مقدمة
...
تقديم:
إلى جميع المشتغلين بتعليم الجغرافيا أو تعلمها أقدم هذا الكتاب راجيًا أن تكون له بعض الفائدة في دراسة "الجغرفيا المناخية والنباتية" التي تعتبر من غير شك فرعًا من أخطر وأدق فروع الجغرافيا الطبيعية، وقد حاولت عند تأليفه أن أحقق به هدفين أساسيين، أرجو أن أكون قد وفقت إلي تحقيق شيء منهما، وهما:
أولًا: أن يكون الكتاب مرجعًا يستفيد منه مدرس الجغرافيا والطالب الجامعي المتخصص، ولذلك فقد اجتهدت أن أضمنه كثيرًا من الحقائق والتفاصيل، وأناقش فيه أهم الآراء والنظريات الحديثة التي ظهرت في علم المناخ نفسه، بل وفي بعض العلوم الأخرى المتصلة به مثل علوم المتيورولوجيا والهيدرولوجيا والزراعة والنبات.
ثانيًا: أن يكون أسلوبه سهلًا بسيطًا، ومادته مشروحه شرحًا وافيًا وموضحة توضيحًا كافيًا بالخرائط والأشكال، حتى يستطيع القارئ غير المتخصص في الجغرافيا، أو الطالب الذي لا يتيسر له الحصول على توجيه أو مساعدة أن يعتمد على نفسه في دراسته وتفهم موضوعاته.
وأنني أشعر وأنا أقدم الطبعة الحادية عشرة من هذا الكتاب، بأنني وفقت بفضل الله وعونه إلى تحقيق معظم أهدافي، بدليل القبول الذي لقيه الكتاب من الجغرافيين في مختلف الجامعات العربية، مما شجعني على أن أدخل على طبعته هذه تعديلات جوهرية لإبقائه متمشيًا مع أحدث التطورات في مجال الدراسات المناخية المتخصصة، كما أضفت إليه فصلين عن مناخ إفريقيا ومناخ العالم العربي.
والله ولى التوفيق
عبد العزيز طريح شرف


الفكر المناخي
الفكر المناخي القديم
...
١- الفكر المناخي
١- ١- الفكر المناخي القديم:
لما كانت الظاهرات الجوية تؤثر في حياة الإنسان تأثيرًا مباشرًا وسريعًا فقد كان من الطبيعي أن يبدأ الإنسان منذ نشأته الأولى في التفكير في هذه الظاهرات، وخصوصًا الظاهرات العنيفة التي كانت تسبب له متاعب وخسائر كبيرة، مثل الأعاصير والعواصف الشديدة. وقد أخذ التفكير في هذه الظاهرات الجوية يتطور مع تطور الإنسان وتحضره، وظهرت في تفسير هذه الظاهرات أفكار متباينة بين أصحاب الحضارات القديمة التي عاشت منذ أكثر من ثلاثة آلاف سنة، وأهمها الحضارات المصرية والبابلية والآشورية والصينية والهندية. ولكن الأفكار التي سادت بين أصحاب هذه الحضارات كانت أفكارًا بدائية وغير مستندة على أي أسس علمية. وكانت تدور في الغالب حول تفسير بعض الظاهرات الجوية، وخصوصًا الظاهرات التي لها علاقة بالزراعة والهجرة والملبس والمأكل وغير ذلك من مظاهر الحياة.
أما التفكير العلمي في الظاهرات الجوية والمناخية فلم يبدأ إلا في عهد الحضارة اليونانية القديمة، وكان الفيلسوف اليوناني أرسطو من أبرز المفكرين الذين عالجوا موضوع المناخ، ففي سنة ٣٥ ق. م، ألف كتابًا أسماه "المتيورولوجيا Meteoroiogica" ودرس فيه بعض الظاهرات الجوية دارسة نظرية غير مبنية على القياس، وتكلم فيه عن الفصول وترتيبها على مدار السنة. وفي نفس الفترة تقريبًا كان الهنود يقومون بقياس الأمطار بواسطة أجهزة بسيطة ربما كانت هي أقدم أجهزة قياس المطر في العالم. ومنذ ذلك الوقت أيضًا كان للعرب نشاط تجاري بحري كبير. وقد ساعدهم هذا النشاط


على معرفة بعض خصائص حركات الرياح في البحار التي كانت سفنهم التجارية تبحر فيها، وأهمها المحيط الهندي وبحار شرقي آسيا، حتى إنهم عرفوا هبوب الرياح الموسمية وعنهم تعلمه اليونانيون عن طريق بعض ملاحيهم الذين اشتركوا في بعض الرحلات التجارية للعرب. ومما لا شك فيه أن العرب هم الذين أعطوا لهذه الرياح اسمها الذي أخذت منه كلمة monsoons الإنجليزية.
وفي هذه الفترة كان اليونانيون قد عرفوا دوائر العرض وعلاقتها بميل أشعة الشمس وما يترتب على ذلك من تناقص في درجة الحرارة من دائرة الاستواء نحو القطبين. ولهذا فقد قسموا العالم على أساس هذه الدوائر إلى خمسة نطاقات هي: النطاق الحار بين المدارين، والنطاقين المعتدلين بين المدارين والدائرتين القطبيتين، والنطاقين الباردين بين الدائرتين القطبيتين والقطبين. قد ظل هذا التقسيم هو السائد حتى أواخر القرن التاسع عشر.


