كيف تأثير "ويند باترن" على أنظمة الطقس عبر "غلوبي"

قوات الإنقاذ خلف "الرياح"

إن الرياح هي أساسا الهواء الطلق، إذ تنتقل من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق منخفضة الضغط، ولكن هذا المبدأ البسيط يبدو أنه نتيجة تفاعلات معقدة ودينامية بين طاقة الشمس، وتناوب الأرض، والجغرافيا المعقدة للكوكب، ويمكن أن نحكم مجتمعة أنماط الرياح التي تشكل الطقس الذي نشهده يوميا، وتؤثر على الظروف المناخية على فترات أطول، وبفهم الآليات الأساسية وراء توليد الرياح في العالم أجمع، التأثير بشكل أفضل.

درجة الحرارة والضغط

إنّ المحرك الرئيسي للرياح هو التدفئة غير المتساوية لسطح الأرض بواسطة الشمس، لأن الأرض هي مجال، المناطق الاستوائية تتلقى أكثر مباشرة وشديدة من مدار السنة من القطب، التي تُصاب بضوء الشمس في زاوية أكثر شمولاً، وهذا التسخين المتفاوت يخلق درجات الحرارة في جميع أنحاء العالم، وتصبح أحواض الهواء القريبة من خط الاستواء أقل كثافة وارتفاعاً، مما يخلق منطقة ضغط منخفضة.

إن تسارع الضغط الذي يرتفع إلى مستوى الضغط، أي زيادة الفرق في الضغط على مسافة معينة، وهو أقوى من الرياح الناجمة عن ذلك، مثلاً، يمكن أن يؤدي وجود فرق كبير في الضغط بين نظام ضغط عال ونظام متوارث متدني الضغط المتاخم إلى توليد رياح قوية قادرة على التأثير على مناطق كبيرة، وهذه التدرجات أساسية للتداول العالمي للغلاف الجوي وتواجه العديد من الظواهر الجوية.

The Coriolis Effect

وفي حين أن درجات الضغط ترتفع من ارتفاع الضغط إلى مستوى منخفض، فإن تناوب الأرض يغير اتجاه هذا التدفق من خلال ما يعرف بـ " تأثير كوريوليس " ، ولأن الأرض تدور على محورها من الغرب إلى الشرق، فإن الهواء المتحرك ينعكس على السطح، وفي نصف الكرة الشمالي، تتحول الرياح إلى اليمين، وفي نصف الكرة الجنوبي، تتحول الرياح إلى انحرافات.

إن أثر كوريوليس هو الصفر عند خط الاستواء ويزداد نحو القطبين، مما يفسر لماذا نادرا ما تشكل العواصف المدارية في خط الاستواء حيث لا يوجد عمود رئيسي من جراء تناوب الأرض، وهذا الانحطاط يخلق الأشكال الروحية للزوارق والأعاصير ويؤدي دورا حاسما في تحديد اتجاه الرياح على الصعيدين المحلي والعالمي.

الصبغة والتضاريس

إن الاحتكاك بين الهواء والسطح يبطئ الرياح ويغير اتجاهها، وهذا التأثير أكثر وضوحا على المناطق الحضرية والوعرة حيث تعطل الحواجز في تدفق الهواء، ويتسبب التطهير في ضعف الرياح واضطرابات أكبر بالمقارنة مع الرياح السلسة والسريعة التي تجد على ارتفاعات أعلى.

ويمكن أن تؤدي السمات الطبوغرافية مثل الجبال والوادي والخطوط الساحلية إلى توجيه الرياح أو سدها أو التعجيل بها، مما يخلق أنماطاً رياحية محلية تختلف اختلافاً كبيراً عن الرياح العالمية الأوسع نطاقاً، وعلى سبيل المثال، يمكن أن تتسبب النطاقات الجبلية في تسارع الرياح عبر الممرات أو الوديان الفارغة، وينتج ظواهر مثل موجات الجبال أو الرياح المتخلفة، التي يمكن أن تكون قوية ومجذرة، وهذه التأثيرات الرياح المحلية حيوية في الترسغ.

