السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
هناك مفاهيم في علم الطقس لابد ان نعرف اسسها وحقيقتها وبما ان الضغط الجوي شيئ اساسي
في تقلبات الطقس لابد ان نعرف ما هو وماهي اهميته وانواعه ومدى التجارب
التي تثبت صحته ومدى قناعتنا بها من خلال تطبيقها
الكلام كثير وقد اختصرته في موضوعي هذا كموضوع لمعرفة الاسس
واما التشعبات فهي كثيرة ولو تناولتها الان لفقدنا اهمية ما نبحث عنه
الضغط الجوي
يعتبر الضغط الجوي من أهم العناصر المناخية، فهو وإن كان غير مرئي، أو غير
محسوس به، فدوره في تغيرات الطقس مهم جدا. فلقد اهتم الإنسان منذ أمد بعيد
بدراسته ومحاولة اكتشاف أسراره، وفي عصرنا الحالي ازدادت أهمية دراسته،
فاخترعت أجهزة لقياسه، ورسمت خرائط لتوزيعه، وأصبح يؤخذ بعين الاعتبار في
كثير من مناحي الحياة؛ كالملاحة البحرية والجوية، وفي الميادين الطبية، وفي السياحة...الخ.
تعريف الضغط الجوي :
إن الضغط الجوي هو ذلك الثقل الذي يمارسه الغلاف الغازي على سطح الكرة
الأرضية. وقد أثبت العلماء أن الغلاف الغازي له وزن معيّن، يتبيّن ذلك من خلال
ثلاث تجارب توصل إليها ثلاثة علماء.
تجارب إثبات الضغط الجوي :
التجربة الأولى :
استطاع العالم الإيطالي جالالي Galilée. G 1564 -1642 ، إثبات أن الهواء المضغوط
أكثر وزنا من الهواء غير المضغوط. إن مقارنة وزن كرتين، أفرغت الأولى من
الهواء، أما الثانية فملئت بالهواء المضغوط، يثبت أن وزن الكرة الثانية أكبر من وزن الكرة الأولى.
التجربة الثانية :
استطاع العالم تورشلي TORRICELLI. E 1608 – 1647 ، الإيطالي هو الآخر، أن
يثبت أن للغلاف الغازي تأثير على سطح الكرة الأرضية، فقام العالم
TORRICELLI.E بوضع الزئبق في دن (إناء). ثم أتى بأنبوبة طولها متر واحد،
وقطر فتحتها سنتيمتر واحد، ملأ هذه الأنبوبة بمادة الزئبق، ثم وضع إصبعه على إحدى
فتحتي الأنبوبة، ثم غمسها في الدن. فانخفض مستوى الزئبق، داخل الأنبوبة، إلى
مستوى أقل ممّا كان عليه، وتوقف الزئبق عند ارتفاع 76 سم. حافظ الزئبق على هذا
الارتفاع، مهما كانت وضعيته داخل الدن (عموديا أو مائلا). إن السؤال المطروح هنا،
ما الذي أدّى بالزئبق إلى الانخفاض؟ يؤكد TORRICELLI. E أن الجواب
لا يمكن إلاّ أن يكون: إنه تأثير الغلاف الغازي. أجريت هذه التجربة في ظروف حرارية معينة
(15 ° م)، على خط عرض 45 ° شمالا، على مستوى سطح البحر ( 0 متر).
فهل تغير هذه الظروف تؤدي إلى تغير قيمة الضغط الجوي؟ هذا السؤال أجاب عنه أحد
علماء ذلك العصر وهو الفرنسي Pascal. B 1623 – 1662 .
التجربة الثالثة :
بدأ العالم الفرنسي باسكال Pascal. B ، من حيث انتهى العالم TORRICELLI.E ، فأخذ هذا الدّن، وأعاد التجربة
في أماكن مختلفة الارتفاع. توصل Pascal. B ، إلى أن الضغط الجوي يتناقص مع الارتفاع.
إن وزن هذا العمود (عمود الغلاف الغازي على مساحة 1 سم 2)، المستنتج من
تجربة TORRICELLI. E يساوي 1013 مليبار. توصل العلماء إلى هذه القيمة
باستعمال الكثافة النوعية للزئبق، تسارع الكرة الأرضية ومستوى ارتفاع الزئبق في الأنبوبة.
