تعريف الرياح ونظام هبوبها
الرياح
تعريف الرياح ونظام هبوبها
...
6- الرياح
6- 1- تعريف الرياح ونظام هبوبها:
المقصود بالرياح هو الحركة الطبيعية للهواء سواء أكانت بطيئة أو سريعة والعامل الرئيسي لهبوب الرياح هو اختلاف الضغط الجوي من مكان إلى آخر. وتهب الرياح دائمًا من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض القريبة منها، وتتبع عند هبوبها نظامًا ثابتًا حيث تنحرف دائمًا إلى اليمين من هدفها في نصف الكرة الشمالي وإلى اليسار منه في نصفها الجنوبي على حسب قانون فيريل ferrel.
ويحدث هذا الانحراف بسبب "التأثير الكوريولي "أو القوة الكوريولية" 1Coriolis effect or force وهو التأثير الناتج من دوران الأرض حول نفسها من الغرب إلى الشرق، وتناقص سرعة دوران محيطها كلما اتجهنا من الدائرة الاستوائية نحو القطبين. فعلى الدائرة الاستوائية تبلغ سرعة الدوران 1700كم/ ساعة، ثم تتناقص ناحية القطبين لتصل إلى نصفها تقريبًا عند دائرة عرض60 ْثم إلى الصفر عند القطب نفسه.
وبمقتضى هذا الانحراف فإن الرياح العامة في نصف الكرة الشمالي تنحرف نحو الغرب إذا كانت متجهة نحو خط الاستواء ونحو الشرق إذا كانت متجهة نحو القطب الشمالي. بينما يحدث العكس في نصف الكرة الجنوبي. "شكل "23"
__
1 هذا التعبير منسوب إلى اسم الباحث الفرنسي الذي اكتشف هذا التأثير وهو G. Coriolis سنة 1944.
(1/109)
____
شكل "23" انحراف الرياح العامة
شكل "24" اتجاه الرياح حول مراكز الضغط المرتفع ومراكز الضغط المنخفض في نصفي الكرة
(1/110)
____
ويحدث انحراف الرياح بصورة أوضح عند هبوبها حول المرتفعات الجوية والمنخفضات الجوية حيث تميل الرياح في نصف الكرة الشمالي للهبوب في اتجاه متفق مع اتجاه عقرب الساعة حول المرتفع الجوي ومضاد له حول المنخفض الجوي، ويحدث العكس في نصف الكرة الجنوبي "شكل 24" وتصدق نفس القاعدة عند هبوب الرياح حول مراكز الأعاصير والدوامات الهوائية.
والدائرة الاستوائية هي الدائرية العرضية الوحيدة التي لا تنحرف الرياح عند عبورها لها سواء عند هبوبها من الشمال أو من الجنوب، وذلك لأن التأثير الكوريولي ينعدم على هذه الدائرة ثم يتزايد كلما ابتعدنا عنها نحو الشمال ونحو الجنوب حتى يصل إلى أقصاه عند القطبين.
ويرجع ذلك إلى أن اتجاه التأثير الكوريولي يكون على الدائرة الاستوائية ومتعامدًا على الاتجاه الأفقي للرياح ومتناسبًا تناسبًا مباشرًا مع سرعتها، ولهذا فإن اتجاه الرياح يكون موازيًا لمحور الأرض، ولكن انحرافها يتزايد كلما اتجهنا نحو القطبين بسبب تزايد تأثير القوة الكوريولية حتى إن اتجاهها يكون عند القطب عموديًّا على محور الأرض حيث يكون التأثير الكوريولي قد وصل إلى أقصاه ويكون انحراف الرياح قد وصل إلى أقصاه كذلك.
والواقع أن تأثير القوة الكوريولية لا يقع على الرياح وحدها بل يقع على حركة الجسم أي جسم متحرك على سطح الأرض تحركًا تلقائيًّا مثل التيارات البحرية ومياه الأنهار، فعلى الدائرة الاستوائية يكون اتجاه حركة الجسم موازيًا لمحور الأرض، أما عند القطب فيكون عموديًّا عليه، وفيما بين هاتين النهايتين يكون اتجاه الحركة متوسطًا بين هذين الاتجاهين بدرجة تتناسب مع الدرجة العرضية حيث يكون الاتجاه هو محصلة حركتين إحداهما موازية لمحور الأرض والثانية عمودية عليه، وتتزايد الأولى كلما اتجهنا نحو الدائرة الاستوائية بينما تتزايد الثانية نحو القطبين.
