حركة الجو العليا
تتميز مواقع التيارات النفاثة باختلافات فصلية شديدة الوضوح,فهي تهاجر جهة الاستواء خلال الفترة الباردة من العام كما تزداد سرعتها إلى حد كبير,بينما تتناقص سرعتها إلى النصف تقريباً خلال الصيف عما كانت عليه خلال فصل الشتاء بسبب التدرج الحراري الضئيل صيفاً,كذلك تهاجر جهة القطبين خلال فصل الصيف.
تقدر السرعة الوسطية للرياح في التيار النفاث حوالي 144 كم\سا ,لكنها تصل أحياناً في قلب Core التيار إلى 480 كم\سا,وأحياناً أكثر من ذلك بقليل.تتدفق الرياح خلال الفصل البارد في جسم التيار بسرعة تتراوح بين 160-240 كم\سا في الجزء المركزي منه.
أطلق علماء المناخ مصطلح ((تيار الجهة القطبية النفاث)) على التيار النفاث الرئيسي فوق العروض المعتدلة تمييزاً له عن التيار النفاث شبه المداري الغربي Sub-tropical westerly jet stream الذي يطفو فوق العروض المدارية وشبه المدارية عند علو 12 كلم.تبلغ متوسط سرعة الرياح القصوى لتيار الجبهة القطبية 215 كم\سا,وفي الحالات الشاذة تتضاعف هذه السرعة,عندها يلاحظ أن هذا التيار يطوق كامل الكرة الأرضية.
هناك اختلافات يومية في موضع وسرعة التيارات النفاثة,تزداد سرعة الرياح نسبياً على يمين الجزء المركزي من التيار بالموازنة مع يساره فوق العروض العليا من نطاق المناخ المعتدل بينما يلاحظ العكس في العروض الدنيا من هذا النطاق حيث تتناقص سرعة الرياح نسبياً على يمين الجزء المركزي من التيار بالموازنة مع يساره .يترافق النفاث في العروض المعتدلة دائماً مع الجبهة القطبية,بينما يلاحظ أن التيار شبه المداري النفاث لا يرتبط بأية علاقة مع أي نطاق جبهوي.
يقتحم التيار النفاث في بعض المواقع طبقة التروبوبوز ويصل حتى أسفل طبقة الستراتوسفير.يمتد تأثير التيار النفاث في بعض الأوقات نحو الأسفل حتى سمّو Altitude 3 كم من مستوى سطح الأرض.تبقى طبقة الستراتوسفيرفي حال انعدام وجود بخار الماء فيها جافة جزيئاً وصافية,ولكن كلما كان هناك اقتحام أو تقطع في طبقة التروبوبوز نتيجة ولوج التيار النفاث,كانت هناك كميات محدودة من بخار الماء تم اقتيادها كي تصل الأجزاء السفلى من طبقة الستراتوسفير.وفي ظل هذه الظروف يتشكل مايسمى موضعياً بعض السحب السمحاقية Cirrus.
يلاحظ في نصف الكرة الشمالي أنه كلما فاقت سرعة الرياح قيمة تدرج غراديان الضغط,جنحت الرياح العالية السرعة نحو يمين مسارها ويطلق عليها هنا اسم رياح شبه تدرج Sub gradient Winds ,وبسبب تكدّس الهواء وارتفاعه عالياً إلى الجانب الأيمن من التيار النفاث تتشكل منطقة من الضغط الجوي المرتفع على سطح الأرض تحت هذا الموقع من تخوم الغربيات جهة خط الاستواء.تعرف هذه العملية بعملية توالد المرتفعات الجوية Anti cyclogenesis .ومادام هناك اختلافات ملحوظة في سرعة الرياح داخل التيار النفاث المللتو في أعلى طبقة التروبوسفير,فإن ذلك يجعل مسألة التنبؤ بالطقس في غاية الصعوبة.
