فهم الدائرة الجوية

ويصف التداول الجوي حركة الهواء على نطاق كوكبي تعيد توزيع الحرارة والرطوبة في جميع أنحاء العالم، إذ إن التدفئة الشمسية غير المتساوية لسطح الأرض، حيث يتلقى المستقطن طاقة أكبر بكثير من الطاقة التي يوزعها القطبان، وهذا التداول يخلق أنماطاً ثابتة من الضغط المرتفع والمنخفض، مما يحكم بدوره النظم الجوية والنظم المناخية الطويلة الأجل، وبدون التداول الجوي، ستزداد المناطق المدارية درجة الحرارة في أي وقت مضى.

سائقو الحركة الجوية الأساسيون

وتسخن الشمس سطح الأرض بشكل غير متساو بسبب الشكل المتقطع للكوكب وطوله المحوري، كما أن خطوط العرض الاستوائية تستهلك طاقة شمسية في كل منطقة من المناطق القطبية، وتزيد هذه الخلايا الخلوية من سرعة التحلل إلى النصف، وتضع المناخ في مساره، كما أن الهواء الأقل كثافة بالقرب من خط الاستواء يرتفع - وهو عملية تسمى التناوب بين الغلاف الجوي والنصف الآخر.

خلايا الدائرة الرئيسية الثلاث

ويحتوي كل نصف الكرة الأرضية على ثلاثة خلايا رئيسية للتداول في الغلاف الجوي: الهادي، والفريل، والخلايا القطبية، وتميز حدودها بمناطق ضخ أو هبوط أحزمة الهواء والريح السطحية المميزة - الرياح التجارية، والغرب، والشرق القطبي.

خلية هادلي (0 درجة - 30 درجة لاتينية)

وتتسبب التسخين الشمسي المكثف في ارتفاع الهواء وبرده ورطوبة إطلاقه كعواصف رعدية وسقوط أمطار مدارية، ويرتفع هذا الازدهار الجوي في عمق مرتفع )حوالي ٠١-٥١ كيلومتراً( بينما يهبه تأثير الكوريو في الشرق، وينحدر الهواء تدريجياً نحو ٠٢-٠٣ درجة بحراً، ويخلق ظواهراً شبه سطحية.

خلية فيرل (30 درجة - 60 درجة لاتينية)

والخلية الحديدية، التي تقع بين خلايا هادلي وبلار، هي تداول غير مباشر حراري لا يُعزى إلى التدفئة المباشرة بل إلى تفاعل الخليتين الأخريين، وعلى السطح، فإن الهواء المتحرك من الارتفاعات دون المدارية يُنحرف شرقاً ليشكل المستويات السائدة من التذبذبات المائية، وتُحمل هذه الأعمدة الرطبة جواً من المحيطات إلى القارات، وتُصُبِّعُلُ العواصفة الغربية.

الخلية القطبية (60 درجة-90 درجة خط العرض)

وفي القطبين، تولد مصارف الهواء الباردة والكثيفة، مما يسبب ضغطاً سطحياً عالياً، ويتدفق هذا الهواء إلى خط الاستواء كمنطقة شرق القطبية، ويتحول غرباً إلى أثر كوريوليس، حيث تُلبي الخلايا القطبية الشرقية العاصفة التي تُكمل خلية فيرل، حيث تبلغ مساحتها نحو 60 درجة، ويُجبر القطب الأقل ارتفاعاً على الارتفاع على طول الضواحي القطبية القطبية، مما ينتج عنه عاصفة شديدة الانخفاض.

الدائرة العليا: مسامير الطائرات ووايف روسبي

وعلى ارتفاعات تتراوح بين ٨ و ١٥ كيلومترا، فإن الحدود بين خلايا التداول تتسم بضلوع ضيقة وسريعة من الهواء يسمى تيار الطائرات المتدفقة، وقد يتحول مسار الطائرات القطبية )على طول ٦٠ درجة( وخط العرض الهائج الفرعية )على طول خط العرض ٣٠ درجة( إلى موجات حرارية عالية، ويقودها ارتفاع أعلى درجة حرارة في جبهة القطب وفرع الهادلي الأعلى، على التوالي.

