书籍暂未推出简体中文版——当前显示 العربية 版。
علوم الأرض والفضاء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · 1–9 年级
25الكتل الهوائية والجبهات وخرائط الطقس
الصباح مشرق وساكن. وقرابة الظهر، تظهر خطوط بيضاء رقيقة عاليًا جدًا في السماء، ثم تنتشر ببطء فتصير حجابًا شاحبًا يخفف ضوء الشمس. وبعد الظهر تزداد السحب سماكة وتنخفض؛ ومع المساء يكون مطر متواصل قد بدأ يهطل. وفي الليل يصير الجو دافئًا رطبًا، ثم يجلب خط داكن من السحب دفقة قصيرة من المطر الغزير وهبّة ريح. وصباح اليوم التالي صافٍ منعش عاصف. ففي يومين مرّ فوق البلدة منخفض جوي، بجبهتيه.
رأى المتنبئون الجويون ذلك قادمًا قبل أيام. ويبين هذا الفصل كيف: فهواء سمائنا يأتي في كتل كبيرة، والكتل تلتقي على طول جبهات، وخرائط الضغط تبين إلى أين تتجه.
ما تعرفه من قبل
الهواء يضغط على كل ما يلامسه؛ ويقيس البارومتر هذا الضغط بالهكتوباسكال (كتب الفيزياء)، وهو عند مستوى سطح البحر نحو (الفصل 23). وتتكون السحب حين يصعد هواء رطب ويبرد (الفصل 7). وعند الأرض، تهب الريح من الضغط العالي نحو الضغط المنخفض، ويحرفها دوران الأرض: إلى اليمين في نصف الكرة الشمالي. وبين نحو و، تجلب الرياح الغربية عاصفة بعد عاصفة (الفصل 24).
25.1 الكتل الهوائية
الهواء الذي يبقى أيامًا فوق المكان نفسه يكتسب طبع السطح الذي تحته. ففوق محيط دافئ يصير دافئًا رطبًا؛ وفوق يابسة متجمدة، باردًا جافًا. وحين يرحل، يحمل هذا الطبع معه، أحيانًا آلاف الكيلومترات.
تعريف 25.1 (الكتلة الهوائية)
الكتلة الهوائية جسم كبير جدًا من الهواء تكاد درجة الحرارة والرطوبة فيه تكونان متساويتين في كل مكان عند ارتفاع معين. وهي تأخذهما من المنطقة التي تكونت فيها، أي منطقة منشئها.
يسمي المتنبئون الكتلة الهوائية بحرفين. الأول يقول أين تكونت: c (قارية) فوق اليابسة، فهي جافة؛ وm (بحرية) فوق محيط، فهي رطبة. والثاني يقول مدى برودتها: A (قطبية شمالية) فوق المناطق القطبية، وP (قطبية) فوق العروض العليا، وT (مدارية) فوق العروض الدنيا. فهواء صحراء حارة هو cT، حار جاف؛ وهواء المنطقة القطبية الشمالية هو cA، شديد البرودة جاف.
25.2 الجبهات
حين تتحرك كتلة هوائية، تلتقي بأخرى. ولا تختلط الاثنتان بسهولة: فهما تبقيان منفصلتين، بينهما حد ضيق يتغير عنده الطقس.
تعريف 25.2 (الجبهة)
الجبهة هي الحد عند الأرض بين كتلتين هوائيتين مختلفتين في درجة الحرارة والرطوبة. فعند الجبهة الباردة، يندفع هواء بارد في هواء أدفأ ويحل محله؛ وعند الجبهة الدافئة، يندفع هواء دافئ في هواء أبرد ويحل محله.
الهواء البارد أكثف من الهواء الدافئ. فعند الجبهة الباردة، ينزلق الهواء البارد تحت الهواء الدافئ كإسفين ويرفعه بحدة. فيصعد الهواء الدافئ الرطب بسرعة ويبني سحبًا شاهقة، من الركام والركام المزني: فتجلب الجبهة زخات غزيرة، وأحيانًا بردًا ورعدًا، وهبّات ريح وانخفاضًا مفاجئًا في درجة الحرارة. وما إن تمر حتى يتوقف المطر وتصفو السماء. والجبهة الباردة تتحرك بسرعة، قد تبلغ ضعف سرعة الجبهة الدافئة.
