أسباب موجات الحر الصيفية في مناخ شبه الجزيرة العربية

المركز العربي للمناخ -

في أي مكان كنت حول العالم .. موجات الحر تتخذ عدة أسباب تتشابه في كل مكان على كوكب الأرض .. ولأن مناخنا الصحراوي هو الهدف في هذا الطرح ، فسيتم حصر النقاش حوله ، وبإمكانك معرفة هذه الأسباب التي تحدث في كل مناخ مع احتفاظ جهات عدة بما يميزها عن غيرها في ذلك طبعا ، كما تتصف به الصحراء العربية المتفردة في مناخها كما سترى

مقدمة فيزيائية مبسطة

بداية ، ﻻبد وأن نتعرّض معا لقوانين الديناميكا الحرارية الأول والثاني .. فماذا تقول ؟


القانون الأول في الديناميكا الحرارية هو

قانون حفظ الطاقة

يختصر الفيزيائيون هذا القانون بما يلي : الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث من عدم ، ولكنها تتحول من شكل إلى شكل آخر

وهنا سأناقش الذي يتفرّع ويتوسع من هذا القانون وهو : الطاقة الحرارية

الفيزيائيون يُعبّرون عن ذلك بقولهم : حينما تتدفق الحرارة من نظام معيّن أو إلى نظام معين ، فإن هذا النظام سيفقد أو سيكتسب كمية محددة من الطاقة .. تكون مساوية لكمية الحرارة المنتقلة منه أو إليه
والفيزيائيون يحددون أيضا ضمن القانون الأول من قوانين الديناميكا الحرارية جملة علمية يُعبّر عنها في الأرصاد الجوية بالعبارة المختصرة التالية

ترتفع درجات حرارة الهواء عند إضافة حرارة إليه أو عند زيادة الضغط

تقول الديناميكا الحرارية : تُضاف الحرارة إلى الهواء بعدة طرق : بواسطة الإشعاع الشمسي ، وبواسطة التسخين الأرضي (حرارة السطح) وبواسطة الإشعاع الأرضي وبواسطة غازات الغلاف الجوي

في هذه العبارة الفيزيائية يتم بواسطتها الإجابة على سؤال مهم وهو

كيف ترتفع درجات حرارة شبه الجزيرة العربية صيفا ؟

القانون الثاني من قوانين الديناميكا الحرارية : فهو يُعبّر عنه بالصيغة الأولية التالية

يقول الفيزيائيون : ﻻ يمكن أن تنتقل كمية من الحرارة من جسم بارد إلى جسم ساخن ، إلا ببذل شغل من الخارج (خارج النظام طبعا) .. أي أن مسار تدفق الحرارة الطبيعي هو من الجسم الساخن إلى البارد

في هذه العبارة الفيزيائية يتم بواسطتها الإجابة على حقيقة أن الحرارة التي تصدر من صحاري شبه الجزيرة العربية بشكل معتاد وبشكل متطرف تبعا لعواملها المختلفة والكبيرة .. ﻻ تأتي من الهند المعتدلة المطيرة صيفا وﻻ من منخفض حار جدا يقع في الهند المعتدلة!! اعذروني على ذلك !! من يقول بأن تمدد منخفض الهند المتوهم والمختلق هو سبب ارتفاع درجات حرارة 3 مليون كم مربع في شبه الجزيرة العربية هو تماما كمثل من يقول بأن مكيف الغرفة البارد رفع درجة حرارة الغرفة

وهنا نصل أخيرا إلى طرق انتقال الحرارة فيزيائيا ، وهي كالتالي

طبيعيا ، تنتقل الحرارة بواسطة الإشعاع ، والتوصيل .. والحمل الحراري

 
NOAA

وهذه كلها باختصار تحدث داخل شبه الجزيرة العربية وفي كل مكان على الأرض


موجات الحر .. من حيث العوامل

يعتمد نشوء موجات الحر على ثلاثة عوامل رئيسية ، توجد في مناخ كل منطقة ، وسنناقشها فيما يلي ، كل سبب على حدة وهي كالتالي