الفكر المناخي منذ عصر النهضة الأوروبية
...
١- ٢- الفكر المناخي منذ عصر النهضة الأوربية:
في عصر النهضة الأوربية الحديثة "خلال القرنين الخامس عشر والسادس عشر الميلاديين" تقدم الفكر المناخي تقدمًا كبيرًا بفضل الكشوف الجغرافية الكبرى، واختراع بعض أجهزة الرصد الجوي الحديثة، وأهمها الترمومتر الذي اخترعه جاليلو سنة ١٥٩٣م والبارومتر الذي اخترعه تورشيلي سنة ١٦٤٣م. ونتيجة لهذا التقدم أمكن ملاحظة أن توزيع الأقاليم المناخية لا يتفق تمامًا مع دوائر العرض، وأن هناك عوامل أخرى تتدخل في توزيعها.
وفي نفس الوقت أفادت دراسات الجو والمناخ من التقدم الذي حدث في العلوم الأخرى ذات الصلة بهما، وخصوصًا في علوم الطبيعة وما تتضمنه من دراسات عن تركيب الغلاف الجوي وظاهراته المختلفة، مثل البرق والرعد والإشعاع الشمسي وغيرها. كما أفادت كذلك من التوسع في النشاط الملاحي بواسطة السفن الشراعية في مختلف البحار والمحيطات التي تم اكتشافها.


١- ٣- الفكر المناخي منذ أوائل القرن العشرين:
منذ أوائل هذا القرن، كان الاتجاه السائد في دراسة المناخ هو محاولة إيجاد تقسيمات مناخية عامة لسطح الكرة الأرضية اعتمادًا على الإحصاءات المناخية التي أخذت تتوفر لعناصر المناخ الرئيسية في بعض الدول، وعلى مظاهر الحياة النباتية الطبيعية التي يمكن الاستدلال بها على نوع المناخ في الأقاليم التي لا تتوفر فيها إحصاءات مناخية كافية، مثل الأقاليم الصحراوية وشبه الصحراوية الواسعة في العروض المدارية والأقاليم الواقعة في العروض القطبية، وكانت التقسيمات المناخية تعتمد في مراحلها الأولى على مقارنة المعدلات المناخية لعناصر المناخ دون التعمق في تحليلها لمعرفة اختلافاتها المحلية في مناطق صغيرة، أو معرفة القيم الفعلية لهذه العناصر ومدى تأثير كل منها في الآخر. وبمقتضى هذا الاتجاه أمكن وضع تقسيمات عامة لسطح الكرة الأرضية على أساس الاختلافات المناخية الرئيسية، ثم ظهرت على أساس هذه التقسيمات فكرة تقسيم العالم إلى أقاليم طبيعية، وهى الفكرة التي تبناها الجغرافي البريطاني هربرتسون Herbertson في سنة ١٩٠٥م.
وفي هذه المرحلة كان الاهتمام الرئيسي لعلماء المناخ هو توزيع المعدلات المناخية الحسابية على خريطة العالم أو خرائط القارات، ثم توصيل الأماكن التي تتساوى فيها المعدلات الشهرية أو السنوية بخطوط يطلق عليها بصفة عامة اسم "خطوط الظاهرات المتساوية Isopleths أو Isograms". ومن أشهرها خطوط الحرارة المتساوية Isopleths وخطوط الضغط المتساوي Isothars المطر المتساوي Isohyets وعلى أساس هذه الخطوط أمكن تقسيم سطح الكرة الأرضية إلى أقاليم حرارية ونطاقات للضغط الجوي والرياح، ثم تقسيمه في النهاية إلى أقاليم مناخية لكل منها صفات مناخية عامة مشتركة.
وقد تمخض هذا الاتجاه عن ظهور عدة تقسيمات مناخية لسطح الكرة الأرضية بعضها تقسيمات بسيطة تعتمد على توزيع درجة الحرارة وتوزيع الأمطار، وفيها تستخدم خطوط الحرارة المتساوية التي تمثل المعدلات الحرارية


