الكتل والجبهات الهوائية
فيما يلي ملخص لموضوع أعده الدكتور نادر صيام قمت بتنسيقه وإعادة صياغته وتوضيح النقاط المهمة بشكل يسهل لك أخي القاريء فهم المحتوى
تهب الرياح على سطح الكرة الأرضية على شكل كتل هوائية ضخمة تعبر العروض الجغرافية حاملة معها الطاقة الحرارية والرطوبة.وتعرف الكتل الهوائية بأنها"قسم ضخم من الهواء المتجانس في صفاته الحرارية والطوبة أفقيا في كل مستوياته من سطح الأرض وحتى قمته"ومن هذه الكتل الهوائية ما يبلغ حدا من الضخامة العظيمة فيصل ارتفاعها حتى التروبوبوز شاغلة كل طبقة التروبوسفير من الغلاف الجوي.<o:p></o:p>
عادة تصنف الكتل الهوائية وفقا لعاملين أساسيين يحددان اتجاهها وطبيعتها الفيزيائية وهما: اتجاه الكتل الهوائية و إقليم المصدر<o:p></o:p>
أولا- اتجاه الكتل الهوائية:<o:p></o:p>
يشير اتجاه الكتل الهوائية إلى الاتجاه الذي تأتي منه هذه الكتل فمثلا،فان الكتل الهوائية الشمالية، تتحرك من الشمال باتجاه الجنوب،والشرقية من الشرق باتجاه الغرب وهكذا.ويساعد تحديد الكتل الهوائية على معرفة الكثير من خصائصها الفيزيائية والحرارية والرطوبة وذلك مما يساعد على تحديد حالات الطقس المصاحبة لها.<o:p></o:p>
ثانيا: إقليم المصدر:<o:p></o:p>
يظل إقليم المصدر العامل الأساسي والأكثر تأثيرا في تحديد خصائص الكتل الهوائية.والحقيقة أن تصنيف الكتل الهوائية وفقا لأقاليم مصادرها يتضمن بشكل غير مباشر تصنيفها وفقا لاتجاهها.<o:p></o:p>
يعرف إقليم المصدر بأنه "إقليم جغرافي كبير تتشكل فوقه الكتل الهوائية وتهب منه حاملة صفاته الحرارية والرطوبة إلى الأقاليم الجغرافية الأخرى", وتكتسب الكتل الهوائية صفات السطح الجاثمة فوقه عن طريق عمليات التبادل الحراري والخلط العامودي التي تسعى إلى إيجاد توازن بين صفات السطح والهواء الجاثم فوقه،فكلما طالت مدة مكوث الكتل الهوائية فوق إقليم مصدرها كلما زاد اكتسابها لصفاته.وفي كل الأحوال تحتاج الكتل الهوائية مدة تتراوح بين ثلاثة وسبعة أيام ليتكون نوع من التوازن بين صفاتها وصفات سطح إقليم مصدرها. ولكي تتكون كتل هوائية ضخمة عميقة ذات صفات متجانسة متميزة قوية، يجب أن يكون إقليم مصدرها واسعا منبسطا،سطحه متجانس التركيب ،تسود عليه حركات هوائية انفجارية سطحية(Divergent surface flow) بطيئة،لذلك تشكل العروض الجغرافية التي تسود عليها الضغوط الجوية المرتفعة،مثل السهول القطبية،والصحراوات والمحيطات شبة المدارية مواقعا مثالية لتكوين أقاليم مصدر جيدة،بينما،بسبب التباينات الحرارية والرطوبة الكبيرة وتردد الضغوط المنخفضة التي تجذب الكتل الهوائية إليها،فان العروض الوسطى ليست مهيأة لأن تكون أقاليم مصدر جيد.لكنها تشكل نطاقا انتقاليا تعبره كتل هوائية من مختلف الأجناس والأقاليم.<o:p></o:p>
عالميا يوجد أربعة أقاليم مصدر للكتل الهوائية في كل من نصفي الكرة الأرضية وهي: <o:p></o:p>
- الأقليم القطبي (Polar Region)<o:p></o:p>
