2- تعديل الكتل الهوائية

عندما تخرج الكتل الهوائية من أقاليم مصادرها، حاملة معها صفاتها الأولية(Initial Conditions) التي اكتسبتها خلال فترة مكوثها فوق هذه الأقاليم، فإنها تتعرض الى عمليات نقل وتبادل حراري ورطوبة مع السطوح التي تمر فوقها تؤدي الى تغيرات في حرارتها وتدرجها الحراري وفي رطوبتها فتتعدل صفاتها الأولية، وفي نهاية المطاف قد تتحول الى كتل هوائية مغايرة عما كانت عليه في أقاليم مصادرها.ويمكن أن تقسم هذه التغيرات الطارئة على الكتل الهوائية الى تغيرات أفقية (Advection) وتغيرات ديناميكية "حركية" (Dynamic changes)، وتغيرات ثرموديناميكية "حرارية حركية" (Thermodynamic Changes).وتجري هذه التغيرات متزامنة ومتداخلة مع بعضها البعض.<o:p></o:p>
تعد عمليات تعديل الكتل الهوائية وتحولها من العمليات الأساسية المتحكمة في تكوين حالات الطقس على سطح الأرض.فكثير من ظواهر الطقس العادية تتولد نتيجة لهذا التعديل.وبدراسة الآلية التي تتغير فيها الكتل الهوائية وتتعدل يمكن أن تعرف الكثير عما ستؤول إليه حالات الطقس.لذلك فانه من الضروري التعرف على هذه الآليات.وبالرغم من أن التغيرات الحاصلة-كما ذكر سابقا-متزامنة ومتداخلة متكاملة فمن المهم جدا التعرف على كل منها على حدى لتفهم كيفية حدوثها.<o:p></o:p>
2-1-1 التغيرات الأفقية(Advection Changes) :<o:p></o:p>
تحدث هذه التغيرات نتيجة لابتعاد الكتل الهوائية عن مراكز الهبوط الهوائي في الضغوط المرتفعة المهيمنة في أقاليم مصادرها،فتمدد الكتل الهوائية نتيجة لضعف حركات الهواء الهابطة فوقها وتتغير حرارتها في مستوياتها الدنيا وبالتالي يتغير تدرجها الحراري وتدرج الضغط الجوي العمودي فيها،وقد تغيب الانقلابات الحرارية الحاصلة في مستوياتها الأعلى أو تضعف أو يرتفع مستواها نتيجة لضعف الحركات الهوائية الهابطة أو غيابها.مما يؤدي الى إضعاف حالة الاستقرار في الطبقات الوسطى والعليا من الكتل الهوائية كلما ابتعدت عن المناطق عن مناطق هبوط الهواء،والى زيادة في خسارة الطاقة الحرارية عن طريق الإشعاع الى الفضاء الخارجي.بالإضافة الى ذلك فان تمدد الهواء في قاعدة الكتل الهوائية سيؤدي الى خفض رطوبتها الحجمية(كمية بخار الماء غ في1م3من الهواء) إذا لم تضف إليها الرطوبة من مصدر أخر بالإضافة الى ذلك فان قدرتها الاشعاعية ستتغير وتتعدل كلما ابتعدت عن أقاليم مصادرها.<o:p></o:p>
ويلاحظ بوضوح أن التغيرات الأفقية الطارئة على الكتل الهوائية لا تكون بسبب عوامل خارجية وإنما تتولد داخل الكتل الهوائية ذاتها، لذلك من الممكن الإشارة إليها بالتغيرات الداخلية.<o:p></o:p>
2-1-2 التغيرات الديناميكية (Dynamic Change) أو الميكانيكية(Mechanical Changes): <o:p></o:p>
تتولد هذه التغيرات عن احتكاك الكتل الهوائية مع السطح الذي تتحرك فوقه. ويظهر تأثيرها بشكل خاص في المستويات الدنيا من الكتل الهوائية حيث تتشكل نتيجة الاحتكاك حركات اضطرابية دوامية تمزج الهواء وتخلطه مع بعضه حتى ارتفاعات كبيرة، ويؤدي ذلك إلى تغير في صفات الكتل الهوائية الحرارية والرطوبة وصفاتها الفيزيائية الأخرى،خاصة إذا دامت هذه الحركات الاضطرابية مدة طويلة، ولهذه الحركات أهمية كبيرة في نقل تأثير العمليات الثرموديناميكية إلى مستويات عالية أيضا.<o:p></o:p>