عند الجبهة الدافئة، لا يستطيع الهواء الدافئ الخفيف أن يزيح الهواء البارد عن الأرض: فهو يتسلقه ببطء، على منحدر طويل لطيف. ولذلك تظهر سحبه بعيدًا جدًا أمام الجبهة، عاليًا في السماء: أولًا خطوط رقيقة من السمحاق، ثم حجاب من السمحاق الطبقي، ثم الطبقي المتوسط الرمادي. وكلما اقتربت الجبهة، انخفضت السحب وازدادت سماكة وبدأ مطر طويل متواصل. وبعد أن تمر، يصير الهواء أدفأ وأرطب.
على خريطة الطقس، تُرسم الجبهة الباردة خطًا أزرق عليه مثلثات، والجبهة الدافئة خطًا أحمر عليه أنصاف دوائر. وتقع الرموز على الجانب الذي تتحرك نحوه الجبهة. وحين تلحق جبهة باردة سريعة بجبهة دافئة، تتحدان في جبهة مسدودة، تُرسم بالبنفسجي وعليها الرمزان كلاهما.
25.3 المنخفضات والمرتفعات الجوية
تولد الجبهات في دوامات الهواء الكبرى التي تعبر العروض الوسطى. فحيث يصعد الهواء، يكون الضغط عند الأرض أدنى منه في كل ما حوله؛ وحيث يهبط، يكون الضغط أعلى.
تعريف 25.3 (المنخفض الجوي والمرتفع الجوي)
المنخفض الجوي منطقة يكون فيها الضغط عند مستوى سطح البحر أدنى منه في كل ما حولها. والمرتفع الجوي منطقة يكون فيها الضغط أعلى منه في كل ما حولها.
تهب الريح من المرتفع نحو المنخفض، لكن دوران الأرض يحرفها، فتنتهي إلى أن تهب حول المراكز تقريبًا. ففي نصف الكرة الشمالي تدور عكس اتجاه عقارب الساعة حول المنخفض الجوي ومع اتجاه عقارب الساعة حول المرتفع الجوي؛ وفي نصف الكرة الجنوبي، العكس. وفي المنخفض الجوي، يتدفق الهواء إلى الداخل قرب الأرض، ويصعد ويبرد ويكوّن السحب: فالمنخفضات الجوية تجلب السحب والمطر والريح، وجبهاتها. وفي المرتفع الجوي، يهبط الهواء ويسخن وهو ينزل: فالمرتفعات الجوية تجلب طقسًا جافًا مستقرًا ورياحًا خفيفة. ويبلغ الضغط في مركز المرتفع الجوي النموذجي نحو أو أكثر؛ أما المنخفض الجوي العميق فينزل ضغطه إلى أقل من .

25.4 خطوط تساوي الضغط وخرائط الطقس
لرؤية المنخفضات والمرتفعات الجوية، يرسم المتنبئون خرائط للضغط. فكل محطة تقيس ضغطها وتردّه إلى مستوى سطح البحر، كي يمكن مقارنة محطة على جبل بمحطة على الساحل. ثم تُرسم خطوط تمر بكل الأماكن التي يتساوى فيها الضغط.
تعريف 25.4 (خط تساوي الضغط)
خط تساوي الضغط خط على الخريطة يصل بين أماكن يتساوى فيها الضغط عند مستوى سطح البحر. وتُكتب عليه قيمته بالهكتوباسكال، وكثيرًا ما تُرسم هذه الخطوط كل .
حول المنخفض الجوي تشكّل خطوط تساوي الضغط حلقات مغلقة، أدنى ضغط فيها في المركز، ويُرمز إليه بالحرف م؛ وحول المرتفع الجوي تشكّل حلقات أعلى ضغط فيها في المركز، ويُرمز إليه بالحرف ع. وحيث تتقارب خطوط تساوي الضغط، يتغير الضغط بسرعة من مكان إلى الذي يليه، وتكون الريح قوية؛ وحيث تتباعد، تكون الريح خفيفة.
طريقة 25.5 (قراءة خريطة الطقس)
- جد المراكز: م للمنخفضات الجوية، وع للمرتفعات الجوية، مع ضغوطها.