هناك صفة مميزة أخرى للتيار النفاث تتضح من خلال تباين سرعاته مابين خطوط الطول المختلفة.ففي فصل الشتاء,توجد السرعات العالية للتيار النفاث قرب السواحل الشرقية لآسيا,بينما تضعف شدة هذا التيار فوق الأجزاء الشرقية من المحيطين الهادي والأطلسي,وهذا بدوره ينشأ بفعل التضاد الحراري.تنقلب الصورة تماماً خلال فصل الصيف,حيث تتواجد أقصى شدات هذا التيار على طول الحدود الكندية.يعد البحر المتوسط الإقليم الثاني الذي تسود فوقه أقصى جولات الشدة لهذا التيار صيفاً.يجب الإشارة هنا إلى أن هناك تيارات نفاثة مشابهة في أعلى طبقة التروبوسفير في نصف الكرة الجنوبي,لكن الاختلاف الوحيد عن نظيرتها الشمالية يتمثل في غياب تأثير الكتل القارية الضخمة الشاهقة الارتفاع في الأقاليم المعتدلة وشبه القطبية,حيث يبدو التيار النفاث لنصف الكرة الجنوبي أكثر تناسقاً وتماثلاً بالموازنة مع نظيره الشمالي.
يلاحظ في بعض المواقع تعرجات شديدة في مسارها هذا التيار تمتد من الشمال نحو الجنوب,وهذا يوضح سبب تموج خطوط تساوي الضغط داخل جسم التيار.وتبعاً لدرجة العرض وبعد الرأسي عن سطح البحر (سمو) يتشكل على جسم التيار ألسنة كبيرة الحجم ( Ridages ) من الضغط الجوي المرتفع,وأغوار متشابهة الحجم من الضغط الجوي المنخفض (Troughs).
يتراوح شكل الأمواج التي يحدثها هذا التيار من صغيرة إلى كبيرة (طول الموجة من 880-6400 كم).ومادامت هذه الأمواج ترتحل من الغرب نحو الشرق,فإنها تبدي تغيرات مهمة في حجمها وشكلها وامتدادها,حيث تضعف بشكل متعاظم في أثناء مسيرها.عندما يكتمل تشكل معظم هذه الأمواج تمتد بعيداً فوق العروض المدارية,حيث يصبح بالإمكان حدوث عمليات تبادل الكتل الهوائية الباردة والدافئة من خلال الأغوار المتقدمة جهة الاستواء والألسنة المندفعة جهة القطبين عندما تزداد سعة التموج في جسم التيار النفاث إلى الحد الذي تتعرض فيه امتدادت من أسنة كبيرة من الهواء المداري الدافىء لحادثة القطع Cut-off والانفصال عن جسم التيار الرئيسي المداري,وتصبح معزولة فوق العروض العليا ومحاطة بهواء قطبي بارد.
وبنفس الآلية تنعزل خلايا من الكتل الباردة عن جسم التيار الريحي البارد فوق العروض المدارية.يتطور في هذه الحالة أعلى طبقة التروبوسفير منخفضات جوية باردة ومرتفعات جوية دافئة كذلك يسهم ذلك في التبادل الحراري والمحافظة على التوازن الحراري عبر درجات العرض المختلفة.كما أن مثل هذه الأنظمة الدورانية المضطربة تمهد السبيل لتقلب أنظمة الطقوس الرئيسية عند مستوى سطح الأرض رأساً على عقب.تعد آلية القطع أحد الأنظمة الديناميكية الطبيعية التي تسهم بعمليات تبادل الكتل الهوائية ما بين العروض الدنيا والعليا مروراً بالعروض المعتدلة.