- إقليم الحوض القطبي الشمالي (Arctic Region) <o:p></o:p>
- إقليم القارة القطبية الجنوبية(Antarctic Region) <o:p></o:p>
- الإقليم المداري (Tropical Region)<o:p></o:p>
- الإقليم الاستوائي (Equatorial Region)<o:p></o:p>
ويشار إلى كل من هذه الأقاليم بالحرف الأول الكبير من اسمه فمثلا، يدل الحرف(P) على الإقليم القطبي والحرف (T) على الإقليم المداري وهكذا. وتحمل الكتل الهوائية أسماء أقاليم مصادرها.<o:p></o:p>
ووفقا لطبيعة سطح إقليم المصدر، تختلف طبيعة الكتل الهوائية، فإذا كان إقليم المصدر بحرا كانت الكتل الهوائية بحرية رطبة يضاف حرف (m)الصغير المأخوذ من بداية كلمة (Maritime) التي معناها بحري، إلى يسار حرف اسم المصدر. وإذا كان إقليم المصدر قارة فتكون الكتل الهوائية جافة، فيضاف إلى يسار حرف اسم المصدر حرف C الصغير المأخوذ من بداية كلمة (Continental) التي معناها قاري. فعلى سبيل المثال فان (mp) تعني كتلة هوائية قطبية بحرية، و (CT)تدل على كتل هوائية مدارية قارية.<o:p></o:p>
بعد أن تشكل الكتل الهوائية، تظل لبعض الوقت في أقاليم مصادرها،لكنها لا تلبث وأن تتحرك تحت تأثير حركة الرياح العلوية، مبتعدة عنها. وأثناء تحركها فإنها ستمر على سطوح متباينة الحرارة مع حرارتها.فإذا كانت الكتل الهوائية أبرد من السطح الذي تهب فوقه،فتدعى كتلة هوائية باردة،ويضاف في هذه الحالة حرف (k) الصغير المأخوذ من بداية كلمة (kalt) الألمانية والتي معناها بارد إلى يمين حرف اسم المصدر. أما إذا كانت الكتل الهوائية أدفأ من السطح الذي تعبر فوقه، فتشكل كتلة هوائية حارة، ويضاف في هذه الحالة إلى يمين حرف اسم مصدرها الحرف (w) الصغير المأخوذ من كلمة (Warm) الانجليزية التي معناها دافئ. مثلا فان (cpk) تدل على كتل هوائية قطبية قارية باردة ، و(mTw) تدل على كتلة هوائية مدارية بحرية دافئة.<o:p></o:p>
عندما تمر كتلة هوائية باردة فوق سطح أدفأ منها، تتسخن قاعدتها بالتماس، فيؤدي ذلك إلى تدرج حراري شديد وعدم استقرار في مستوياتها الدنيا فتزداد الحركات الحملانية وحركات الخلط الاضطرابية قرب سطح الأرض فتجعل مجال الرؤيا جيدا، وتشكل بعض الغيوم المنخفضة في مستوياتها الأعلى وتؤدي إلى هطول زخات مطرية أو ثلجية. لكن إذا كانت الكتل الهوائية حارة، تمر فوق سطح أبرد منها, تتبرد قاعدتها بالتماس،مما يؤدي الى حالة استقرار جوي وتشكل انقلاب حراري منخفض،يساعد على تراكم الغبار والدخان والجسيمات التي تجعل مجال الرؤيا ضعيفا.وإذا كانت الكتلة الهوائية رطبة، قد يتشكل الضباب.استنادا الى إقليم المصدر وتباين طبيعة سطحه يمكن أن تصنف الكتل الهوائية الى :<o:p></o:p>
1) كتل هوائية قطبية (p) وتقسم الى كتل هوائية قطبية قارية باردة (cpk) وكتل قطبية بحرية باردة (mpk).<o:p></o:p>
