الشروط الوحيدة في الغلاف الجوي المطلوبة للعواصف الرعدية

وتُعرَّف المصابون بداء القاحلة، حيث يحصلون على أقل من 250 ملليمتر من الأمطار سنويا، ومع ذلك، فإن بعض أكثر العواصف الرعدية درامية على الأرض تحدث في هذه المناظر الجافة، وينشأ التناقض الظاهر لأن نفس الحرارة الشديدة التي تعرف الصحارى تؤدي أيضا إلى عدم الاستقرار في الغلاف الجوي الضروري لتشكيل العواصف، بخلاف العواصف في المناطق الرطبة، حيث تكون العواصف الرطبة عاصمة وثابر الآخذة تدريجيا.

إن الشرط الأساسي لأي عاصفة رعدية هو عدم الاستقرار في الغلاف الجوي: حالة يكون فيها الهواء السطحي أكثر دفئاً بكثير وأقل كثافة من الهواء فوقه، وفي الصحراء، يمكن للطاقة الشمسية خلال منتصف النهار أن تسخن الأرض إلى درجات حرارة تتجاوز 70 درجة مئوية (158 درجة مئوية) وهذا السطح المسخن ينقل الطاقة الحرارية إلى الهواء مباشرة فوقها، مما يؤدي إلى ارتفاع حراري حاد بين السطح والبرد.

لكن عدم الاستقرار وحده لا يكفي لتكوين العواصف الرعدية، العنصر الثاني الحاسم هو الرطوبة، فالصحاريون جافون بحكم تعريفهم، لذا يصبح السؤال: من أين تأتي الرطوبة؟ والجواب يكمن في أنماط التداول الجوي في منطقة كاليفورنيا الكبيرة التي تنقل الهواء الرطب من مصادر بعيدة إلى مناطق قاحلة، ويمكن أن يحدث ذلك من خلال التدفقات الموسمية، حيث يتراجع الرواسب الهوائية في منطقة الخليج.

ومن الآليات الأخرى تغلغل الرطوبة المدارية في صحاري دون أرضية عبر الأنهار الجوية أو مخلفات الأعاصير المدارية، بل إن كميات صغيرة من الرطوبة، عندما تقترن بعدم استقرار شديد، يمكن أن تنتج عواصف شديدة بشكل مفاجئ، وفي كثير من البيئات الصحراوية، يمكن اعتبار قيمة مائية قابلة للتنبؤ تبلغ 20-30 ميليميتر (نحو 0.8 إلى 1.2 بوقود) تعتبر جافة في معظم المناخ.

فيزياء العاصفة

Convection and the Role of the Boundary Layer

تبدأ العملية كل صباح عندما تسخن الشمس أرض الصحراء، وفي أواخر الصباح، تتطور طبقة حدودية عميقة، تصل في كثير من الأحيان إلى 3 إلى 5 كيلومترات في المرتفع، وفي الأرصاد الجوية، تكون هذه الطبقة هي الجزء من الغلاف الجوي الذي تتأثر مباشرة بالظروف السطحية، وفي الصحارى، فإن عمقها ملحوظ لأن الهواء الجاف يسمح للثبات الحرارية بالارتفاع دون تشكيلات، ويصل إلى ارتفاعات حيث يكون الهواء أكثر برودة وقابلية.

ففي صحراء سونوران، على سبيل المثال، يمكن أن تتجاوز قيم CAPE 3000 J/kg في عصرات شهرية، وهي قيمة مماثلة لتلك التي لوحظت في السهول الرطبة في الغرب الأوسط الأمريكي أثناء تفشي الطقس الشديد، وتشير الدراسة الاستقصائية العالية إلى أن أي ببغاء هوائي يتجاوز مستوى الكثافة سيتسارع بقوة هائلة، وهذه هي الطاقة الخام التي تدفع الرعد الصحراوي.