Global Wind Belts and Their Role in Weather Systems

وتنشأ أحزمة الرياح العالمية من تفاعل ثلاث خلايا رئيسية للتداول في الغلاف الجوي في كل نصف الكرة الغربي، وهي خلية هادلي، وخلية فيرل، والخلية القطبية، وهذه الأنماط التداولية ضرورية لإعادة توزيع الحرارة والرطوبة حول الكوكب، وتؤدي دوراً محورياً في قيادة الطقس والمناخ عبر خطوط العرض المختلفة.

خلايا هادلي

خلية هادلي هي نمط التداول المداري الذي تمتد من خط الاستواء إلى خط العرض 30 درجة تقريباً، حيث يدفئ الهواء في الهواء التدفئة الشمسية عند خط الاستواء، مما يتسبب في ارتفاعه وإنشاء منطقة منخفضة الكساد تعرف باسم منطقة التقارب بين المدارات، حيث تبرد هذه المسافات المائية وتبرد وتنتج كميات كبيرة من الأمطار وتستمر في الغابات المدارية.

وبعد أن ترتفع الحركة الجوية على ارتفاعات عالية قبل أن تهبط على مسافة ٣٠ درجة حيث تخلق حزاما من الضغط العالي المعروف بالارتفاعات دون المدارية، وتتدفق الهواء الهابط والجدريات، مما يؤدي إلى ظروف قاحلة، وتكملة العديد من أكبر صحراوي العالم، مثل الصحراء في أفريقيا والصدير العربي.

خلايا فيرل

وتكمن خلية فيرل بين حوالي 30 درجة و60 درجة وينتشر فيها التداول في منتصف خط العرض، وخلافا للزنزانتين الهادلي والأعمدة، فإن الخلية فيرل تحركها بصورة غير مباشرة تحركات الخليتين الأخريين والتفاعل بين الهواء المداري الدافئ والهواء القطبي البارد، والرياح السطحية في هذه المنطقة هي أساسا من الويلات المتطاولة من الغرب إلى الشرق.

وهذه الرياح العنيفة هي ذات أهمية حاسمة في نظم الطقس المتحركة مثل الأعاصير والأعاصير المسببة للزوارق في أنحاء الكتلة الأرضية الكبيرة، ولا سيما في أمريكا الشمالية وأوروبا، وتؤدي حركة الخلية فيرير إلى مناطق متناوبة ذات ضغط مرتفع وخفيض، وهي مسؤولة عن المناخات المعتدلة والأنماط الجوية المتغيرة التي تشهدها مناطق وسط العرض هذه.

الخلايا القطبية

وتشغل الخلية القطبية من حوالي 60 درجة إلى القطبين، وفي هذه المناطق، تُشكل مصارف الهواء الباردة والكثيفة في القطبين مناطق ذات ضغط عال، ثم ينتقل هذا الهواء إلى خط الاستواء بالقرب من السطح كمنطقة شرقية القطبية، التي تُنعكس غرباً بفعل تأثير كوريوليس.

عند حوالي 60 درجة من خط العرض، يلتقي القطب الشرقي البارد بأدنى ويسترليات تأتي من خط العرض الأوسط، مما يخلق حدوداً تسمى الجبهة القطبية، وهذا التدرج الحاد في درجة الحرارة منطقة من عدم الاستقرار الجوي الشديد، وهو مكان مولد العديد من الأعاصير الوسطى التي يمكن أن تجلب عواصف كبيرة وتساقط إلى المناطق المتضررة.

الريح التجارية

إن الرياح التجارية ثابتة ومستمرة تنطلق من الشرق إلى الغرب بين حوالي 30 درجة شمالا و 30 درجة شرقا، ومن الناحية التاريخية، كانت هذه الرياح حاسمة في بحار السفن التي تبحر في المحيطات، ومن ثم اسمها، وتتجمع الرياح التجارية بالقرب من خط الاستواء في منطقة التجارة الدولية، وهي منطقة تتسم بضغط منخفض ويتسم بالغموض الشديد وهطول الأمطار في كثير من الأحيان يوميا.

