحن، وأضف له ملون طعام.

• أشعل الشمعة، واقلب الكأس الزجاجية الطويلة فوق الشمعة في الماء، واجعل بين الشمعة والكأس قطعة نقدية صغيرة.

• اكتب وصفًا قصيرًا لما يحدث لمستوى الماء داخل الكأس عندما انطفأت الشمعة.

التحليل

• استنتج ما حدث للهواء داخل الكأس عندما اشتعلت الشمعة.

• استنتج ما حدث للهواء داخل الكأس عندما انطفأت الشمعة، ولماذا ارتفع الماء في الكأس عند انطفائها؟

#

الشكل ١٤ في أثناء حدوث عاصفة رعدية، يحمل أسفل الغيوم شحنات سالبة، أما الأرض فذات شحنة موجبة. تتدفق الشحنات السالبة نحو الأرض، وفي الوقت نفسه تتدفق الشحنات الموجبة من الأرض إلى أعلى.

ويتكون البرق والرعد أيضًا في غيوم المزن الركامية؛ فعندما يرتفع الهواء بسرعة إلى أعلى تتكون الشحنات الكهربائية. ويتكون البرق نتيجة التدفق السريع للطاقة الكهربائية بين المناطق المختلفة الشحنة (بين الوجه السفلي للغيوم ذي الشحنة السالبة، وسطح الأرض ذي الشحنة الموجبة) (انظر الشكل ١٤). وقد تكون درجة حرارة البرق أعلى خمس مرات من درجة حرارة سطح الشمس، مما يؤدي إلى تسخين سريع للهواء الملامس له. يتمدد الهواء نتيجة ارتفاع الحرارة الكبير والمفاجئ، بسرعة أكبر من سرعة الصوت، وينجم عن ذلك انفجار صوتي، وهذا هو صوت الرعد الذي يتبع البرق.

ماذا قرأت؟
ما الذي يسبب حدوث الرعد؟

الأعاصير القمعية (تورنادو)

تتكون في بعض مناطق الجبهات تيارات هوائية صاعدة تأخذ في الدوران على شكل دوامة مكونة غيمة تشبه القمع (انظر الشكل ١٥)، وتعرف بالأعاصير القمعية (تورنادو). وعلى الرغم من أن قطر التورنادو لا يتجاوز ٢٠٠ م، ونادرًا ما يتحرك مسافة أكثر من ١٠ كم، ويستمر أقل

الشكل ١٥ قد تصل سرعة رياح الأعاصير القمعية إلى ٥٠٠ كم/ساعة، وتتحرك على الأرض بسرعة ١٠٠ كم/ساعة.

تتكون تيارات صاعدة وتيارات هابطة داخل الغيوم الركامية، حيث يتقابل الهواء الساخن الرطب مع الهواء البارد الجاف.

تسبب حركة الرياح خلال الغيوم دوران الهواء بسرعة أكبر وأكثر.

يتكون قمع من الهواء المتحرك ويهبط من قاعدة الغيمة باتجاه سطح الأرض.

#

الشكل ١٦ قد تصل سرعة العواصف القمعية إلى ٥٠٠ كم/س، وقد تتحرك على سطح الأرض بسرعة تتجاوز ١٠٠ كم/س.

من ١٥ دقيقة، فإنه مدمر جدًّا، حيث يعمل كمكنسة هوائية ضخمة تحمل كل ما في طريقها. (انظر الشكل ١٦).

الأعاصير البحرية (هوريكان)

تختلف الأعاصير البحرية عن الأعاصير القمعية في أنها تستمر أسابيع، وتسير آلاف الكيلومترات. وقد يصل قطر الهوريكان إلى ١٠٠٠ كم. تبدأ الأعاصير في التشكل في مناطق الضغط المنخفض في المحيطات الاستوائية. ونتيجة لتأثير كوريولوس فإن الرياح تأخذ في الدوران عكس عقارب الساعة حول مركز العاصفة. وقد تستمر العواصف الرعدية في البحار فقط، مما يؤدي إلى تدمير السفن، (انظر الشكل ١٧). وعندما تصل هذه الأعاصير البحرية إلى اليابسة فإنها تؤدي إلى حدوث عواصف شديدة، وأعاصير قمعية، وأمطار غزيرة، مما يسبب تدمير المحاصيل الزراعية، وحدوث الفيضانات، وإصابة الإنسان والحيوان، وربما قتلهما. وبعد أن تعبر العاصفة اليابسة تفقد طاقتها؛ لاختفاء الهواء الدافئ الرطب، فتقل سرعة الرياح تدريجيًّا وتتلاشى العاصفة.

الشكل ١٧ صورة لإعصار بحري ملتقطة بالأقمار الاصطناعية.

السلامة والطقس

هناك مؤسسات عالمية متخصصة في مراقبة الأعاصير، والظروف الجوية القاسية، باستخدام أجهزة الرادار، والأقمار الاصطناعية، والحواسيب. حيث يتم التنبؤ بموقع الأعاصير، وتحديد الأماكن التي قد تصل إليها، ومن ثم تحذير الناس من أخطارها المحتملة.

وتقوم الهيئة العامة للأرصاد وحماية البيئة في المملكة العربية السعودية بتوقع الحالة الجوية في المدن السعودية والمناطق البحرية، وتطلق إنذارات مبكرة في الحالات الجوية الطارئة التي قد تؤثر في سلامة السكان والممتلكات العامة.

الربط مع رؤية 2030
حماية البيئة من الأخطار الطبيعية.

مراجعة الدرس ٢

الخلاصة

الكتل الهوائية

تكتسب الكتل الهوائية خصائص المناطق التي تكونت فيها.

الجبهات الهوائية

تكون الجبهات الهوائية إما باردة، أو دافئة، أو ثابتة.

مراكز الضغط المرتفع والمنخفض

في نصف الكرة الشمالي تتحرك الرياح حول مركز الضغط المرتفع في اتجاه عقارب الساعة، وفي عكس اتجاه عقارب الساعة حول مركز الضغط المنخفض.

الأحوال الجوية القاسية

إذا صدرت تحذير من قرب حدوث أحوال جوية قاسية فاتخذ الإجراءات الضرورية لحماية نفسك.

اختبر نفسك

• لخص خصائص أنواع الجبهات الهوائية.

• فسر لماذا تكون العواصف الرعدية في مناطق الجبهات الباردة؟

• فسر لماذا تعد التقنية الحديثة مهمة في عمليات الرصد الجوي؟

• التفكير الناقد لماذا تتكون الأعاصير البحرية في المحيطات الاستوائية فقط؟

تطبيق الرياضيات

• احسب متوسط سرعة إعصار بحري قطع مسافة ٣٢٥٠ كم في تسعة أيام، ومتوسط سرعة إعصار قمعي مسافة ٤٨ كم في ١٠ دقائق.