يتضح من تعريف الضغط الجوي علاقته بالهواء، حيث يمثل الضغط الجوي عمودا من الهواء، ومثل أي ضغط آخر، يتم قياسه بحساب القوة المؤثرة وتقسيمها على المساحة العرضية، وتكون القوة هنا وزن العمود نفسه.
مكونات الضغط الجوي
- تتكون من عدة غازات، ولكن النيتروجين هو الأهم حيث يمثل 78% من حجم الهواء، والأكسجين يمثل 21%، وهما يمثلان 99% من حجم الهواء.
- فيما يتعلق بالوحدة المئوية المتبقية، فهي تمثل نسبا صغيرة جدا من مجموعة متنوعة من الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون والنيون والهيدروجين والآرجون والهيليوم والأوزون.
شاهد أيضًا: الرصد الجوي على سطح الارض
صفات الضغط الجوي
- كلما ارتفعنا فوق سطح الكرة الأرضية، الممثل بمستوى سطح البحر، ينخفض الضغط الجوي، لأن ارتفاع عمود الهواء يقل.
- في المناطق الحارة، خاصة المناطق الاستوائية، يتشكل ضغط جوي منخفض بسبب ارتفاع درجة الحرارة، مما يدفع جزيئات الهواء بعيدا عن بعضها، وبالتالي يتكون غلاف جوي ذو كثافة أقل.
- في المناطق الباردة مثل المناطق القطبية، يحدث العكس مما ذكر، حيث يؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى اقتراب جزيئات الهواء من بعضها البعض، مما ينتج غلاف جوي ذو كثافة عالية.
- أي ضغط يتم قياسه بوحدة نيوتن/متر مربع أو باسكال، فهو قوة مقسومة على مساحة، ولكن الضغط الجوي له وحدات متعارف عليها ومنها الجو (atm)، وأيضا البار الذي يعادل 0.987 جو.
تاريخ قياس الضغط الجوي
- يمكن قياس الضغط الجوي كمقياس فيزيائي، ولكن كثافة الهواء غير ثابتة مثل السوائل، لذا يمكننا استخدام عمود سائل لتعادل عمود الهواء.
- استخدم العالم الإيطالي تورشيلي البارومتر، وهو أنبوب طوله متر، يفتقر للهواء وممتلئ بالزئبق، ووضع فوهة الأنبوب في وعاء ممتلئ بالزئبق أيضا.
- هناك معلومة مؤكدة تشير إلى أن السوائل عند نفس المستوى يتعرضون لنفس الضغط، وبالتالي ينخفض عمود الزئبق ليصبح 76 سم؛ لتحقيق التوازن.
- السطح الخارجي للزئبق وأي نقطة في الأنبوب على نفس المستوى تتعرض لنفس الضغط، وعند حساب الضغط في تلك النقطة، يكون الضغط الجوي الحالي على السطح.
- يحدث فراغ في الجزء العلوي من الأنبوب، ويسمى بـ `فراغ تورشيلي`.
- قانون حساب الضغوط = الكثافة × الارتفاع × عجلة الجاذبية. الكثافة للزئبق = 13600 كجم/م³، وعجلة الجاذبية = 9.81 متر/ثانية²، وارتفاع الزئبق = 0.76 متر.
- النتيجة النهائية تساوي 101325 نيوتن/متر مربع أو باسكال، وهو يعادل 1.013 بار، وقد تم الحصول على هذه النتيجة باستخدام البارومتر الزئبقي.
البارومتر (اللاسائلي) المعدني
- جهاز قياس الضغط الجوي يتألف من خلية معدنية ونظام رفع ميكانيكي للخلية ومؤشر، ويتضمن هيكلا أسطوانيا يحتوي على هذه المكونات.
- الخلية المعدنية هي أسطوانة مرنة مصنوعة من المعدن، وتتميز بسمك منتظم ولحام دقيق، وهي مجوفة جزئيا من الهواء.