القسم الأول : العمليات الإشعاعية المتنوعة

القسم الثاني : حركة تذبذب الرياح المدارية مادن جوليان

القسم الثالث : التضاريس والظواهر السطحية

فإلى الأقسام التالية

القسم الأول

العمليات الإشعاعية المتنوعة

تعتبر العمليات الإشعاعية المزود الحراري الأول في كوكب الأرض

والعمليات الإشعاعية نقصد بها : الإشعاع الشمسي بأنواعه والإشعاع الجوي والأرضي بتنوع بين انبعاثيته وامتصاصيته ، وقد ناقشت هذه العمليات بتوسع في حسابي هذا فارجع إليها ، تحت عنوان : نبذة حول العمليات الإشعاعية ودورها في تكوين الطاقة الحرارية في مناخ شبه الجزيرة العربية : المناخ المعتاد

تعتبر العمليات الإشعاعية المنظّم الرئيسي لموجات الحر .. فالشمس هي المزود الحراري للأرض كافة ، والغلاف الجوي والسطح يمتصان ويعكسان هذه الأشعة بنسب مختلفة ، وبالتالي لديهما وسيلة احتفاظ بجزء من تلك الحرارة الناتجة عن أشعة الشمس ، وهما يشاركان في بناء تكوين موجات الحر على مختلف مناطق كوكب الأرض

العامل الأول لموجات الحر هو : مناخي بحت ، والموجات الحارة تحدث تحت مظلة مناخية إشعاعية

القسم الثاني

الموجات الحارة المتصلة بتذبذب الرياح المدارية الموسوم بتذبذب مادن جوليان

نحن اﻵن نناقش العامل الثاني من مقومات بناء موجات الحر

وهو أكبر ظاهرة تتحرك في الغلاف الجوي المداري لكوكب الأرض .. وهو العنصر الوحيد شمولا كظاهرة تجمع بين الحرارة والحركة ، الديناميكا الحرارية ، وهو الرابط بين المناخ والطقس .. إنه المحرك الرئيسي لموجات الحر ، والمفعّل لها بمشيئة الله ، فضلا عن بقية الظواهر المناخية الشديدة

كلمة المحرك الرئيسي لموجات الحر : أعني بها موجات الحر التي تتدفق من الغرب إلى الشرق متصلة بموجات الغلاف الجوي الشمالية ، وهي التي تتلخص في الصورة التالية على هيئة مرتفع علوي أسفله موجة حر يدفعها منخفض علوي شمالا

 
ECMWF

وأعني بكلمة المفعّل لموجات الحر : هو ما يقوم به التذبذب المداري كرياح شمولية وواسعة الموجة من تكوين موجات حر تظل فترة طويلة تتركز في مكان محدد عبر موجة كلفن الضخمة في الصورة التالية والتي هي عبارة عن رياح شرقية وغربية ضخمة تقارب اتساعا 40 ألف كم على طول خط الاستواء .. أحد الأمثلة الشتوية .. وفي الصيف تتخذ موجة كلفن الضخمة تكوّنا شبيها بذلك والأغلب هو الرياح الشرقية الواسعة التي تسيطر على أكثر من 30 ألف كم من خط الاستواء وتسهم في تكوين المرتفعات العلوية المدارية وتسهم في تكوين موجات روسبي المدارية وتسهم في خفض إجمالي عمود الأوزون المداري

 

تلك الموجات الحارة تنتشر شرقا أو غربا أو شمالا نتيجة بطء حركة التذبذب المداري واستمرار تأثيره المتمثل في تطوير تكوّن موجات روسبي شمالا من خط 30 بالنسبة لنصف الكرة الشمالي وجنوبا من خط 30 لنصف الكرة الجنوبي ، والتي بدورها تكمل عقد ما يعرف باتصال التذبذب المداري بتذبذب شمال وجنوب الكرة الأرضية

ما الذي يقوم به تذبذب الرياح المدارية حتى نقول : هو القيمة المهمة جدا لتشكيل موجات الحر ؟

هو يظهر في مناخ شبه الجزيرة العربية بعلاقته الوطيدة وتأثيره على تدفق وتكوّن المرتفعات والمنخفضات الجوية العلوية المدارية بهذا النموذج الصيفي

 

هذه الصورة هي مثال بسيط من جملة أمثلة يقوم بهذا تدفق الرياح المدارية في مناخ شبه الجزيرة العربية

ولأن الحديث موجّه هنا لغير المتعمقين في فيزياء المناخ المداري وبخاصة تذبذب الرياح المدارية ، سأختصر الكثير من تفاصيل تذبذب الرياح المدارية تبسيطا له في هيئة عناوين مختصرة منعا للتشتت