2) كتل هواء الحوض القطبي الشمالي والقارة القطبية الجنوبية (A). وبما أنها تهب من مساحات مغطاة بالجليد فتكون شديدة البرودة جافة (CA). والحقيقة أن هذه الكتل هي الأجزاء شديدة البرودة من الكتل الهوائية القطبية الباردة ولها الميزات نفسها، ويصعب التمييز بينها فغالبا تدمج معها.<o:p></o:p>
3) كتل هوائية مدارية (T):وتقسم الى كتل هوائية مدارية قارية حارة (cTw)وكتل هوائية مدارية بحرية دافئة (mTw).<o:p></o:p>
4) كتل هوائية استوائية (E):وبما أن سطح الإقليم الاستوائي مكونا من بحار أو من غابات استوائية، فتظل هذه الكتل رطبة(mE) . في الواقع تعد الكتل الاستوائية الجزء الأكثر رطوبة في الكتل الهوائية المدارية البحرية وغالبا يصعب التمييز بينها، فتدمجها بعض الدراسات مع بعضها البعض.<o:p></o:p>
تختلف صفات الكتل الهوائية كثيرا مع اختلاف طبيعة أقاليم مصادرها، ووفقا لاختلاف الفصول أيضا. وفيما يلي أهم سمات هذه الكتل:<o:p></o:p>
1- الكتل الهوائية القطبية(p):<o:p></o:p>
أ- الكتل الهوائية القارية القطبية(cpk):<o:p></o:p>
يجدر بالذكر، أن هذا النوع من الكتل الهوائية يوجد في النصف الشمالي من الكرة الأرضية فقط، ويغيب في النصف الجنوبي منها، لعدم وجود أقاليم مصدر لها هناك، حيث تشكل القارة القطبية الجنوبية ورفوفها الجليدية إقليم مصدر للكتل الهوائية (cA) دائما في كل الفصول، ويعود ذلك لسيطرة المحيطات على العروض العليا، وإحاطتها من كل الجوانب بالقارة القطبية الجنوبية.<o:p></o:p>
في فصل الشتاء، تقع أقاليم مصادر هذه الكتل الهوائية (CPK) في وسط وشمال كندا وفي سيبيريا المغطاة بالجليد والثلوج،حيث تسود الضغوط الجوية المرتفعة القطبية حول درجتي العرض 50 و60 شمالا وسطيا. وبسبب ضالة الطاقة الشمسية الإشعاعية الحرارية (التشمس) الواصلة إلى هذه الأقاليم، وشدة الإشعاع السطحي المبرد (Surface Radiational Cooling) العائد إلى الفضاء، وازدياد نسبة البيدو (معامل انعكاسية السطوح للأشعة الشمسية) كل من سطح الجليد والثلج تتدنى، درجة حرارة الكتل الهوائية القارية القطبية (cPK) بشدة وعادة تقل عن (-10<SUP>o</SUP>) درجة مئوية، لكنها في بعض الحالات قد تهبط إلى (-40) مئوية، وهي لدلك جافة جدا تتراوح نسبة الخلط فيها"Mixing ratio"(كمية بخار الماء"غ" في "1مغ"من الهواء الجاف) بين 4و1غ/كغ. مع ذلك تتراوح رطوبتها النسبية بين 54%و06% أحيانا وبسبب برودة السطح الشديدة وحركات الهبوط الهوائية في مراكز الضغوط الجوية المرتفعة يسود خلال هذه الكتل الهوائية انقلابات حرارية على ارتفاعات قريبة من سطح الأرض قد تصل أحيانا إلى 200م فقط.لذلك لاتتشكل الغيوم في مثل هذه الشروط،لكن قد يحدث الضباب عندما تقل درجة الحرارة إلى حوالي(-40)درجة مئوية.<o:p></o:p>
ب- الكتل الهوائية القطبية البحرية (mPK):<o:p></o:p>