- اقرأ خطوط تساوي الضغط: فقيمها ترتفع نحو ع وتنخفض نحو م. والخطوط المتقاربة تعني ريحًا قوية.
- جد اتجاه الريح: ففي نصف الكرة الشمالي تهب على طول خطوط تساوي الضغط تقريبًا، والضغط المنخفض على يسارها، منحرفة قليلًا نحو المنخفض.
- جد الجبهات واتجاه حركتها (جانب رموزها)، ثم الهواء على كل جانب: ما الذي سيأتي بعد ذلك؟
مثال 25.6 (الطقس في البلدة T)
على الخريطة، تقع T جنوب الجبهة الدافئة وشرق الجبهة الباردة: في الهواء الدافئ بين الجبهتين. فالجبهة الدافئة قد مرت بها. وخطوط تساوي الضغط تمتد هناك من الجنوب الغربي إلى الشمال الشرقي، والمنخفض إلى الشمال الغربي: فالريح تهب من الجنوب الغربي، دافئة رطبة. والجبهة الباردة قادمة من الغرب. ومثلثاتها تشير إلى الشرق، نحو البلدة: ففي غضون ساعات ستأتي فترة قصيرة من الزخات الغزيرة والهبّات، ثم تتحول الريح إلى غربية أو شمالية غربية، ويبرد الهواء وتصفو السماء.
البارومتر يعطي إنذاره الخاص، حتى دون خريطة. افترض أن الخريطة أعلاه كلها انجرفت شرقًا، دون أن تتغير، بسرعة في الساعة، وأن بارومترًا مسجّلًا كان في محطة S، شرق الجبهات. فعلى مدى يومين ونصف كان سيرسم التسجيل الذي أدناه.
مثال 25.7 (قراءة تسجيل البارومتر)
في الساعات الثماني الأولى يرتفع الضغط إلى نحو : فالمرتفع الجوي يمر فوق S، والطقس مستقر. ثم ينخفض طوال 30 ساعة، بنحو : فالمنخفض الجوي قادم. ويكون انخفاضه أسرع ما يكون قبل مرور الجبهة الدافئة ببضع ساعات، وأبطأ في الهواء الدافئ الذي خلفها، ويبلغ أدناه، نحو ، لحظة مرور الجبهة الباردة تمامًا. ثم يرتفع: فالمنخفض الجوي يبتعد، والهواء الأبرد والأصفى الذي خلف الجبهة الباردة يصل.
25.5 كيف يُصنع التنبؤ بالطقس
تعريف 25.8 (التنبؤ بالطقس)
التنبؤ بالطقس بيان للطقس المتوقع في مكان ما خلال الساعات أو الأيام القادمة، يُستخلص من أرصاد الغلاف الجوي ومن قوانين الفيزياء.
يُصنع التنبؤ بالطقس في ثلاث خطوات. أولًا، تجري هيئات الأرصاد في أنحاء العالم ملايين الأرصاد كل يوم: درجة الحرارة، والهطول، والضغط، والريح والرطوبة، تُقاس في محطات أرضية، وفي البحر، وبوساطة بالونات الأرصاد، والرادار، ومن الأقمار الصناعية. ثم تُدخل هذه الأرصاد في نماذج حاسوبية: فتحسب حواسيب فائقة القدرة، خطوة بعد خطوة، كيف سيتغير الغلاف الجوي انطلاقًا من حالته الراهنة. وأخيرًا، يقرأ المتنبئون النتائج، ويقارنونها بما يعرفونه عن منطقتهم، ويكتبون التنبؤ.
لمحة تاريخية — أول تنبؤ جوي للعموم
في عام 1854 عُيّن ضابط بحري، هو روبرت فيتزروي، على رأس مكتب جديد للأرصاد في لندن. وكل صباح في الساعة 9، كانت محطات على طول السواحل تقيس الطقس وترسل قراءاتها إلى لندن بالتلغراف، أحدث اختراعات ذلك الزمن. وفي عام 1859 أغرقت عاصفة رهيبة، هي عاصفة رويال تشارتر، سفنًا كثيرة؛ فأنشأ فيتزروي عندئذ خدمة لإنذار البحارة بالعواصف، بدأت في فبراير 1861. وفي 1 أغسطس 1861 ذهب أبعد من ذلك ونشر أول تنبؤ جوي للعموم في صحيفة، هي التايمز. وكانت تنبؤاته تنظر إلى ما بعد يوم أو يومين وكانت عامة جدًا؛ لكنها كانت بداية التنبؤات التي نقرؤها اليوم.
