الجغرافيا المادية
استكشاف الصور الفيزيائية لخط الطين القطبي ودون المداري
Table of Contents
مقدمة: الطرق الجوية العالمية
إن مسارات الطائرات الصغيرة ضيقة وسريعة الحركة من الرياح في الجو العلوي الذي يتدفق من الغرب إلى الشرق، وتدور في أنماط شبيهة بالوجوحات وتقود مباشرة نظم الطقس عبر الكوكب، وتقيم هذه التيارات القوية بالقرب من التروبوسفير، والحدود بين الغلاف الجوي والغلاف الجوي الاستراتوائي، وهي أساسية للتداول العالمي، وتعمل مجرىان رئيسيان في كل نصف الكرة الأرضية:
وجود هذه الرياح العليا تم النظر فيها لأول مرة في العشرينات لكن قوتها وهيكلها الحقيقيين تحققا كاملا خلال الحرب العالمية الثانية عندما واجه طيارو القنابل ريح رأسية غير متوقعة
الفيزياء الأساسية: مبدأ الرياح الحرارية
والمفهوم الأساسي لفهم سلوك كل من مسارات الطائرات القطبية ودون المدارية هو علاقة الرياح الحرارية، والرياح الحرارية ليست ريحا حقيقية، بل هي تمثيل نظري لغطاء الرياح الرأسية - التغير في سرعة الرياح واتجاهها مع ارتفاعها الذي ينتج عن درجات الحرارة الأفقية، وفي جوهره، يؤدي وجود اختلاف قوي في الحرارة عبر طبقة الغلاف الجوي العلوي إلى زيادة حادة في سرعة الريح.
في وسط المحيط، الجبهة القطبية تمثل أعلى درجة حرارة أفقية مكثفة على الأرض، خاصة خلال الشتاء، الهواء القطبي الملوّث والكثيف يجلس بجوار هواء أدفأ وأقل كثافة في وسط العرض، وهذا التناقض الحاد، المدعوم بتوازن القوى الهدرائية الأرضية والهيدرائية، يولد حداً أقصى من الرياح في الغلاف الجوي العلوي،
The Polar Jet Stream: The Mid-Latitude Weather Engine
الاستمارة والجبهة القطبية
ويولد مجرى الطائرات القطبية مباشرة من تناقض درجات الحرارة المستمر على طول الجبهة القطبية، وهو حد شبه دائم يفصل بين كتل هوائية شاسعة إلى الجنوب، ويخلق الفرق في الكثافة عبر هذه الجبهة قوة أعلى قوية من الضغط تضاعفها ارتفاعاً، وتعجل هذه القوة بالرياح إلى ممرات ضيقة وسريعة الحركة، وبالتالي فإن نقطة الحرارة القطبية هي وجود مباشر.
الخصائص المادية: مرتفع، وسبيد، ووايف
وتجد الطائرة القطبية عادة على ارتفاع يتراوح بين 000 30 و 000 40 قدم (9 إلى 12 كيلومترا)، وهو ما يطابق مستويات الضغط من 300 إلى 200 ميلبر (hPa) وتثير السرعة الشائكة في نواة الطائرات القطبية الإعجاب، وتتجاوز عادة 100 عقدة (185 كيلومتراً/ساعة) وكثيراً ما تتجاوز 200 عقدة (307 كيلومتراً/ساعة) خلال أشهر الشتاء الكبرى.
إن السمة المميزة للطائرة القطبية هي طابعها المشابه للموجات، وهذه العواطف الكبيرة معروفة بموجات روسبي أو موجات الكواكب، ويمكن أن تكون هذه الموجات منخفضة السعة وحيوية (تتدفق في معظمها من الغرب إلى الشرق)، مما يؤدي إلى نظم طقسية متقدمة، أو ذات خط عريض ومتوسط (تتدفق من الشمال إلى الجنوب) مما يؤدي إلى وقف أنماط متطرفة.
جات ستريكس و سيكلوجينيس
وفي داخل الطائرة القطبية، لا تتماثل سرعة الرياح، فهناك مناطق محلية ذات سرعة الرياح القصوى تسمى محركات الطائرات، ومدخل وخروج هذه الطائرات النفاثة هما مناطق تتسم باختلاف وتقارب شديدين على مستوى أعلى، وعلى وجه التحديد، فإن المربوطات الأمامية اليمنى من منحدر الطائرات (المتعلقة باتجاه التدفق) هي مناطق تتسارع فيها سرعة الهواء.