وعندما يكون الرطوبة حاضرة، إما أن تنتشر في المنطقة أو أحياناً تكون سطحية من مصادر معزولة مثل البحيرات النحلية أو الزراعة المروية، تصل الحرارة المتزايدة في نهاية المطاف إلى مستوى تكديس الشحنات، وفي هذا الارتفاع تهبط درجة الحرارة بدرجة كافية بحيث يبدأ بخار الماء في ارتفاع الطوابق الهوائية السحابية بالتلوث في قطرات حرارة سحابية.

منظمة " شرار الشتاء الرأسي " و " العاصفة "

وكثيرا ما تشكل العواصف الرعدية في بيئات ذات فتحات رياح عمودية متوسطة إلى قوية، حيث تتغير سرعة الرياح واتجاهها تغيرا كبيرا مع ارتفاعها، وفي مناطق قاحلة كثيرة، يتدفق الريحان من الجنوب أو الجنوب الشرقي، بينما تكون الرياح من أعلى المستويات من الغرب أو الشمال الغربي، وتخلق هذه القذيفة الاتجاه التناوب في إطار المسودات، مما يتيح تنظيم العواصف الرعدية في مناسبات متعددة النادرة.

كما تساعد الشار على فصل المكشوف من المكشوف، وفي البيئات غير المسمعة، يمكن أن يخنق التهطال الذي ينخفض من العاصفة إمدادات الهواء الدافئ، ويمنع المزيد من التطوير، وفي البيئات المفقودة، ينخفض التهطال من المكشوف، ويسمح باستمرار العاصفة وتكثيفها، وهذا الفصل المادي هو السبب في أن بعض العواصف الصحراوية يمكن أن تستمر لعدة ساعات، حتى في البيئة،

كما أن التفاعل بين طبقة الحدود الصحراوية الجافة وتحول التراب يؤدي دورا حاسما، وكثيرا ما يؤدي التحول الشديد في درجة الحرارة إلى ما بين 1 و 3 كيلومترات فوق السطح إلى منع حدوث ارتداد عميق في جميع أنحاء الصباح، حيث أن التدفئة السطحية تكثف خلال اليوم، فإن الحرارة تخفض هذه السقف من الأسفل، وعندما تحدث عملية الاختراق، فإنها يمكن أن تؤدي إلى تطوير السقفية المزروعة.

ما يجعل العواصف الرعدية مختلفة

المرحلة السريعة والاختصار

ومن أكثر خصائص العواصف الرعدية الصحراوية تسارع نموها، ففي بيئة رطبة، قد تتطور العواصف أكثر من 6 إلى 12 ساعة حيث تتحول حقول الغيوم الكبيرة تدريجيا إلى دش ثم العواصف الرعدية، وفي الصحارى، يمكن أن تتطور العملية في 60 إلى 90 دقيقة من أول سحابة متجمعة إلى عاصفة رعدية كاملة.

كما أن نفس العوامل التي تعزز التنمية السريعة تحد من عمر عواصف صحراءية عديدة، وعندما يبدأ التهطال، فإن السحب من العاصفة يجلب الهواء الجاف من الغلاف الجوي الأوسط إلى السطح، وهذا الهواء الجاف يهجر المطر الذي يسقط من خلاله، ويبرد الهواء ويعزز المكبس، ويمتد الهواء الدافئ إلى الأرض كواجهة جافة، وهو ما يمكن أن يصعد إلى بيئة جديدة.

ويمكن أن تستمر النظم المنظمة بشكل أكبر كلما تطورت في مناطق ذات تدفق مستمر للرطوبة، مثل المناطق الجبلية القريبة أو على امتداد مناطق التقارب، ويمكن أن تؤدي أنماط التذبذب في مادن - جوليان وغيرها من الأنماط المدارية الواسعة النطاق إلى تحويل الرطوبة إلى صحر دون أرضية، مما يخلق فترات عدة أيام مع أنشطة تنظيمية للطوابق الرعدية، وفي هذه الحالات، يمكن للمناطق الصحراوية أن تتلقى بعد شهر واحد من الأمطار.

