الرياح وقوة تدرج الضغط

ما معنى تدرج الضغط

التدرج في الضغط يشير إلى التغير في الضغط الجوي على مسافة، والتغيرات الكبيرة في المسافات القريبة تولد رياحا عاتية، في حين أن المناطق التي تشهد تغيرا أقل في الضغط بالمسافة تولد رياحا أقل أو لا تنشأ رياح على الإطلاق، وذلك لأن الهواء ذو الضغط العالي يتحرك دائما نحو الهواء ذو الضغط المنخفض في محاولة لتحقيق التوازن داخل الغلاف الجوي، وتنتج التدرجات الحادة دفعة هوائية أقوى.

ما معنى نشاط الرياح

يؤدي ارتفاع درجة حرارة الهواء الرطب إلى ارتفاعه، وانخفاض درجة حرارة الهواء البارد إلى انخفاضه في الطبقة الجوية العليا، مما يتسبب في حدوث نشاط رياح وتشكل سحب وتساقط أمطار غزيرة. يحدث ذلك بسبب الاختلافات في درجات الحرارة وضغط الهواء. قد تكون الرياح غير منتظمة وأحيانا قوية جدا، حيث ينخفض الضغط الجوي إلى مستوى معين ويتداخل الهواء الدافئ مع تدفقات هوائية رأسية. تكون الأحوال الجوية أكثر استقرارا في حالة عدم وجود اضطرابات تذكر، نظرا لعدم وجود تيارات حمل حراري عمودية. تكون الرياح الموجودة ثابتة وتهب في اتجاه أفقي، على الرغم من قوتها، وبالتالي، تقوم الطائرات التجارية بالتحليق في الجزء السفلي من طبقة الاستراتوسفير لتجنب الاضطرابات.

تحتوي هذه الطبقة أيضا على حوالي 70% من الغازات في الغلاف الجوي، في حين تحتوي طبقة الستراتوسفير، التي تحتوي على حجم أكبر، على ضغط هواء أقل، وتعد طبقة الأوزون، المتواجدة في الجزء العلوي من طبقة الستراتوسفير، واحدة من أهم سمات هذه الطبقة الجوية، حيث تقوم بتنقية الأشعة فوق البنفسجية من الشمس، والتي قد تلحق ضررا بالحياة على الأرض.

يحدث نمط الطقس التروبوسفيري لأن الهواء القريب من الأرض يكون أكثر دفئا من الهواء على الارتفاعات العالية. وتحدث هذه الظاهرة نتيجة لامتصاص الأرض للحرارة وإشعاعها من الشمس. وبسبب هذا التدرج السلبي في درجة الحرارة مع الارتفاع، يمكن للهواء الدافئ أن يرتفع ويولد تدفقا حراريا، مما يسبب ظهور الرياح والسحب في الستراتوسفير وتمتد حتى حوالي 50 كيلومترا فوق سطح البحر. وطبقة الأوزون في الجزء العلوي من الستراتوسفير تمتص ضوء الشمس وتولد الحرارة، ثم تشع الحرارة إلى الأسفل، وترتفع درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع.

المقياس الجغرافي للرياح وتدرج الضغط

تظهر خرائط الطقس السطحية الضغط الجوي بخطوط متساوية الضغط أو ما يسمى بخطوط الضغط، والتي تكون عادة في فترات من 4 ملي بار، وتشكل هذه الخطوط دوائر حول أنظمة الضغط المرتفع والمنخفض في الخريطة، وتدل الخطوط المتباعدة بشكل متساو على قوة الرياح، وبما أن الضغط ينخفض بشكل عام مع الارتفاع، فإن طريقة تنعيم الخرائط تحول جميع المحطات إلى الضغط المستوى البحري القياسي والذي يعادل 1013 ملي بار أو 29.92 بوصة زئبقية.

