تكوّن الأعاصير: فهم الضغط الجوي والدوران

تُعد الأعاصير من بين أكثر الظواهر الجوية تدميراً على وجه الأرض. إن فهم كيفية تكوّنها أمر بالغ الأهمية لتحسين أنظمة التنبؤ والإنذار، مما يؤدي في النهاية إلى إنقاذ الأرواح وتخفيف الأضرار. ستتعمق هذه المقالة في العمليات المعقدة وراء تكوّن الأعاصير، مع التركيز على الأدوار الأساسية للضغط الجوي والدوران.

ما هو الإعصار؟

الإعصار هو عمود من الهواء يدور بعنف ويمتد من سحابة المزن الركامي (غالباً ما تكون عاصفة رعدية) إلى الأرض. يمكن أن تختلف الأعاصير اختلافاً كبيراً في الحجم والشدة، حيث تتراوح سرعة الرياح من أقل من 100 كم/ساعة (62 ميلاً في الساعة) إلى أكثر من 480 كم/ساعة (300 ميل في الساعة). يُستخدم مقياس فوجيتا (ونسخته المحسّنة، مقياس فوجيتا المحسن) لتقييم شدة الإعصار بناءً على الضرر الذي يسببه.

تحدث الأعاصير في أجزاء كثيرة من العالم، ولكنها أكثر شيوعاً في منطقة "زقاق الأعاصير" في الولايات المتحدة، والتي تمتد عبر السهول الوسطى. ومع ذلك، تم الإبلاغ عن أعاصير كبيرة أيضاً في الأرجنتين وبنغلاديش وأستراليا وأجزاء من أوروبا.

دور الضغط الجوي

يلعب الضغط الجوي، وهو القوة التي يمارسها وزن الهواء فوق نقطة معينة، دوراً حاسماً في تكوين وتكثيف الأعاصير. تتميز الأعاصير بضغط منخفض للغاية في مركزها، مما يخلق قوة تدرج ضغط قوية.

قوة تدرج الضغط

قوة تدرج الضغط (PGF) هي القوة الناتجة عن الاختلافات في ضغط الهواء. يتدفق الهواء بشكل طبيعي من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض. كلما كان تدرج الضغط أكثر انحداراً، كانت القوة أقوى. في سياق الإعصار، يخلق الضغط المنخفض للغاية داخل الدوامة قوة تدرج ضغط قوية جداً، تسحب الهواء بسرعة إلى الداخل نحو مركز الإعصار.

يساهم هذا الاندفاع الداخلي للهواء في تكثيف دوران الإعصار. مع دوران الهواء إلى الداخل، فإنه يحافظ على الزخم الزاوي (على غرار المتزلج على الجليد الذي يسحب ذراعيه أثناء الدوران)، مما يؤدي إلى زيادة سرعة الدوران بشكل كبير. كلما انخفض الضغط في مركز الإعصار، زادت قوة تدرج الضغط، وزادت سرعة رياح الإعصار.

انخفاض الضغط والتكثف

يؤدي الانخفاض السريع في الضغط داخل الإعصار أيضاً إلى انخفاض في درجة الحرارة. عندما يرتفع الهواء ويتمدد في بيئة منخفضة الضغط، فإنه يبرد. إذا كان الهواء رطباً بدرجة كافية، يمكن أن يؤدي هذا التبريد إلى التكثف، وتشكيل السحابة القمعية المرئية التي تتميز بها الأعاصير.

تطلق عملية التكثف حرارة كامنة، والتي يمكن أن تزيد من تسخين الهواء داخل الإعصار، مما يجعله أكثر طفواً. يمكن أن يساهم هذا الطفو في التسارع التصاعدي للهواء داخل الإعصار، مما يقوي التيار الصاعد ويزيد من تكثيف العاصفة.