دورة القرينة للتيار النفاث :
تأكد منذ سنوات أن حركة الجو العامة تتم بفعل التضاد الحراري ما بين العروض الاستوائية والقطبية.يستمر هذا التضاد بسبب التوازن في عملية تبادل القدرة الاشعاعية بين سطح الأرض والغلاف الجوي والفضاء الخارجي.تتأرجح حركة الغربيات العلوية وتيارها النفاث ما بين الجريان النطاقي (شرق-غرب) ذي التوج العضيف (مرحلة القرينة النطاقية العليا High zonal index) ونموذج الجريان الطولاني السائد (شمال-جنوب) عندما تظهر الأمواج ذي السعات الكبيرة (مرحلة القرينة النطاقية المنخفضة Low zonal index).إن الذبذبة الكاملة من المرحلة الأولى إلى الثانية والعودة ثانية إلى الأولى يشكل دورة القرينة Cycle index التي تستغرق من 3-6 أسابيع وسطياً لتتم دورتها.
يتضح مما تقدم أن سعات أمواج روسبي هي التي تحدد المرحلة التي تمر بها دورة القرينة.وكما هو واضح هناك تغيرات شبه دروية في سعات أمواج روسبي لاحظها روسبي سمة 1939 حيث أدخل وقيئذ مفهوم ((القرينة النطاقية Zonal index)) كقياس لشدة غربيات العروض المعتدلة بين خطي العرض 35-55 درجة,حيث ارتبطت هذه القرينة بمواقع مراكز العمل الجوي عبر خطوط الطول.رأى روسبي أن ملامح التغيرات في سعات أمواجه تتضح من خلال الفرق بين متوسطات قيم الضغط الجوي النطاقي بين دائرتي العرض 35-55 درجة.يعرف هذا الفرق ببساطة على أنه قرينة Index.اختار روسبي دائرتي العرض السابقتين للسببين التاليين:
1-كونهما يتفقان بشكل تقريبي مع الحدود الشمالية والجنوبية لجريان الرياح الغربية بأمواج روسبي.
2-تحتوي هذه العروض على عدد كاف من محطات الرصد الجوي,يضاف إلى ذلك التوزيع المتجانس لهذه المحطات على كامل المساحة.
ومادامت قيمة ((سعة الموجة Wave amplitude)) تتغير,إذاً هناك نوع من دروة القرينة Index cycle,تتم من خلال المراحل التالية:
-المرحلة الأولى:
تمثل هذه المرحلة دروة القرينة العليا High index cycle,حيث تظهر في الوقت الذي تشكل فيه غربيات العروض المعتدلة وتيارها النفاث في وسط طبقة التروبوسفير تياراً نطاقياً متطوراً وعريضاً,مع أمواج ضعيفة ولطيفة غير واضحة المعالم تعتري جسم هذا التيار.
تقع الكتل الهوائية البارة إلى الشمال من الغربيات العلوية في نصف الكرة الشمالي,بينما تقع الكتل الهوائية المعتدلة للعروض الوسطى إلى الجنوب من محور التيار النفاث.يلاحظ في هذه المرحلة أن غربيات العروض المعتدلة قد انحرفت قليلاً جهة العروض العليا,حيث توجد هناك عدة ماركز ذات فعالية سيكلونية نشطة.كما يلاحظ أيضاً في هذه المرحلة أن أنظمة الضغوط الجوية المرتفعة قد انتظمت في اتجاه شرق-غرب.كذلك هناك تدرج حاد شمالي -جنوبي في قيم الضغط.يظهر في هذا الوقت عجز حراري في العروض العليا,وفائض حراري في العروض الدنيا بحيث تتجه خطوط تساوي الحرارة باتجاه شرق-غرب.كما يلاحظ أن تبادل الكتل الهوائية بين العروض المعتدلة والمدارية يصل حده الأدنى.
- المرحلة الثانية:
تتزايد في هذه المرحلة سعة تموجات التيار النفاث حيث يتحرك كامل جسم التيار نحو خط الاستواء نتيجة لغزو كتل هوائية قطبية جبهية الجنوب.بينما تتحرك الكتل الهوائية المدارية الدافئة جهة العروض العليا.