البرق الجاف، البرق الجاف، والميكروبورست

وكثيرا ما ترتبط العواصف الرعدية بالمعدلات المرتفعة للبرق، وتسمح طبقة الحدود المتناظرة العميقة والجافة بأن تكون قواعد السحب عالية، وكثيرا ما تكون على ارتفاع يتراوح بين 2 و 4 كيلومترات فوق السطح، وتعني هذه القاعدة السحابية العالية أن مناطق الفصل بين الشحنات داخل السحاب توضع في مرتفعات كبيرة بشكل غير عادي، وعندما يحدث البرق، فإنه يتعين أن يقطع مسافة أطول من خلال الهواء الجاف نسبيا، مما يؤدي إلى حدوث جلطة شديدة.

البرق الجاف ظاهرة خطيرة جداً في المناطق الصحراوية، ففي العديد من العواصف الرعدية، تتبخر الأمطار تماماً قبل الوصول إلى الأرض، وهي ظاهرة تسمى الفيراغا، ومع ذلك، لا تزال البرق يصل إلى السطح، ويُعد البرق الجاف مُسمّراً بحرق آلاف من النيران البرية في المناطق الصحراوية والأرض المزروعة.

والميكروفونات سمة مشتركة أخرى من سمات العواصف الرعدية الصحراوية، إذ إن الميكروفون هو مجرى مكثف ومحلي من الهواء ينتشر على نحو مشعاعي عند ضرب الأرض، وينتج رياحاً مباشرة تتجاوز 160 كيلومتراً/ساعة (100 متر) وفي البيئات الجافة، فإن التبريد المتصاعد للهيمن تحت العاصفة يمكن أن يعجل بسحبها إلى سرعة تدميرية.

جيوغرافيا هوتسبوتات لطوابق الرعد

وفي حين أن الصحاري هي عموما أقل عرضة للعواصف من المناطق المدارية أو المناطق الوسطى من المناطق، فإن بعض المناطق القاحلة لديها مواسم عاصفة رعدية متميزة تدفعها الجغرافيا الإقليمية وأنماط التداول، ففهم هذه البؤر الساخنة يوفر رؤية عن الكيفية التي يمكن بها لتغير المناخ أن يغير تواتر العواصف الصحراوية وكثافتها في جميع أنحاء العالم.

إنّ (سونوران ديسرت) ، وقطعاً من (أريزونا) و(كاليفورنيا) والمكسيك، هي واحدة من أكثر مناطق الرعد الصحراوي نشاطاً على الأرض، حيث تُوصل العواصف الرهبانية في أمريكا الشمالية من خليج كاليفورنيا وشرق المحيط الهادئ، تغذي العواصف الرعدية عبر المنطقة من تموز/يوليه إلى أيلول، وفي منطقة (توسون) تسقط أكثر من 50% من الشكل التهيدي السنوي

وتجارب الصحراء الكبرى في الصحراء الكبرى تحلق على طول هوامشها الجنوبية، حيث يتجه الدير في غرب أفريقيا شمالا إلى منطقة الساحل الانتقالية، أما الشمال الأقصى، والعواصف الرعدية الصحراوية، فهي نادرة، ولكن يمكن أن تحدث عندما تصون أعالي المستويات من المحيط الأطلسي الرطب عبر الصحراء، أو عندما تتخلف الاضطرابات المدارية من جنوب جبل تشاد آثارا صيفية غير عادية في المناطق الداخلية.

وتشهد شبه الجزيرة العربية نشاطاً في الرعد خلال شهري الربيع والصيف، وتهاجر منطقة التقارب بين المناطق المدارية شمالاً خلال صيف نصف الكرة الشمالي، حيث تسحب الرطوبة من البحر العربي، وفي بعض السنوات، تتعرض مخلفات أعاصير المحيط الهندي، وتتلقى جبال آسير من جنوب غرب المملكة العربية السعودية، ومساحات المرتفعات من اليمن نشاطاً منتظماً في الرعد الصحراوي.