لقد صارت التنبؤات أفضل بكثير. فعلى مدى العقود الماضية، كسب المتنبئون نحو يوم إضافي من التنبؤ الجيد كل عشر سنوات: فالتنبؤ لأربعة أيام مقبلة صار اليوم بجودة التنبؤ ليوم واحد قبل ثلاثين سنة. لكن كلما نظر التنبؤ أبعد، قل يقينه، لأن الأخطاء الصغيرة في الأرصاد الابتدائية تكبر كلما تقدم الحاسوب في الزمن.
في الميدان — مراقبة وصول جبهة
في يوم يعلن فيه التنبؤ عن جبهة، انظر إلى السماء كل بضع ساعات ودوّن الوقت، والسحب، والريح ودرجة الحرارة. فقبل الجبهة الدافئة، هل تأتي خطوط السمحاق العالية أولًا؟ وحين تمر جبهة باردة، هل تنخفض درجة الحرارة وتتغير الريح؟ ثم قارن ملاحظاتك بخريطة الطقس لذلك اليوم.
25.6 تمارين
تمرين 25.1 ★
أعطِ معنى كل زوج من الحروف وقل هل الكتلة الهوائية دافئة أم باردة، رطبة أم جافة: (أ) mT؛ (ب) cP؛ (ج) cT؛ (د) mP.
حل
حل التمرين 25.1.
(أ) بحرية مدارية: دافئة رطبة. (ب) قارية قطبية: باردة جافة. (ج) قارية مدارية: حارة جافة. (د) بحرية قطبية: باردة رطبة.
تمرين 25.2 ★
صِل كل علامة من علامات خريطة الطقس بمعناها: خط أزرق عليه مثلثات؛ خط أحمر عليه أنصاف دوائر؛ خط يصل بين أماكن متساوية الضغط؛ الحرف ع؛ الحرف م.
حل
حل التمرين 25.2.
خط أزرق عليه مثلثات: جبهة باردة. خط أحمر عليه أنصاف دوائر: جبهة دافئة. خط يصل بين أماكن متساوية الضغط: خط تساوي الضغط. ع: مركز مرتفع جوي (ضغط عالٍ). م: مركز منخفض جوي (ضغط منخفض).
تمرين 25.3 ★
صواب أم خطأ؟ صحّح الجمل الخاطئة. (أ) تجلب المرتفعات الجوية عادة طقسًا مستقرًا. (ب) تصل سحب الجبهة الدافئة بعد الجبهة. (ج) خطوط تساوي الضغط المتقاربة تعني ريحًا خفيفة. (د) الهواء البارد أكثف من الهواء الدافئ.
حل
حل التمرين 25.3.
(أ) صواب. (ب) خطأ: فهي تصل قبلها، بعيدًا جدًا أمامها، عاليًا في السماء. (ج) خطأ: خطوط تساوي الضغط المتقاربة تعني ريحًا قوية. (د) صواب.
تمرين 25.4 ★
على خريطة الطقس في هذا الفصل: (أ) ما الضغط في مركز المنخفض الجوي؟ (ب) وفي مركز المرتفع الجوي؟ (ج) كم هكتوباسكالًا تفصل بين خطين متجاورين من خطوط تساوي الضغط؟ (د) بكم هكتوباسكالًا يختلف الضغط بين المركزين؟
حل
حل التمرين 25.4.
(أ) . (ب) . (ج) . (د) .
تمرين 25.5 ★★
رتّب هذه الأحداث بالترتيب الذي تقع به حين تقترب جبهة دافئة وتمر: مطر متواصل؛ خطوط رقيقة من السمحاق؛ حجاب رمادي من الطبقي المتوسط؛ هواء أدفأ وأرطب؛ السحب تنخفض وتزداد سماكة.
تمرين 25.6 ★★
اشرح لماذا تكون سحب الجبهة الباردة شاهقة، بينما تنتشر سحب الجبهة الدافئة في طبقات. استعمل الكلمات إسفين، شديد الانحدار، منحدر لطيف.