-المرحلة الثالثة:
تزداد في هذه المرحلة الالتواءات في جسم التيار,كما تسجل سعة الأمواج تزايداً متعاظماً.في هذه المرحلة تتحرك الكتل الهوائية المدارية بشكل أبعد نحو الشمال,والكتل الهوائية القطبية تتحرك إلى أقصى امتداد لها جهة الجنوب.يتوضع جسم التيار النفاث في هذه المرحلة بشكل أقرب إلى خط الاستواء,كما تتم عملية التبادل بين الكتل الهوائية المدارية الدافئة والقطبية الباردة على مقياس أكبر.يلاحظ هنا ان التدرج الحراري يتجه من الشرق إلى الغرب,بسبب توضع شذوذات حرارية إيجابية وسلبية بشكل مجاور لبعضها العبض في نفس درجة العرض,مع حرارة عالية في العروض العليا نسبياً وحرارة منخفضة في العروض الدنيا نسبياً.
-المرحلة الرابعة:
في هذه المرحلة الأخيرة ينفصل التقوس الضخم عن جسم التيار الرئيسي وتتمثل النتيجة النهائية بانعزال ألسنة Ridge ضخمة من الهواء البارد والكثيف قطبي المنشأ في أعالي طبقة التروبوسفير فوق العروض الدنيا,حيث يحاط عادة بكتل هوائية مغايرة تماماً في الخصائص الحرارية,وتشكل هذه مرتفعات جوية مانعة كمظهر جوي ساكن.بينما يلاحظ في أعالي طبقة التروبوسفير فوق العروض العليا انعزال الكتل الهوائية المدارية بعدما أحيطت بهواء قطبي بارد,بحيث تشكل منخفضات غير جبهوية كمظهر جوي يتحرك عادة جهة الشرق ببطء شديد.يدعى هذا بدورة القرينة المنخفضة Low index cycle للتيار النفاث.
وبشكل مشابه,وبعد انتهاء المرحلة الأخيرة يعود التيار النطاقي الغربي من جديد إلى نطاقيته المعهودة إلى دورة القرينة العليا بعد أن يكون قد استغرق ما بين 20-60 يوم.
ليس من الضروري أن تظهر جميع مراحل الدورة بوضوح بشكل دائم يلاحظ في الأيام التي تسود فيها دورة القرينة العليا وجود تدرج في متوسط درجة الحرارة عبر خطوط العرض (طولي) بينما يكون هذا التدرج أقل وضوحاً وربما يختفي في الأيام التي تسود دورة القرنية المنخفضة.إن الانتقال من دورة القرينة الدنيا إلى العليا يتصاحب أحياناً مع تبريد واضح في الأقاليم القطبية,وتسخين واضح في الأقاليم المعتدلة,كذلك الاختفاء التدريجي لدورة الرياح الطولانية.أما الانتقال من مرحلة القرينة العليا إلى المنخفضة فغالباً ما يصاحبه تطوير للمركبات المختلفة التي تشكل الدورة الطولانية للرياح,حيث تتشكل حركات هبوط هوائية في الأجزاء الغربية من الأغوار العلوية المتشكلة,مع حركات دافعة في الأجزاء الشرقية والغربية من الألسنة.وفي الوقت نفسه تتكسر القبة الباردة فوق القطب الشمالي وتتحرك جنوباً فوق شمال شرق سيبيريا والإقليم الممتد من غرينلند-آيسلندا,وشمال كندا.
التيار النفاث ودورة القرينة والطقس عند سطح الأرض :
يلعب التيار النفاث دوراً مهماً في التحكم بسلوك الغلاف الجوي بالقرب من سطح الأرض.ومع أن علماء الطقس لا يزالون حتى الأن يجهلون شكل التغيرات العميقة التي تحدثها التيارات النفاثة ومظاهر هذه التغيرات,إلا أنه من المؤكد وجود علاقة محكمة بين هذه التيارات وأنظمة الطقس السطحية.لكن الطبيعة الحقيقية لهذه العلاقة لا تزال حتى الأن غير مفهومة بشكل مؤكد.
