الضغط الجوي والرياح
الضغط الجوي والرياح، يتضح من تعريف الضغط الجوي علاقته بالهواء، هو عبارة عن عمود من الهواء، وكأي ضغط يقاس بحساب القوة المؤثرة وقسمتها على مساحة القطاع العرضي، والقوة هي وزن العمود ذاته.
محتويات المقال
مكونات الضغط الجوي
- يتكون من غازات كثيرة، ولكن أهمها النيتروجين والذي يمثل 78% من حجم الهواء، والأكسجين والذي يمثل 21%، وهما يمثلان 99% من حجم الهواء.
- أما عن الوحدة المئوية المتبقية، هي تمثل نسب صغيرة جدًا من غازات متنوعة كثاني أكسيد الكربون والنيون والهيدروجين والآرجون والهيليوم والأوزون.
شاهد أيضًا: الرصد الجوي على سطح الارض
صفات الضغط الجوي
- كلما ارتفعنا عن سطح الكرة الأرضية، والذي يمثله مستوى سطح البحر، يتناقص الضغط الجوي، لأن ارتفاع عمود الهواء يقل.
- في المناطق الحارة خاصةً الاستوائية يتكون ضغط جوي منخفض، لأن ارتفاع درجة الحرارة يدفع جزيئات الهواء بعيدًا عن بعضها، لذلك يتكون غلاف جوي ذو كثافة أقل.
- في مناطق الباردة كالمناطق القطبية يحدث عكس ما سبق، لأن انخفاض درجة الحرارة يجعل جزيئات الهواء تقترب من بعضها، فينتج غلاف جوي ذو كثافة عالية.
- أي ضغط تكون وحدته نيوتن/متر 2 أو باسكال، فهو قوة مقسومة على مساحة، ولكن الضغط الجوي له وحدات شائعة أهمها جو (atm)، وأيضًا البار والذي يساوي 0.987 من الجو.
تاريخ قياس الضغط الجوي
- يمكن قياس الضغط الجوي باعتباره مقدارًا فيزيائيًا، ولكن كثافة الهواء كما رأينا متغيرة، وليست منتظمة كما في السوائل، إذاً فلنستخدم عمود من سائل يوازن عمود الهواء.
- استخدم العالم الإيطالي تورشيلي البارومتر، البارومتر عبارة عن أنبوب طوله متر، خالي من الهواء ومليء بالزئبق، وضعت فوهة الأنبوب في قاع وعاء مليء بالزئبق أيضًا.
- هناك معلومة مؤكدة تقول إن السوائل عند نفس المنسوب تتعرض لنفس الضغط، لذلك يتناقص عمود الزئبق ليصبح 76 سم؛ ليحدث التوازن.
- سطح وعاء الزئبق وأي نقطة على نفس المستوى داخل الأنبوب قد تعرضوا لنفس الضغط، وحين أقوم بحساب الضغط لتلك النقطة هو الضغط الجوي الموجود على السطح.
- تكوَن فراغ في أعلى الأنبوب سُمي بفراغ تورشيلي.
- قانون حساب الضغوط= كثافة*ارتفاع*عجلة جاذبية، كثافة الزئبق=13600 كجم/م3، عجلة الجاذبية= 9.81 متر/ثانية 2، ارتفاع الزئبق= 0.76 متر.
- الناتج النهائي يساوي 101325 نيوتن/متر 2 أو باسكال، وهو ما يساوي 1.013 بار، حصلنا على هذا الناتج باستخدام البارومتر الزئبقي.
البارومتر (اللاسائلي) المعدني
- جهاز لقياس الضغط الجوي، يتكون من خلية معدنية، ونظام رفع ميكانيكي للخلية، ومؤشر، وهيكل أسطواني يشمل تلك المحتويات.
- الخلية المعدنية عبارة عن أسطوانة، مصنوعة من معدن مرن، ولها سمك منتظم، ملحومة بدقة، ومفرغة جزئيًا من الهواء.
