نبذة حول العمليات الإشعاعية ودورها في تكوين الطاقة الحرارية في مناخ شبه الجزيرة العربية : المناخ المعتاد

Arabian Gulf الخليج العربي

ليس إهمالا لدور الجاذبية الأرضية وتأثيرها الشديد على كل معطيات المناخ في شبه الجزيرة العربية ، بل هي جزء رئيسي في أسس الغلاف الجوي والحيوي والأرضي والمائي في شبه الجزيرة العربية ، وهي تأتي في المرتبة الثانية حينما نتحدث عن أسس ومبادئ مناخ شبه الجزيرة العربية فيزيائيا ولعل أكثر ملمح يطالعنا لدورها هو رياح الشمال التي تنحدر من شمال الخليج حتى الربع الخالي طوال العام تبعا لقيمة الجاذبية المنخفضة هناك

ولكن لابد من إفراد المزود الحراري لمناخ شبه الجزيرة العربية والمكوّن الأساس للطاقة الحرارية في مناخ شبه الجزيرة العربية وهو العمليات الإشعاعية ، حصرا للمقالة هذه من التشعّب

نحن أمام مناخ عظيم في كل معطياته وفريد في ظواهره ، يكفي شبه الجزيرة العربية أنها جزء مما أصفه «الخزان الساخن» على مستوى كوكب الأرض بعد البراكين والمنافس الحارة ، وأنها الأوفر حظا من نواحي الإشعاع الشمسي والطاقة الحرارية وأن هذه الأرض تحتفظ بأعظم موجة عطالة «قصور ذاتي» في الغلاف الجوي لكوكب الأرض ، وثبات مناخها على الجفاف أحد أسباب بقاء ما حولها على الخصب ، باختصار : هي بجفافها تفرض على ما يحيط بها مناخا آخر عبر هذه الموجة الضخمة المتشكلة فيها

هذه المناقشة .. تخص مناخ شبه الجزيرة العربية المعتاد فقط .. بينما غير المعتاد والتطرف ، فله طرح آخر إن شاء الله خاصة مع أكبر متغير في مناخ شبه الجزيرة العربية وهو تذبذب الرياح المدارية مادن جوليان ، وهذا الطرح نظري بحت وموجّه للمبتدئين

ما هي العمليات الإشعاعية ، وما مصدرها ؟ وما أنواعها ؟

العمليات الإشعاعية ، مفهوم يندرج تحته مصدر الإشعاع ، وأنواع الإشعاع الوارد إلى شبه الجزيرة العربية والمنبعث من سطحها أو من السحب وبعض العوالق التي تزين وتلف سماءها ، وآثار هذا الإشعاع على مناخ شبه الجزيرة العربية

مصدر العمليات الإشعاعية في منطقة شبه الجزيرة العربية ككل جهات كوكب الأرض هو ما تمده الشمس من إشعاعات مختلفة ، هي النواة واللبنة الرئيسية الكبرى في أنواع الإشعاع الوارد إلى منطقة شبه الجزيرة العربية ، وفي تكوين الطاقة الحرارية في مناخ شبه الجزيرة العربية

ولكي نكون أكثر دقة ووضوحا في جانب «مصدر الإشعاع» لابد من تقسيم مصادر الإشعاع الوارد إلى منطقة شبه الجزيرة العربية كالتالي أخذا بالمنهج العلمي

القسم الأول : الأشعة الشمسية بأنواعها المختلفة

Solar Radiation

التي سنفصل فيها بعد قليل ، وهي القيمة الأعظم مما يرد إلى شبه الجزيرة العربية من إشعاع

القسم الثاني : الإشعاع الأرضي ، وهو المنبعث من سطوح شبه الجزيرة العربية

Earth’s Radiation

القسم الثالث : الإشعاع المنبعث في الغلاف الجوي

Atmospheric Radiation

القسم الرابع : الأشعة الكونية

Cosmic Rays

القسم الأول : أنواع الأشعة الشمسية الواردة إلى منطقة شبه الجزيرة العربية

هي ثلاثة أنواع ترِد إلى منطقة شبه الجزيرة العربية ، باختصار

أولا : الإشعاع الشمسي الحراري ، وهو ما يعرف بالأشعة تحت الحمراء

Heat Rays or IR

هذا النوع هو المسؤول الأول عن إضافة الطاقة الحرارية إلى مناخ شبه الجزيرة العربية ، سواء ما في الحرارة الصيفية المعتادة أو ما في الفصول المناخية الأخرى من حرارة أو من فقد معتاد للحرارة ، وهذا النوع هو أساس وجود الكتلة الهوائية الحرارية الصحراوية مع النوع الثاني التالي