تتشكل الكتل الهوائية (mPk) من تحول الكتل الهوائية(cPK) في النصف الشمالي من الكرة الأرضية والكتل الهوائية من القارة القطبية الجنوبية (cA) بعد مرورها بيوم أو يومين تحت تأثير الرياح العلوية فوق المحيطات المفتوحة في العروض العليا لكنها تظل أقل برودة مما كانت عليه.فأثناء عبورها فوق المحيطات تزداد درجة حرارة قاعدتها بواسطة التماس (Conduction) فتصل إلى حوالي 4 مئوية أحيانا وتزداد رطوبتها الى أن تناهز نسبة خلطها4,4غ/كغ فتصبح غير مستقرة مضطربة وتجري في أقسامها الدنيا حركات حمل هوائية تنقل الطاقة الحرارية والرطوبة باتجاه الأعلى،فتصل رطوبتها النسبية الى أكثر من 90% في طبقاتها الدنيا حتى ارتفاع 2,5 كم.وتظهر هذا الارتفاع طبقة الانقلاب الحراري الناتجة عن حركات الخفس الهوائية التي تجعل الهواء جافا ومستقرا.<o:p></o:p>
وعندما تدخل هذه الكتل البحرية الى القارة الباردة يميل الطقس في فصل الشتاء الى الاعتدال،لذلك تعرف عندئذ بالكتل الهوائية القطبية البحرية الدافئة(mPw).<o:p></o:p>
في فصل الصيف تتسخن القارات في العروض العليا فتذوب الثلوج ويذوب الجليد إلى عمق كبير نسبيا،فتتراجع أقاليم المصدر القطبية في كل من كندا وسيبيريا شمالا وتنحصر في أقصى العروض العليا.وتظل الكتل الهوائية المتشكلة هنا قطبية قارية باردة (cPk) لكنها أقل برودة وأقل استقرار بسبب تسخين أقسامها الدنيا،ويزيد التبخر من ماء الثلوج والجليد الذائبة رطوبتها،وتقل فيها شدة التدرج الحراري العامودي.وعندما تتوغل هذه الكتل الهوائية الباردة نحو الجنوب تخفف من قيظ حر الصيف في المناطق القارية التي تصل إليها.ويمكن القول أنها تشكل معدل للكتل الهوائية القطبية الشتوية.<o:p></o:p>
عندما تعبر الكتل الهوائيةcPk وCA الصيفية فوق المحيطات تتحول إلى كتل هوائية (mPk)، لكن حرارتها ورطوبتها تكون أعلى إلى حد ما من مثيلاتها الشتوية وأكثر اضطرابا منها خاصة في مستوياتها الدنيا،وتظل جافة وباردة في مستوياتها العليا.يسود هذا النوع من الكتل الهوائية في خليج ألاسكا وشمال المحيط الأطلسي فقط في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، وفوق كل المساحات المائية المحيطة بالقارة القطبية الجنوبية.<o:p></o:p>
<o:p></o:p>
1) كتل هواء الحوض القطبي الشمالي والقارة القطبية الجنوبية(A):<o:p></o:p>
في الحقيقة تعد هذه الكتل الهوائية أجزاء من الكتل الهوائية القطبية، لكنها أشد برودة منها،لأن أقاليم مصدرها تشكل أبرد المواقع في العالم.<o:p></o:p>
في فصل الشتاء تسود على كل من الحوض القطبي الشمالي والقارة الجنوبية ككتل هوائية باردة جافة(cA) تبلغ درجة حرارتها حوالي -46م، ونسبة خلطها حوالي 0,1 غ/كغ ورطوبتها النسبية 70% لكنها عندما تعبر فوق المحيطات في العروض العليا والوسطى تتحول إلى كتل هوائية (mPk)، كما هو حال الكتل (cPk).<o:p></o:p>
أما في فصل الصيف، بسبب ازدياد فترة التشمس وذوبان الجليد إلى أعماق محدودة تقل سماكة الكتل الهوائية في الحوض القطبي الشمالي وتتعدل صفاتها في مكانها وتتحول إلى كتل هوائية باردة بحرية،تعرف باسم كتل هواء الحوض الشمالي القطبي البحرية (mA)، وتشبه في صفاتها الكتل الهوائية القطبية الرطبة الباردة (mPk).<o:p></o:p>
