موضوع بحث شامل عن تباين الضغط الجوي،التعريف والقياس والتوزيع

يعد الضغط الجوى عاملاً بيئياً هاماً يؤثر فى عملية التنفس ومعيشة الكائنات الحية وبخاصة صحة الإنسان ونشاطة .كما يعد عاملاً مناخياً هاماً ناتجاً بفعل التباين فى كثافة الهواء التي تتغير تبعاً للتغير في درجة الحرارة وكمية بخار الماء فى الهواء وحركة الهواء الأفقية والرأسية .ومن المعلوم ان الضغط الجوي ينخفض بالأرتفاع بعيداً عن سطح الأرض بمعدل متناقض بسبب إنخفاض سمك الغلاف الجوي وتناقض الغازات الثقيلة التي تدخل فى تركيبه.كما  يتباين الضغط الجوي من مكان إلى آخر على سطح الأرض تباعاً لتباين كثافة الهواء التى تتبع بدورها التغير في درجة حرارة الهواء ومدار ما يحتوية الهواء من بخار ماء.

تعريف الضغط الجوي

يعرف الضغط الجوي على أنه وزن عمود الهواء الذى يمتد من الحد العلوى للغلاف الجوي وحتى سطح الأرض فوق سنتيمتر مربع واحد على سطح الأرض ويعد الضغط عاملاً بيئياً هاماً يؤثر فى حياة الكائنات الحية فهو ينظم عملية دفع الهواء داخل أجسامها( التنفس ).وهو بذلك يؤثر فى كمية الهواء الداخلة إلى الجسم وبالتالى كمية الأكسجين التي يحتاجها الجسم ويكون الضغط الجوى أنسب ما يمكن لصورة الحياة في مستوى قريب من سطح البحر وفى حالة الإرتفاع على مستوى سطح البحر يشعر الإنسان بضيق التنفس والأختناق والدوار بسبب إنخفاض الضغط الجوي وإنخفاض كمية الهواء وبالتالى الأوكسجين الداخلة إلى الجسم ويعد الضغط الجوي أيضاً عاملاً منظماً لحركة الهواء الرأسية والأفقيـة علـى سـطح الأرض ( الريـاح ) وهذا بدوره يشارك فى توزيع درجة الحرارة على سطح الأرض وتوزيع كمية بخار الماء وحركة السحب وبالتالي التساقط.ويـدل ذلـك على أهمية الضغط الجوى وأثره على النظام البيئي على سطح الأرض.

قياس الضغط الجوي

يستخدم جهاز البارومتر فى قياس الضغط الجوى وهو إما زئبقي أومعدنى فيتركب البارومتر الزئبقى من أنبوب زجاجى طوله متر واحد تقريباً له نهاية مغلقة والآخرى مفتوحة وغاطسة فى حوض مملوء بالزئبق ويضغط الهواء على الزئبق الموجود بالحوض فيرتفع الزئبق فى الأنبوب وتبلغ قيمة الضغط الجوي.ويكون ارتفاع عمود الزئبق لمسافة 76 سم فى الأنبوب أما إذا زاد أو انخفض الضغط الجوي على ذلك فيرتفع أو ينخفض عمود الزئبـق مشـيراً إلى ذلـك وبعبارة آخرى فإن متوسط الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر يعادل ارتفاع عمود الزئبق لمسافة 76 سم .

أما البارومتر المعدنى فيستخدم بـدلاً مـن الزئبق مجموعة من الصفائح المعدنية الرقيقة المجوفة والمفرغة من الهواء فإذا زاد الضغط الجوى انكمشت نحو الداخل وتقلص تجويفها وإذا انخفض الضغط تعود إلى وضعها الأول وتنتفخ وترتبط بحركة هذه الصفائح روافع تنقل الحركة إلى المؤشر الذي يتحرك فوق تـدريج يحـدد قيمـة الضـغط الجـوي.كمـا تستخدم محطـات الأرصـاد الجويـة جهـاز البـاروجراف لقيـاس وتسـجيل الضـغط الجوي على ورقة من الرسم البيانى ملفوفة فوق أسطوانة تدور دورة كاملة كل 24 ساعة فى حالة الرصد ليوم واحد أو دورة كاملة كذلك أسبوع فى حالة الرصد على مدار أسبوع.