تنامت المعلومات حول طبيعة التيارات النفاثة وسلوكها مع تزايد حصولنا على بيانات مقيسة حول الهواء العلوي,بحيث أصبح لدينا الأن حقيقة راسخة بأن ما يعرف بتيارات الجبهة القطبية النفاثة ذات ارتباط وثيق ومؤكد باضطرابات الطقس في العروض المعتدلة.يتم تقدير الموضع السطحي للجبهة القطبية من خلال تقوس (التواء) التيار النفاث في أعالي التربوسفير في نصف الكرة الشمالي,كذلك تتحكم الغربيات العلوية شديدة السرعة بالمسارات التي ترتادها المنخفضات الجوية,حتى إن توزيعات الهطل من هذه المنخفضات فوق المدارية \العروض الوسطى\ تتأثر بشكل غير مباشر بالتيار النفاث الذي يطفو عالياً فوقها.يتفق علماء المناخ على أن المناطق التي تقع تحت مسار التيارات النفاثة يمكن أن تطالها هطولات غزيرة جداً.كذلك تلعب هذه التيارات دوراً مهماً في التأثير على حركة مختلف الكتل الهوائية التي يمكن أت تتسبب بفترات ماحلة طويلة أو هطولات مسببة للفياضانات.ومهما كان السبب في التغيّر المحكم لأنماط التيارات النفاثة,فلا يوجد هناك أدنى شك بأن للتيارات النفاثة انعكاسات مهمة على أنماط الطقس العالمي بشكل عام والعروض الوسطى بشكل خاص.لا أحد يرفض الفكرة القائلة بأن الفهم الأمثل للأوجه المختلفة للتيارات النفاثة سيساعد علماء الرصد الجوي والمناخ على إجراء تقييمات دقيقة للطقس عند سطح الأرض.هناك دلائل مؤكدة بأن الدوامات المتشكلة ضمن التيارات العلوية السريعة سوف تهبط للأسفل وتؤثر على أنظمة الطقس السيكلونية,والتورنادو,وموجات البرد,والعواصف الثلجية.
إن التغير في موضع الجبهة القطبية سوف يتزايد بسبب الطبيعة الباروكلينية لهذه الجبهة.وفي مثل هذه الظروف سوف تتطور الحركات الريحية الشاقولية التي يصاحبها حركات تقابل وانفراج ريحي,وهذا سيقود إلى تشكيل وتطوير منخفضات جوية جبهوية,حيث الحركات السيكلونية حول مركز الانخفاض الجوي.يمكن لهذه المنخفضات أن تتشكل عند مستوى 500 ميليلبار,وبعد تشكلها تتطور وتمتد نحو الأسفل عبر الغلاف الجوي لتصبح مظهراً سطحياً,ولن تتحرك هنا استجابة لأمواج روسبي فقط,بل تصبح كبيرة إلى الحد الذي تؤثر به على جريان روسبي نفسه.تعد هذه المنخفضات مسؤولة عن التغيرات الطقسية السريعة جداً للمناطق التي تعبر فوقها,كما أنها مسؤولة عن نقل القدرة جهة القطبين من خلال نقل الدوامات داعمة القدرة المنقولة بأمواج روسبي.وبشكل عام,تعد دورة القرينة العالية ذي السرعات الريحية النطاقية القوية بمثابة فترة مزدهرة بالمنخفضات الجوية العميقة والقوية التي تعد الناقل الرئيسي للقدرة جهة القطبين,بينما يلاحظ خلال دورة القرينة المنخفضة أن دورة المنخفضات الجوية تضعف إلى حد كبير,وتقوم أمواج روسبي بنقل القدرة جهة القطبين بشكل مباشر.عندما يمكث الغور (الجيب) فترة طويلة من الزمن فوق موقع ما يسقط فوق هذا الموقع كميات من الهطل تفوق المعتاد.تتعزز كمية الهطل من خلال الحركة الصاعدة للرياح التي تميز هذا الجزء من الغور في النطاق المحوري للتيار النفاث.هناك دوران بشكل يوافق حركة عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي أو دورانية (دردورية Vorticity) سالبة في مؤخرة الغور تشجع حركة الخفس الهوائي وتقل كمية الهطل هنا دون المعدل المؤلوف,بينما يلاحظ حركة دورانية للرياح بشكل يخالف حركة عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي في المستويات العليا المتقدمة من الجيب (الغور) تشجع الحركات الصاعدة وحالة عدم الاستقرار الجوي وهطلاً غزيراً.