(1/111)
____
سرعة الرياح
مدخل
...
6- 2- سرعة الرياح:
تتوقف سرعة الرياح على عدة عوامل أهمها:
انحدار الضغط الجوي Pressure grsdient، وهو سرعة تناقص الضغط الجوي نحو مركز الضغط الجوي،
2- الاحتكاك بالسطح الذي تهب عليه الرياح Friction،
3- قوة الطرد المركزية حول مركز المنخفض الجوي.
ويعتبر انحدار الضغط الجوي العامل الرئيسي الذي يؤدي إلى بدء تحرك الرياح، وكلما كان هذا الانحدار شديدًا كانت سرعة الرياح أكبر، ويمكن توضيح هذا الانحدار بواسطة خطوط الضغط المتساوي، فكلما كانت هذه الخطوط متقاربة وكان الفرق بين قيمة كل خط منها والخط الذي يليه كبيرًا كان هذا دليلًا على شدة انحدار الضغط، وذلك بصورة متشابهة لما تدل عليه الخطوط الكنتورية التي ترسم لتوضيح انحدار سطح الأرض. ويبلغ انحدار الضغط الجوي أشده في الأعاصير التي تصاحبها عادة رياح مدمرة.
وعندما يؤدي انحدار الضغط الجوي إلى بدء تحرك الرياح في اتجاه مركز الضغط المنخفض فإن القوة الكوريولية تؤدي إلى انحرافها إلى اليمين في نصف الكرة الشمالي وإلى اليسار في نصفها الجنوبي، ويأخذ انحرافها في التزايد حتى يصبح هبوبها موازيًا لخطوط الضغط المتساوي، أي يصبح عموديًّا على اتجاه انحدار الضغط الجوي وعندما تكون خطوط الضغط المتساوي ممتدة بشكل أقواس أو دوائر فإن قوة الطرد المركزية تعمل على إبقائها بعيدة عن مركز المنخفض. ومع ملاحظة أن تأثير القوة الكوريولية ينحصر في انحراف الرياح وأنها لا تتدخل في سرعتها.
أما عامل الاحتكاك فإن يؤدي عمومًا إلى إضعاف سرعة الرياح. ويظهر تأثيره في الطبقة الملاصقة للسطح وتتوقف قوته على طبيعة هذا السطح ودرجة خشونته ومدى استوائه أو تعقده، والاختلافات الحرارية المحلية التي توجد
(1/112)
____
عليه بين موضع وآخر. فكل هذه العوامل يمكن أن تؤثر على حركة الهواء فتؤدي إلى عدم انتظامها، وهذه الحالة هي التي يطلق عليها اسم الاضطراب TruBULENCE، أي اضطرب حركة الهواء وفيها يتعرض الهواء للسكون لفترات قصيرة تتعاقب معها هبات سريعة أو دوامات هوائية.
ويكون تأثير الاحتكاك على سرعة الرياح أضعف على المسطحات المائية وغطاءات الجليد منه على الأرض. وخصوصًا إذا كانت غير مستوية، أو كانت مغطاة بالغابات أو المباني.
وحيثما يكون تأثير الاحتكاك قويًّا فإنه لا يقتصر على إضعاف سرعة الرياح بل يؤدي كذلك إلى إضعاف القوة الكوريولية وقوة الطرد المركزية، ونتيجة لهذا فإن الرياح لا تسير موازية لخطوط الضغط المتساوي بل تقطعها عند تحركها حول مركز الضغط المنخفض وذلك بزوايا تتناسب مع قوة الاحتكاك.
شكل "25"
القوى التي تؤثر في سرعة الرياح واتجاهها نحو مراكز الضغط المنخفض في نصف الكرة الشمالي
(1/113)
____
النظام اليومي لسرعة الرياح:
بغض النظر عن التغيرات التي تطرأ على الرياح العامة سواء على النطاق المحلي أو النطاق العام فإننا نلاحظ أن هناك نظامًا يوميًّا لسرعة الرياح في الطبقة الملامسة لسطح الأرض. فهي تبلغ أقصى سرعتها بعد الظهر ثم تتناقص السرعة كلما تقدم المساء، وتستمر في تناقصها في أثناء الليل حتى تبلغ حدها الأدنى قبيل شروق الشمس، ثم تأخذ في التزايد بعد ذلك.
