المركز العربي للمناخ – المهندس احمد العربيد
الحمل الحراري : هو الحركة الناجمة عن اختلاف درجات الحرارة ما بين كتلتين هوائيتين مختلفتين في درجات الحرارة , فكلما زاد الفرق في درجات الحرارة كلما زاد الحمل الحراري , ويكون هذا في الموائع , اي على المستوى السائل والمستوى الغازي والصلائب اللدنة .
ما هي الية عمل الاحمال الحرارية ؟
تنتج الاحمال الحرارية بفعل الفرق في درجات الحرارة ما بين كتلتين هوائيتين تتصادمان او تقتربان من بعضهما البعض , فكما نعلم فان الهواء الأدفأ يكون اقل كثافة , والهواء الأبرد يكون اعلى كثافة , هذه العملية تجبر الهواء الدافئ الى الانتقال لأعلى بشكل رأسي والهواء الأبرد الى الانتقال لأسفل بشكل رأسي بفعل ثقل وزنه او زيادة كثافته , وكلما كان الفرق الحراري اكبر كلما ارتفعت الرياح الدافئة لأعلى وزادت سرعتها الى ان تصل الى نقطة تسمى مستوى الحمل الحر , وهو اقصى نقطة تستطيع تيارات الهواء الدافئة بلوغها وهنا تكون نقطة التعادل في درجات الحرارة والكثافة مع الوسط المحيط .
بعد بلوغ الهواء لمستوى الحمل الحراري الحر , يكون قد حدث له تبريد , بالتالي تبدأ العملية بشكل عكسي وهي الدوران فيبدأ الهواء بالغوص من اعلى الى اسفل وهكذا ,, وتسمى هذه العملية بالانقلاب الحراري .
لماذا يحدث الحمل الحراري ؟
الحمل الحراري عملية حيوية تساعد على إعادة توزيع الطاقة من المناطق الأكثر سخونة إلى المناطق الأكثر برودة في الأرض، مما يساعد على انقلاب درجات الحرارة وتقليل الاختلافات الحادة في درجات الحرارة. بدون الحمل الحراري، ستكون الامور البسيطة مثل غليان الماء في الغلاية أبطأ بكثير، بحيث لا يمكن تسخين سوى الماء الملامس مباشرة للحلقة الحرارية الموجودة في الجزء السفلي من الغلاية، مع بقاء الماء في الأعلى بارد .
كيف يختلف الحمل الحراري عن التوصيل الحراري؟
الفرق الرئيسي ان الحمل الحراري ينقل الطاقة الحرارية بفعل حركة جزئيات المادة , فتنتقل الطاقة من المناطق الادفأ الى المناطق الأبرد , اما التوصيل الحراري فينقل الطاقة الحرارية من خلال ملامسة الاجسام لبعضها البعض , ونتيجة لذلك، فإن عملية التوصيل في السوائل والغازات تكون أبطأ بكثير من عملية الحمل الحراري، حيث تكون الجزيئات حرة في الحركة ويتم تقليل الاتصال المباشر. ومع ذلك، فإن التوصيل يكون أكثر فعالية في المواد الصلبة من الحمل الحراري، حيث أن الجزيئات تكون معبأة بكثافة، وتلامس بعضها البعض بشكل مستمر للسماح بانتقال الحرارة بكفاءة. بالإضافة إلى ذلك، في المواد الصلبة تكون الجزيئات ثابتة وغير قادرة على الحركة، مما يوقف نقل الطاقة عبر الحمل الحراري.
كيف يؤثر الحمل الحراري على الطقس؟
غالبًا ما يمكن ملاحظة الحمل الحراري داخل الغلاف الجوي في طقسنا. على سبيل المثال، عندما تقوم الشمس بتسخين سطح الأرض، فإن الهواء فوقها يسخن ويرتفع. إذا سمحت الظروف، يمكن أن يستمر هذا الهواء في الارتفاع، ويبرد أثناء ذلك، مكونًا السحب الركامية. يمكن أن يؤدي الحمل الحراري الأقوى إلى ظهور سحب أكبر بكثير مع ارتفاع الهواء إلى أعلى قبل أن يبرد، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى إنتاج سحب ركامية وحتى عواصف رعدية.