حل
حل التمرين 25.6.
عند الجبهة الباردة، يندفع الهواء البارد الكثيف تحت الهواء الدافئ كأنه إسفين: فيرتفع الهواء الدافئ على منحدر شديد الانحدار، ويصعد بسرعة ويبني سحبًا عالية. وعند الجبهة الدافئة، يتسلق الهواء الدافئ الهواء البارد ببطء على منحدر لطيف: فيصعد شيئًا فشيئًا على مسافة طويلة، وتنتشر سحبه في طبقات.
تمرين 25.7 ★★
على خريطة الطقس: (أ) أين تكون الريح أقوى، قرب م أم قرب ع؟ كيف تعرف ذلك؟ (ب) شمال م، من أي اتجاه تهب الريح؟ (ج) وجنوب ع؟ (د) هل تدور الريح مع اتجاه عقارب الساعة أم عكسه حول م؟
حل
حل التمرين 25.7.
(أ) قرب م: فخطوط تساوي الضغط أكثر تقاربًا هناك، والأسهم أطول. (ب) من الشرق (فالأسهم تشير غربًا، مائلة قليلًا نحو الجنوب الغربي). (ج) من الشرق (فالأسهم تشير غربًا). (د) عكس اتجاه عقارب الساعة.
تمرين 25.8 ★★
يقرأ بارومتر في بلدة في الساعة 6:00، و في الساعة 12:00 و في الساعة 18:00. (أ) بكم ينخفض الضغط في 12 ساعة؟ (ب) ما القادم نحو البلدة، منخفض جوي أم مرتفع جوي؟ (ج) ما الطقس الذي يمكن أن تتوقعه البلدة؟
تمرين 25.9 ★★
هواء بقي أسبوعًا فوق الصحراء الكبرى يتحرك شمالًا فوق البحر الأبيض المتوسط. (أ) سمِّ هذه الكتلة الهوائية بحرفيها. (ب) هل هي حارة أم باردة، رطبة أم جافة، حين ترحل؟ (ج) ما الذي قد يتغير في طبعها وهي تعبر البحر؟
تمرين 25.10 ★★
التنبؤ لأربعة أيام مقبلة صار اليوم بجودة التنبؤ ليوم واحد قبل ثلاثين سنة. (أ) كم يومًا من التنبؤ الجيد كُسبت في ثلاثين سنة؟ (ب) كم يكون ذلك لكل عشر سنوات؟ (ج) لو استمر التقدم نفسه، فبعد كم سنة يصير التنبؤ لخمسة أيام بجودة التنبؤ ليوم واحد اليوم؟
حل
حل التمرين 25.10.
(أ) أيام. (ب) يوم لكل عشر سنوات. (ج) يلزم أيام إضافية: أي نحو 40 سنة.
تمرين 25.11 ★★★
على خريطة الطقس، استعمل مقياس الرسم. (أ) كم كيلومترًا تقريبًا تفصل بين المركز م والمركز ع؟ (ب) قرب م، يتباعد خطان متجاوران من خطوط تساوي الضغط نحو . فبكم هكتوباسكالًا يتغير الضغط على مسافة هناك؟ (ج) قرب ع، يتباعد خطان متجاوران نحو . السؤال نفسه. (د) أين تكون الريح أقوى؟ وهل تتفق أسهم الخريطة مع ذلك؟
حل
حل التمرين 25.11.
(أ) نحو (أربعة أطوال ونصف من مقياس الرسم). (ب) على : لكل . (ج) لكل . (د) قرب م، حيث يتغير الضغط أسرع؛ نعم، فالأسهم أطول قرب م.
تمرين 25.12 ★★★
تقع جبهة باردة على بعد غرب بلدة وتتحرك شرقًا بسرعة في الساعة؛ وتقع جبهة دافئة على بعد غرب بلدة أخرى وتتحرك بنصف تلك السرعة. (أ) أي الجبهتين تبلغ بلدتها أولًا، وقبل الأخرى بكم ساعة؟ (ب) صف الطقس الذي ستراه كل بلدة حين تمر جبهتها. (ج) أي البلدتين ستكون أدفأ بعد أن تمر جبهتها؟
حل
حل التمرين 25.12.