عند مستوى سطح البحر كحدود عامة لهذه الأقاليم، ومثل هذه التقسيمات تصلح لدراسة مناخ القارات والأقاليم الكبرى دارسة مناخية عامة، ومثال ذلك التقسيم الذي اقترحه ديمارتون E.Demartonne في فرنسا سنة ١٩٥٢، والتقسيم الذي اقترحه أوستن ملر Austin Miller في بريطانيا سنة ١٩٣٦، والذي لا يختلف كثيرًا عن تقسيم ديمارتون.
وإلى جانب هذه التقسيمات البسيطة ظهرت تقسيمات أخرى أكثر تفصيلًا وتعقيدًا، ففي ألمانيا اقترح كوبن W.Koppen تقسيمًا ربط فيها بين التوزيع الفصلي لكل من عنصري الحرارة والأمطار من أجل تقدير شدة الجفاف وشدة الحرارة أو البرودة، وعلاقة هذا التوزيع بنوع الحياة النباتية الطبيعية.
وفي الولايات المتحدة اقترح ثورنثويت W.Thornthwaite في سنة ١٩٤٨ تقسيمًا مبنيًّا على حساب الميزانية التي تستخدم فيها معدلات الأمطار وما يضيع منها بالتبخر والنتح Evapotransiration، وحساب القيمة الفعلية لدرجة الحرارة. ويمثل هذا التطور في تصنيف الأنواع بداية للمرحلة الحديثة في دراسة المناخ.
وعلى الرغم من الأهمية الكبيرة لكل هذه التصنيفات فإنها لم تعد كافية لمسايرة التطورات الحديثة في دراسة المناخ، وهي التطورات التي فرضتها الحاجة المتزايدة إلى الاستفادة من دراسة المناخ في مختلف المجالات التطبيقية، وفي مختلف الدراسات العلمية الأخرى التي لها صلة بالمناخ، وذلك بعد أن أصبحت معظم الدراسات العلمية متشابكة بحيث لم يعد أي منها يستغني عن الآخر. فمما لا شك فيه أن الباحثين في علوم مثل علوم الزراعة، الحيوان والنبات، وهندسة المياه، وإيكولوجيا الأمراض، وحماية البيئة، وتخطيط المدن وغيرها، محتاجون جميعًا إلى أساس مناخي يتوقف على طبيعة كل علم منها وطبيعة الموضوع المطلوب دارسته، ومع ذلك فإن الربط بين المناخ وهذه العلوم كان حتى وقت قريب غير واضح بالصورة الكافية؛ لأن المناخ، كان يعالج غالبًا كعلم مستقل حتى عن بقية العلوم الجغرافية.


بعض الاتجاهات المعاصرة في الفكر المناخي
مدخل
...
١- ٤- بعض الاتجاهات المعاصرة في الفكر المناخي:
على الرغم من أن المناخ لم يسر في تطوره خلال النصف الأول من القرن العشرين بنفس السرعة التي سار بها علم المتيورولوجيا فقد أخذت البحوث المناخية تتقدم بسرعة منذ بداية النصف الثاني من هذا القرن وظهرت في علم البحوث اتجاهات حديثه أهمها:
١- دراسة القيمة الفعلية "أو التأثير الفعلي" لعناصر المناخ.
٢- دراسة تفاصيل المناخ بكل عناصره في أماكن محدودة، وظهور ما يعرف باسم "علم المناخ التفصيلي Micro Climatology ".
٣- دراسة دور المناخ في مظاهر النشاط البشري المختلفة فيما عرف باسم علم المناخ التطبيقي Applied Climatology.
٤- استخدام الأسلوب الكمي في معالجة العلاقات الزمنية والمكانية لعناصر المناخ مثل حساب معامل التغير والانحراف المعياري للتوزيع الشهري أو السنوي للأمطار وغير ذلك من العلاقات التي سنعالج بعضها عند دراسة الأمطار.


١- ٤- ١ دراسة القيمة الفعلية لعناصر المناخ:
رأى كثير من الباحثين، لا في علم المناخ وحده، بل وفي بعض العلوم الأخرى المتصلة به أن المعدلات المناخية التي تنشرها محطات الأرصاد كثيرًا ما تعطي صورة غير صحيحة لحقيقة العلاقة بين عناصر المناخ من جهة ومظاهر الحياة المختلفة فوق سطح الأرض من جهة أخرى. فمجرد معرفتنا لكمية الأمطار التي تسقط في مكان ما لا تفيدنا كثيرًا إلا إذا عرفنا القيمة الفعلية لهذه الكمية، فقد تتساوى كمية الأمطار التي تسقط سنويًّا في مكانين معينين، ولكن الأثر الذي تحدثه هذه الكمية قد يختلف في أحد المكانين اختلافًا واضحًا، عنه في المكان الآخر، ويرجع ذلك إلى أن الأمطار تخضع بعد سقوطها على سطح الأرض لعدة عوامل هي التي تحدد الفائدة التي يمكن للأنواع المختلفة من