وترجع زيادة سرعة الرياح في أثناء النهار عند سطح الأرض إلى أن ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى حدوث تبادل هوائي بين سطح الأرض الذي يتمدد الهواء الملاصق له وتحدث فيه حركة تصعيد بسبب الحرارة وبين المستويات الجوية الأعلى التي يهبط هواؤها ليحل محل الهواء الصاعد. ونظرًا لأن الهواء الهابط يكون آتيًا من طبقات تتميز بسرعة رياحها فإنه يحافظ إلى حد ما على سرعة حركته مما يؤدي إلى ازدياد سرعة الهواء المجاور لسطح الأرض، بينما يؤدي الهواء الصاعد على العكس من ذلك إلى تقليل سرعة الرياح العليا بسبب قدومه من مستوى يتميز ببطء حركة هوائه.
أما في أثناء الليل فإن الهواء المجاور لسطح الأرض يبرد وتزداد كثافته ولهذا فإنه يميل للاستقرار، ويساعده هذا الاستقرار بالإضافة إلى احتكاكه بسطح الأرض على عدم التحرك مع الرياح التي تتحرك بسرعة أكبر في المستويات الأعلى والتي كان من الممكن أن تجره معها بسهولة في حالة عدم استقراره وعدم احتكاكه بسطح الأرض.
(1/114)
____
قياس سرعة الرياح وتجديد اتجاهها وتوضيحها
...
- قياس سرعة الرياح وتحديد اتجاهها وتوضيحها:
تقاس سرعة الرياح بواسطة الأنيمومتر1 Anemometer وتحسب عادة بالعقدة في الساعة. والعقدة knot ترادف ما يسمى بالميل البحري Nautical Mile، وهو المسافة التي تشغلها الدقيقة الواحدة على خط الاستواء أو على أحد خطوط الطول، وهي تساوي 1.15 ميل قياسي أو 1.84 كيلو متر. والعقدة هي الوحدة التقليدية المستخدمة في تحديد سرعة السفن منذ عهود الملاحة الشراعية، ولهذا فقد استخدمت كذلك لقياس سرعة الرياح، ومع ذلك فإن سرعة الرياح تحسب في بعض الإحصاءات المناخية بالكيلو متر أو الميل في الساعة.
أما اتجاه الرياح فيحدد بواسطة دوارة الرياح Wind vane وتوجد منها عدة أنواع تشترك في أنها تحدد اتجاه الرياح بواسطة ذراع يسهل تحريكه أفقيًّا بواسطة الرياح، ويدل اتجاه مقدمته على الاتجاه الذي تهب منه الرياح.
والطريقة التقليدية لتوضيح اتجاه الرياح على الخرائط المناخية هي الأسهم التي يمكن أن ترسم بسمك وطول واحد، أو ترسم بطول وسمك يتناسبان مع مرات هبوب الرياح، وهي طريقة تستخدم أحيانًا عند رسم الخرائط المناخية لتوضيح الاتجاهات التي تهب منها معظم الرياح، علي حسب المعدلات الشهرية أو السنوية في مناطق واسعة، أما عند تحليل إحصاءات الرياح الخاصة بمحطة أو أكثر من محطات أي منطقة فتوضح النسب المئوية للاتجاهات التي تهب منها الرياح في كل محطة في الشهر أو الفصل أو السنة بواسطة رسم بياني يطلق عليه اسم "وردة الرياح Wind Rose". ويمكن رسمها لتوضيح النسب المئوية للاتجاهات الرياح فقط، وتعرف في هذه الحالة باسم "وردة الرياح البسيطة" كما يمكن رسمها لتوضيح النسب المئوية لاتجاهات الرياح والنسب
__
1 لوصف أجهزة قياس سرعة الرياح وتحديد اتجاهات – راجع عبد العزيز طريح - "المقدمات" - "مرجع سبق ذكره" ص316 و 317.
(1/115)
____
المئوية للسرعات التي تهب بها رياح كل اتجاه بسرعة معينة. ويطلق عليها في هذه الحالة اسم "وردة الرياح المركبة" وتوضح النسب المئوية للاتجاهات المختلفة لهبوب الرياح بخطوط تتفرع من دائرة صغيرة، وترسم بمقياس رسم معين لتتناسب أطوالها مع النسب المئوية لاتجاهات هبوب الرياح. فإذا ما أريد توضيح السرعات في نفس الشكل فإن السرعات تقسم إلى فئات، وتحسب النسبة المئوية لكل فئة في كل اتجاه، وتقسم الخطوط التي تمثل السرعات إلى أقسام تتناسب أطوالها مع النسب المئوية لفئات السرعة. وفي كلتا الحالتين فإن النسبة المئوية لحالات السكون توضح رقميًّا في الدائرة الصغيرة المتوسطة "شكل 26، 27".