وتؤدي هذه الرياح أيضا دورا محوريا في قيادة تيارات المحيطات، مثل التيارات الاستوائية، وهي أداة فعالة في تشكيل وتكثيف الأعاصير المدارية، وتوفر درجات الحرارة السطحية في البحر المشتعلة، إلى جانب تقارب الرياح التجارية، الطاقة والدوار الضروريين لتنمية الأعاصير والأعاصير والأعاصير المدارية.

Westerlies and Jet Streams

وتهيمن الويلات على خطوط العرض المتوسطة، التي تتدفق أساسا من الغرب إلى الشرق، وتتكون داخل حزام الرياح هذا من جبال الطائرات النفاثة، والأضلاع السريعة الحركة من الهواء التي تقع على ارتفاعات عالية في الغلاف الجوي العلوي ودرجة الغلاف الجوي السفلي، وأكثرها بروعة هو طائرة عمودية، تعمل كحد أقصى بين الهواء القطبي البارد وشبه المدفء.

إن موقف وقوام مجرى الطائرات النفاثة أمران بالغا الأهمية في تحديد مسار وشدة نظم الطقس، وعندما يتدفق مجرى الطائرات على تيار قوي وقويزي (من الغرب إلى الشرق)، فإن العواصف تتحرك بسرعة عبر القارات، ولكن عندما تصبح أكثر رطوبة (المسبح)، فإنها قد تسبب في عطل النظم الجوية، مما يؤدي إلى فترات طويلة من التهطال، أو الجفاف، أو موجات الطقس القاسية، أو التهجاء الباردة.

Polar Easterlies

إن الريح القطبية الشرقية هي رياح جافة تتدفق من المناطق القطبية العالية الكساد نحو خطوط العرض الأدنى، وهذه الرياح سطحية وأضعف من غيرها من أحزمة الرياح الرئيسية، وتتفاعل العواصف الشرقية القطبية مع الويلات في الجبهة القطبية، مما يؤدي إلى تكوين أعاصير وسطية، بالإضافة إلى أن العواصف الشرقية الكبيرة يمكن أن ترتفع إلى القطبية المنخفضة.

أنماط الرياح المحلية والإقليمية

وفي حين أن أحزمة الرياح العالمية تخلق إطارا واسعا للتداول في الغلاف الجوي، فإن الجغرافيا المحلية، بما في ذلك السواحل والجبال والوادي، تولد أنماطا رياحية متميزة تؤثر تأثيرا كبيرا على الطقس والمناخ على النطاقات الإقليمية.

بريز البحر وبريز

وتعاني المناطق الساحلية في كثير من الأحيان من دورات رياحية يومية تعرف باسم بريزات البحر وبرياز الأرض، وخلال اليوم، تدفأ الأرض بسرعة أكبر من المحيط المتاخم، مما يتسبب في ارتفاع الهواء فوق الأرض، ويخلق منطقة منخفضة الكساد، ويستبدل الهواء المبرد من فوق المحيط الداخلي هذا الهواء الآخذ في الارتفاع، مما يؤدي إلى نسيم بحري، ويمكن لهذه الرياح أن تقلل درجات الحرارة النهارية قرب الساحل بعدة درجات عدة، وكثيرا ما تولد بعد الظهر.

ويحدث العكس ليلا، حيث تبرد الأرض بسرعة أكبر من المحيط، مما يجعل الهواء فوق الأرض أكثر برودة وكثافة من الهواء فوق المياه، مما يخلق منطقة عالية الضغط على الأرض، ويتدفق الهواء المبرد إلى الخارج كنسيم أرضي، وهذه الدورات الريحية اليومية أساسية لتهدئة المناخ الساحلي، وللتأثير على مستويات الرطوبة، وللزراعة والنظم الإيكولوجية بالقرب من الساحل.

جبال وادي بريز

وفي المناطق الجبلية، يؤدي تسخين المنحدرات وتبريدها إلى خلق أنماط رياحية سمية معروفة بالجبال وبريز الوادي، حيث تتدفق المياه بسرعة أكبر من الوديان المتاخمة، مما يؤدي إلى ارتفاع الهواء على طول المنحدرات كنسيم وادي، مما يمكن أن ينقل منحدرات الرطب ويسهم في تكوين الغيوم وعواصف الظهر المشتركة في جميع أنحاء العالم.