الحيوان والنبات أن تحصل عليها منها، فجزء من هذه الأمطار يضيع بالتبخر عند انحداره فوق سطح الأرض أو تجمعه في المنخفضات والمجاري النهرية، وجزء آخر يتسرب في التربة وربما يصل إلى أعماق بعيدة يستحيل معها الاستفادة به، وجزء آخر ينحدر في مجاري الأنهار ويصل إلى البحر أو المحيط وتختلف المقادير التي تضيع من مياه الأمطار بسبب العوامل السابقة من منطقة إلى أخرى على حسب الظروف المحلية الخاصة بكل منطقة، خصوصًا ما يتعلق منها بدرجة الحرارة والتوزيع الفصلي للأمطار ونوع الرياح وخواص التربة وانحدار سطح الأرض، ويعتبر كوبن١ w. koppen الألماني من أشهر الباحثين الذين وجهوا النظر، منذ أوائل القرن الحالي، إلى ضرورة الاهتمام بتقدير القيمة الفعلية للأمطار عند دارسة المناخ.
وفي الولايات المتحدة تقدمت الدراسات المناخية على أسس رياضية على يد "Thornthwaite" الذي اقترح في سنة ١٩٤٨ تقسيمه المناخي المعروف الذي أصبح في الوقت الحاضر من أكثر التقسيمات المناخية الحديثة استخدامًا في مختلف جهات العالم. وقد بناه على أسس جديدة تعتمد على تحليل العلاقة بين الأمطار وما يضيع منها بالتبخر والنتح٢.
وما قيل عن الأمطار يمكن أن يقال كذلك عن درجة الحرارة، فليست جميع درجات الحرارة ذات قيمة واحدة من حيث أثرها في حياة النبات، فلكل نوع من أنواع النباتات حد أدنى وحد أعلى لدرجة الحرارة التي يستطيع أن ينمو فيها. كما أن سرعة نمو النبات قد تكون في درجة حرارة معينة أسرع منها في الدرجات الأخرى، ويحتاج كل نبات كذلك إلى مجموعة من الوحدات أو

١ koppen,W."Versuch einer Klassification"
Geogr.Zeitscher,vol.٦,١٩٠٠,pp.٩٦٣-٦٥٧
"Grundriss der Klimakunde"١٩٣١.
٢ Thornthwaite,C.W. "an Approach Towards arational
Classification of Climate" Geog.Rev. vol.٣٨,pp.٥٩-٩٣.


الدرجات الحرارية التي يجب توفرها خلال فصل النمو. ويعتبر الضوء عاملًا مساعدًا لدرجة الحرارة، بمعنى أن النبات الذي ينمو في منطقة ما قد يحتاج لكي يتم نموه ونضجه إلى كمية من الوحدات الحرارية أكبر مما يحتاج إليه نفس النبات لو كان نموه في منطقة أخرى نصيبها من ضوء الشمس أكبر من نصيب المنطقة الأولى، وذلك لأن ضوء الشمس يساعد عادة على زيادة سرعة نمو النبات.
وهذه الحقيقة مهمة جدًّا بالنسبة للزراعة في العروض العليا حيث يزداد طول النهار في فصل الصيف، وهو فصل النمو، كلما اقتربنا من الدائرة القطبية ويتزايد تبعًا لذلك مقدار ما تستفيده الأرض من ضوء الشمس. وقد ساعد هذا على نجاح زراعة بعض غلات المناطق المعتدلة مثل القمح في الأقاليم الباردة ويعتبر١ "B.E.Livingston" من أول الباحثين الذين كان لهم فضل توجيه النظر إلى ضرورة تقدير القيمة الفعلية لدرجات الحرارة المختلفة وتأثير كل منها في حياة النبات.
وهذا الاتجاه الحديث لتقدير التأثير الفعلي للعناصر المناخية قد فرض على الباحثين في علم المناخ أن يقووا صلتهم بالعلوم الأخرى، وأن يستفيدوا من النتائج العلمية التي يتوصل إليها غيرهم من الباحثين، خصوصًا في علم النبات والزراعة وهندسة المياه "الهيدرولوجيا"، وهكذا بدأ علم المناخ يوسع اختصاصاته وبدأت تستخدم في تعبيرات جديدة مثل القيمة الفعلية أو التأثير الفعلي للأمطار "Precipitation Effectiveness" والقيمة الفعلية أو التأثير الفعلي لدرجة الحرارة "Temperature Efficiency" والحرارة المتجمعة Accumulated "Temperature" وصفر النمو Zero point if Growth "والتبحر، والنتح" "Evapotranspiration"وهو ما يطلق عليه كذلك تعبير "التبخر الكلي".