(أ) الجبهة الباردة: ساعات. والجبهة الدافئة تتحرك بسرعة في الساعة: ساعات. فالجبهة الباردة تصل قبل الأخرى بساعتين. (ب) البلدة الأولى: سحب شاهقة، وزخات غزيرة، وهبّات، ثم هواء أبرد وسماء تصفو. والبلدة الثانية: سحب طبقية تنخفض ومطر طويل متواصل، ثم هواء أدفأ وأرطب. (ج) البلدة الثانية، التي يبلغها الهواء الدافئ.
25.7 مسألة: هل ستُلغى المباراة بسبب المطر؟
مسألة 25.1
مسألة نهاية الأسبوع — مباراة كرة قدم مقررة في الساعة 15:00 في البلدة T من خريطة الطقس؛ والجبهة الباردة قادمة: تُقاس سرعتها على خريطتين ويُتنبأ بالساعة التي تبلغ فيها البلدة
في الساعة 09:00 ينظر متنبئ شاب إلى خريطة الطقس في هذا الفصل، ثم إلى الخريطة التي أدناه: إنها تبين الجبهة الباردة قرب البلدة في الساعة 06:00 وفي الساعة 09:00، على شبكة من مربعات طول ضلعها .
الجزء الأول — قراءة الخريطة.
- على خريطة الطقس في الفصل، هل البلدة في الهواء الدافئ أم في الهواء البارد؟ وأي الجبهتين مرت بها من قبل؟
- من أي اتجاه تهب الريح عند البلدة؟
- في أي اتجاه تتحرك الجبهة الباردة؟ كيف تعرف ذلك من رموزها؟
- ما الطقس الذي ستجلبه الجبهة الباردة حين تمر؟
الجزء الثاني — سرعة الجبهة.
- على الخريطة أعلاه، عند ارتفاع البلدة على الشبكة، كم تبعد الجبهة شرقًا في الساعة 06:00؟ وفي الساعة 09:00؟
- كم كيلومترًا تحركت الجبهة في هذه الساعات الثلاث؟
- ما سرعتها، بالكيلومترات في الساعة؟
- في الساعة 09:00، كم كيلومترًا تفصل الجبهة عن البلدة؟
الجزء الثالث — التنبؤ.
- إذا حافظت الجبهة على السرعة نفسها، فكم ساعة تحتاج لتبلغ البلدة؟
- في أي ساعة ستبلغ البلدة؟
- افترض أن الزخات الغزيرة تدوم نحو ساعة بعد مرور الجبهة. فهل سيظل المطر يهطل في الساعة 15:00؟
- قد تتباطأ الجبهة إلى في الساعة. فمتى كانت ستبلغ البلدة عندئذ؟ اكتب التنبؤ الخاص بالمباراة في جملة أو جملتين، مع ذكر الساعتين الممكنتين.
حل
حل المسألة 25.1.
1. في الهواء الدافئ، بين الجبهتين. والجبهة الدافئة قد مرت بها من قبل.
2. من الجنوب الغربي.
3. نحو الشرق: فمثلثات الجبهة الباردة تقع على الجانب الذي تتحرك نحوه، وهي تشير إلى الشرق، نحو البلدة.
4. سحب شاهقة، وزخات غزيرة، وربما رعد وبرد، وهبّات ريح؛ ثم هواء أبرد، وريح من الغرب أو الشمال الغربي، وسماء تصفو.
5. على بعد في الساعة 06:00 وعلى بعد في الساعة 09:00.
6. .
7. في الساعة.
8. البلدة على بعد : .
9. ساعة، أي 4 ساعات و30 دقيقة.
10. 09:00 + 4 ساعات و30 دقيقة = 13:30.
11. لا: فالزخات ستنتهي نحو الساعة 14:30، قبل بداية المباراة.
12. ساعات: أي في الساعة 15:00، لحظة بداية المباراة تمامًا. التنبؤ: «ينبغي أن تبلغ الجبهة الباردة البلدة نحو الساعة 13:30، مع ساعة من الزخات الغزيرة والهبّات، ثم تصفو السماء: والأرجح أن المباراة ستُلعب. وإذا تباطأت الجبهة، فقد تصل في الساعة 15:00 وتؤخر المباراة.»