العربية

استكشف العلم الرائع وراء تكوُّن البَرَد، من تبلور الثلج إلى الظروف الجوية التي تُنشئ هذه القذائف المتجمدة. دليل شامل لعشاق الأرصاد الجوية عالميًا.

تكوُّن البَرَد: الكشف عن علم نمو بلورات الثلج في العواصف

البَرَد، وهو شكل من أشكال الهطول الصلب، ظاهرة جوية آسرة ومدمرة في كثير من الأحيان. يتطلب فهم تكوُّنه الغوص في التفاعل المعقد للظروف الجوية، وعمليات نمو بلورات الثلج، وديناميكيات العواصف الرعدية. يستكشف هذا المقال العلم وراء تكوين البَرَد، ويقدم رؤى حول العمليات الجوية التي تؤدي إلى هذه القذائف المتجمدة. نهدف إلى تقديم شرح شامل متاح للجمهور العالمي، بغض النظر عن معرفتهم السابقة.

ما هو البَرَد؟

يتكون البَرَد من كرات أو كتل غير منتظمة من الثلج، تُعرف بحبات البَرَد. يتراوح حجم حبات البَرَد عادةً من حجم حبة البازلاء إلى أكبر من كرات الجولف، على الرغم من أنها يمكن أن تنمو أحيانًا بشكل أكبر بكثير. أكبر حبة بَرَد سُجلت على الإطلاق، وُجدت في فيفيان، داكوتا الجنوبية (الولايات المتحدة الأمريكية) عام 2010، وبلغ قطرها 8 بوصات ووزنها ما يقرب من 2 رطل. يختلف البَرَد عن أشكال الهطول الجليدي الأخرى، مثل حَبَب الثلج (graupel)، التي تكون أصغر حجمًا وأقل كثافة، والصقيع (sleet)، وهي حبيبات جليدية تتكون عندما تتجمد قطرات المطر أثناء سقوطها عبر طبقة من الهواء تحت درجة التجمد.

عملية التكوُّن: دليل خطوة بخطوة

تكوُّن البَرَد هو عملية متعددة المراحل تحدث عادةً داخل العواصف الرعدية القوية، وخاصة الخلايا الفائقة. فيما يلي تفصيل للخطوات الرئيسية:

1. دور التيارات الهوائية الصاعدة القوية

تبدأ العملية بتيارات هوائية صاعدة قوية داخل العاصفة الرعدية. هذه التيارات هي تيارات قوية من الهواء الصاعد يمكنها رفع الرطوبة عالياً في الغلاف الجوي، فوق مستوى التجمد بكثير. العواصف الرعدية من نوع الخلية الفائقة ملائمة بشكل خاص لتكوين البَرَد لأنها تمتلك تيارات صاعدة دوارة، تُعرف باسم الأعاصير المتوسطة (mesocyclones)، وهي قوية ومستمرة بشكل استثنائي. تحدد قوة التيار الصاعد حجم حبات البَرَد التي يمكن دعمها. التيارات الصاعدة الضعيفة يمكنها فقط تعليق جزيئات الجليد الصغيرة، بينما يمكن للتيارات الصاعدة القوية إبقاء حبات البَرَد الأكبر عالقة لفترة كافية لتنمو بشكل كبير.

2. تبلور بلورات الثلج

مع ارتفاع الهواء الرطب، يبرد بسرعة. في النهاية، يصل الهواء إلى مستوى التجمد (0 درجة مئوية أو 32 درجة فهرنهايت)، ويبدأ بخار الماء في التكثف إلى قطرات ماء سائلة. ومع ذلك، لكي تتجمد إلى بلورات ثلجية، تحتاج هذه القطرات عادةً إلى نواة - وهي جسيم صغير من الغبار أو حبوب اللقاح أو مواد أخرى توفر سطحًا يتكون عليه الجليد. تُعرف هذه العملية باسم التبلور الثلجي. هناك أنواع مختلفة من نوى التبلور الثلجي. بعضها، مثل أنواع معينة من معادن الطين، أكثر فعالية في بدء تكوين الجليد عند درجات حرارة أقل بقليل من درجة التجمد. بينما يتطلب البعض الآخر درجات حرارة أكثر برودة ليصبح نشطًا. يلعب توافر ونوع نوى التبلور الثلجي في الغلاف الجوي دورًا حاسمًا في تحديد عدد وحجم بلورات الجليد التي تتكون. في بعض الحالات، يمكن أن يوجد الماء فائق التبريد (الماء السائل تحت 0 درجة مئوية) دون أن يتجمد إذا كانت نوى التبلور الثلجي غير كافية أو غير فعالة. هذا الماء فائق التبريد ضروري لنمو البَرَد.