ثانيا : الإشعاع الشمسي المرئي

Visible Light Rays

وهو في المرتبة الثانية في إضافة الطاقة الحرارية إلى مناخ شبه الجزيرة العربية

ثالثا : الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي

Ultraviolet Rays

وهو المسؤول الأول عن شدة موجات الحر عند شدة تكوّن ظاهرة المرتفعات الجوية المدارية فوق جزيرة العرب ، وهو يحمل أهمية قصوى وآثارا أخرى ، وسنفرده لوحده بالحديث إن شاء الله لاحقا

صورة تختصر ما مضى

OpenStax

القسم الثاني والثالث : الأشعة الأرضية المنبعثة من سطح ومن سماء شبه الجزيرة العربية

الأشعة المنبعثة من سطح ومن سماء شبه الجزيرة العربية أُلخّصها في مظهرين

الأول : الأشعة المنبعثة من سطح شبه الجزيرة العربية ، وهي تنبعث نهارا وليلا ، وهي على نوعين : أشعة تحت الحمراء وأشعة مرئية ، وبحسب نوع التضاريس تزيد وتقل نسبة الإشعاع المنعكس من سطوح شبه الجزيرة العربية ، في ظاهرة اسمها الألبيدو أو وضاءة الأرض أو نورانية الأرض ، وتضاريس شبه الجزيرة العربية بالنسبة لنورانية تضاريسها على قسمين : قسمٌ بقيمة ألبيدو عالية وهو الرمال والهضاب الشرقية الصحراوية وأطراف السواحل ، وقسمٌ بقيمة ألبيدو منخفضة وهو يضم الأشجار والمياه والجبال والحرّات الغربية

ولكن تعتبر سطوح منطقة شبه الجزيرة العربية كمجمل عام ، هي الأعلى بعد الثلوج كالقطب الشمالي والجنوبي في نسبة ما يعكسه سطحها من إشعاع أو ما يعرف بنسبة الألبيدو .. خريطة توضح الألبيدو عبر المركز الأوروبي

الثاني : الأشعة المنبعثة والمنعكسة من عوامل الغلاف الجوي : كالسحب والغبار وبخار الماء

إن هذه الأشعة الشمسية الواردة والأشعة المنبعثة في الغلاف الجوي والمنبعثة من الأرض تتلخص في نظام شمولي يقوم كالميزانية الإشعاعية ، ملخصه أن الإشعاع والطاقة صنوان لا يفترقان في هذه الميزانية الضخمة يلخصها هذا الرسم .. ملحوظة في هذا المخطط وهو ترجمة المركز المناخي مفردة الحرارة الكامنة بالحرارة النائمة وهذه ترجمة غير صحيحة ، والترجمة المعتمدة هي الحرارة الكامنة

IPCC

تساهم السحب وبخار الماء والرطوبة النوعية بحفظ المزيد من الإشعاع الحراري وبالتالي الحفاظ على فوارق حرارية أقل واستمرار المزيد من الحرارة خاصة حينما تتشكل السحب آخر ساعات النهار حيث تحافظ على الحرارة المكتسبة نهارا ولا تتبدد على هيئة أشعة تحت الحمراء

لخّصت هذه الجوانب دون تفصيل في الموجات الإشعاعية طويلة وقصيرة الموجة ودون الكثير من الظواهر المتصلة بالإشعاع كمثل توزع الإشعاع بين شمال وجنوب شبه الجزيرة العربية ، لأن هذا الجانب ضخم وواسع على المستوى التفصيلي .. والحديث هنا إجمالي مبسط .. وللمزيد والتوسع ، يرجى البحث حول العبارة العلمية المختصرة بـ

Surface Meteorology and Solar Energy

وهو باب تحته الكثير من المعطيات المعتادة وغير المعتادة مناخيا ، في بيانات موجهة للمتخصص المتعمق في الفيزياء المناخية أكثر من الهواة والمبتدئين ، ولأن المقصد من هذا الطرح إيجاد نظرة مبدئية شديدة التبسيط تم تجاوزه