توحيد قراءة الضغط الجوي في الظروف المختلفة

تحتاج عملية قياس الضغط الجوي بالبارومتر أو بالباروجراف فى مراكز الأرصاد الجوية الموزعة علـى مستوى العالم إلى تواجد أسس قراءة وتسجيل الضـغط الجوي حتى تكون المقارنة والربط واستخلاص النتائج من قراءات الضغط الجوي وخرائطه صـحيحة.ولكي يتم التخلص من أثر العوامل المكانية المتباينة بكل مرصد التى تؤثر فى الضغط الجوي مثل إختلاف مناسيب مراكز الأرصاد الجوية فيتم تعديل قيمة الضغط الجوي لتصبح منسوبة إلى مستوى سطح البحر بدلاً من مستوى سطح الأرض عند المرصد واختلاف درجة حرارة الهواء عند كل مرصد فيتم تعديل قيمة الضغط الجوى لتنسب إلى درجة الصفر المئوى بدلاً من درجة حرارة المرصد واختلاف تأثير الجاذبية الأرضية.وبهذه الطريقة يتم توحيد أسس قراءة الضغط الجوي فى جميع جهات العالم وتسجيل قراءات الضغط وكأنها رصدت فى ظروف مكانية متشابهة وتكون المقارنة بينها صحيحة .

وحدة قياس الضغط الجوي

يستخدم السنتيمتر أو المليمتر أو البوصة في قياس الضغط الجوي ولكن الشائع هو استخدام وحدة الملليبار فى قياس الضغط الجوي والملليبار يعادل 0,75 ملليمتر.وفى الغالب يتراوح الضغط الجوى على سطح الكرة الأرضية بين 970 ملليبار، 1050 ملليبار ومع ذلك فقد سجلت أدنى قيمـة للضـغط الجـوى وهـى 870 ملليبـار فى أكتوبر عام 1879  فى مركز اعصار التيفون فوق المحيط الهادى شمال غرب جوام ، فى حين سجلت أعلى قيمة له وهى 1083 ملليبار فى آجاتا بسيبسريا فى ديسمبر 1968 م.

التغير الرأسي للضغط الجوي

من المعروف أن الهواء قابل للإنضغاط فهو متغير الحجم والكثافة ولأن الهواء يكون متراكماً رأسياً لطبقات الغلاف الجوى فهو موجود في الحد السفلى للغلاف الجوي ،ويتحمل وزن الهواء الذي يعلوه حتى نهاية الحد العلوى للغلاف الجوى ولهذا يكون الهواء فى الطبقات السفلى للغلاف الجوى أكثر ضغطاً من الهواء الذي يعلوه ارتفاعاً رأسياً بعيداً عن سطح البحر.

ينخفض سمك الغلاف الجوي وتتناقص الغـازات الثقيلة التى تدخل فى تركيبه ويصبح أقل وزناً وضغطاً،ومعنى ذلك أن الضغط الجوي يكون أكبر ما يمكن عند سطح الأرض وينخفض تدريجياً بالإرتفاع رأسياً بعيداً عنه . ويتباين الضغط الجوى تبعاً لتباين منسوب سطح اليـابس ويؤثر إنخفاض الضـغط الجوي بالإرتفاع رأسياً بعيداً عن مستوى البحر سلباً على صحة الإنسان ومعيشته فيؤدى إنخفاض الضغط الجوي إلى الضعف والصـداع ونزيف الأنف. كما يـؤثر إنخفـاض الضـغط الجـوى بالإرتفاع على الدرجة التى يغلى عندها الماء عند مستوى سطح البحر.كما يؤثر إنخفاض الضغط بالإرتفاع فى المركبات الجوية وبخاصة طائرات نقل البضائع والركاب.ويـؤدى التغـير السـريع فى الضغط الجوي إلى حدوث الطنين وهـو الشـعور بالضـغط داخل الأذن.

العوامل المؤثرة على تباين الضغط الجوي

أثر درجة الحرارة في تباين الضغط الجوى

عندما ترتفع الطاقة تتزايد الطاقة الحركية لجزيئات الهواء وترتفع درجة حرارته فتزيد المسافات بين الجزئيات الهواء ويمتد الهواء فيؤدى ذلك إلى انخفاض كثافته وانخفاض ضغطه والعكس صحيح وعلى هذا الأساس فإذا تساوت كتلتان هوائيتان في الحجم واختلافاً فى درجة الحرارة فإن الكتلة الحارة سوف تشكل ضغطاً أقل من مثيله الذي تسببه الكتلة الباردة.

أثر بخار الماء في تباين الضغط الجوى

تعنى زيادة نسبة بخار الماء فى الهواء انخفاض كثافة وإنخفاض ضغطة،فالهواء الرطب أقل كثافة من الهواء الجاف فى حالة تشابه درجة حرارة كل منهما ويرجع السبب فى ذلك إلى أن وزن جزيئات الماء أقل من متوسط وزن جزئيات الهواء الجاف فعندما تدخل جزئيـات الماء الغلاف الجوي كغاز بخار الماء فهى تحل محل جزئيات غاز آخر وبخاصة النيتروجين والأوكسـجين ولأن وزن النتروجين أو الأكسجين من وزن جزىء الماء O.H فعندما يزداد بخار الماء في الهواء ينخفض وزن الهواء وتنخفض كثافته وبالتالى ينخفض ضغطه وعلى هذا الأساس فإذا تساوت كتلتان هوائيتان في الحجم ودرجة الحرارة وكانـت إحـداهما جافة والآخرة رطبة فسوف تشكل الكتلة الرطبة ضغطاً أقل من الكتلة الجافة . وتبعا لتغير درجة الحرارة وكمية بخار الماء في الكتل الهوائية يتباين الضغط الجوى فالكتل الهوائية الحارة الرطبة أقل ضغطاً من الكتل الهوائية الباردة الجافة وأقل ضغطاً من الكتل الهوائية الحارة والكتل الهوائية الباردة الرطبة أقل ضغطاً من الكتل الهوائية الباردة الجافة .