- أي زيادة في الضغط الجوي تظهر باضطراب الأسطوانة المعدنية، وأي حركة بسيطة في الخلية المعدنية تؤدي إلى تحرك حلقات الرفع، وهي التي تتحكم في المؤشر.
- أي انخفاض في الضغط الجوي يؤدي إلى تمدد الخلية المعدنية.
- البارومتر المعدني مميز بخفة وزنه، ومن الممكن أن يتدهور مرونة الأسطوانة بعد فترة زمنية، ولذلك يحتاج إلى معايرة منتظمة.
الباروجراف (راسم الضغط المعدني)
- جهاز يقيس تغيرات الضغط الجوي، ويتألف من خلية معدنية وأسطوانة دوارة مغطاة بورقة رسم بياني وقلم ورافعة.
- تزداد ضغطا الخلية المعدنية كلما زاد الضغط الجوي، وتحرك الرافعة حركة الخلية المعدنية إلى القلم، مما يؤدي إلى ارتفاع القلم.
- عند انخفاض الضغط الجوي، تتمدد الخلية ويتحرك القلم نحو الأسفل.
- في النهاية نحصل على ورقة رسم بياني توضح تغير الضغط الجوي مع مرور الوقت.
عوامل تغير الضغط الجوي
- تمت ذكره سابقا أن العوامل المهمة في تغير الضغط الجوي هي الحرارة ومستوى الموقع عن سطح البحر.
- هناك أيضا الرطوبة، عندما يتحول الماء إلى بخار، يصبح الهواء رطبا، وضغط الهواء الرطب أقل من ضغط الهواء الجاف.
- مكانية الموقع بالنسبة لمركز الأرض لها أهمية كبيرة، حيث تكون الجاذبية الأرضية قوية في المناطق القريبة من مركز الأرض مثل المناطق القطبية، وبالتالي يظهر الضغط الجوي بشكل أقوى في تلك المناطق.
- تقل قوة الجاذبية الأرضية في المناطق الاستوائية؛ بسبب بعدها عن مركز الأرض، وتنخفض معها الضغط الجوي.
العلاقة بين الضغط الجوي والرياح
- الرياح تتحرك الهواء أفقيا من مكان إلى آخر نتيجة لاختلاف الضغط الجوي.
- الرياح تتحرك من مناطق ضغط جوي مرتفعة إلى مناطق ضغط جوي منخفضة، وذلك بسبب قوة معروفة بـ قوة التدرج في الضغط.
- تميز العلاقة بين الضغط الجوي والرياح عموما بتأثير كوريوليس، باستثناء خط الاستواء.
- يطلق اسم كوريوليس على أي تغير ظاهري في حركة الجسم، وفي هذه الحالة يكون الرياح المقصودة، عندما يكون المراقب داخل إطار الإشارة الدوراني، والذي يتمثل في كوكب الأرض.
- تنحرف الرياح بشكل منحن بسبب قوة كوريوليس الوهمية، فلا تصل إلى المناطق ذات الضغط المنخفض، بل تصل إلى الغرب إذا كانت تأتي من النصف الجنوبي، وإلى الشرق إذا كانت تأتي من الشمال.
- القوة الكوريولية هي التي تجعل الرياح تدور عكس اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي، وتدور مع اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الجنوبي.
- عندما تتلاقى تيارات الهواء حول نقاط الضغط المنخفض، تكون حركة دورانية تشبه الإعصار، وتعرف في علم الطقس بالإعصار.
- تحدث الرياح الجيوستروفية نتيجة توازن قوتين، قوة كوريوليس وقوة التدرج في الضغط، وتكون موازية لخطوط الأيزوبار، وهي خطوط تربط بين نقاط ذات ضغوط متساوية.
- تتحقق المعادلة الجيوستروفية عند خط الاستواء.
وصف الرياح
- يصف اتجاه الرياح بالاتجاه الذي تأتي منه، على سبيل المثال الرياح الشمالية هي الرياح القادمة من الشمال والمتجهة نحو الجنوب.