ومن الطرق الميسّرة التي تختصر كل ما سبق بشكل علمي دون النظري هو استخدام البرامج المناخية المخصصة لهذا الأمر ، ولي وقفة معها إن شاء الله .. كهذا المثال المبسط للعلاقة بين الإشعاع ودرجات الحرارة

الرياض : كميات الإشعاع الشمسي خلال أشهر السنة

الرياض : درجات الحرارة السطحية (2 متر) خلال أشهر السنة

ثانيا : الأشعة الكونية

تعتبر الأشعة الكونية ، وهي كجسيمات متنوعة ذات طاقة عالية جدا وهائلة ، وذات سرعات عالية تصل لسرعة الضوء تقريبا أو أقل بقليل ، تحمل من الأسرار في المصدر والتكوين والتدفق والتفاعل مع الأرض الكثير والكثير مما يطول التفصيل فيه ، والعلم لا يزال كل يوم يبحث ويضيف جديدا في أسرار الأشعة الكونية

وبعيدا عن الغموض الذي يكتنف هذه الأشعة الكونية أو الجسيمية المجرية … وأنواعها الثلاثة القادمة من المجرة والشاذة والشمسية ، لابد من توضيح عدة أمور حول هذه الأشعة الكونية ومناخ شبه الجزيرة العربية

أولا : يزداد تعرض شبه الجزيرة العربية لوابل الأشعة الكونية في فترات خمول البقع الشمسية وضعف المجال المغناطيسي للأرض وفي فترات انهيار مستويات الأوزون ، إن فترات خمول النشاط الشمسي يُضعف من المجال المغناطيسي للأرض ويُضعف من تكوّن الأوزون المداري كقيمة تكوين وليس كقيمة توزيع ، وبالتالي يزداد عبور الأشعة الكونية ، ومعظم جهات شبه الجزيرة العربية معرضة لها خاصة المرتفعات منها والمناطق التي تتشكل عليها المرتفعات المدارية العلوية باختلاف في أنواع هذه الإشعاعات الكونية

ثانيا : تؤثر الأشعة الكونية على كل مظاهر الغلاف الحيوي والغلاف الجوي والتضاريس وبشكل أقل الغلاف المائي في منطقة شبه الجزيرة العربية ، وتصل آثارها إلى الأجهزة الصناعية ، ومثل هذه الآثار تحت الأبحاث العلمية لا تزال حتى اليوم تتقدم وتتطور بشكل إيجابي

ثالثا : ما يعرف بحساسية المناخ تجاه التغيرات الإشعاعية سواء من الشمس أو الأشعة «الجسيمات» الكونية ، أثر ذلك في شبه الجزيرة العربية شبيه بما يحدث في النظام العالمي للمناخ ، فطبقات الستراتوسفير في شبه الجزيرة العربية حيث الأوزون .. تتعرض لتناقص كبير حينما تمر الشمس بفترة هدوء في البقع الشمسية ، فيستجيب مناخ شبه الجزيرة العربية بشكل سريع لذلك فيكون شديد الحرارة صيفا فوق المعدلات المناخية ويكون شديد البرودة شتاء دون المعدلات المناخية ، وتشتد فترات نشاط المرتفعات العلوية المدارية التي تتشكل فوق شبه الجزيرة العربية كموجة عطالة وقصور ذاتي في الغلاف الجوي تمنع عبور المنخفضات الجوية طويلا

رابعا : تؤثر الأشعة الكونية على الهباء الجوي في منطقة شبه الجزيرة العربية ، بل بات من الواضح علميا كما في الأبحاث العلمية : أن الأشعة الكونية تساهم في بناء عاملين في السحب : عمليات التأيين وعمليات تنمية طاقة الكهرباء الساكنة في العواصف الرعدية ، ومن المرجح علميا وهذا يتداول بشكل واسع أنها تؤثر على ظواهر برق التروبوسفير الدنيا والعليا وأيضا بلاشك ظاهرة البرق الصاعد أعالي الستراتوسفير والظواهر المعروفة علميا بالأحداث المضيئة العابرة ، والعلماء يذهبون إلى أبعد من التأثير إلى التسبب في وجود البرق فعلا