أولا : يتسبب انتقال تذبذب الرياح المدارية من الغرب ناحية الشرق ببطء في تشكيل موجات من الضغط المداري المرتفع العالي تؤثر على سريان وتدفق موجات روسبي خارج المنطقة المدارية ، فتنشا موجات ضغط منخفضة تهبط من خط 60 شمالا حتى خط 40 شمالا يعاكسها موجات ضغط عالية مدارية تتجه من شمال خط الاستواء ، وعادة من خط 10 و خط 15 حتى خط 35 وتتعمق شمالا أكثر وتتركز أو تتقدم شرقا وهو الغالب فيها بحسب مرحلة تذبذب الرياح المدارية

ثانيا : موجات الضغط العالية هي مناطق ترتفع فيها درجات الحرارة السطحية بشكل كبير وتنخفض فيها درجات حرارة الستراتوسفير بشكل معاكس وكبير أيضا ، كنتيجة يتسبب بها تذبذب الرياح المدارية .. هذا التأثير يتلخص فيما يعرف بالأثر الكيميائي الضوئي .. فالمرتفعات الجوية العلوية هي بيئة معروفة في معطيات الأرصاد بانهيار مستويات غاز الأوزون .. انهيار مستويات الأوزون ولو على سبيل الفرق بين ساعات اليوم فضلا عن اليوم كاملا أحد أهم أسباب شدة الموجات الحارة المرافقة لموجات الضغط العالية ، حيث تصبح طبقات الأوزون في هذه المرتفعات العلوية ضحلة من الأوزون ورقيقة أو تواجه نقصا مستمرا مما يسمح بعبور الأشعة فوق البفنسجية بشكل أكبر .. وهذا الأمر هو الأثر الكيميائي الضوئي .. ويعتبر أحد أكثر مظاهر موجات الحر شدة وخطورة ، حيث فيه تتنامى قيمة الأشعة فوق البنفسجية الخطرة ويقابلها طبعا هبوط في مجموع وإجمالي عمود الأوزون كعلاقة عكسية بينهما

هنا إحدى موجات الضغط العالي وأسفلها موجة حر

 
ECMWF

ثالثا : تتسبب حركة تذبذب الرياح المدارية كظاهرة ضخمة في تكوين موجات منخفضة الضغط تتحرك حول خط الاستواء ، وهي تصعد في فصل الصيف شمالا حتى جنوب شبه الجزيرة العربية بالقرب من خط 15 وتصعد قليلا .. وهذه الموجات اسمها : موجات روسبي ، ملحوظة : لا تخلط بينها وبين موجات روسبي شمالا من خط 30 خارج المنطقة المدارية ، فهذه الموجات تحدث داخل المنطقة المدارية .. هذه الموجات .. موجات روسبي شمالا من خط الاستواء تتقدم من الشرق ناحية الغرب جنوب جزيرة العرب بحسب مرحلة التذبذب المداري ، وتتسبب في تكوين موجة ضغط عالية شمالا منها ، هذه الموجة عالية الضغط يقع أسفلها موجة حر نتيجة لنفس السبب السابق : الأثر الكيميائي الضوئي … موجات روسبي تحظى بدرجات حرارة تحت المعدلات ومعتدلة ، وهي تخفض درجات حرارة جنوب شبه الجزيرة العربية ، ويعتبر المنشط والمفعل لموجات روسبي عادة هو تدفق موجات كلفن الغربية كما في هذه الصورة لموجات كلفن وروسبي وبيئة تطور المنخفضات المدارية

 
ECMWF

رابعا : تتسبب حركة تذبذب الرياح المدارية في رفع مستويات الحمل الحراري المصحوب ببخار الماء والرطوبة النوعية في الغلاف الجوي وغطاء السحب المتوسطة عادة فوق شبه الجزيرة العربية ، وذلك مع عبور موجات روسبي التي تعبر من جنوب جزيرة العرب وتتجه من الشرق ناحية الغرب ، مما يجعل من الحرارة الكامنة أعلى والإحساس بالحرارة أكبر وبالتالي تستمر موجات الحر ليلا مع النهار ، حينما يحبس غطاء السحب والرطوبة الجوية الأشعةَ تحت الحمراء ويجعلها في الغلاف الجوي القريب من الطبقات الدنيا … وحينما تكون الحرارة الكامنة عالية فإن درجات الحرارة نهارا تصعد بسرعة وتصل الخمسين أو قريبا منه .. مثال لأثر السحب على الأشعة تحت الحمراء المنبعثة ليلا