أهمية الدوران: الإعصار المتوسطي (الميزوسيكلون)

في حين أن الضغط المنخفض هو مكون رئيسي، فإن الدوران ضروري بنفس القدر لتكوين الإعصار. يتشكل النوع الأكثر شيوعاً من الأعاصير من عاصفة رعدية خارقة (خلية عملاقة)، والتي تتميز بتيار صاعد دوار يسمى الإعصار المتوسطي (الميزوسيكلون).

ما هو الإعصار المتوسطي (الميزوسيكلون)؟

الإعصار المتوسطي هو منطقة دوارة داخل عاصفة رعدية خارقة، يبلغ قطرها عادةً عدة كيلومترات. يتشكل من خلال مجموعة من العوامل، بما في ذلك قص الرياح العمودي وإمالة الدوامية الأفقية.

• قص الرياح العمودي: يشير هذا إلى التغير في سرعة الرياح واتجاهها مع الارتفاع. في البيئات المواتية لتطور الخلايا العملاقة، غالباً ما يكون هناك قص رياح قوي، حيث تزداد سرعة الرياح وتغير اتجاهها (عادةً ما تنحرف من الجنوب إلى الغرب) مع زيادة الارتفاع.
• الدوامية الأفقية: يخلق قص الرياح دوامية أفقية، وهي في الأساس خطوط دوران غير مرئية موازية للأرض.
• إمالة الدوامية: يمكن للتيار الصاعد للعاصفة الرعدية أن يميل هذه الدوامية الأفقية إلى الوضع العمودي، مما يخلق عموداً دواراً من الهواء - وهو الإعصار المتوسطي.

يُعد الإعصار المتوسطي مقدمة حاسمة لتكوّن الإعصار. فهو يوفر الدوران الأولي الذي يمكن تركيزه وتكثيفه لتشكيل إعصار.

تكوّن الإعصار من الإعصار المتوسطي

لا تنتج كل الأعاصير المتوسطية أعاصير قمعية. تؤثر عدة عوامل على ما إذا كان الإعصار المتوسطي سيولد إعصاراً قمعياً، بما في ذلك:

• قوة الإعصار المتوسطي: الأعاصير المتوسطية الأقوى والأكثر إحكاماً في الدوران هي الأكثر احتمالاً لإنتاج أعاصير قمعية.
• وجود تيار هابط في الجانب الخلفي (RFD): التيار الهابط في الجانب الخلفي هو موجة من الهواء الهابط تلتف حول الإعصار المتوسطي. يمكن أن يساعد في إحكام الدوران وتقريبه من الأرض.
• وجود تيار هابط في الجانب الأمامي (FFD): على الرغم من أنه أقل مشاركة مباشرة في تكوين الإعصار، إلا أن التيار الهابط في الجانب الأمامي يساهم في الهيكل العام وديناميكيات الخلية العملاقة.
• ظروف الطبقة الحدودية: عدم الاستقرار ومحتوى الرطوبة داخل الغلاف الجوي السفلي مهمان أيضاً.

يلعب التيار الهابط في الجانب الخلفي دوراً مهماً بشكل خاص. أثناء هبوطه، يمكن أن يساعد في تمديد وتكثيف دوران الإعصار المتوسطي، وتشكيل دوامة أصغر وأكثر تركيزاً بالقرب من الأرض. هذه الدوامة، المعروفة باسم إعصار قمعي أو إعصار متوسطي منخفض المستوى، غالباً ما تكون مقدمة للإعصار.

مع تكثف الإعصار القمعي، ينخفض الضغط في مركزه بشكل كبير، مما يزيد من تسريع تدفق الهواء إلى الداخل. يمكن أن تؤدي هذه العملية إلى تكوين سحابة قمعية مرئية، والتي تلامس الأرض في النهاية، وتصبح إعصاراً.

الأعاصير غير المرتبطة بالخلايا العملاقة

في حين أن معظم الأعاصير تتشكل من العواصف الرعدية الخارقة، يمكن لبعض الأعاصير، المعروفة باسم الأعاصير غير المرتبطة بالخلايا العملاقة، أن تتشكل من أنواع أخرى من العواصف. عادةً ما تكون هذه الأعاصير أضعف وأقصر عمراً من أعاصير الخلايا العملاقة.