لكن في القارة القطبية الجنوبية تظل الأوضاع مستقرة صيفا شتاء وتظل أقاليم مصدر الكتل الهوائية (CA) في كافة الفصول.وعندما تعبر هذه الكتل فوق مياه المحيطات تتعدل صفاتها وتتحول إلى كتل هوائية (mPk).<o:p></o:p>
2) الكتل الهوائية المدارية(T):<o:p></o:p>
أ-الكتل الهوائية المدارية الجافة (cTw): في النصف الشمالي من الكرة الأرضية تتشكل الكتل الهوائية المدارية نطاقا على سطح الكرة الأرضية تمتد بين درجتي العرض45 شمالا وجنوبا وسطيا وهي:<o:p></o:p>
· في فصل الشتاء،يشكل أقاليم مصدر الكتل حزاما قاريا متصلا ممتدا عبر شمال أفريقيا وجنوب غرب أسيا،بالإضافة إلى نطاق ضيق في جنوب غرب أمريكا الشمالية.<o:p></o:p>
· أما في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية فتظهر أقاليم مصدرها فوق قارة استراليا وجنوب أفريقيا. وتتمركز هذه الأقاليم في المواقع التي تسود عليها الضغوط المرتفعة شبة المدارية وحركات الهبوط الهوائية فوق القارات فوق درجتي العرض 20 و30درجة شمالا وجنوبا. وعادة تتجاوز الكتل الهوائية (cTw) في تقدمها درجة العرض 40 شمالا. وتتميز الكتل الهوائية (cTw) بأنها دافئة وجافة ومستقرة تناهز درجة حرارتها80 درجة مئوية وسطيا، ونسبة الخلط فيها أقل من 8غ/كغ. ورطوبتها النسبية حوالي 60% وتسود فيها طبقة انقلاب حراري على ارتفاع 2الى3كم تعرف بطبقة انقلاب الرياح التجارية.في الصيف،تحافظ الكتل الهوائية (cTw) على أقاليم مصدرها في النصف الشمالي للكرة الأرضية،إلا أنها تنزاح قليلا باتجاه الشمال وتتسع وغالبا ما تتعدى الكتل الهوائية (cTw) درجة العرض 45شمالا كثيرا. أما في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية تنكمش مساحة أقاليم مصدر الكتل الهوائية(cTw) في أستراليا وجنوب أفريقيا بسبب تأثيرها بالكتل الهوائية المدارية الرطبة الموسمية الهابة عبر خط الاستواء،كما ويظهر أقاليم مصدر صغير لها فوق جنوب القارة الأمريكية الجنوبية.<o:p></o:p>
بسبب شدة الإشعاع الشمسي تزداد حرارة الكتل الهوائية (cTw)، كثيرا ويبلغ متوسط درجة الحرارة حوالي35 درجة مئوية إلا أنها عادة ما تزيد عن 36م وفي كثير من الأوقات تتعدى 40 درجة مئوية، وتزيد درجة حرارة السطح الجاثمة عليه إلى أكثر من60 أو 70 مئوية، لذلك تظل مستقرة في مستوياتها الدنيا فتتشكل خلالها الزوابع الغبارية، لكنها تظل مستقرة في مستوياتها العليا بسبب حركات الهبوط الهوائية فوقها وتتشكل طبقة الانقلاب الحراري على ارتفاع3كم.وبالرغم من أن محتواها من الرطوبة الفعلية كبير، حيث تصل بنسبة الخلط فيهل إلى حوالي9,1/كغ، إلا أن رطوبتها النسبية، بسبب ارتفاع درجة حرارتها الشديد، تظل ضئيلة حوالي 28% أحيانا تقل عن10% لذلك تتميز الكتل الهوائية(cTw)بحرارتها العالية وجفافها الشديد،وأينما حلت هذه الكتل تنعدم الأمطار ويسود الجفاف وهذا ما يجعل أقاليم مصادرها صحراوات جافة حارة.<o:p></o:p>