 

هذه الموجات أعني موجات روسبي تتسبب في تشكيل مرتفع علوي شمال جزيرة العرب وأيضا تتسبب في تشكيل منخفض علوي شمالا غربيا من ذلك المرتفع العلوي فتصبح الآثار مشتركة بين معظم العوامل الماضية ، وهي آثار ديناميكية كبيرة تحتاج وصفا شموليا أكبر من هذه الأسطر

وهنا مخطط يوضح كيفية عمل موجات روسبي وأثرها على شمال المملكة في تكوين المرتفعات العلوية ، وتبدو موجة روسبي كمنخفض جوي علوي جنوب جزيرة العرب ، ويعرف أيضا بالحوض المداري أو الحوض الموسمي

 

خامسا : ارتفاع مستويات الحمل الحراري مع تركز وبطء حركة تذبذب الرياح المدارية في قيمته الرئيسية حول منطقة شبه الجزيرة العربية يعني أن الهواء سيضاف له المزيد من التسخين بواسطة حرارة سطح شبه الجزيرة العربية والذي يقع عليه القيمة الأكبر من الأشعة تحت الحمراء أو ما يعرف بالإشعاع الحراري ، فضلا عن الأشعة المرئية ، فيكتسب الهواء السطحي حرارة أعلى عند احتكاكه بسطح شبه الجزيرة العربية الساخن وصعوده حينما ينشط الحمل الحراري

سادسا : يتسبب وجود موجة روسبي جنوب شبه الجزيرة العربية في تحول المنخفض الحراري العربي إلى مظهره الديناميكي ، علما بأن له مظهر شبه ثابت شرق جزيرة العرب وفي الربع الخالي … حيث يتطور ويظهر على هيئة منخفض سطحي تسخيني والرياح تدور حوله عكس عقارب الساعة وينشط شرقا في الربع الخالي وعادة يتجه مع موجة روسبي من صحاري جزيرة العرب ناحية الغرب ومن ثم تتواصل الموجة إلى أفريقيا لتأخذ مسمى آخر وهو الموجات الشرقية والتي هي النواة الأساسية لبعض أعاصير المحيط الأطلسي

في الصورة الصيفية التالية يبدو المنخفض العلوي كأحد مظاهر موجات روسبي جنوب شبه الجزيرة العربية ، ويبدو الضغط الجوي العلوي المرتفع شمال جزيرة العرب في نفس الوقت

 

بالطبع درجات الحرارة أقل من المعدل جنوبا مع موجة روسبي المدارية وأعلى من المعدل شمالا مع موجة الضغط العالية المتشكلة بسبب ديناميكي .. كما في الخريطة التالية لتطرف درجات الحرارة عن معدلاتها الصيفية

 

القسم الثالث

الموجات الحارة المتصلة بتضاريس شبه الجزيرة العربية

أولا : درجات حرارة سطح (تضاريس) شبه الجزيرة العربية

تعتبر شبه الجزيرة العربية صحراء قاحلة قليلة النبات ، وافرة الحظ من الإشعاع الشمسي بأنواعه المختلفة ، فيكتسب سطح شبه الجزيرة العربية حرارة عالية في الصيف تتجاوز 60 درجة مئوية في مقاييس الأرصاد الجوية المعروفة بـ

Land Surface Temperature or Skin Temperature

 
GFS

درجات حرارة سطح شبه الجزيرة العربية ترتفع بشكل كبير في النهار وتنخفض في الليل ، وهي المزود الحراري السطحي مع الإشعاع الشمسي لما يعرف بالكتلة الهوائية الصحراوية الحارة ، والتي تتجدد صيفا على سطح شبه الجزيرة العربية طوال استمرار علو قيمة الإشعاع الشمسي الوارد إلى شبه الجزيرة العربية .. هذه الكتلة الهوائية الصحراوية تصبح أكثر اتساعا عندما تزداد فعالية الموجات الحارة

ثانيا : المنخفض الحراري العربي

Arabian Thermal Low or Arabian Heat Low

هذا المنخفض الحراري العربي هو نتاج العوامل السابقة ، فهو شكل من أشكال الكتلة الهوائية الصحراوية الحارة التي تنتشر وتتوزع وتتجدد على سطح شبه الجزيرة العربية انتشارا وتوزيعا مختلفا لسبب جيولوجي مع السبب المناخي الديناميكي المتغير .. وهو العنصر الثالث كما سيأتي