١ Livingston, B.E."Study of Plant Growth in Relation to Climatic Condition"
Physical Review,vol,١٩١٦ pp.٣٩٩-٤٢٠.


١- ٤- ٢<span data-type="title" id=toc-9> علم المناخ التفصيلي </span>Microclimatology:
في أواخر القرن التاسع عشر ظهر في ألمانيا نوع جديد من الدراسات المناخية التي فرضتها الحاجة الشديدة لمضاعفة استغلال الأراضي الزراعية حتى يمكنها أن تواجه التزايد المستمر في عدد السكان، فقد رأى بعض الباحثين وعلى رأسهم كرواس١ "Gregor Kraus" أن علم المناخ يمكنه أن يقدم خدمات كثيرة لهذا الاستغلال، ولكنهم لاحظوا أن الدراسات المناخية العامة التي تعتمد فقط على المعدلات التي تنشرها المراصد المختلفة كثيرًا ما تعطي صورة مشوهة لما هو موجود في الطبيعة فعلًا؛ لأن هذه المعدلات تهمل كثيرًا من التفاصيل المهمة التي قد تكون لها آثار عظيمة في حياة النباتات، كما أنها تهمل في معظم الأحيان مراعاة الظروف الجغرافية المحلية التي يكون لها أحيانًا أثر واضح في تنوع المناخ واختلافه من بقعة إلى أخرى في الإقليم الواحد، ولذلك فإن هذه الدراسات العامة لم تكن لها الفائدة المرجوة في الحياة العملية خصوصًا ما يتعلق منها بالاستغلال الاقتصادي للأرض، فالزارع مثلًا لا يهمه كثيرًا أن يعرف المعدلات الشهرية والسنوية للمطر أو درجة الحرارة في الإقليم الذي يعيش فيه بصفة عامة، بل إن الذي يهمه قبل كل شيء هو أن يعرف الظروف المحلية الخاصة بحقله، وهي الظروف الذي قد تجعل هذا الحقل مختلفًا اختلافًا كبيرًا عن غيره من الحقول التي في نفس الإقليم، ويبدو هذا واضحًا بصفة خاصة في البلاد الجبلية التي تتعقد فيها مظاهر السطح حيث نجد مثلًا أن الجبل الواحد قد تتمثل عليه جميع أنواع المناخ تقريبًا، فبصرف النظر عن الحقيقة المشهورة الخاصة بتناقص درجة الحرارة كلما زاد الارتفاع، يلاحظ أن هناك فروقًا كبيرة جدًّا بين مناخ الجوانب المختلفة للجبل الواحد، ففي نصف الكرة الشمالي تكون الجوانب الجنوبية عادة أدفأ ونصيبها من أشعة الشمس أكبر من الجوانب الشمالية، كما أن النظام اليومي لدرجة الحرارة

١ Kraus, Cre "Boden and Kleinstem Raum"
jenz Fischer ١٩١١.


يختلف اختلافًا واضحًا من جانب إلى آخر، وذلك تبعًا لدرجة الميل التي تسقط بها أشعة الشمس على الأرض، واختلاف ساعات سقوطها على الجوانب المختلفة، ومن المعروف كذلك أن الجوانب المواجهة لهبوب الرياح المحملة ببخار الماء دائمًا أغزر مطرًا من الجوانب المضادة التي تقع فيها يعرف باسم "ظل المطر".
ولئن كان ارتفاع الجبال وشكلها يساعدان على خلق أنواع متباينة من المناخ، فإن هذا أيضًا شأن الوديان والمنخفضات فقاع الوادي يكون عادة أدفأ في أثناء النهار، من جوانبه، أما في أثناء الليل فيحدث العكس لأن الهواء البارد يميل دائمًا للهبوط بسبب ازدياد كثافته حيث يتجمع في قيعان الوديان والمنخفضات، ولهذا فان الحقول التي في هذه القيعان "في المناطق المعتدلة الباردة" تكون عادة أكثر تعرضًا لخطر الصقيع من الحقول التي على الجوانب المرتفعة، وهذه الحقيقة تبدو واضحة كذلك بالنسبة لمنحدرات الجبال، حيث تكون الأجزاء السفلى منها أبرد في أثناء الليل من الأجزاء العليا، وذلك على العكس مما هو معروف عمومًا عن تناقص درجة الحرارة بالارتفاع.
وليس من شك في أن الحياة النباتية التي تغطي سطح الأرض في بعض الأماكن ودرجة كثافتها لها كذلك تأثير ظاهر على المناخ، وهو تأثير ملطف في غالب الأحيان، ويكفي أن نشير إلى ما نلمسه في حياتنا العامة من فرق واضح بين مناخ المدن ومناخ الريف، ولو أننا يجب أن نلاحظ من ناحية أخرى أن ظروف المدن نفسها بما فيها من مبانٍ ومصانع وما ينتشر في جوها من أتربة ودخان ومواد عالقة، وفي منازلها من مواقد، كل ذلك له دخل كبير في إظهار الفرق بين مناخ المدن ومناخ الريف.
وليس ما ذكرناه هنا إلا أمثلة قليلة فقط للدور المهم الذي يمكن أن تلعبه الظروف المحلية في تنوع مظاهر المناخ وما يترتب على ذلك من تنوع في مظاهر الحياة المختلفة داخل المنطقة الواحدة، ولهذا فإننا نجد أن الجغرافيين أخذوا في


السنوات الأخيرة يهتمون بصفة خاصة بدراسة تفاصيل المناخ في مناطق صغيرة محدودة المساحة، أكثر من اهتمامهم بدراسة المظاهر العامة في مناطق واسعة، وقد أدى هذا الاتجاه إلى تشعب علم المناخ واتساع مجال البحث فيه، من هذه الناحية أيضًا، فبدأنا نقرأ مثلًا عن موضوعات جديدة، مثل مناخ الجبال ومناخ الوديان، ومناخ المدن ومناخ سطح التربة أي على ارتفاع لا يزيد على متر واحد منها، وغير ذلك من الموضوعات التي أصبح يضمها فرع جديد عظيم الأهمية من علم المناخ يطلق عليه بصفة عامة اسم "علم المناخ التفصيلي أو الميكروسكوبي macroclimatology وقد أصبح علم المناخ التفصيلي في الوقت الحاضر من أهم العلوم التي توجه إليها الدول المتحضرة عناية بالغة لما هو من أهمية اقتصادية خطيرة يبدو أثرها واضحًا بالنسبة لتوزيع مظاهر الإنتاج المختلفة سواء منها ما هو زراعي أو ما هو صناعي.