تجربة تورشلي يوتيوب
ينقسم الضغط الجوي، بالنظر إلى قيمته، إلى ضغط جوي مرتفع وضغط جوي منخفض
الضغط الجوي المرتفع:دوران الرياح باتجاه عقارب الساعه
يعتبر الضغط الجوي مرتفعا إذا زادت قيمته عن 1015 مليبار. يرمز للضغط الجوي
المرتفع بعلامة (+)، أو بحرف ( A ). أمّا بالإنجليزية فيرمز له بالحرفين Hp وهو ما يعني Highpression .
الضغط الجوي المنخفض :دوران الرياح عكس عقارب الساعه
يعتبر الضغط الجوي منخفضا إذا كانت قيمته اقل من 1015 مليبار. يرمز للضغط
الجوي المنخفض بعلامة (-)، أو بحرف ( D ). أمّا بالإنجليزية فيرمز له بالحرفين L p وهو ما يعني Low pression .
ملاحظات هامة:* إن القيمة الفاصلة بين الضغط الجوي المرتفع والضغط الجوي المنخفض تساوي 1013 مليبار.
غير أن العلماء استبدلوها بقيمة أخرى وهي 1015 مليبار. هذا الاستبدال يراعي الجانب العملي للقيمتين.
* استبدل مصطلح مليبار بالهيكتوباسكال تكريما للعالم الفرنسي Pascal. B .
التوزيع العمودي للضغط الجوي :
سبق أن وضّحنا أن العالم الفرنسي Pascal. B ، أثبت أن الضغط الجوي يتناقص كلما زاد الارتفاع. يفسر هذا التناقص بثلاثة عناصر أساسية:
1 ـ انخفاض الضغط بتزايد الارتفاع: يتناقص الضغط الجوي كلما زاد الارتفاع، يماثل
في ذلك تناقص الحرارة مع الارتفاع. فهل هناك علاقة بين الضغط الجوي والحرارة
في الاتجاه العمودي؟ إن الإجابة على هذا السؤال هي بالنفي. إن تبرير نفي هذه الإجابة يكون على الشكل الآتي:
من المعلوم أن الغازات تتمدد وتتقلص تبعا لارتفاع أو انخفاض درجة الحرارة.
فالغلاف الغازي إذا ارتفعت حرارته يتمدد ويزيد حجمه ويخف وزنه، أي يقل ثقله.
وهذا يعني انخفاض ضغطه. أمّا إذا انخفضت حرارته، فيحدث له العكس، أي يتقلص
ويقل حجمه ويزيد وزنه. أي يرتفع ثقله بمعنى ارتفاع ضغطه. أي أن العلاقة بين
الضغط الجوي والحرارة علاقة عكسية، أي أنه يتزايد بانخفاضها ويتناقص بارتفاعها.
غير أن هذه القاعدة ليست مطلقة، فهي صحيحة في حدود طبقة الطروبوسفير فقط.
يتلاشى الضغط الجوي في حدود حوالي 30 كلم. إن انخفاض الضغط الجوي مع تزايد الارتفاع يبينه الجدول
جدول : تناقص الضغط الجوي والحرارة مع الارتفاع
2 ـ سمك الغلاف الغازي: يتناقص الضغط الجوي مع الارتفاع وذلك لأن سمك الغلاف
الغازي يتناقص، هو أيضا، في نفس الاتجاه. فإذا كان جسم ما على سطح الكرة
الأرضية، فإنه يتلقى ثقل كل الغلاف الغازي. أما إذا زاد ارتفاع ذلك الجسم في الغلاف
الغازي، فإن جزء من ذلك الغلاف يكون أسفل منه، في حين يبقى جزء آخر فوقه. إذن
فهو تحت تأثير جزء من الغلاف الغازي وليس كل الغلاف الغازي
3ـ كثافة المادة: رأينا فيما سبق (الوضع العمودي للغلاف الغازي)، تناقص المادة
وتخلخلها كلما زاد الارتفاع. فالجسم الموجود على سطح الكرة الأرضية، بالإضافة إلى
أنه تحت تأثير سمك كل الغلاف الغازي، فإن الأجزاء السفلى منه هي الأكثر كثافة. أي
أن الأجسام الثقيلة تكون في الأسفل وتقل كلما زاد الارتفاع. تفسر هذه الظاهرة بتأثير
الجاذبية الأرضية وقانون السقوط الحر للأجسام؛ فالأجسام الثقيلة تتجاذب نحو الأسفل
(بفعل ثقلها وتأثير الجاذبية الأرضية عليها)، أمّا الأجسام الخفيفة فتبقى في الأعلى لنفس الأسباب.