في الليل، يهدأ المنحدر بسرعة، و تهتزّم الكثبان، و تهوية التبريد إلى الوادي كنسيم جبلي، وعادة ما يجلب هذا التدفق المهبط درجات حرارة أكثر برودة إلى الوديان بين عشية وضحاها، وهذه الأنماط الريحية الدوارة مهمة بالنسبة للطقس المحلي، وإدارة نوعية الهواء، وسلوك إطلاق النار البرية، حيث يمكن أن تؤثر على تشتات الدخان وانتشار الحرائق.

Anabatic and Katabatic Winds

إن الرياح العاتية ترتفع بفعل التسخين الشمسي القوي، مثل الزهرة الواديية، ولكن يحدث في كثير من الأحيان على المنحدرات أو المنحدرات الاصطناعية، ويمكنها رفع الملوثات والرطوبة من المناطق المنخفضة إلى ارتفاعات أعلى، مما يؤثر على نوعية الهواء المحلي وظروف الطقس.

إن الرياح القاتمة، على العكس من ذلك، هي تدفقات من الهواء البارد والكثيف التي يمكن أن تكون شديدة القوة ومبردة، ومن الأمثلة البارزة على ذلك الرياح البخارية في منطقة أدرياتيك، والضباب في جنوب فرنسا، ورياح سانتا آنا في جنوب كاليفورنيا، ورياح سانتا آنا، على وجه الخصوص، غير معروفة لجلب ظروف ساخنة وجافة تؤدي إلى تفاقم مخاطر إطلاق النار البرية عن طريق حرق البراري وسرعة انتشارها.

شتائم النوافذ الموسمية: مونسونزون وشبكة إنسو

وتتسبب التغيرات الموسمية في التسخين الشمسي والضغط الجوي في تحولات واسعة النطاق في أنماط الرياح، مما يؤدي إلى مواسم مبللة وجافة واضحة في أجزاء كثيرة من العالم، وهناك مثالان رئيسيان على ظواهر الرياح الموسمية هذه هما الريح الموسمية، وظاهرة النينيو - الجنوب.

الموسم الآسيوي

إن الريح الآسيوية هي أحد أكثر أنماط الرياح الموسمية إثارة وصدمة على الأرض، وخلال أشهر الصيف، يخلق التدفئة الشديدة لجزر آسيا الشاسعة مساحة منخفضة الكساد، ويتوقف الهواء الريحي من المحيط الهندي وغرب المحيط الهادئ الداخلي، ويجلب أمطارا فظيعة تديم الزراعة والنظم الإيكولوجية في جميع أنحاء الهند وجنوب شرق آسيا وأجزاء من الصين، ويتوقف هذا التدفق الموسمي من الرطوبة على بلايين البشر.

وفي الشتاء، يتراجع النمط مع تبرد الأرض بسرعة أكبر من المحيط، مما يولد ضغوطا كبيرة على القارة، مما يؤدي إلى جفاف الهواء باردا نحو المحيطات، مما يؤدي إلى شتاء جفاف بالنسبة لكثير من المنطقة، ويزيد هذا الموسم عن مجرد تحول في الرياح؛ ويمثل إعادة تنظيم في الغلاف الجوي تماما يمكن أن يتسبب في الفيضانات والانهيالات الأرضية والجفاف حسب قوته وتوقيته.

مرصد أمريكا الشمالية

ويحدث نظام ريح أقل كثافة وإن كان مماثلا في غاية الأهمية في جنوب غرب أمريكا الشمالية، ومن تموز/يوليه إلى أيلول/سبتمبر، تتيح التغيرات في أنماط الرياح الهواء المطهر من خليج المكسيك وشرق المحيط الهادئ، ليخترق الأراضي إلى أريزونا ونيو مكسيكو وشمال المكسيك، ويجلب هذا التدفق الموسمي للرطوبة المطرية الحيوية إلى منطقة قاحلة أخرى، ويدعم النظم الإيكولوجية والزراعة.