كما أن صحراء ساندي الكبرى في أستراليا وصحراء آسيا الوسطى تشهد أيضا نشاطا في العواصف الرعدية، وإن كان ذلك مع إيقاعات موسمية مختلفة، ففي أستراليا، ينتج الرطوبة المدارية من الشمال والغرب خلال الموسم الصيفي عواصف الرعد عبر المناطق الداخلية للصحراء الوسطى، وفي آسيا الوسطى، تكون العواصف أكثر شيوعا في الربيع وأوائل الصيف حيث تتفاعل الجبهات الباردة من الشمال مع ظروف سطحية الدافئة.

الاستجابة الهيدرولوجية: فلاش فلود في الأراضي القاحلة

إن الاستجابة الهيدرولوجية للعواصف الرعدية الصحراوية هي بمثابة العواصف نفسها، فالظروف القاحلة لها خصائص متميزة تجعلها عرضة بشكل استثنائي للفيضانات السريعة، ولا سيما في بيئات أخرى، التي تعترض سقوط الأمطار وتباطؤها، تعني أن هطول الأمطار يصيب التربة الصحراوية الخالصة بقوة كاملة، كما أن العديد من التربة الصحراوية هي أيضاً هيدروفورية، مما يولد قشراً من آثار الكيماويات.

إن العواصف الصحراوية الواحدة يمكن أن تسقط 50 إلى 100 ميليميتر (2 إلى 4 بوصة) من الأمطار على منطقة صغيرة في أقل من ساعة، مع انخفاض معدلات التسلل إلى 5 ملليمترات في الساعة في كثير من التربة الصحراوية، فإن كل هذه المياه تقريباً تصبح سطحية، وفي الأراضي الصحراوية الجبلية، تركز هذه الرؤوس المتسرعة في العصيان والغسل، وتنتج الفيضانات بسرعة

إن سمات الفيضانات الفياضوية في البيئات الصحراوية شائعة بشكل مأساوي، ففي الولايات المتحدة، تحدث أكثر من 60 في المائة من الوفيات الفيضانية الواقفية في كثير من الأحيان عندما يحاول السائقون عبور الطرق المغرقة، وتصبح قوة المياه المتحركة قوية بشكل مخادع: حيث أن سرعة تدفق المياه تبلغ 15 سنتيمترا (6 إنش) يمكن أن تقطع شخصا عن ركبه، و 60 سنتيمتر (قدما) يمكن أن تحرك معظم المركبات.

إن سلوك العواصف الرعدية الصحراوية ليس ثابتا، فمع ارتفاع درجات الحرارة العالمية، فإن الفيزياء الأساسية لتشكيل العواصف في المناطق القاحلة تتغير، ويمكن أن يكون الهواء الواريء أكثر رطبا، بعد علاقة كلوزيوس - كلابيرون، التي تنبأ بنسبة 7 في المائة تقريبا في محتوى بخار الماء في الغلاف الجوي من درجة حرارة كل فرد، بل إن هذا قد يزيد من توافر العواصف.

وتشير البحوث التي أجراها الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ والدراسات الإقليمية في الولايات المتحدة الجنوبية الغربية والشرق الأوسط إلى أن الأحداث المتطرفة اليومية في المناطق الصحراوية قد تتفاقم، كما أن الجو الأكثر دفئا يزيد أيضا من الطلب التصاعدي، الذي يمكن أن يؤدي إلى تجفيف أسرع بين العواصف، مما يجعل من المفارقات الطبيعية الصحراوية أكثر عرضة للجفاف وأكثر عرضة للفيضانات عندما تحدث العواصف.

بعض نماذج المناخ تُقدّم توسعاً جذرياً في تداول (هادلي) وتداول الغلاف الجوي الواسع الذي يقود مناطق الأرض الجافة شبه المدارية، وقد يُحوّل هذا التوسع الحدود الجغرافية لنشاط العواصف الرعدية الصحراوية، ويمتد موسم العواصف إلى المناطق القاحلة الحالية بينما يجففّف الهوامش شبه القاحية حالياً، على سبيل المثال، شهد جنوب غرب الولايات المتحدة اتجاهاً جافّاً واضحاً منذ عام 2000 ولكنّاً متطرفاً.