الشواهق الأرضية والشواهق المائية

الشواهق الأرضية والشواهق المائية هي أمثلة على الأعاصير غير المرتبطة بالخلايا العملاقة. تتشكل فوق اليابسة والماء، على التوالي، وترتبط عادةً بتطور السحب الركامية بدلاً من الخلايا العملاقة. غالباً ما تتشكل على طول الحدود حيث تخلق الرياح المتقاربة دوراناً بالقرب من السطح. يمكن بعد ذلك تمديد هذا الدوران لأعلى بواسطة تيار صاعد، مكوناً إعصاراً.

العوامل المؤثرة في تكوّن الأعاصير

يجب أن تتوفر عدة ظروف جوية لتكوّن الأعاصير. وتشمل هذه:

• عدم الاستقرار: حالة يوجد فيها هواء دافئ ورطب تحت هواء أكثر برودة وجفافاً. هذا يخلق جواً غير مستقر محتمل حيث يمكن لكتل الهواء أن ترتفع بسهولة.
• الرطوبة: هناك حاجة إلى رطوبة وافرة في الغلاف الجوي السفلي لتغذية تطور العواصف الرعدية وتوفير التكثف اللازم لتكوين السحابة القمعية.
• الرفع: آلية لبدء الحركة الصاعدة، مثل جبهة هوائية أو خط جاف أو حدود تدفق خارجي.
• قص الرياح العمودي: كما نوقش سابقاً، يعد قص الرياح العمودي القوي أمراً حاسماً لخلق الدوران داخل عاصفة رعدية.

أمثلة عالمية واختلافات إقليمية

في حين أن المبادئ الأساسية لتكوّن الأعاصير هي نفسها في جميع أنحاء العالم، توجد اختلافات إقليمية بسبب الاختلافات في الجغرافيا والمناخ والظروف الجوية.

• الولايات المتحدة: منطقة "زقاق الأعاصير" معرضة للأعاصير بسبب تصادم الهواء الدافئ والرطب من خليج المكسيك مع الهواء البارد والجاف من كندا وجبال روكي. هذا يخلق جواً غير مستقر للغاية ومواتياً لتطور الخلايا العملاقة.
• الأرجنتين: تشهد منطقة البامبا في الأرجنتين ظروفاً جوية مماثلة لسهول الولايات المتحدة الكبرى، مما يؤدي إلى تكرار حدوث الأعاصير.
• بنغلاديش: بنغلاديش عرضة للأعاصير بسبب تضاريسها المنخفضة وتعرضها للهواء الرطب من خليج البنغال. غالباً ما ترتبط هذه الأعاصير بعواصف رعدية شديدة ويمكن أن تسبب أضراراً كبيرة وخسائر في الأرواح.
• أستراليا: على الرغم من أنها أقل تواتراً مما هي عليه في الولايات المتحدة، إلا أن الأعاصير تحدث في أستراليا، لا سيما في الولايات الجنوبية الشرقية.
• أوروبا: الأعاصير أقل شيوعاً في أوروبا منها في أمريكا الشمالية، لكنها تحدث، لا سيما في هولندا وألمانيا وإيطاليا. غالباً ما تكون هذه الأعاصير أضعف وأقصر عمراً من نظيراتها في الولايات المتحدة.

دور التكنولوجيا في التنبؤ بالأعاصير

أدت التطورات في التكنولوجيا إلى تحسين قدرتنا بشكل كبير على التنبؤ بالأعاصير والتحذير منها. وتشمل هذه:

• رادار دوبلر: يمكن لرادار دوبلر اكتشاف حركة قطرات المطر وجزيئات الجليد داخل عاصفة رعدية، مما يسمح لخبراء الأرصاد الجوية بتحديد الميزات الدوارة مثل الأعاصير المتوسطية والأعاصير القمعية.
• صور الأقمار الصناعية: توفر صور الأقمار الصناعية نظرة عامة واسعة على الظروف الجوية ويمكن أن تساعد في تحديد المناطق التي من المحتمل أن تتطور فيها العواصف الرعدية.
• نماذج التنبؤ العددي بالطقس: تستخدم هذه النماذج الحاسوبية المعقدة معادلات رياضية لمحاكاة الغلاف الجوي والتنبؤ بالظروف الجوية المستقبلية. يمكن للنماذج عالية الدقة الآن حل ميزات مثل الخلايا العملاقة والأعاصير المتوسطية، مما يوفر معلومات قيمة للتنبؤ بالأعاصير.
• راصدو العواصف: متطوعون مدربون يراقبون ويبلغون عن أحداث الطقس القاسية، ويقدمون معلومات واقعية على الأرض يمكن أن تساعد في التحقق من بيانات الرادار وتحذير الجمهور.

التحديات في التنبؤ بالأعاصير

على الرغم من التقدم التكنولوجي، لا يزال التنبؤ بالأعاصير مهمة صعبة. الأعاصير هي ظواهر صغيرة النطاق نسبياً يمكن أن تتشكل وتتبدد بسرعة، مما يجعل من الصعب التنبؤ بها بدقة.

تشمل بعض التحديات في التنبؤ بالأعاصير ما يلي:

• بيانات غير كافية: الغلاف الجوي نظام معقد وفوضوي، ولا تزال هناك فجوات في فهمنا للعمليات التي تؤدي إلى تكوين الأعاصير.
• قيود النماذج: نماذج التنبؤ العددي بالطقس ليست مثالية ويمكن أن تواجه صعوبة في محاكاة العمليات صغيرة النطاق المشاركة في تكوين الأعاصير بدقة.
• التنبؤ بشدة الإعصار: بينما يمكننا غالباً التنبؤ باحتمالية تكوين الإعصار، فإن التنبؤ بشدة الإعصار لا يزال يمثل تحدياً كبيراً.

إجراءات السلامة أثناء الإعصار

إذا تم إصدار تحذير من إعصار لمنطقتك، فمن المهم اتخاذ إجراءات فورية لحماية نفسك وعائلتك.

• ابحث عن مأوى: المكان الأكثر أماناً أثناء الإعصار هو ملجأ تحت الأرض، مثل قبو أو ملجأ من العواصف. إذا لم يكن الملجأ تحت الأرض متاحاً، فانتقل إلى غرفة داخلية في الطابق الأدنى من مبنى متين، بعيداً عن النوافذ.
• ابق على اطلاع: راقب تنبيهات الطقس والتحديثات من مصادر موثوقة، مثل خدمة الطقس الوطنية أو وسائل الإعلام المحلية.
• احمِ نفسك: إذا كنت في سيارة أو في الهواء الطلق، استلقِ بشكل مسطح في خندق أو منطقة منخفضة أخرى وقم بتغطية رأسك بذراعيك.
• بعد الإعصار: كن على دراية بالمخاطر مثل خطوط الكهرباء الساقطة والمباني المتضررة. ابتعد عن الحطام وتجنب دخول الهياكل المتضررة حتى يتم فحصها من قبل متخصصين مؤهلين.

الخاتمة

تكوّن الأعاصير هو عملية معقدة تنطوي على تفاعل دقيق بين الضغط الجوي والدوران وعوامل أخرى. على الرغم من إحراز تقدم كبير في فهم هذه الظواهر، إلا أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحسين أنظمة التنبؤ والإنذار. من خلال فهم العلم وراء تكوين الأعاصير، يمكننا حماية أنفسنا ومجتمعاتنا بشكل أفضل من هذه الأحداث الجوية المدمرة.

قراءات ومصادر إضافية

• خدمة الطقس الوطنية (NWS): https://www.weather.gov/
• مركز التنبؤ بالعواصف (SPC): https://www.spc.noaa.gov/
• المختبر الوطني للعواصف الشديدة (NSSL): https://www.nssl.noaa.gov/