- أي زيادة في الضغط الجوي تظهر بانضغاط الأسطوانة المعدنية، وأي حركة بسيطة بالخلية المعدنية تؤدي إلى تحرك حلقات الرفع، والتي تتحكم في المؤشر.
- أي نقص بالضغط الجوي تؤدي إلى تمدد الخلية المعدنية.
- يتميز البارومتر المعدني بخفة الوزن، وقد يعيبه عدم انتظام مرونة الأسطوانة بعد مدة زمنية، لذلك يحتاج إلى معايرة دورية.
الباروجراف (راسم الضغط المعدني)
- جهاز يقيس تغيرات الضغط الجوي، يتكون من خلية معدنية، وأسطوانة دوارة غُلفت بورقة رسم بياني، وقلم، ورافعة.
- الخلية المعدنية تنضغط كلما زاد الضغط الجوي، والرافعة تنقل حركة الخلية المعدنية إلى القلم، فيتحرك القلم إلى أعلى.
- وحين ينخفض الضغط الجوي، تتمدد الخلية، فيتحرك القلم إلى أسفل.
- في النهاية نحصل على ورقة رسم بياني، عليها تغير الضغط الجوي مع الزمن.
عوامل تغير الضغط الجوي
- ذكرنا من قبل عاملين من أهم عوامل تغير الضغط الجوي كالحرارة وموقعنا من مستوى سطح البحر.
- هناك أيضًا الرطوبة، حين يتحول الماء إلى بخار، يصير الهواء رطبًا، وضغط الهواء الرطب أقل من ضغط الهواء الجاف.
- الموقع من مركز الأرض له دور كبير، فالمواقع القريبة من مركز الأرض، كالمناطق القطبية، تكون الجاذبية الأرضية بها قوية، فيظهر الضغط الجوي في أقوى صوره هناك.
- تقل الجاذبية الأرضية بالمناطق الاستوائية؛ لبعدها عن مركز الأرض، ويقل معها الضغط الجوي.
العلاقة بين الضغط الجوي والرياح
- الرياح تمثلها تحرك الهواء من بقعة إلى أخرى بصورة أفقية، وذلك نتيجة اختلاف الضغط الجوي.
- الرياح تتحرك من النقاط ذات الضغط الجوي المرتفع إلى النقاط ذات الضغط الجوي المنخفض، وذلك نتيجة قوة تُسمى قوة التدرج في الضغط.
- يُميز العلاقة بين الضغط الجوي والرياح، بالعموم، تأثير كوريوليس، إلا عند خط الاستواء، فهو استثناء.
- يُطلق اسم كوريوليس على أي تشوه ظاهري في حركة الجسم، المقصود هنا الرياح، عندما يكون المراقب داخل الإطار المرجعي الدوراني، والذي يمثله كوكب الأرض.
- فتتحرك الرياح بصورة منحنية نتيجة لقوة كوريوليس الوهمية، فلا تصل لنقاط الضغط المنخفض، بل تصل إلى غربها إذا كانت قادمة من النصف الجنوبي، وإلى شرقها لو قادمة من الشمال.
- قوة كوريوليس هي التي تجعل الرياح تدور عكس عقارب الساعة بالنصف الشمالي، ومع عقارب الساعة بالنصف الشمالي.
- وحين تتقابل تيارات الهواء حول نقاط الضغط المنخفض، تتكون حركة حلزونية، والمعروف في علم الطقس بالإعصار.
- الرياح الجيوستروفية تحدث نتيجة تساوي القوتين، قوة كوريوليس وقوة التدرج في الضغط، وتكون موازية لخطوط الأيزوبار، وهي خطوط تصل بين نقاط الضغوط المتساوية.
- تتحقق المعادلة الجيوستروفية عند خط الاستواء.