3. تكوُّن حَبَب الثلج (Graupel)

بمجرد أن تبدأ بلورات الجليد في التكون، فإنها تبدأ في النمو عن طريق جمع قطرات الماء فائقة التبريد. تُسمى هذه العملية بالتراكم أو الترسيب. أثناء تحرك بلورة الجليد عبر السحابة، تصطدم بقطرات الماء فائقة التبريد، التي تتجمد على سطحها. تستمر هذه العملية حتى تصبح بلورة الجليد جسيمًا جليديًا ناعمًا وإسفنجيًا يسمى حَبَب الثلج (graupel). غالبًا ما تكون جزيئات حَبَب الثلج هي الأجنة الأولية لحبات البَرَد.

4. نمو حبة البَرَد عن طريق التراكم

تستمر جزيئات حَبَب الثلج، التي تحملها التيارات الصاعدة القوية إلى الأعلى، في النمو عن طريق تراكم المزيد من الماء فائق التبريد. يمكن أن تحدث عملية التراكم بطريقتين رئيسيتين:

الطبقات المتناوبة من الجليد الشفاف والمعتم التي غالبًا ما تكون مرئية في حبات البَرَد هي نتيجة لدوران حبة البَرَد عبر مناطق مختلفة من السحابة حيث تسود ظروف النمو الرطب والجاف. يمكن أن يوفر عدد الطبقات أدلة على عدد المرات التي تم فيها رفع حبة البَرَد وإعادة تدويرها داخل العاصفة الرعدية.

5. إعادة الدوران وحجم حبة البَرَد

يمكن للتيارات الهوائية الصاعدة القوية في العواصف الرعدية من نوع الخلية الفائقة أن ترفع حبات البَرَد بشكل متكرر لأعلى ولأسفل عبر السحابة. تسمح إعادة الدوران هذه لحبات البَرَد بالمرور عبر مناطق ذات درجات حرارة متفاوتة وتركيز مختلف من الماء فائق التبريد، مما يعزز النمو المستمر. كلما طالت مدة بقاء حبة البَرَد داخل العاصفة الرعدية وزاد عدد مرات دورانها عبر مناطق النمو هذه، زاد حجمها. في النهاية، يصبح وزن حبة البَرَد أكبر من أن يدعمه التيار الصاعد، فتسقط على الأرض على شكل بَرَد.

العوامل المؤثرة في تكوُّن البَرَد

تساهم عدة عوامل جوية في احتمالية وشدة تكوُّن البَرَد:

التوزيع الجغرافي وتواتر البَرَد

تحدث عواصف البَرَد في أجزاء كثيرة من العالم، لكن بعض المناطق أكثر عرضة لها من غيرها. تشمل بعض المناطق المعروفة بالبَرَد المتكرر والشديد ما يلي:

يمكن أن يختلف تواتر وشدة عواصف البَرَد بشكل كبير من سنة إلى أخرى، اعتمادًا على الظروف الجوية السائدة.

تأثير البَرَد

يمكن أن يكون للبَرَد تأثيرات كبيرة على جوانب مختلفة من حياة الإنسان والبيئة:

التنبؤ بالبَرَد ومراقبته

يستخدم خبراء الأرصاد الجوية مجموعة متنوعة من الأدوات والتقنيات للتنبؤ بعواصف البَرَد ومراقبتها، بما في ذلك:

أدت التطورات في التكنولوجيا وتقنيات التنبؤ إلى تحسين قدرتنا بشكل كبير على التنبؤ بعواصف البَرَد ومراقبتها. ومع ذلك، لا يزال التنبؤ الدقيق بحجم وموقع البَرَد يمثل تحديًا.

استراتيجيات التخفيف من البَرَد

في حين أن منع تكوُّن البَرَد تمامًا غير ممكن حاليًا، يتم استكشاف استراتيجيات مختلفة للتخفيف من آثاره:

مستقبل أبحاث البَرَد

تستمر الأبحاث حول تكوين البَرَد والتخفيف من آثاره في التقدم. تشمل مجالات التركيز الرئيسية ما يلي:

الخاتمة

تكوُّن البَرَد ظاهرة أرصاد جوية معقدة ورائعة، مدفوعة بالتفاعل بين عدم استقرار الغلاف الجوي، والتيارات الهوائية الصاعدة القوية، وتبلور بلورات الثلج، وعمليات التراكم. يعد فهم العلم وراء البَرَد أمرًا بالغ الأهمية لتحسين التنبؤات، والتخفيف من آثاره، وحماية الأرواح والممتلكات. مع استمرار تقدم فهمنا للعمليات الجوية، يمكننا أن نتوقع رؤية المزيد من التحسينات في قدرتنا على التنبؤ وإدارة المخاطر المرتبطة بعواصف البَرَد. هذه المعرفة حيوية للمجتمعات في جميع أنحاء العالم، مما يتيح استعدادًا أفضل ومرونة في مواجهة أحداث الطقس القاسي.

يقدم هذا المقال نظرة شاملة على تكوين البَرَد مناسبة لجمهور عالمي. تذكر دائمًا أن تظل على اطلاع على أحوال الطقس في منطقتك واتخاذ الاحتياطات المناسبة أثناء أحداث الطقس القاسي.