- يتم قياس سرعة الرياح بالأميال أو الكيلومترات في الساعة.
أنواع الرياح الدائمة
1- الرياح العكسية
- وتعرف بالرياح الغربية باللغة الإنجليزية، تنتشر فوق نصف الكرة الجنوبي والشمالي.
- يكون اتجاه الرياح المعاكسة جنوب غرب وغرب في نصف الكرة الشمالية، وشمال غرب وغرب في نصف الكرة الجنوبية.
شاهد أيضًا: ما هو الجهاز المستخدم في قياس الضغط الجوي
2- الرياح التجارية
- تم اطلاق هذا الاسم لأن التجار استفادوا منها في تحريك سفنهم.
3- الرياح التجارية
- تهب رياح من منطقة الضغط المرتفع في الدوامتين إلى منطقة الركود الاستوائي، وتتميز بسرعة متوسطة تتراوح بين ١٦ و ٢٤ كيلومترا في الساعة.
- تكون اتجاهات الرياح التجارية شمال شرقية في نصف الكرة الشمالي، وجنوب شرقية في نصف الكرة الجنوبي.
4- الرياح القطبية
- تهب مناطق الضغط العالي القطبي إلى نقاط الضغط الخفيف بالقرب من الدائرتين القطبيتين الشمالية والجنوبية.
- اتجاه الرياح القطبية في نصف الكرة الشمالي يكون شمال شرقي وشرقي، وفي نصف الكرة الجنوبي يكون جنوب شرقي وشرقي.
أنواع الرياح المحلي
1- رياح الميسترال
هي رياح شمالية باردة، تهب على وادي الرون، الذي يقع في جنوب شرق فرنسا.
2- رياح السموم
تعد هذه الرياح حارة وعنيفة، حيث يمكن أن تصل درجة حرارتها إلى أكثر من أربعة وخمسين درجة مئوية، وتهب في مناطق سوريا وفلسطين والأردن، وأيضا في صحراء شبه الجزيرة العربية.
3- رياح الخماسين
تعد السيموم رياحا جافة تأتي من الصحراء الكبيرة، محملة بآلاف الأطنان من الرمال، تصل إلى مصر وبلاد الشام وشبه الجزيرة العربية.
4- الرياح الموسمية
- هناك رياح موسمية صيفية، وأخرى شتوية.
- تهب رياح الموسم داخل المنطقة المدارية ، وأهمها في جنوب وشرق آسيا.
- تهب تلك الرياح في اتجاهات متعاكسة من موسم إلى آخر، وتنتشر أيضا في منطقة بحر العرب والمحيط الهندي.
- تهب الرياح من الشمال الشرقي لمدة ستة أشهر، ومن الجنوب الغربي لمدة ستة أشهر، وتأتي الرياح من الاتجاه الأول بشكل جاف ومن الاتجاه الآخر بشكل رطب.
أنواع الرياح اليومية
1- رياح نسيم البحر
ظاهرة تحدث في النهار قرب الشواطئ، حيث تسخن الشمس الأرض وتكون نقاط ضغط منخفضة، وتتحرك الرياح نحو الشاطئ.
2- رياح نسيم البر
- تحدث ظاهرة في البحيرات والبحار في الليل، حيث يبرد اليابسة بسرعة أكبر من المياه، وبالتالي يتحرك الهواء البارد من اليابسة إلى البحر بعد ارتفاع الهواء البحري الساخن.
شاهد أيضًا: تعريف الضغط الجوي والرياح
في نهاية رحلتنا مع الضغط الجوي والرياح، سخر الله الرياح لصالح الإنسان، حيث استخدمها في حركة سفنه لأغراض التجارة والصيد. في عصرنا الحالي، نستخدمها كوسيلة للطاقة المتجددة، حيث تولد الكهرباء وتساعدنا على التقدم المستمر.