علم المناخ التطبيقي
مدخل
...
١- ٤- ٣ علم المناخ التطبيقي ١ Applied Climatology:
ليس من شك في أن المناخ هو أهم العوامل الطبيعية التي تتدخل بطريق مباشر أو غير مباشر في تشكيل سطح الأرض وما عليه من مظاهر متباينة، سواء في ذلك تلك المظاهر الخاصة بتضاريس القشرة الأرضية وتكوينها، أو تلك التي تتصل بتكوين التربة وبحياة النبات والحيوان بجميع أنواعها، وليس الإنسان بأقل الكائنات الحية تأثرًا بهذا العامل سواء في الماضي أو الحاضر، فلئن استطاع العقل البشري أن يغير بعض الشيء من مظاهر سطح الأرض، وأن يغزو بمخترعاته أجواز الفضاء وعروض البحار وأن يبدأ ارتياد سطح القمر، فإن الإنسان كان ولم يزل وسيظل دائمًا لظاهرات الجو وأحوال المناخ،

١ إن علم المناخ التطبيقي علم واسع له علاقاته المتشعبة وقد عولج في كتابات عديدة منها على سبيل المثال الكتب التالية:
-Smith Keith "١٩٧٥" -Principles of Applid Climatology
Mcgraw Hill "UK".
-Critchfield H.J. "٢nd ed.١٩٦٦" General, Climatology
Prentice Hall, New Jercy, C haplers ll to ١٥.
-Brooks, C.E.P. "١٩٥٠" Climate in Every day Life E.Benn, London.


ولن يستطيع مهما طال الزمن أن يتحرر كلية من سيطرتها عليه وتحكمها في مشروعاته وأرزاقه، بل وفي لونه وصحته ومزاجه، ولن نستطيع أن ندخل هنا في تفاصيل العلاقة بين المناخ وحياة الإنسان، ولهذا فإننا سنكتفي بذكر أمثلة محدودة جدًّا لتوضيح هذه العلاقة، كتمهيد مختصر لدراسة أكثر توسعًا في "علم المناخ التطبيقي".


المناخ والزراعة:
منذ أقدم العصور كان الزارع والراعي يخضعان خضوعًا تامًّا لرحمة الظروف المناخية، ولا يزال هذا هو حالهما في الوقت الحاضر؛ إذ إن المناخ هو المتحكم الأول في توزيع الحياة النباتية والحيوانية في العالم، فلا يمكن مثلًا أن تنجح زراعة غلة مثل القمح على نطاق واسع في الأقاليم الاستوائية ذات الأمطار الغزيرة طول العام، أو أن تنتشر زراعة الكاكاو أو المطاط في الأقاليم الباردة، فلكل نبات ظروفه المناخية التي تلائمه والتي لا يجود إلا فيها، وهكذا تحددت مناطق الإنتاج الزراعي سواء في ذلك إنتاج المواد الغذائية أو إنتاج المواد الأولية اللازمة للصناعة، وتحددت تبعًا لذلك طرق التجارة ومناطق الإنتاج والاستهلاك.
ويتحكم المناخ فضلًا عن ذلك في نظام الزراعة في المنطقة الواحدة فهو الذي يفرض على الزارع أن يتبعوا نظمًا خاصة في توزيع محصولاتهم على فصول السنة، ومن الطبيعي أن يكون تحكم المناخ في الإنتاج الزراعي أقوى في الأقاليم التي تعتمد الزراعة فيها على المطر منه في الأقاليم التي تقوم الزراعة فيها على الري، فكثيرًا ما يؤدي نقص الأمطار في سنة من السنين إلى فشل الزراعة أو فقر المرعى مما يترتب عليه حدوث مجاعات خطيرة، كما يحدث كثيرًا في بعض مناطق أستراليا والهند وشمال إفريقية وغيرها من المناطق التي تتغير كمية الأمطار التي تسقط فيه تغيرًا كبيرًا من سنة إلى أخرى، وقد يحدث العكس تمامًا في بعض الأحيان فتزايد الأمطار بدرجة يتلف معها الزرع ويتعذر الحصاد، فيهبط المحصول هبوطًا كبيرًا، كما يحدث كثيرًا في مناطق زراعة القمح بغرب