ويجدر الانتباه إلى أن التغيرات الأفقية والديناميكية الحاصلة في الكتل الهوائية ليست تغيرات أديباتية لكن في حال ارتفاع أو انخفاض الهواء على السفوح الجبلية مثلا،تحدث تغيرات حرارية أديباتية(Adiabatic)سريعة تسيطر على الوضع.<o:p></o:p>
2-1-3 التغيرات الثرموديناميكية(Thermodynamic Changes):<o:p></o:p>
تعد التغيرات الثرموديناميكية أهم من باقي التغيرات وأكثرها فعالية، والحقيقة أن هذه التغيرات الثرموديناميكية تستفيد مباشرة أوبشكل غير مباشر من آليات التغيرات الأخرى.تتكون هذه التغيرات عندما تمر الكتل الهوائية فوق سطوح تتباين معها في الحرارة، فعندما تمر فوق سطح دافئ (أدفأ منها) أو يتسخن السطح الذي تجثم فوقه بواسطة التشمس،فتسخن قاعدتها، فيختل توازنها وتدرجها الحراري العامودي، فتصبح كتلة هوائية مضطربة غير مستقرة خلال ارتفاع كبير في مستوياتها الدنيا، فتتشكل فيها حركات اضطرابية وتيارات هوائية صاعدة تنقل الطاقة الحرارية والرطوبة إلى المستويات العليا منها. وبالعكس اذا عبرت كتلة هوائية فوق سطح بارد، أو اذا تبرد السطح الذي تجثم عليه بواسطة الإشعاع الأرضي إلى الفضاء، تبرد قاعدتها وتصبح كتلة مستقرة يسود فيها على ارتفاعات منخفضة انقلاب حراري يحد من انتشار التبرد خلال مستوياتها الأعلى التي تهيمن فيها حركات هوائية هابطة.<o:p></o:p>
وفي حالة مرور الكتل الهوائية فوق سطح رطب، أو تهطل الأمطار من مستويات أعلى تزداد رطوبتها عن طريق التبخر. وبالمقابل قد تفقد رطوبتها بواسطة التكاثف أو هطول الأمطار منها وفي كلا الحالتين (التبخر والتكاثف) تحدث تحولات كبيرة في رطوبة الكتل الهوائية وفي طاقاتها الحرارية، حيث تتحول بعض من طاقتها إلى طاقة حرارية كامنة تستخدم في التبخر فتبرد، كما تفقد الكتل الهوائية جزاء من طاقتها الحرارية المحسوسة على شكل إشعاعات تحت الحمراء إلى الفضاء مما يؤدي إلى تبردها أيضا. بينما أثناء عمليات التكاثف تتحرر الطاقة الحرارية الكامنة وتتحول إلى طاقة حرارية محسوسة تزيد من تسخن الكتلة الهوائية وتزيد اضطرابها وعدم استقرارها. ومن جهة أخرى يساعد هطول الأمطار التي تزيل جزيئات الماء من الكتل الهوائية على الحد من تبردها الذي قد يحدث من تبخر جزيئات الماء مرة أخرى خلالها.<o:p></o:p>
1- عمر الكتل الهوائية:<o:p></o:p>
وأخيرا، مع تقدم الكتل الهوائية بعيدا عن أقاليم مصدرها تزداد تأثيرا بالتغيرات الطارئة عليها وبمحيطها الجديد فتفقد طاقتها الحرارية من خلال التبادلات مع ما يحيط بها من هواء،وبالتالي تضمحل هذه التبادلات وتتبدد مظاهر الطقس المصاحبة لها وفي النهاية تفقد الكتل الهوائية صفاتها الأولية وتندمج مع التيارات الهوائية الحيطة بها. والجدير بالذكر،أن المستويات الدنيا من الكتل الهوائية تتغير بسرعة أكبر من مستوياتها العليا. في كل الأحوال تعتمد مدة بقاء الكتل الهوائية محتفظة بصفاتها الأولية التي اكتسبتها من أقاليم مصادرها على ثلاثة عوامل هي:<o:p></o:p>