برق المستوى العلوي يُعرف بظواهر : برق المستوى العلوي من الغلاف الجوي

وهو يجمعه مفهوم الأحداث المضيئة العابرة

Transient Luminous Events

Jaxa > Upper-Atmospheric Lightning Phenomena

والأشعة الكونية عالية الطاقة تشترك في تأثيرها على الدائرة الكهربائية الجوية الواسعة حول كوكب الأرض والمعروفة بـ

Global Atmospheric Electric Circuit

High-energy particle effects in the conceptual framework of the global atmospheric electric circuit. Lightning is suggested to be affected by energetic particles, which may in turn influence the current flowing in the global circuit, as may changes in the interplanetary electric and magnetic fields or the solar wind. Influences on the atmosphere’s radiation exchange via changes in the terrestrial long wave (infra-red) radiation and short wave (visible) radiation, can occur through the formation of cloud condensation nuclei, droplet charging effects in layer clouds or the direct absorption of long wave radiation by cluster ions. Image credit

هذا الطرح المختصر لا يمكن أن يفي تماما بما نحن بصدده حول العمليات الإشعاعية المتنوعة والتي تساهم في جل عمليات الغلاف الجوي ، ولكن إلقاء نظرة مبسطة ، هو أمر مهم لتكوين بيئة علمية صحيحة أولية ننطلق منها إلى التذبذبات المناخية المدارية في الأطروحات القادمة إن شاء الله

إن العمليات الإشعاعية هي خلف ارتفاع درجات حرارة الغلاف الجوي الأدنى فوق شبه الجزيرة العربية حتى الطبقات السطحية وأعماق التربة ، وهي خلف تكوين الكتلة الهوائية الحرارية الصحراوية وشدتها

إن قضية ارتفاع درجات حرارة شبه الجزيرة العربية ليست بالقضية الساذجة لنختصرها في خرافة الهند أو هضبة زاجروس ، بل هي قضية ضخمة تجمع بين الفيزياء والكيمياء والثيرموديناميك

إننا أمام الخزان الحراري الكبير وهو ضمن الشريط الجغرافي الحراري الأكبر في الكرة الأرضية وفي نصف الكرة الأرضية الشمالية

سأناقش أخيرا في هذا الطرح : كيف يساهم الإشعاع الشمسي والأرضي والجوي في تكوين الكتلة الهوائية الصحراوية

هذه العمليات الإشعاعية هي المسؤولة عما يعرف بالكتلة الهوائية الصحراوية الحارة
​​وهي خلف تجددها كل يوم في المظهر المناخي المعتاد صيفا .. ويكفي أن أذكرك بأعظم هذه العمليات الفيزيائية الإشعاعية وهو : الحمل الحراري في مناخ شبه الجزيرة العربية بواسطة الإشعاع

الكتلة الهوائية الصحراوية الحارة : ما هي ؟

هي كتلة هوائية حارة تسيطر على أجواء شبه الجزيرة العربية ، تنشط صيفا خلال ساعات النهار الطويلة على الطبقات السطحية والدنيا من الغلاف الجوي وتستمر أيضا خلال فترات الليل الصيفي القصير ، ينشط أسفلها المنخفض الحراري التسخيني بفعل الإشعاع الشمسي ، المنخفض الحراري العربي

أولا : الكتلة الهوائية الصحراوية في طبقات التروبوسفير الدنيا والمتوسطة فوق شبه الجزيرة العربية

في التروبوسفير ترتفع درجات حرارة شبه الجزيرة العربية صيفا بسبب تنامي الإشعاع الشمسي
وتنشأ بشكل يومي ومستمر طوال الفترة الصيفية هذه الكتلة الهوائية الصحراوية الحارة
وهي تنشأ عادة كقيمة تواجد : من شهر مايو وتستمر حتى شهر سبتمبر
وتنشط كذروة : عادة من يونيو حتى أغسطس