Ocean-Atmosphere Coupling and Major Climate Oscillations

ولا يعمل التداول في الغلاف الجوي بمعزل عن الآخر، بل يقترن بشدة بالمحيط، ويستوعب المحيط الحرارة ويطلقها ببطء، مما يخفف من درجات الحرارة الجوية ويوفر الرطوبة اللازمة للتهطال، وعلى العكس من ذلك، فإن الرياح تدفع تيارات المحيطات وترتفع، وهذا الانقلاب ينتج أنماطا متكررة من تقلبات المناخ التي لها آثار عالمية.

El Niño-Southern Oscillation (ENSO)

إن ظاهرة التقلبات البيئية هي أكثر التغيرات في المناخ شيوعاً في السنة إلى السنة، وفي الحالة المحايدة، تضغط الرياح التجارية في المحيط الهادئ المياه السطحية الدافئــة غرباً، وترفع من مستوى المياه العميقة قرب إندونيسيا، بينما ترتفع المياه الباردة على طول ساحل أمريكا الجنوبية، وتضعف الرياح التجارية، وتسمح بالماء الدافئ بالهبوط الشرقي، وتتحول إلى مناخ من التقلب العميق وتتحول فيه الحرارة.

شمال الأطلسي

وفي المحيط الأطلسي، يصف المجلس التقلبات في الفرق في الضغط بين طبقة منخفضة الآيسلندية وثانوية جزر الأزور، ويجلب مؤشر إيجابي للناموسيات والبطولة أقوى، ويتر الشتاء إلى شمال أوروبا، بينما يمكن لمؤشر سلبي أن يستعمل هواء بارد وجاف من القطب الشمالي، ويظهر التذبذبذب في القطب الشمالي نمطاً وثيق الصلة.

Atmospheric Circulation and Climate Zones

ويحدد ترتيب خلايا التداول وأحزمة الرياح المرتبطة بها إلى حد كبير المناطق المناخية الرئيسية للأرض، ويعكس نظام كوبين - غيغر لتصنيف المناخ، الذي يستخدمه علماء المناخ على نطاق واسع، هذه الأنماط التي تحركها التداول.

Tropical Humid Climates (Af, Am)

وينتج الفرع الوشيك من خلية هادلي منطقة التقارب بين المناطق المدارية، وهي مجموعة من الغيوم المستمرة والمطر الثقيلة التي تهجر موسمياً، وتجلب المناطق الواقعة تحت منطقة الأمازون وحوض الكونغو والاحترارات العالية في القارة البحرية، والاختلافات الوفيضة في اتجاه غربي آسيا، وهي ظواهر تصاعدية موسمية.

Arid and Semi‐Arid Climates (BWh, BSh)

وتخلق أطراف خلية هادلي الهزال صحراء دون أرضية )ساهارا، والمملكة العربية، وكاليهاري، وخارج أستراليا( حيث يضغط الهواء ويدفأ، مما يتسبب في الرطوبة النسبية للتسرب والتكوين الغيومي، وتتلقى هذه المناطق أقل من ٢٥٠ ملليمترا من التهاب الأمطار سنويا، وتتفاعل أحواض الترجيح الداخلية، مثل حوض الولايات المتحدة ومسافة غوبي الجاف.

Temperate Climates (Cfa, Cfb, Dfa, Dfb)

وتأتي الخلية الكروية وأجهزةها الهستيرية بتدفق ثابت من الهواء الرطب من المحيطات، مما ينتج عنه درجات حرارة متوسطة وبطء موزع بشكل جيد في معظم أوروبا الغربية وأمريكا الشمالية والجنوبية، ويولد التفاعل بين الهواء القطبي البارد والهواء شبه المداري الدافئة على طول الجبهة القطبية الأعاصير المتطاولة التي توفر مواهب الأمطار ودرجات الحرارة الموسمية في كندا.

Polar and Tundra Climates (ET, EF)

وتهيمن الخلية القطبية على خطوط العرض العالية، وتحافظ على كتل جوية باردة ومستقرة، وفي القطب الشمالي، كثيرا ما يكون التقلب السطحي حاداً، ويقطع الملوثات ويجعل الغيوم منخفضة المستوى أمراً شائعاً. وتواجه القارة القطبية الجنوبية أكثر البرودة وهشاشة على الأرض بسبب ارتفاعها، والفور القطبي، والهواء الثابت الذي ينحدر من خلية القطبية.

