كيف يتغير الطقس، و ما هي العوامل المتحكمة فيه؟

عندما نريد أن نخرج من المنزل إلى العمل أو التسوق أو أي شيء، ننظر إلى السماء، نستفسر حول  الطقس، هل هو مشمس أو ممطر ام عاصفي؟  لنختار الملابس و وسيلة النقل المناسبتين.

لكن لماذا لا يبقى الطقس مستقرا و يتغير بصفة دائمة؟ ما الذي يتحكم في الطقس؟ و كيف يتحكم؟

للإجابة على هذه الأسئلة، سنسافر إلى مركز  مجرة درب التبانة، نعم إلى الشمس، تتكون الشمس أساسا من الهيدروجين و الهيليوم و نسبة ضئيلة جدا من بعض المعادن الأخرى، تتفاعل هذه المكونات لتطلق طاقة رهيبة تصل إلى 6000 كلفن، تصل إلى الأرض على شكل إشعاع شمسي، تحتاج هذه الطاقة ثماني دقائق للوصول إلى الأرض.

يصل الإشعاع الشمسي إلى الأرض على شكل موجات مختلفة الطول و هي أشعة غاما، أشعة x، الأشعة ما فوق البنفسجية، الأشعة المرئية، الأشعة تحت الحمراء و أشعة الراديو... تصطدم هذه الأشعة بطبقات الغلاف الجوي التي تقوم بفلترتها، و تصل الأشعة المرئية فقط إلى سطح الأرض، و عند اصطدام الأشعة المرئية بالغازات المكونة للغلاف الجوي تتحول إلى حرارة، لا تصل إلى الغلاف الجوي سوى 2 كالوري/سم²/ في الدقيقة، إنها طاقة ضعيفة لكنها تعد المحرك الرئيسي لكل الظواهر المناخية على سطح الأرض.

تختلف الطاقة الحرارية الواصلة إلى الأرض حسب العروض، فالعروض البيمدارية مثلا تستفيد من 200 كالوري، أما في القطبين الشمالي و الجنوبي فلا تتجاوز الطاقة الحرارية 70 كالوري، و لولا إعادة توزيع هذه الطاقة لزادت حرارة العروض البيمدارية و زادت برودة العروض العليا... إذا كيف يتم توزيع هذه الحرارة؟

تعتبر التيارات الهوائية من أهم العوامل الموزعة للحرارة على سطح الأرض، إلى جانب التيارات البحرية و الرياح، فالغلاف الجوي المحيط بالأرض يتكون من مجموعة مختلفة من الغازات، و التي تتكون بدورها من جزيئات صغيرة، عندما تلامس الحرارة هذه الجزيئات تقوم بتسخينها و تتباعد عن بعضها البعض و بذلك يقل ضغطها، حيث تتجه جزيئات الهواء الواقعة في مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض من أجل تعديل الضغط، و حركية جزيئات الهواء هذه تعطي ما نسميه بالرياح إذا كانت على سطح الأرض، كالرياح التجارية و الرياح العكسية و الرياح القطبية الباردة، و تسمى بالتيار الهوائي إذا كانت في أعلى الغلاف الجوي، كالتيار النفاث القطبي و التيار النفاث الشبه مداري.

توجد على الأرض أحزمة من الضغوط الجوية، تنتقل التيارات الهوائية من خلالها مكونة ما يسمى بالخلايا الجوية، و هي المسؤولة عن توزيع الحرارة على سطح الأرض، حيث يصعد تيار هوائي في شكل لولبي من المنخفض الاستوائي الساخن إلى أعلى التروبوسفير و يذهب أفقيا في اتجاه الشمال و الجنوب، ثم لينزل هذا التيار الهوائي في المرتفع دون المداري، و يعود أفقيا على مستوى سطح الأرض إلى المنخفض الاستوائي، و هذا ما يسمى بالخلية الجوية، و نجد ثلاث خلايا جوية في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، و ثلاثا أخرى في النصف الجنوبي، و هي: خلية هادلي، خلية فيريل، الخلية القطبية.

إلى هنا تعرف الأرض استقرارا في الطقس و توزيعا للحرارة من مناطق الفائض إلى مناطق الخصاص، إذا كيف تتكون الإضطرابات الجوية و تتساقط الأمطار و الثلوج؟

بما أن توزيع اليابس و الماء متباين على سطح الأرض، و كذلك توزيع الحرارة، فإن لكل نطاق مناخي خصائصه التي تميزه على باقي النطاقات، و تنشأ كتل هوائية تأخذ خصائص المجال الذي تكونت فيه، إما رطبة أو جافة، قارية أو محيطية، قطبية أو استوائية...

عند التقاء كتلتين هوائيتين مختلفتين من حيث الحرارة و الرطوبة ينشأ بينهما حد فاصل يسمى الجبهة، و عند حصول هذا الإلتقاء في مجال ضغطي منخفض يقع ما يسمى بالاضطراب الجوي،  و هو ما يعطي تساقطات مطرية أو ثلجية تختلف حدتها باختلاف نوع الجبهة و نوع النظام السحبي المرافق لها...

إذا كانت الجبهة باردة، فتصاحبها سحب متطورة منخفضة تعطي زخات مطرية قوية، أما إذا كانت الجبهة باردة فيصاحبها نظام سحبي أقل تطورا، يتكون من سحب متوسطة تعطي أمطارا ضعيفة، نفرق بين 4 أنواع من الجبهات: الجبهة الباردة، الجبهة الساخنة، الجبهة الشبه ثابتة، الجبهة المنتهية...

تلعب مكونات السحب و برودة الرياح دورا مهما في نزول التساقطات الثلجية، فإذا كانت السحب مكونة من بلورات كريستالية عوض بخار الماء، و الهواء المصاحب للإضطراب باردا يعطي تساقطات ثلجية مهمة، حيث يختلف كل اضطراب عن الآخر باختلاف العناصر المكونة له ...