شكل "26" وردت رياح بسيطة لتوضيح نسب هبوب الرياح من الاتجاهات المختلفة في مدن الساحل الشمالي الغربي لمصر في الشتاء والصيف
(1/116)
____
شكل "27" وردة رياح مركبة
وعند تسجيل اتجاهات الرياح في محطات الأرصاد الجوية أو عند تبادل بياناتها بين المحطات المختلفة يحدد الاتجاه بالدرجات التي ينقسم إليها محيط أي دائرة وهي 360 درجة مبتدئة بالصفر في الشمال ومتجهة مع اتجاه حركة عقرب الساعة ومنتهية بدرجة 360ْ التي تتفق مع درجة البداية وهي درجة الصفر. وتقسم الاتجاهات في بيانات محطات الأرصاد الجوية عادة إلى 12 اتجاهًا يفصل كل اتجاه منها عن الاتجاهات الأربعة الأصلية وهي ش، ق، ج، ع وبثلاثة حروف إذا كان اتجاهًا فرعيًّا مثل ش ش ق، أي شمال الشمال الشرقي ودرجته 30 وج ش ق أي جنوب الشمال الشرقي ودرجته 60 وهكذا "شكل 28" أما في الدراسات المناخية فتنحصر الاتجاهات في ثمانية
(1/117)
____
فقط يفصل بين كل اتجاه منها والاتجاه الذي يليه 45 درجة مثل ش ودرجته صفر وش ق ودرجته 45 وق ودرجته 90.
شكل "28" توضح اتجاهات الرياح حول الدوائر بعشرات الدرجات مع حذف صفر الآحاد في كل رقم للتبسيط
(1/118)
____
توضيح سرعة الرياح واتجاهها على خرائط الطقس:
ذكرنا أن اتجاه الرياح ومعدلات مرات هبوبها من الاتجاهات المختلفة يمكن أن توضح برسوم تخطيطية تعرف باسم "وردات الرياح".وهي تستخدم عادة كوسيلة لتوضيح المعدلات الشهرية أو السنوية في محطات معينة، أما على خرائط الطقس، التي ترسم يوميًّا أكثر من مرة لتوضيح حالة الطقس في ساعات معينة فيوضح اتجاه الرياح في الساعة المعينة بواسطة خط قصير يمثل الاتجاه الذي تأتي منه الرياح وينتهي على محيط الدائرة الممثلة للمحطة. وفي حالة السكون ترسم دائرة حول دائرة المحطة. وعند تبادل البيانات الخاصة باتجاه الرياح أو تسجيلها في الجداول فإن الاتجاه يعين بالدرجات شرق الشمال الجغرافي، على اعتبار أن الدائرة مقسمة إلى 360 درجة. وأن الشمال يقع على درجة صفر أو 360 والشرق على درجة 90 والجنوب 180 والغرب
(1/118)
____
- ولكن المتبع في إرسال الإشارات هو قسمة الدرجات على عشرة وعلى ذلك تكون درجة اتجاه الشرق هي 9 ودرجة اتجاه الغرب هي 27 وهكذا "شكل 28".
أما سرعة الرياح فتوضح على خريطة الطقس بواسطة ريشات "Feathers" ترسم على طرف خط الاتجاه بحيث تكون على جانبه الأيسر "بالنسبة للناظر إلى المحطة" وتميل عليه بزاوية 120 ْ. وتمثل كل ريشة كاملة سرعة قدرها 8-12 عقدة في الساعة أو زيادة في السرعة بنفس القدر، أما إن كانت السرعة أو الزيادة قدرها 3 إلى 7 عقدات فتمثل بواسطة نصف ريشة، أما إن كانت بين 48 و52 عقدة فتمثل بواسطة مثلث يوضع بنفس طريقة وضع الريشات وتكون قاعدته على الخط الممثل للاتجاه، انظر الجدول رقم "8".
جدول "8" الرموز المستخدمة لتوضيح سرعات الرياح على خرائط الطقس
(1/119)