غير أن دير أمريكا الشمالية يجلب أيضا مخاطر، بما في ذلك الفيضانات الوميض والعواصف الغبارية، التي يمكن أن تكون شديدة بسبب التربة الجافة في المنطقة والتضاريس الشديدة، وفهم ديناميات هذا الدير أمر حاسم لإدارة الموارد المائية والتأهب للكوارث في جنوب غرب الولايات المتحدة وشمال المكسيك.

El Niño-Southern Oscillation (ENSO)]

إن الرياح التجارية هي عنصر رئيسي في ظاهرة النينيو - الجنوب، وهي نمط مناخي متكرر يؤثر على المحيط المداري والطقس العالمي، وفي ظل الظروف العادية، تدفع الرياح التجارية القوية المياه السطحية الدافئــة غربا، وترتفع الحرارة في غرب المحيط الهادئ، وخلال حدث النينيو، تضعف هذه الرياح التجارية أو تتراجع، مما يسمح بالماء الدافئ بالتحرك شرقا نحو ساحل أمريكا الجنوبية.

ويسبب هذا التحول اضطرابات في أنماط الرياح والطقس السائدة في جميع أنحاء العالم، مما يؤدي إلى الجفاف في أستراليا وإندونيسيا، وزيادة سقوط الأمطار والفيضانات على امتداد السواحل الغربية للأمريكتين، والتغيرات في نشاط الأعاصير في المحيط الأطلسي، وتؤثر لا نينيا، وهي المرحلة المقابلة من المنظمة، على الرياح التجارية الأقوى من غير الطبيعية، وعلى درجات الحرارة السطحية في البحر الأكثر برودة في شرق المحيط الهادئ، مما يُحدث آثارا كبيرة على الزراعة والموارد المائية والتنبؤات المناخية.

كيف تأثير (ويند باترن) على الأنظمة الرئيسية للطقس

والأنماط الريحية ليست مجرد عناصر خلفية سلبية؛ فهي تعمل بنشاط على إنشاء بعض أقوى النظم الجوية وتأثيرها على الأرض، وعلى مواصلة هذه النظم وتوجيهها.

خطوط العرض المتوسطة والعواصف العاصفة

إن الأعاصير في منتصف خط العرض هي نظم كبيرة منخفضة الضغط تشكل على طول الجبهة القطبية حيث تتجمع الشعاب القطبية الباردة مع مهابط حرارية متوسطة المدى، وتظهر هذه الأعاصير تداولاً مقاوماً للرياح في نصف الكرة الشمالي (في نصف الكرة الجنوبي) بسبب تأثير كوريوليس، وهي تُنظم في الجبهات درجات حرارة بين الكتلة الهوائية المختلفة.

وعلى النقيض من ذلك، فإن النظم ذات الضغط العالي أو الأعاصير العتيقة تتدفق على مدار الساعة في نصف الكرة الشمالي، وتجلب بشكل عام طقسا مستقرا وواضحا وهادئا، ويشكل التفاعل بين الأعاصير والأعاصير أنماط الطقس اليومية عبر المناطق المعتدلة، مما يؤثر على كل شيء من درجات الحرارة إلى أحداث التهطال.

"العجلات المُبتذلة"

Jet streams act as theteering wheel for weather systems], controlling the speed and direction of cyclones and anticyclones. These narrow bands of powerful winds at high altitudes influence the movement ofعاصفs and the distribution of temperature and moisture.

وعندما يكون تيار الطائرات قوياً ويتدفق بحراً زونياً (من الغرب إلى الشرق)، تتحرك نظم الطقس بسرعة، مما يقلل من مدة الظواهر الجوية الشديدة، ولكن عندما يصبح تيار الطائرات المتحركة مشرقاً أو يهتز شمالاً وجنوباً (التدفق المتوسط)، فإن نظم الطقس يمكن أن تعطل أو تنجرف ببطء، مما يؤدي إلى فترات طويلة من الأمطار، أو الجفاف، أو موجات الحرارة، أو التعاويذات الباردة، كما يؤدي تدفق الطائرات إلى حدوث دور رئيسي في التنمية الجوية الشديدة.