أثر تقابل الهواء أو تشبعة أفقياً في تباين الضغط الجوى

بالاضافة إلى أثر كل من درجة حرارة الهواء ومقدار ما يحتويه الهواء من بخار الماء في تغير الضغط الجوى أفقياً من مكان لآخر على سطح الأرض يتغير الضغط الجوي أفقياً أيضاً بسبب التغير فى كمية الهواء الذي يتحرك أفقياً وما يترتب على ذلك من هبوط أو صعود الهواء رأسياً.

نطاقات الضغط الجوي على سطح الأرض

نستنتج من العرض السابق للعوامل المؤثرة في توزيع الضغط الجوى أفقياً أن توزيع الضغط الجوى على سطح الكرة الأرضية سوف يتبع التغير فى درجة حرارة الهواء وكمية بخار الماء الموجودة بالهواء أو الأثنين وحركة تقابل الهواء أفقياً وصعوده إلى أعلى أو تشبعه أفقياً وهبوطه إلى أسفل وتبعاً لذلك يوجد سبعة نطاقات للضغط الجوى على سطح الأرض أربعـة نطاقـات منهـا للضغط المرتفع وثلاثة للضـغط المـنخفض ويعـد توزيع هذه النطاقات عاملاً أساسياً يؤثر فى الدورة الهوائية على سطح الأرض ويحدد مسارتها .يتحدد أربعة نطاقات للضغط الجوى المرتفع على سطح الأرض هى:

1. نطاق الضغط المرتفع حول دائرة عرض ٣٠ شمالاً .
2. نطاق الضغط المرتفع حول دائرة عرض ٣٠ جنوباً .
3. نطاق الضغط المرتفع فوق القطب الشمالى .
4. نطاق الضغط المرتفع فوق القطب الجنوبي .

ويتحدد ثلاث نطاقات للضغط المنخفض على سطح الأرض هى:

1. نطاق الضغط المنخفض عند الدائرة الاستوائية .
2. نطاق الضغط المنخفض حول دائرة عرض ٦٠ شمالاً .
3. نطاق الضغط المنخفض حول دائرة عرض ٦٠ جنوباً .

توزيع خطوط الضغط الجوي في خريطة العالم

ويوضح توزيع خطوط الضغط المتساوى على خريطة العالم فى فصلى الشتاء والصيف ويمكن من خلاله تتبع التباين فى توزيع الضغط الجوي على النحو التالي :

• يظهر الإنخفاض فى الضغط الجوى بوضوح فى الأقاليم الإستوائية والمداريـة الحارة والحارة الرطبة فوق الغابات والمحيطات المدارية ،في حين يظهر الأرتفاع فى الضغط الجوي بوضوح فى الأقاليم القطبية الباردة الجافة فوق يابس القارات.
• تتزحزح نطاقات الضغط الجوي فى فصل الشتاء نحو الجنوب بضع درجات عرضية ويحدث العكس فى فصل الصـيف حيث تزحزح نطاقات الضغط الجوي نحو الشـمال بضع درجات ويحدث ذلك بسبب انتقال تعامد الشمس بين مدارى الجدى ( فى الشتاء ) والسرطان فى الصيف وما يتبع ذلك من تغير صافى الإشعاع الشمسى ودرجة الحرارة على دوائر العرض المختلفة فيؤثر بدوره على نطاقات الضغط الجوي أيضاً ويؤدى هذا التزحزح فى نطاقات الضغط الجوى إلى تزحزح الهـواء الأفقية على سطح الأرض ويكون ذلك مسئولاً عن تغير الخصائص المناخية موسمياً .
• يكون التغير فى الضغط متوفقاً مع امتداد دوائر العرض في نصف الكرة الجنوبي في حين لا يكون كذلك فى نصف الكرة الشمالى .يرجع ذلك إلى زيادة مساحة المسطحات المائية في نصف الكرة الجنوبي بالمقارنة بمساحة يابس القارات وزيادة مساحات يابس القارات فى نصف الكرة الشمالى بالمقارنة مع مساحة المسطحات المائية.مما يؤدى إلى تداخل أكبر بينهما في نصف الكرة الشمالى وتبايناً أكبر في درجة الحرارة وكمية بخار الماء فى الهواء بين اليابس والماء وبالتالى تبايناً أكبر فى الضغط الجوى.