التوزيع الأفقي للضغط الجوي: اتضح ممّا سبق، انتفاء العلاقة بين الضغط الجوي
والحرارة في الاتجاه العمودي. فهل تنتفي هذه العلاقة على المستوى الأفقي أيضا؟ إن
المتمعن في التوزيع الأفقي للضغط الجوي، يدرك أن هذه العلاقة تثبت في أماكن معينة وتنتفي في أماكن
من خلال الشكل التالي نلاحظ توازي أشرطة الضغط الجوي مع دوائر العرض.
كما يمكن التفريق بين أربعة أشرطة للضغط الجوي وهي كالآتي:
* الضغط المنخفض الاستوائي: يخص المنطقة الاستوائية، وهو ضغط منخفض طوال
السنة، يتزحزح شمالا وجنوبا بمقدار 10 ° . يفسر هذا الضغط بارتفاع درجة الحرارة في هذه المنطقة الاستوائية.
* الضغط المرتفع فيما وراء المدارين: تقع هاتين المنطقتين بين درجتي عرض 30 °
و 40° شمال وجنوب خط الاستواء. يعود السبب في ارتفاع الضغط في هاتين
المنطقتين إلى حركية الغلاف الغازي. هذه الحركية هي عبارة عن هبوط كتل هوائية
(درجة حرارتها منخفضة) متصاعدة من المنطقة الاستوائية.
* الضغط المنخفض دون القطبين: تقع هاتين المنطقتين بين درجتي عرض 60 ° و 70° شمال وجنوب خط الاستواء. يفسر
التوزيع الأفقي للضغط الجوي
انخفاض الضغط الجوي هنا أيضا، بحركية الغلاف الغازي (كتل هوائية متصاعدة) بالإضافة إلى ارتفاع نسبة الرطوبة الجوية.
* الضغط المرتفع القطبي: وهو ضغط مرتفع دائم، يتمركز على المنطقتين القطبيتين
الشمالية والجنوبية. يعود ارتفاع الضغط في هاتين المنطقتين إلى الانخفاض الدائم لدرجات الحرارة.
ممّا سبق، يلاحظ أن الضغط الجوي، تبعا لسبب ارتفاعه أو انخفاضه، نوعان:
* الضغط الجوي الحراري: يفسر بارتفاع درجة الحرارة أو انخفاضها، أي أن تأثير الحرارة على نوعية الضغط تأثير مباشر.
* الضغط الجوي الحركي: تفسر نوعية هذا الضغط بحركية الغلاف الغازي والهواء
العلوي، مع العلم أن هذه الحركية تعود إلى ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة، أي أن
تأثير الحرارة على الضغط تأثير غير مباشر.
إذن، نلاحظ أن العلاقة بين الضغط الجوي والحرارة، على المستوى الأفقي، تثبت في
مناطق (المنطقة الاستوائية والمنطقتين القطبيتين)، وتنتفي في مناطق أخرى (منطقتي ما وراء المدارين ومنطقتي ما دون القطبين).
ملاحظات هامة:
* تكون أشرطة الضغط الجوي أكثر انتظاما في نصف الكرة الأرضية الجنوبي، مقارنة
بالنصف الجنوبي. يفسر هذا بطبيعة اليابس في نصفي الكرة الأرضية (نسبة اليابس والماء).
* تتأثر هذه الأشرطة بالفصول التي تتداول على نصفي الكرة الأرضية. فتتزحزح شمالا وجنوبا تبعا للحركة الظاهرية للشمس.
* تختلف قيمة الضغط الجوي بين اليابس والماء.
قياس الضغط الجوي :
يقاس الضغط الجوي بجهاز خاص يسمى بالمضغاط
. وهو نوعان: مضغاط آلي ومضغاط مسجل.