Cyclones Tropical

والأعاصير المدارية - بما فيها الأعاصير والأعاصير والأعاصير - التي تعتمد بشكل وثيق على أنماط الرياح من أجل تكوينها وتكثيفها وحركتها، وتنشأ هذه العواصف القوية عن مياه المحيط الحارة حيث يوفر تقارب الرياح التجارية دوامة منخفضة المستوى ضرورية لبدء إعصار.

وعندما يتم إنشاء الأعاصير المدارية يتم توجيهها بالتدفقات الريحية الكبيرة المحيطة، وعادة ما تكون الرياح التجارية في المناطق المدارية، ورياح الويل في خطوط العرض العليا، وتملي الطريق الذي تقطع فيه العاصفة إلى حد كبير هذه الرياح السائدة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن التدفقات الحرارية العالية المستوى يمكن أن تتحول بسرعة الرياح أو اتجاهاً مع قوة التقلبات العالية التي تؤثر على الأعاصير.

الآثار العملية: التنبؤ والتأهب

إن فهم أنماط الرياح أمر أساسي ليس فقط بالنسبة للمعرفة العلمية بل أيضا بالنسبة للتطبيقات العملية في مجال التنبؤ بالطقس، ونموذج المناخ، والطاقة المتجددة، والزراعة، وهذه الأفكار تساعد المجتمعات على التنبؤ بالطقس وتهيئته والتكيف معه.

Weather Forecasting

ويعتمد علماء الأرصاد الجوية على نماذج حاسوبية متطورة تحفيز الديناميات الجوية، بما في ذلك أنماط الرياح، للتنبؤ بتطور نظم الطقس، وكثيرا ما تتوقف بيانات الرياح العالمية التي تجمع من السواتل، والسواتل اللاسلكية (بالونات الطقس)، والطائرات، والمحطات الأرضية على كيفية تحسين دقتها، وموثوقية التنبؤات بظواهر العواصف، والكثافة، والتوقيت على مدى تأثير النماذج على سلوك مسارات الطائرات.

Climate Modeling

ومن الأهمية بمكان أن يُجرى محاكاة دقيقة لأنماط الرياح العالمية، بحيث تُحدِّد نماذج المناخ التي تُحدِّد التغيرات المستقبلية في درجات الحرارة والتنبؤات والظواهر المتطرفة، مثلاً، يمكن أن تؤدي التحولات في موقع أو قوة النسيج إلى تغيير أنماط هطول الأمطار في مناطق خط العرض الوسطى، مما يؤثر على الزراعة والموارد المائية، كما أن التغيرات في الرياح التجارية تؤثر على تداول المحيطات، مما يؤثر على المعدل الذي تستوعب فيه حرارة المحيطات وتغيرات ثاني أكسيد الكربون، مما يؤدي إلى الحد من حيث سرعة التركيز المحتملة.

الطاقة المتجددة

وتتوقف تنمية الطاقة الريحية على الفهم المفصل لأنماط الرياح العالمية والمحلية على حد سواء، ويتطلب اختيار مواقع مزارع الرياح معرفة الاتجاهات السائدة في الرياح والسرعة في مختلف المرتفعات لتحقيق أقصى قدر من إنتاج الطاقة، كما أن التباينات الموسمية والدوارة في الرياح تؤثر أيضا على التنبؤات بخلق الطاقة وعلى تكامل الشبكات، وعلاوة على ذلك، فإن فهم الأحداث الريحية البالغة الأهمية لتصميم أو مقاومة التوربينات الريحية.

الزراعة والجودة الجوية

وتؤثر أنماط الرياح على تفريق الملوثات والبذور والآفات الزراعية، مما يؤثر على غلات المحاصيل وصحة النظم الإيكولوجية، كما أنها تؤدي دورا في نقل الملوثات والغبار الجويين، مع ما يترتب على ذلك من آثار على صحة الإنسان ووضوحه، فعلى سبيل المثال، يمكن لري الكوكاباتيك أن تنتشر بسرعة الدخان من حرائق برية، بينما يمكن لبروز البحر أن يزيل الملوثات من المناطق الحضرية خلال اليوم.