Climate Change and Shifting Circterns

فالاحترار العالمي الذي يتسبب فيه الإنسان يغير من التداول الجوي بطرق يمكن بالفعل اكتشافها ومن المتوقع أن تكثف، ويتغير التدفئة الأساسية التي لا تتردد حتى الآن: تدفئ المنطقة القطبية الشمالية أكثر من ضعف المتوسط العالمي (تضخيم القطب الشمالي)، مما يقلل درجة الحرارة بين خط الاستواء والعمود، ويؤثر تأثيراً عميقاً على جسور الطائرات، وطرق العواصف، وسلوكها الكبير.

Weakening of the Jet Stream and Increased Waviness

ويميل انخفاض درجة الحرارة المتوسطة إلى إضعاف مسار الطائرات القطبية وتحويلها إلى القطب، وفي الوقت نفسه، قد تصبح موجات روسبي العليا أكثر تضخيماً وأبطأ مما يؤدي إلى استمرار نظم الطقس - ما يسمى بالأحداث المسببة للاختراق - وهي ترتبط بالموجات الحرارية المطولة (مثل الجرعة الحرارية الأوروبية الطولية للشمال الغربي لعام 2021) التي تشهد فيضاناً (مثل الفيضانات)

توسيع خلية هادلي والتصحر

ومن المتوقع أن تصبح نماذج المناخ أكثر قاحلة هادلي تحت الاحترار العالمي، مما يؤدي إلى انتشار الجفاف دون المداري في المناطق المعتدلة حاليا - البحر الأبيض المتوسط، وجنوب غرب أستراليا، والولايات المتحدة الجنوبية الغربية، وعلى العكس من ذلك، قد تكثف المنطقة في بعض المناطق، مما يؤدي إلى ارتفاع هطول الأمطار في المناطق المدارية الرطبة، وهذه التحولات لها آثار كبيرة على الموارد المائية.

التغيرات في نظم النسو والمونسون

إن دفء منطقة المحيط الهادئ الاستوائية وزيادة تغلغل المحيطات يمكن أن يغيرا من حجم وتواتر أحداث النينيو ولا نينيا، وفي حين أن النماذج لا تتفق بعد على ما إذا كانت أحداث النينيو ستصبح أكثر شيوعا أو متطرفة، فإن هناك أدلة على أن الاتصالات السلكية واللاسلكية المتصلة بالنينيو تتعزز، مما يعني أن أي متغيرات تعطى الآن أثرا أكبر على الطقس العالمي، ومن المتوقع أن تصبح تداولات مونسونية، ولا سيما الرياح الأعظمى، أكثر.

ازدراء القطب وثباتات الارتداد

وفي حين أن متوسط درجة الحرارة العالمية آخذ في الارتفاع، فقد حدثت حالات تفشي حادة في الشتاء الباردة في السنوات الأخيرة (مثلاً تجميد تكساس لعام 2021 و2023 موجة باردة سيبيرية) وكثيراً ما ترتبط هذه الأحداث بدوافع القطبية الضعيفة والممتدة التي تسمح بالهواء القطبي المقلي بالارتطام بالمتغيرات المتقلبة، وقد تؤدي القطبية المتجمدة الشمالية المتجمدة إلى زيادة احتمال حدوث مثل هذه التعطلات، حيث يؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى حدوث زيادة أكبر.

خاتمة

إن التداول الجوي هو المحرك الذي يحرك الحرارة والرطوبة عبر الكوكب، ويرسم المناخ في كل منطقة وينظم الطقس الذي نشهده يومياً، ومن الرياح التجارية التي تنقل مستكشفين عبر المحيطات إلى مجرى الطائرات التي تتدفق الآن إلى عواصفنا، فإن هذه التدفقات الكواكبية أساسية بالنسبة للديناميات المناخية للأرض، حيث أن كل جانب من نماذج التكييف المعدلة هذه تعني

For further reading, explore the NOA education resource on atmospheric circulation], the NASA Earth Observatory page on global temperatures, and the IPCC Sixth Assessment Report – The Physical Science Basis.