أوروبا، فالقمح يعتبر من النباتات التي تحتاج -لكي يتم نضجها- إلى فترة جفاف قبل الحصاد وإلا فسد المحصول وقل الإنتاج.
ولئن كان الإنسان قد عجز عن أن يعدل الظروف المناخية على حسب رغباته، فإنه لم يعجز تمامًا في أن يتحايل عليها بوسائله الخاصة، فقد استطاع مثلًا أن ينقل زراعة غلة من الغلات، ولو على نطاق ضيق، إلى مناطق لم تكن تصلح لها من قبل، وذلك باستنبات فصائل وأنواع جديدة تكون أقدر على تحمل بعض الظروف المناخية التي تتحملها الفصائل والأنواع الأصلية، فقد أمكن مثلًا استنبات فصائل كثيرة من الذرة يصلح كل منها لنوع معين من أنواع المناخ، ومن هذه الفصائل ما يصل ارتفاع نباته إلى سته أمتار ويحتاج لنموه ونضجه إلى ما بين عشرة أشهر وأحد عشر شهرًا١، وهذه الفصائل هي التي يمكن زراعتها في المناطق الحارة، التي لا ينخفض متوسط درجة الحرارة فيها في أي شهر من شهور السنة انخفاضًا يضر النبات أو يوقف نموه، وإلى جانب ذلك استنبتت أنواع من الذرة لا يكاد يصل ارتفاعه إلى ثلاثة أرباع المتر، ولا تحتاج لنموها إلى أكثر من ثلاثة أشهر، ومثل هذه الأنواع تزرع غالبًا في المناطق الباردة نسبيًّا حيث يكون الفصل الدافئ الذي يستطيع النبات أن ينمو خلاله قصيرًا، كما هي الحال في بعض مناطق وسط أوربا وأمريكا الشمالية.
ومن أنواع الذرة أيضًا نوع يزرعه الهنود منذ زمن طويل في جنوب غرب أمريكا الشمالية، وهذا النوع لا يحتاج إلا إلى كميات قليلة جدًّا من الماء، ولهذا فإنه يمكن أن يجود في المناطق التي لا تكفي موارد المياه فيها لزراعة الأنواع الأخرى من الذرة، وتغرس بذور هذا النوع عادة في التربة على عمق لا يقل عن قدم واحد من سطح الأرض، وذلك حتى يمكنها أن تستفيد من الرطوبة الموجودة في الأجزاء السفلى من التربة، ويا حبذا لو جربت زراعته في بعض المناطق شبه الصحراوية في الوطن العربي، كما هي الحال في المناطق.

١ Gove Hambidge, U.S. Department of Agriculture Year book ١٩٤١
"Climate and Man" p ٣١.


الساحلية من شمال الصحراء الغربية وشمال شبه جزيرة سيناء في جمهورية مصر العربية.
وما قيل عن الذرة يمكن أن يقال كذلك عن كثير من الغلات الأخرى التي يعظم الطلب عليها في جميع أنحاء العالم إما لقيمتها كمادة غذائية كما هي الحال في القمح والأرز، أو لأهميتها كمادة أولية لازمة للصناعة، كما هي الحال في القطن، فجميع هذه الغلات قد أمكن التوسع في زراعتها بحيث أصبحت تنتشر في مناطق كان المعتقد من قبل أن أحوالها المناخية لا تصلح لها.
ويظهر أثر المناخ ومقدار ما يبذله الإنسان من مجهود للتحايل عليه بصورة أوضح في حالة إنتاج الخضروات الغذائية مثل الطماطم والمقاثي، فعلى الرغم من أن هذه النباتات تعتبر حساسة جدًّا للتغيرات الجوية، فقد أصبح من الممكن زراعتها في الوقت الحاضر في جميع أنحاء العالم تقريبًا، ولو على نطاق ضيق ويبذل مجهودات كبيرة واتباع وسائل خاصة، فإلى جانب استنبات أنواع وفصائل لها قدرة على تحمل صنوف مختلفة، من المناخ أمكن إنتاج بعض هذه الخضروات في ظروف جوية صناعية، وذلك بزراعتها في بيوت من الزجاج يمكن التحكم في درجة الحرارة داخلها، ولهذا فليس من المستغرب أن تزرع الطماطم مثلًا في كثير من الأقاليم المدارية وأن تزرع في نفس الوقت في بريطانيا وغيرها من دول غرب أوروبا، والفارق الرئيسي هو أن بينما يضطر الزراع في الأقاليم المدارية أحيانًا لزراعة النبات في ظل بعض الأشجار، أو تغطية شجيراته بطريق خاصة لحمايتها من أشعة الشمس القوية، فإن الزارع الأوروبي قد يضطر لوضع هذه الشجيرات في بيوت من الزجاج يمكن أن تنفذ منها أشعة الشمس فيظل الجو بداخلها دافئًا، ويحدث ذلك عادة في الفصل الذي يكثر فيه ظهور الصقيع، أو تنخفض أثناءه درجة الحرارة بصورة تؤذي النبات وكثيرًا ما توقد النيران في بساتين الفواكه لنفس الغرض.
ولئن كان المناخ يؤثر تأثيرًا مباشرًا على توزيع المحاصيل الزراعية فيجب ألا تخفى علينا أنه كذلك عامل أساسي في تكوين التربة التي تعتبر مع المياه العذبة


الأساس الأول لوجود الإنسان وبقائه، فلولا وجود التربة الصالحة للزراعة أو حتى لظهور الحياة النباتية الطبيعية وما يعيش فيها أو عليها من حياة حيوانية لما استطاع الإنسان أن يبقى وينتشر على سطح الأرض، كما أن النباتات الطبيعية نفسها وتباين أنواعها وتوزيعها ليست إلا أثرًا من آثار الظروف المناخية وتباينها من مكان إلى آخر.
ويكفي أن نذكر أن الرخاء الذي تتمتع به بعض أقاليم العالم والمجاعات التي قد تتعرض لها أقاليم أخرى والأمراض التي تصيب المحاصيل المختلفة من وقت إلى آخر ومن مكان إلى آخر ليست كلها إلا مظاهر مترتبة على المناخ والطقس.