إن الهواء الذي يتحرك ضمن نظام الجيب-اللسان متوافق مع مواقع المرتفعات والمنخفضات الجوية السطحية.عندما تتباعد الرياح العلوية فإنها تسهم بتشكيل منخفضات جوية سطحية,ومادامت أنماط التقابل والانفراج الريحي مرتبطة بموضع الموجة,فإن الحد الجبهوي مع نطاق الانفراج الريحي العلوي يخلق نظاماً من الضغط المنخفض أو منخفض جوي.
يبدأ المنخفض الجوي السطحي بالتشكل تحت الإقليم المداري العلوي الذي تسود فيه حركات انفراج ريحي.يوسع تعمق الجيب الهوائي العلوي نمط التموج لمنخفض العروض الوسطى,ومع ازدياد هذا التعمق يصبح المنخفض المتشكل عالياً شيئاً فشيئاً ممتلئاً Occluded.إن التقدير الحقيقي للنظام يمكن أن يختلف عن المثال المعطى هنا,لكنه يشرح بوضوح البيئة النظرية لمنطقة لمنقطة الضغط المنخفض التي تتشكل على طول النطاق الجبهوي.
الحرارة والهطل وأمواج روسبي :
هناك علاقة محكمة بين الجريان الريحي العلوي والمسار الفعلي للحرارة السطحية وأنماط الهطل الفعلي فوق نطاق المناخ المعتدل.
يعد فصل الشتاء مناسباً لسيادة رياح غربية علوية شديدة السرعة ذات أمواج طويلة وسعات موجية كبيرة,لكن ترددها منخفض,أو أن عدد أمواج روسبي قليل.يعتقد أن تزايد غراديان الحرارة بين البحر والبر المجاور,كذلك بين العروض الدنيا والعليا هو من يسبب هذه التغيرات الفصلية.
يتواجد فوق شرق المحيط الهادي شمالاً لسان من الضغط المرتفع شتاءً كما يتواجد غور (جيب) من الضغط المنخفض فوق غربي المحيط الهادي الشمالي حيث يهطل كميات غزيرة,ويبدو أن تشكل الغور وتواجده مرتبط إلى حد كبير بالمياه الدافئة المصاحبة لتيار كوروشيفو المائي الدافىء,حيث يتسخن الهواء هنا ويشبع بالرطوبة ,كما يجاور الهواء القاري شديد البرودة الذي يهب من أواسط آسيا.يشجع هذا التدرج الحراري بين الكتلتين الهوائيتين الفعالية السيكلونية.لو أمعنا النظر في اللسان المتواجد فوق شرقي المحيط الهادي الشمالي أمام السواحل الغربية لأمركيا الشمالية,سوف نجد أن المواقع السطحية التي يطفو فوقها هذا الغور تشغلها مياه باردة مصاحبة ليتار كاليفورنيا البارد حيث يتبرد الهواء فوقها وتزداد درجة استقراريته,كما يجاوره فوق أراضي البر كتل هوائية قارية باردة تشكلت فوق سلسلة جبال الكوست رانج وسلسلة جبال روكي.
هناك غور آخر من الضغط المنخفض يمتد فوق السواحل الشمالية الشرقية لأمريكا الشمالية تشّكل بفعل التضاد الحراري ما بين الكتل الهوائية البحرية الدافئة فوق تيار الخليج الدافىء في المحيط الأطلسي والهواء القاري الشديد البرودة فوق السهول الكندية.
2013-05-08, 04:30 PM
حقائق علمية حول التيار النفاث
العرض العادي