(ب) الكتل الهوائية المدارية البحرية (mTw): <o:p></o:p>
· في الشتاء،تشكل المحيطات المدارية،حيث تسود الضغوط المرتفعة شبة المدارية الدائمة في نصفي الكرة الأرضية أقاليم المصدر لهذه الكتل الهوائية(الشكل 1).فتسود إلى الجنوب من الكتل الهوائية القطبية البحرية (mPk) في نصف الكرة الأرضية الشمالي والى شمالها في نصفها الجنوبي متمركزة حول درجتي العرض30شمالا وجنوبا شاغله كل النطاق البحري المداري في نصفي الكرة الأرضية بين درجتي العرض45درجة شمالا وجنوبا وسطيا،الذي يشمل المحيط الأطلسي والبحر الكاريبي والمحيط الهادي والمحيط الهندي.وتتميز الكتل الهوائية(mTw) يدفئها ورطوبتها وعدم استقرارها، فتزيد حرارتها عن24درجة مئوية ونسبة خلطها عن17غ/كغ ورطوبتها النسبية88% وهذا مما يساعد على تشكيل تيارات حملانية تنقل الرطوبة وحرارتها والطاقة الحرارية خلال مستوياتها الدنيا وتوزيع مستوياتها الأعلى إلى ما دون ارتفاع طبقة الانقلاب الحراري.<o:p></o:p>
· في الصيف، تظل أقاليم مصدر الكتل الهوائية(mTw) في مواقعها. لكن مع ازدياد الطاقة الحرارية الواصلة إلى سطح المحيطات،تصبح هذه الكتل أكثر حرارة ورطوبة وتزداد إضطرابا وعدم استقرار،فتبلغ درجة حرارتها حوالي29درجة مئوية ونسبة الخلط فيها حوالي20غ/كغ ورطوبتها النسبية 77% تقريبا، لكنها عندما تدخل اليابسة شديدة الحرارة،تصبح منعشة لطيفة وتتميز على أنها كتل هوائية مدارية بحرية باردة (mTk).<o:p></o:p>
الجدير بالذكر هنا، انه بسبب حركات الهبوط الهوائية وتشكل طبقة الانقلاب الحراري (طبقة انقلاب الرياح التجارية) على ارتفاع2الى3كم خلال الكتل الهوائية(mTw) ، يظل عمق الطبقة السطحية الرطبة فيها ضحلا،لكنها تزداد عمقا ورطوبة كلما تحركت شمالا أو جنوبا مبتعدة عن مراكز حركات الهبوط الهوائية فوق المحيطات المدارية وشبه المدارية.<o:p></o:p>
3) الكتل الهوائية الاستوائية (mE):<o:p></o:p>
تظهر الكتل الهوائية الاستوائية في نطاق ضيق عبر العروض الاستوائية بين درجتي العرض10شمالا وجنوبا وسطيا بين الكتل الهوائية المدارية الشمالية والجنوبية. وفعلا تعد هذه الكتل الهوائية الاستوائية(E) جزاء لا يتجزأ من الكتل الهوائية المدارية البحرية(mTw) وتحمل صفاتها الحرارية والطوبة. والحقيقة، فإنها تتشكل في معظمها خلال فصل الصيف في نصفي الكرة الأرضية نتيجة لعبور الكتل الهوائية المدارية الشمالية إلى النصف الجنوبي من الكرة الأرضية. وعبور الكتل الهوائية المدارية والجنوبية إلى النصف الشمالي من الكرة الأرضية عبر خط الاستواء مع حركة الشمس الظاهرية السنوية جنوب وشمال خط الاستواء. وتتميز الكتل الهوائية الاستوائية سواء كانت بحرية أو قارية بنفس الصفات فجميعها حارة ورطبة جدا، لأن الغابات الاستوائية تقوم بفعل المحيطات في تغذية الكتل الهوائية القارية بالرطوبة،فتزيد درجة حرارتها27م نسبة خلطها19غ/كغ، ورطوبتها النسبية 82% دائما تقريبا.<o:p></o:p>
يتبع