كما أن التفاعل بين العواصف الرعدية الصحراوية وارتفاع درجات الحرارة له آثار عكسية، كما أن حرائق البرق التي تشتعل من جراء هباء إطلاقات البرق الجاف في الجو الذي يمكن أن يؤثر على الفيزياء السحابية، مما قد يغير من تطور العواصف وكفاءة التهطال، كما أن ارتفاع درجات الحرارة يزيد من تواتر الموجات الحرارية، مما يمكن أن يُعِد شرطا مسبقا لتطوير المواد الانشطارية المتفجرة عند توافرها.

الآثار العملية والنظر في السلامة

فهم فيزياء العواصف الرعدية الصحراوية ليس مجرد تدريب أكاديمي، إذ أن السكان والمسافرين والعمال الخارجيين في المناطق القاحلة، والاعتراف بعلامات تنمية العواصف التي يتم التشاور بشأنها يمكن أن تكون إنقاذا للحياة، وأن بداية الرياح البائسة، وسحب السحب بالزجاجات ذات الشق الشرير، وأن انخفاض درجات الحرارة المفاجئة كلها مؤشرات قد تشكلها مروحة في الهواء.

وتطبق عدة مبادئ توجيهية رئيسية للسلامة على بيئات العواصف الرعدية الصحراوية، أولا، تجنب الغسيل الجاف وقوافل الوادي خلال موسم العواصف، حتى وإن بدا جليا، فإن الفيضانات التي تتدفق من العواصف على بعد أميال عديدة يمكن أن تصل إلى موقع بحذر ضئيل، ثانيا، إذا ما وقعت في عاصفة البرق في الصحراء المفتوحة، تتجنب وجود أشجار معزولة، وتضع في عمق معدني.

وبالنسبة للطيران، تتطلب مخاطر العواصف الرعدية الصحراوية اهتماما خاصا، فالأثقال الدقيقة، والاضطرابات الشديدة، والتخفيضات المفاجئة في الرؤية بسبب ضرب الغبار والرمل، تهيئ ظروفا خطيرة للإقلاع والهبوط، وتحتاج إدارة الطيران الاتحادية وغيرها من سلطات الطيران إلى تدريب متخصص للطيارين العاملين في المناطق الصحراوية خلال مواسم العواصف الرعدية التي تولدها التدفقات الأرضية الرعدية، التي تسمى " صفر " .

خاتمة

وتمثل العواصف الرعدية المتقطعة المذهلة من المتطرفين: الحرارة الشديدة والجفاف المتطاير مع الانفجارات المفاجئة للرطوبة والطاقة، وتشمل الفيزياء التي تحكم هذه العواصف نفس العمليات الأساسية التي تدفع العواصف الرعدية في كل مكان، ولكن الظروف الفريدة للبيئات القاحلة تخلق خصائص متميزة، وطبقة الحدود العميقة، وقاعدة السحب العالية، وانتشار الفيضانات الخفيفة، والفيضانات المحدودة.

ومع استمرار دفء المناخ العالمي، ستتطور هذه العواصف بطرق لا تزال قيد الدراسة، وتتجه نقاط البحث الحالية إلى أحداث فردية أكثر كثافة، مع ارتفاع معدلات سقوط الأمطار واحتمال حدوث فيضان أكثر تدميرا، حتى مع استمرار تواتر العواصف بشكل عام أو هبوطها في بعض المناطق، وبالنسبة لمن يعيشون في بيئات صحراوية أو يسافرون إليها، فإن فهم علامات ومخاطر تنمية الرعديات أمر أساسي للسلامة.

في المرة القادمة التي ترى فيها شراً سحابياً يرتفع فوق الأفق الصحراوي، تشهد مظاهرة قوية للفيزياء التي تحكم جو كوكبنا، في دقائق، يمكن للثبات الذي يُطلَق عليه الشمس أن يتحول إلى ماستروم من البرق والريح والمياه، فقط للتلاشى بسرعة عندما يصل،

National Severe Storms Laboratory: Thunderstorm Basics]

IPCC Sixth Assessment Report: Climate Change and Extreme Weather]

NOAAA National Weather Service: Lightning Safety]

USGS: Floods and Flash Floods]