الكتلة الهوائية الصحراوية الحارة عند مستوى 2 متر خلال موجات الحر

 

وهنا الكتلة الهوائية الصحراوية الحارة عند مستوى 850 هكتوباسكال شاملة لصحاري جزيرة العرب وأفريقيا

 

المنخفض الحراري العربي يظهر بمظهرين بارزين : الأول إحصائي .. مستمر .. حيث يستقر على الربع الخالي حتى شمال الخليج العربي طوال أشهر الصيف وهو يبدو في هذه الخريطة …

 
Meteo France

والثاني : ديناميكي .. متغير .. حيث يصبح جزءا من حركة موجات روسبي التي تتحرك من الشرق ناحية الغرب تبعا لبيئة نشاط تذبذب الرياح المدارية مادن جوليان كما يبدو في هذه الصورة من الميتيوسات والمركز الأوروبي

 
ECMWF

ثالثا : الجاذبية الأرضية

تتدفق الرياح في منطقة شبه الجزيرة العربية لعدة أسباب : ديناميكية وطبوغرافية ، وهي جميعها تشترك فيما صياغة ما يعرف برياح الشمال ، والتي هي دائمة الهبوب من شمال الخليج العربي حتى الربع الخالي ، وهي تنحدر تبعا للعوامل الديناميكية والطبوغرافية ، متمثلة خاصة في انحدار الجاذبية الأرضية التي تقل قيمتها الشاذة شرق شبه الجزيرة العربية والربع الخالي ، ويلحظ أن خريطة شذوذ الجاذبية الأرضية التالية تكاد تكون هي نفسها خريطة الضغط الجوي المقارن بمستوى سطح البحر السابقة ، والذي يصف لنا المنخفض الحراري العربي ، ولا غرابة في ذلك فهي أعني الجاذبية الأرضية مضمنة معادلات تخفيض وتمهيد ضغط محطات الأرصاد إلى مستوى سطح البحر فيما يعرف بالضغط المقارن بمستوى سطح البحر أو المخفّض إلى مستوى سطح البحر

 
Gravity anomalies for the Arabian Peninsula computed from EIGEN-6C, which combines GOCE, GRACE, terrestrial gravity and satellite altimetry

وهنا صورة ثلاثية الأبعاد لارتفاع وانخفاض تضاريس شبه الجزيرة العربية ويُرى ممر رياح الشمال على حوض الخليج العربي

 

رابعا : الارتفاع والانخفاض عن مستوى سطح الأرض

معظم المناطق المنخفضة قريبا من مستوى سطح البحر حول الخليج العربي هي أشد جهات شبه الجزيرة العربية حرارة نتيجة للعوامل السابقة ونتيجة لظاهرتي الإشعاع والتوصيل .. حيث تنتقل الحرارة من سطوح الأرض الرملية الساخنة إلى الهواء فتزيد من حرارته سريعا

خامسا : مياه شبه الجزيرة العربية

تعتبر مياه الخليج العربي والبحر الأحمر والبحر العربي السبب الرئيس للرطوبة الصيفية الشديدة التي تؤثر على مناخ سواحل شبه الجزيرة العربية وتزيد من الشعور بالحرارة .. باستثناء سواحل بحر العرب المتاخمة لرياح المونسون الباردة والمعتدلة ، وعادة يلعب تذبذب الرياح المدارية دورا رئيسيا في ذلك ، حيث تتشكل أثناء مرحلة من مراحله مرتفعات سطحية على المياه تقوم بالتأثير على دورة نسيم البر والبحر ، وهي ديناميكية تقف خلف شكل شائع من أشكال نشاط التكونات الرعدية الصيفية النهارية على جبال الحجر وجنوب غرب شبه الجزيرة العربية كما في الصورة التالية التي توضح خلخلة دورة نسيم البر والبحر وتدفق الرطوبة النوعية السطحية من المياه المحيطة بشبه الجزيرة العربية وتعمقها إلى الداخل ، وهي تزداد في شهري أغسطس وسبتمبر عادة

فترة الظهيرة وتليها فترة المساء

 
 
منقول / خالد العتيبي