وصف الرياح
- يوصف اتجاه الرياح بالاتجاه التي أتت منه، مثلًا الرياح الشمالية، هي رياح قادمة من الشمال ومتجهة إلى الجنوب.
- تقاس سرعة الرياح بميل أو كيلومتر في الساعة.
أنواع الرياح الدائمة
1- الرياح العكسية
- وتعرف بالرياح الغربية باللغة الإنجليزية، تنتشر فوق نصف الكرة الجنوبي والشمالي.
- يكون اتجاه الرياح العكسية جنوبية غربية وغربية في نصف الكرة الشمالي، وشمالية غربية وغربية في نصف الكرة الجنوبي.
شاهد أيضًا: ما هو الجهاز المستخدم في قياس الضغط الجوي
2- الرياح التجارية
- سميت بذلك الاسم؛ لأن التجار كانوا يستفيدون منها بتحريك سفنهم.
3- الرياح التجارية
- تهب من منطقة الضغط المرتفع فيما وراء المدارين إلى منطقة الركود الاستوائي، وهي ذات سرعة متوسطة تتراوح ما بين ستة عشر وأربعة وعشرين كيلومترًا بالساعة.
- اتجاه الرياح التجارية يكون شمالي شرقي في نصف الكرة الشمالي، وجنوبي شرقي في نصف الكرة الجنوبي.
4- الرياح القطبية
- تهب من مناطق الضغط العالي القطبي إلى نقاط الضغط الخفيف قرب الدائرتين القطبيتين الشمالية والجنوبية.
- اتجاه الرياح القطبية يكون شمالي شرقي وشرقي بنصف الكرة الشمالي، وجنوبي شرقي وشرقي في نصف الكرة الجنوبي.
أنواع الرياح المحلي
1- رياح الميسترال
هي رياح شمالية باردة، تهب على وادي الرون، الذي يقع جنوب شرق فرنسا.
2- رياح السموم
هي رياح حارة عنيفة، فقد تتعدى حرارتها أربعة وخمسين درجة مئوية. وهي تهب على سوريا وفلسطين والأردن، وكذلك صحراء شبه الجزيرة العربية.
3- رياح الخماسين
هي رياح جنوبية شرقية جافة قادمة من الصحراء الكبرى، محملة بآلاف الأطنان من الرمال؛ لتصل بها إلى مصر وبلاد الشام وشبه الجزيرة العربية.
4- الرياح الموسمية
- هناك رياح موسمية صيفية، وأخرى شتوية.
- يسود هبوب الرياح الموسمية داخل المنطقة المدارية، أهمها جنوب وشرق آسيا.
- تلك الرياح تهب في اتجاهات متعاكسة من موسم إلى موسم آخر، وكذلك تنتشر في نطاق بحر العرب والمحيط الهندي.
- فتهب ستة أشهر من جهة الشمال الشرقي، وستة أشهر من الجنوب الغربي، وتأتي من الاتجاه الأول جافة، ومن الاتجاه الآخر رطبة.
أنواع الرياح اليومية
1- رياح نسيم البحر
ظاهرة تحدث بالنهار بالقرب من الشواطئ، حيث تقوم الشمس بتسخين البر مما يكون نقاط ضغط منخفض، فتتحرك الرياح اتجاه الشاطئ.
2- رياح نسيم البر
- ظاهرة تحدث بالليل في البحيرات والبحار، حيث تبرد اليابسة أسرع من المياه، فيتحرك الهواء البارد من اليابسة إلى البحر بعد ارتفاع هواء البحر الساخن.
شاهد أيضًا: تعريف الضغط الجوي والرياح
في نهاية رحلتنا مع الضغط الجوي والرياح، سخر الله الرياح للإنسان، فاستخدمها في حركة سفنه للتجارة والصيد، وفي عصرنا الحالي استعملها كإحدى صور الطاقة المتجددة، والتي منها نولد الكهرباء، وتساعدنا على مزيد من التقدم.