هل يمكن رؤية الحمل الحراري؟
الحمل الحراري هو الحركة الصاعدة للمناطق الأكثر دفئًا من السائل أو الغاز، والحركة الغارقة للمناطق الباردة من السائل أو الغاز، وتشكل في بعض الأحيان دورة كاملة. ومع ذلك، غالبًا ما يكون من الصعب رؤيته، خاصة في الهواء. ومع ذلك، إذا تشكلت السحب الحملية خلال يوم مشمس، فغالبًا ما يمكن ملاحظتها وهي تنمو في الحجم وتصبح أطول مع ارتفاع المزيد والمزيد من الهواء من السطح ويتكثف أعلى في السحابة.
كيف يؤثر الحمل الحراري على تيارات المحيط؟
تعمل تيارات المحيط كدورات تشبه الناقل مما يساعد على توزيع الحرارة بعيدًا عن خط الاستواء وأقرب إلى القطبين. ومع ذلك، تتأثر هذه التيارات بالحمل الحراري بسبب تأثير درجة حرارة المحيط والملوحة (تركيز الملح داخل الماء) على الكثافة.
يتم دفع مياه المحيط الدافئة القريبة من خط الاستواء نحو القطب مع أنماط الرياح السائدة، ويتم نقلها إلى خطوط العرض الأعلى حيث يتم تبريدها من خلال التبخر والتفاعل مع الرياح الباردة. ونتيجة لذلك، تزداد الملوحة وتنخفض درجة الحرارة، مما يجعل المياه أكثر كثافة وبالتالي تغوص خلال عملية الحمل الحراري. تُعرف عملية الغرق هذه باسم هبوط القاع، وهي حيوية في دفع تيارات المحيط عن طريق تغذية المياه في تيارات المياه العميقة التي تنقلها مرة أخرى إلى المناطق الاستوائية. لذلك، بدون الحمل الحراري، لن تتمكن المياه من الارتفاع / الهبوط، مما يتوقف عن نقل المياه بين القطبين وخط الاستواء.
ما علاقة الحمل الحراري بنشوء العواصف الرعدية ؟
يؤدي الفرق الحراري ما بين الكتل الهوائية الى زيادة الفرق ما بين كثافة هذه الكتل , بالتالي تزداد سرعة الانتقال الرأسي للرياح , وهذا بدوره يزيد من قوة الاضطرابات الجوية
تتشكل العواصف الرعدية عندما يرتفع الهواء الدافئ الرطب إلى الهواء البارد. يصبح الهواء الدافئ أكثر برودة، مما يسبب الرطوبة، التي تسمى بخار الماء، لتشكيل قطرات ماء صغيرة – وهي عملية تسمى التكثيف. ينخفض الهواء البارد في الغلاف الجوي، ويسخن، ويرتفع مرة أخرى. وتسمى هذه الدائرة من الهواء الصاعد والهابط بخلية الحمل الحراري. إذا حدث هذا بكمية صغيرة، فسوف تتشكل سحابة. إذا حدث هذا مع كميات كبيرة من الهواء والرطوبة، يمكن أن تتشكل عاصفة رعدية.
تشريح العواصف الرعدية :
يمكن أن تتكون العواصف الرعدية من خلية حمل حراري واحدة فقط، أو خلايا حمل حراري متعددة، أو حتى خلية حمل حراري واحدة كبيرة جدًا وقوية. فيما يلي وصف لثلاثة أنواع من العواصف الرعدية، مصنفة حسب بنيتها: أحادية الخلية، ومتعددة الخلايا، وخلية خارقة.