وهذا التباعد هو الدافع الرئيسي للدوكات - ولادة وتكثيف نظم الضغط السطحي المنخفض، وهو يعمل مثل الضخ، ويزيل الكتلة من عمود الهواء فوق السطح، مما يقلل الضغط السطحي ويحد من سرعة الهواء ويرتفع، وهذا الارتفاع في كثافة الهواء، والكثافة، ويشكّل الغيوم والهيكل، وهذا هو السبب في أن الغالبية العظمى من عواصف الشتاء الكبيرة والمتسربة.
Seasonal Migration
وتتباين خطى تيار الطائرات القطبية تفاوتا كبيرا مع المواسم، ففي الصيف، حيث تدفأ المنطقة القطبية وتدرج درجة الحرارة عبر الجبهة القطبية، وتتحول الطائرة القطبية إلى عمود، وتتناقص سرعة الرياح، وطريقها أكثر تقسيما إلى مناطق، وفي الشتاء، ترتفع درجة الحرارة، وتقوية الطائرات النفاثة، وتزيد من سرعة التموين
المدرسة النفاثة نونا A يقدم لمحة عامة مفصلة عن تيار الطائرة القطبية ودورها في الطقس. ]
The Subtropical Jet Stream: A Product of Global Circulation
الاستمارة: Momentum في خلية هادلي
وعلى عكس الطائرة القطبية التي يقودها تدرجات درجة الحرارة السطحية، فإن الطائرة الفرعية هي أساساً منتج من تداول خلايا هادلي وحفظ الزخم الجاموس، حيث أن التدفئة الشمسية في خط الاستواء تسبب ارتفاعاً حاداً وبطيناً في منطقة التقارب بين المدارات، حيث تُطلق هذه الخلايا الهوائية في مراحل متأخرة.
و مع مرور هذا الجو على أعلى المستويات نحو القطبين، ينتقل إلى خطوط العرض حيث تكون المسافة إلى محور الأرض للتناوب أصغر، وللحفاظ على زخمه الجاموس، يجب أن يتسارع الهواء بشكل كبير في الاتجاه الغربي إلى الشرق، وهذا التسارع يخلق مجموعة مركزة من الرياح المتردية القوية جدا في الطرف القطبي من خلية هادلي، التي تدور عادة حول 30 درجة.
الخصائص المادية: الدولة العالية السعة والثباتية
وتقيم الطائرة الفرعية عموما على ارتفاع أعلى من الطائرة القطبية، حيث يتراوح عادة بين 000 40 و 000 50 قدم (12 إلى 15 كيلومترا)، مقابل مستويات الضغط من 200 إلى 100 ميليبار، وفي حين أن سرعة الرياح الأساسية يمكن أن تكون عالية جدا، مقارنة بالطائرة القطبية، فإنها عادة أكثر استقرارا وأقل ذنبا، ولا تعني أن هناك موجات كبيرة من طراز روسبي تتسم بالخطورة.
ونظراً إلى أن هذه الزنزانة مرتبطة بخلية هادلي الكبيرة بدلاً من واجهة سطحية متحركة، فإن موقعها في الملاهي تقل كثيراً، إلا أنها موسمية جداً، وزنزانة هادلي أكثر كثافة في نصف الكرة الغربي، والطائرة الهرطبة شبه المدارية هي أقوي وأشدها خلال أشهر الشتاء، وفي الصيف، تضعف وتتحول إلى القطب، وغالباً ما تدمج مع بقايا الطائرات.
Role in Global Weather and Climate
فالطائرة الهكتلة دون المدارية تؤدي دورا حاسما في الطقس المداري ودون المداري، وهي آلية توجيه رئيسية للأعاصير المدارية، ويمكن أن تخلق طائرة صغيرة قوية من طراز دون المداري قذيفة رياح عمودية قادرة على إعاقة تطوير الأعاصير المدارية أو تمزق عاصفة، وعلى العكس من ذلك، يمكن تعزيز تدفق العواصف إلى الخارج من إعصار كبير بالتفاعل مع الطائرة الهالكة دون المدارية، مما يسمح بزيادة تكثيف العاصفة.