تؤثر الرياح وسرعتها، التي تنتج عن القوة العالية إلى المنخفضة، على المقاييس السينوبتيكية كخرائط السطح التقليدية. ويمكن حدوث التدرجات على مستويات أصغر بكثير من الأنظمة العالية والمنخفضة المرتبطة بأنظمة خطوط العرض المتوسطة، مثل الاندفاع الصغير الذي يحدث داخل عاصفة رعدية فردية. ويتكون الاندفاع الصغير من تدرج ضغط رأسي يحدث بسبب وجود هواء جاف أسفل العاصفة الرعدية، وتبخر المطر في هذا الهواء الجاف مما يتسبب في التبريد، وبالتالي يصبح الهواء البارد أكثر كثافة، وينتج عنه ضغط هواء أعلى يندفع إلى السطح.

علاقة سرعة الرياح وتدرج الضغط

يتم استخدام فروق الضغط لتحديد سرعة الرياح، حيث يتم تسريع الهواء الساكن إلى سرعة 80 ميل في الساعة في غضون ثلاث ساعات عندما يكون هناك فرق ضغط بمقدار نصف رطل لكل بوصة مربعة بين الأماكن التي تفصل بينها 500 ميل، ويمكن تقدير سرعة الرياح من خلال النظر إلى التباعد المتساوي ولكنها لا تكون دقيقة بسبب تأثير العوامل الأخرى.

العلاقة الفيزيائية بين سرعة الرياح وتدرج الضغط

هناك نوعان من الضغط: الضغط الساكن هو القوة التي يتم قياسها بواسطة مقياس الضغط، وتنشأ أساسا نتيجة لوزن الهواء الذي يوجد فوق نقطة معينة، ولا يتغير عند زيادة سرعة الرياح. ومع ذلك، تسبب الاختلافات في الضغط الساكن بين مساحتين في حدوث الرياح، والضغط الديناميكي هو الشعور الذي تشعر به عندما تتعرض لهبوب رياح قوية، وهو ما يدفع الأشياء بعيدا أو يسبب تفجيرها، ويتناسب مع تربيع سرعة الرياح.

سرعة الرياح وضغط الهواء مترابطان بشكل وثيق. يتم توليد الرياح عن طريق تدفق الهواء من مناطق ضغط عالي إلى مناطق ضغط منخفض. عندما يكون هناك اختلاف كبير في ضغط الهواء على مسافة قصيرة، يحدث رياح شديدة.

ببساطة تامة، يشير “تدرج الضغط” إلى معدل تغير ضغط الهواء بين مكانين مختلفين. يمكننا أيضا أن نقول أن الفرق بين خطوط الضغط المتساوية يعرف بـ”تدرج الضغط.” يحدث التدرج الضغطي بزاوية قائمة على خطوط الضغط المتساوية، ويحرك الهواء (الرياح) من منطقة ضغط عالي إلى منطقة ضغط منخفض. تعتمد سرعة الرياح على فرق الضغط بين المكانين، وتكون سرعة الرياح أكبر عندما يكون التدرج الضغطي أكثر حدة أو انحدارا، وتكون سرعة الرياح أقل عندما يكون التدرج الضغطي أقل حدة أو أكثر انسيابية.

العلاقة بين الرياح وقوة تدرج الضغط والأعاصير

تعتبر العلاقة بين سرعة الرياح وقوة تدرج الضغط سببا في حدوث الأعاصير، حيث يعود سبب الرياح العاتية في الإعصار إلى الضغط المنخفض للغاية في مركز العاصفة، عندما ينخفض ​​الضغط في الإعصار، ستتبعه سرعة رياح أعلى قريبًا، وتتوافق الرياح العاتية للإعصار مع حد أدنى للضغط موضعي للغاية.

ما هو تأثير كوريوليس

عندما يتدفق الهواء من منطقة ضغط مرتفع إلى منطقة ضغط منخفض على مسافة طويلة، فإنه يتسبب في حدوث تأثير كوريوليس الذي يؤدي إلى انحراف الهواء، وهذا ما يسبب هبوب العواصف في اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي وعكس اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الجنوبي، ويتسبب في دوران الأرض تحته.

غالبا ما يعرض المتنبئون بالطقس خريطة للضغط الجوي لشرح الطقس الحالي والمتوقع، حيث يشير أي مكان به العديد من الخطوط المعبأة معا إلى تدرج ضغط كبير وبالتالي رياح قوية. وستكون المناطق التي تكون فيها الخطوط متباعدة عن بعضها رياحا خفيفة جدا.