العواصف الرعدية أحادية الخلية Single-cell thunderstorms : تسمى العواصف الرعدية التي تنشأ عن خلية حرارية واحدة فقط في الغلاف الجوي بالعواصف أحادية الخلية. معظم هذه العواصف صغيرة، وتدوم حوالي ساعة فقط، وتسمى أيضًا العواصف الرعدية العادية. غالبًا ما تتشكل هذه العواصف خلال فصل الصيف وتتضمن سحبًا ركامية شاهقة يمكن أن تنمو بارتفاع 12 كيلومترًا (7.5 ميلًا) في الغلاف الجوي. المطر والبرق شائعان. في بعض الأحيان يسقط البرد.
العواصف الرعدية متعددة الخلايا: تتكون بعض العواصف الرعدية من العديد من خلايا الحمل الحراري التي تتحرك كوحدة واحدة. وتسمى هذه العواصف الرعدية متعددة الخلايا. في كثير من الأحيان يتم ترتيب خلايا الحمل الحراري ككتلة، حيث تكون كل خلية في مرحلة مختلفة من دورة العواصف الرعدية. غالبًا ما تشكل العواصف متعددة الخلايا على طول جبهة باردة أو دافئة، حيث يتم دفع الهواء الدافئ عالياً إلى الغلاف الجوي فوق الهواء البارد، خطًا يسمى خط العاصفة. يمكن أن يصل طول خط العاصفة إلى 1000 كيلومتر (600 ميل). غالبًا ما تهب رياح قوية قبل العاصفة مباشرة.
العواصف الرعدية متعددة الخلايا Multi-cell thunderstorms : تتكون بعض العواصف الرعدية من العديد من خلايا الحمل الحراري التي تتحرك كوحدة واحدة. وتسمى هذه العواصف الرعدية متعددة الخلايا. في كثير من الأحيان يتم ترتيب خلايا الحمل الحراري ككتلة واحدة ، حيث تكون كل خلية في مرحلة مختلفة من دورة العواصف الرعدية. غالبًا ما تشكل العواصف متعددة الخلايا على طول جبهة باردة أو دافئة، حيث يتم دفع الهواء الدافئ عالياً إلى الغلاف الجوي فوق الهواء البارد، خطًا يسمى خط العاصفة. يمكن أن يصل طول خط العاصفة إلى 1000 كيلومتر (600 ميل). غالبًا ما تهب رياح قوية قبل العاصفة مباشرة.
العواصف الرعدية فائقة الخلية Supercell thunderstorms : العواصف الرعدية ذات الرياح الصاعدة العميقة والدائرية، والتي تسمى الخلايا الفائقة، كبيرة جدًا وتستمر لساعات وتطلق كميات هائلة من المطر وأحيانًا حتى حبات البَرَد بحجم كرة البيسبول. وهي تشمل الحمل الحراري سريع الحركة – حيث يرتفع الهواء إلى أعلى بسرعة تصل إلى 280 كيلومترًا (175 ميلًا) في الساعة. يؤدي دوران الخلايا الفائقة أحيانًا إلى تكوين أعاصير عنيفة، وهي أكبر الأنواع وأكثرها ضررًا، وذلك لأن العواصف طويلة الأمد. يمكن إنتاج عدة أعاصير من عاصفة رعدية واحدة من نوع supercell. تنمو سحب Supercell على ارتفاع يصل إلى 18 كيلومترًا (11 ميلًا) في الغلاف الجوي، وصولاً إلى الجزء السفلي من طبقة الستراتوسفير. الخلايا الفائقة هي أقل أنواع العواصف الرعدية شيوعًا، لكنها الأكثر تدميراً.
حيث يرتفع الهواء ليشكل عاصفة رعدية
تبدأ جميع العواصف الرعدية بارتفاع الهواء إلى الغلاف الجوي لتكوين خلية الحمل الحراري، ولكن يمكن رفع الهواء بطرق مختلفة. هناك طريقة أخرى لتصنيف العواصف الرعدية وهي حسب الموقع الذي تتشكل فيه وسبب ارتفاع الهواء.