كما أن الطائرات النفاثة تؤدي دوراً هاماً في تنمية الأنهار الجوية، وقلة النقل الرطب المكثف الذي يمكن أن يسبب سقوطاً شديداً في الأمطار والفيضانات، فالنقل المتحرك قبل الطائرة الفرعية هو عنصر أساسي في هذه الأحداث، علاوة على أن الهجرة الموسمية للطائرة هي دافع حاسم للشهر الآسيوي، عندما تتحول الطائرة الهائجة دون المدارية إلى شمال شرق تيبتان.
الاختلافات المادية الرئيسية: تحليل مقارن
خط العرض والسعة
والفرق الأساسي بين الطوافتين هو خطاهما، حيث توجد الطائرة القطبية عادة بين 40 درجة و 70 درجة، على بعد حافة الكتلة الهوائية القطبية الباردة، وتقيم الطائرة دون المدارية بين 20 درجة و 30 درجة، ومن حيث الارتفاع، فإن الطائرة القطبية أقل، وتدور عادة حول مستوى الضغط المركزي البالغ 300 متر، بينما ترتفع الطائرة العمودية إلى 200 متر.
القوة والتغير
إن الطائرة القطبية أكثر تنوعا من حيث القوام والموقع، وسرعات الرياح فيها أعلى عموما في المتوسط، ويمكن أن تتحول مسارها بشكل كبير على مدى فترة من الأيام، مما يخلق طوابق عميقة وثباتات قوية، وهذا التقلب هو نتيجة مباشرة للموجات البروغرافية المتطورة باستمرار في خطوط العرض المتوسطة، بينما تتباين الطائرة العمودية شبه المدارية في كل من سرعة العرض وموقعه.
آليات التوليد
- Polar Jet:] Driven by strong horizontal temperature gradients (baroclinicity) along the polar front. The energy source is the potential energy of the temperature contrast between the pole and the equator.
- Subtropical Jet:] Driven by the conservation of angular momentum in the upper branch of the Hadley cell. The energy source is the release of latent heat in the deep tropics.
التفاعل والمعرفة
على الرغم من منشأهما المميز وخصائصهما المادية، فإن طائرتي النفاثة تتفاعلان كثيراً، وخلال أشهر الشتاء، على شرق آسيا وغرب المحيط الهادئ، يمكن للطائرات القطبية ودون المدارية أن تدمج أو تتحول إلى مجرى طائرة واحدة ذات قوة استثنائية، وهذا الدمج يخلق مساراً عاصفة مكثفاً للغاية، ويتحمل المسؤولية عن بعض أقوى عواصف الشتاء على الكوكب، عندما يكون نظام الطحالب الباردة منفصلاً ويتدفق في موازياً لبعضها.
"جيت سترامز" في عالم دافئ
وتركز البحوث المناخية الحالية تركيزاً شديداً على كيفية استجابة مسارات الطائرات للاحترار العالمي، ولتغيرات المناخ آثار عميقة على المناخ المتطرف في المستقبل وعلى التحولات المناخية الإقليمية.
التصعيد القطبي والجثة القطبية
إن المنطقة القطبية الشمالية تدفأ بمعدلات تتراوح بين مرتين وثلاث مرات أسرع من المتوسط العالمي، وهي ظاهرة معروفة بتضخم القطب الشمالي، وهذا الاحترار السريع يقلل درجة الحرارة بين القطبين وخط العرض المتوسط، ووفقا لمبدأ الرياح الحرارية، فإن الحد من درجة الحرارة المتوسطة ينبغي أن يؤدي إلى ضعف تدفق الجو (من الغرب إلى الشرق) في منطقة القطب القطبية،
توسيع خلية هادلي وطائرة الهضبة شبه المدارية
بيانات المراقبة ونماذج المناخ تظهر باستمرار أن خلية هادلي تتوسع في القطب في نصفي الكرة الأرضية، وهذا التوسع يسبب النفاثة شبه المدارية وما يرتبط بها من مناطق جافّة شبه أرضية للتحول نحو القطبين، وتحول الطائرة العمودية دون المدارية له آثار كبيرة على الموارد المائية، ويمكن أن يدفع مناطق وسط البحر التي تتلقى حالياً سقوطاً معتدلاً في نظم أقل قاحلة، ويحول العالم بشكل فعال
الاستنتاج: فهم الطرق السريعة للغلاف الجوي
إنّها تُظهرُ بشكلٍ طبيعيٍّ من الديناميات المناخيةِ الأساسيةِ، وَجَهَا الْتي تُميّزُها في المستقبل، وَجَهَاْتَهاُ الْجُوْلَةُ إلى التدفئةِ الشمسيةِ وَدورَها.