أ) مساحة إقليم المصدر، فكلما زادت مساحة وتجانس تركيب سطحه وزاد انبساطه كلما كانت الكتل الهوائية أكبر وأعمق وزادت مدة بقائها فوقه مما يرسخ فيها صفاته ويقويها ويجعلها تصمد أمام التغيرات التي تطرأ عليها عندما تخرج منه وتدوم طويلا.<o:p></o:p>
ب) نوع الضغط الجوي المرتفع المهيمن على أقاليم المصدر،فكلما كان عميقا تسود فيه حركات هوائية هابطة قوية،كلما كانت الكتل الهوائية عميقة ومتماسكة.<o:p></o:p>
ج) سرعة خروج الكتل من أٌقاليم مصادرها،كلما كان حركة الكتل الهوائية بطيئة،متولدة من حركات انفراج هوائية سطحية بطيئة،كلما ازداد اكتسابها لصفات إقليم مصدرها.<o:p></o:p>
<o:p></o:p>
الجبهات الهوائية:<o:p></o:p>
عندما تتوجه كتل هوائية متباينة الصفات مع بعضها البعض،فإنها تختلط مع بعضها، بل تظل منفصلة عن بعضها،بفصل بينها نطاق انتقالي (Transition Zone) أو بيني (Interface) يدعى جبهة (Front). وقد اقترح هذه التسمية مجموعة من علماء الأرصاد الجوية السويديون، خلال الحرب العالمية الأولى، إذ شبهوا الكتل الهوائية المتباينة المتواجهة بالجيوش العسكرية المتواجهة مع بعضها عبر جبهة القتال.<o:p></o:p>
تعرف الجبهة في الدراسات المناخية والأرصاد الجوية على أنها "الحد أو النطاق الانتقالي الفاصل بين كتل هوائية مختلفة الكثافة" وبما أن كثافة الهواء تتعلق مباشرة بدرجة حرارته، لذلك فانه من البديهي أن تكون الجبهات "نطاقا فاصلا بين كتل هوائية متباينة الحرارة". وأحيانا تشكل" حدا فاصلا بين كتل هوائية متباينة الرطوبة". وبما أن الكتل الهوائية تكتسب صفاتها الحرارية والرطوبة من أقاليم مصادرها الواقعة في عروض جغرافية مختلفة،فيمكن أن ينظر إلى الجبهات على أنها "النطاق الذي يفصل بين كتل هوائية متباينة أقاليم المصدر" أيضا.<o:p></o:p>
ويجب أن لا ينسى أن للكتل الهوائية امتداد أفقي وأخر علوي، ولذلك فان نطاق الجبهة الفاصل بين الكتل الهوائية المتباينة يمتد على كل المساحة بين الكتل- ويشغل نطاقا ثلاثي الأبعاد (طولي وعرضي وعمودي). وفي الواقع يشكل الامتداد العلوي للجبهة سطحا أو نطاقا يدعى السطح الجبهي (Frontal Surface) أو النطاق الجبهي (Frontal Zone) بينما ينحصر اسم الجبهة (Front) في المواقع التي يتقاطع معها السطح أو النطاق الجبهي مع سطح الأرض.<o:p></o:p>
نتيجة لتجاور الكتل الهوائية المتباينة على جانبي الجبهة والنطاق الجبهي، يمثل سطح الجبهة نطاق انقطاع في صفات الكتل الهوائية الحرارية والرطوبة والضغط الجوي وحقل الرياح المصاحب لها. لذلك يسود خلال النطاق الجبهي تدرج حاد في كل من درجة الحرارة والضغط الجوي والرطوبة واتجاه الرياح يتولد عنها أنماط من الطقس اليومية والحقيقة أن تشكل النطاقات الجبهية بين الكتل الهوائية وتحركها يتحكم في الكثير من تغيرات الطقس في المواقع إلي تسود فيها.<o:p></o:p>
عندما تتحرك الجبهات تحت تأثير حركة الرياح العلوية تشبه في تحركها الأمواج.لذلك تدعى أحيانا بالأمواج الجبهية (Frontal Waves). وفي كل الحالات تبدأ الجبهات فجأة ويتزايد حجمها وأحيانا يبلغ طولها عدة آلاف من الكيلو مترات ويتراوح اتساعها بين 10و100و200كم، ثم يتبدد تدريجيا،ليتمون غيرها من جديد.<o:p></o:p>



يتبع