ثانيا : الكتلة الهوائية الصحراوية في طبقات الستراتوسفير فوق شبه الجزيرة العربية

يختلف الوضع حراريا في طبقات الستراتوسفير صيفا فوق شبه الجزيرة العربية عن طبقات التروبوسفير
فالتروبوسفير ترتفع صيفا ولكن طبقات الستراتوسفير تعاكسها تماما
حيث تشهد طبقات الستراتوسفير فوق شبه الجزيرة العربية أدنى درجاتها
في العام .. إن الستراتوسفير فوق شبه الجزيرة العربية تشهد صيفا زمهريرا شديدا
بين مستويات 100 هكتوباسكال حتى 1 هكتوباسكال في الإجمال
تنخفض صيفا درجات حرارة طبقات الستراتوسفير فوق شبه الجزيرة العربية
لسبب يعرف بالأثر الكيمياء الضوئي
وهو اختصار للعلاقة بين الإشعاع فوق البنفسجي وغاز الأوزون فوق شبه الجزيرة العربية
ونظرا لتنامي أشعة الشمس فوق شبه الجزيرة العربية يزداد تدفق التيار الإشعاعي الشرقي فوق شبه الجزيرة العربية وهو يتمثل في تعامد أشعة الشمس على مدار شبه الجزيرة العربية أو ما يعرف بمدار السرطان
يُكوّن هذا التيار الإشعاعي رياحا شرقية في الستراتوسفير فقيرة من نواحي الأوزون
فتنخفض درجات حرارة الستراتوسفير بسبب انخفاض عمود الأوزون فيها
فوق شبه الجزيرة العربية
هذه الرياح الشرقية الحرارية الإشعاعية تتسبب عادة في بناء المرتفعات الجوية العلوية التي تزيد وتضاعف من نقص أوزون طبقات الستراتوسفير فوق شبه الجزيرة العربية

مؤشرات درجات الحرارة اليومية الطبيعية المعتادة خلال أيام السنة : المؤشر الأول: مؤشر درجات حرارة الستراتوسفير طبقة 100 هكتوباسكال + المؤشر الثاني درجات حرارة التروبوسفير طبقة 850 هكتوباسكال

تنخفض درجات حرارة الستراتوسفير بشكل طبيعي صيفا نتيجة نقص الأوزون ويعاكسها درجات حرارة التروبوسفير حيث ترتفع بشدة صيفا

وهنا نصل إلى ربط العلاقة بين الإشعاع ودرجات حرارة طبقات التروبوسفير والستراتوسفير لإنتاج ظاهرة ضخمة فوق شبه الجزيرة العربية .. تدوم لفترة أشهر طويلة ، اسمها الكتلة الهوائية الصحراوية الحارة … وتنتج أيضا ما يعرف علميا بالمنخفض الحراري العربي

Arabian Thermal Low or Arabian heat Low

يتشكل المنخفض الحراري صيفا في مظاهر مختلفة ، منها المظاهر التي يتحرك فيها بشكل ديناميكي مثل : تطوره شرقا من شبه الجزيرة العربية أو شمالا أو غربا أو جنوبا أو وسطا تبعا لشدة موجات القصور الذاتي أو المرتفعات الجوية العلوية التي تتكون على شبه الجزيرة العربية والأحواض المدارية الجنوبية الموسمية

ومنها أيضا المظاهر التي يتركز فيها المنخفض الحراري العربي في مظهره الدائم صيفا والقيمة البارزة منه بشكل يومي وهي على حوض منطقة الخليج العربي حتى الربع الخالي

الكتلة الهوائية الصحراوية الحارة هذا اليوم ظهيرة 27 يونيو 2017 عبر تحاليل المركز الأوروبي

هذه المناقشة قائمة على مناقشة المناخ المعتاد .. ارتفاع درجات الحرارة الصيفية بالشكل المعتاد صيفا .. ولم أتطرق للمظهر المناخي المتطرف غير المعتاد في درجات الحرارة الصيفية وما يعرف بالموجات الحارة ، الموجات الحارة لابد وأن يسبقها مثل هذه المناقشة الأساسية ليكون للقارئ ركيزة أساسية يعود إليها تحميه من الخرافات والأوهام التي تصدر كل حين من جهة وأخرى ، وأكبر هذه الخرافات الواهية هي خرافة أن الحرارة تأتي إلى جزيرة العرب من الهند عبر خرافة التمدد الهندي

المقالة القادمة إن شاء الله حول القانون الأول من قوانين الديناميكا الحرارية وكيف تتشكل موجات الحر غير المعتادة في أجواء شبه الجزيرة العربية

كل عام وأنتم بخير … خالد العتيبي