المناخ والصناعة:
ولئن كانت دراسة المناخ والأحوال الجوية مهمة للزارعة فإن أهميتها لتبدو واضحة كذلك بالنسبة للصناعة، فمن المعروف أن بعض الصناعات يلزم لقيامها نوع معين من المناخ، فصناعة الغزل والنسيج مثلًا يلزم لنجاحها نسبة عالية من الرطوبة في الهواء حتى لا تتقصف التيلة عند غزلها ونسجها، ويظهر هذا في صناعة غزل ونسيج القطن أوضح منه في صناعة غزل ونسيج الصوف؛ إذ إن الأولى تحتاج إلى نسبة من الرطوبة أعلى بكثير مما تحتاج إليه الثانية، والمثال التقليدي الذي يضرب عادة لتوضيح هذه الحقيقة هو أن صناعة القطن قد تمركزت في مقاطعة لنكشير في غرب إنجلترا، حيث يكون الهواء عادة محملًا بنسبة مرتفعة جدًّا من الرطوبة، بينما تمركزت صناعة الصوف في مقاطعة يوركشير المقابلة لها في الشرق حيث تكون نسبة الرطوبة في الهواء أقل نوعًا ما منها في لنكشير، ولعل هذا هو السبب أيضًا في أن معظم صناعات الغزل والنسيج في مصر توجد بصفة خاصة في النصف الشمالي من الدلتا.
ومن الصناعات الأخرى التي اشتهرت بشدة حساسيتها للظروف الجوية صناعة السجاير والسيجار، فهي تحتاج إلى درجة حرارة ونسبة رطوبة عاليتين، وعلى العكس من ذلك يلاحظ أن صناعة المواد الغذائية، مثل صناعة.


حفظ اللحوم والأسماك والخضروات والفواكه كلها تحتاج غالبًا إلى جو بارد وكلما كان الهواء جافًّا كان ذلك أدعى لنجاح الصناعة.
ولكننا مع ذلك نلاحظ أن كثيرًا من الصناعات أمكنها في الوقت الحاضر أن تتحرر إلى حد ما من سيطرة المناخ والأحوال الجوية، وذلك بعد أن تقدمت وسائل التبريد والتدفئة وغيرها من وسائل تكييف الهواء، بحيث أصبح من الممكن خلق أجواء صناعية داخل المصانع على حسب الحاجة، وفضلًا عن ذلك فإن المصانع أصبحت تبنى أحيانًا تحت سطح الأرض حتى تكون بعيدة بقدر المستطاع عن تأثيرات التقلبات الجوية المختلفة.


علاقة المناخ والجو بالملاحة والحرب:
ولا تخفى علينا كذلك أهمية الدراسات الجوية بالنسبة للملاحة البحرية والجوية على حد سواء، فالطيار أو البحار كلاهما عليه أن يتأكد من حالة الجو وما يمكن أن يطرأ عليه من تغيرات قبل أن يمضى في رحلته، ومع ذلك فكثيرًا ما نسمع عن حوادث سقوط الطائرات أو غرق المراكب بسبب تقلبات فجائية في الظروف الجوية مثل حدوث العواصف أو انتشار الضباب الكثيف فوق المواني والمطارات وعلى خطوط الملاحة، وكذلك القائد في ميدان القتال عليه أن يراقب الأحوال الجوية بكل حذر، فكثيرًا ما كانت الظاهرات الجوية سببًا في خسارة بعض المعارك المهمة أو كسبها، ومن الثابت أن بعض فصول السنة تكون أصلح من غيرها لنجاح العمليات الحربية المختلفة، وذلك على حسب نوع الأسلحة التي تستخدمها الجيوش المتحاربة، فالمتتبع لسير الحروب في الشرق الأقصى في السنوات الأخيرة مثلًا، يلاحظ أن الجيوش الأمريكية المجهزة بالطائرات والأسلحة الثقيلة تفضل عادة القيام بعمليات الغزو والهجوم في الأشهر التي تقل في أثنائها الأمطار والتقلبات الجوية، حتى يسهل استخدام الطائرات والعربات والدبابات في الميدان، بينما يفضل المجاهدون الوطنيون الأشهر الممطرة للقيام بمثل هذه العمليات؛ لأنهم -على الأقل في الوقت الحاضر- أقل من الدول الاستعمارية اعتمادًا على الطائرات والدبابات في حروبهم وذلك إلى جانب أنهم يكونون في هذه الأشهر أقل تعرضًا لهجمات هذه الأسلحة، من القوات الأمريكية.


المناخ وموارد المياه:
من الثابت أن موارد المياه، سواء ما هي سطحية أو ما هي جوفية، مصدرها مياه الأمطار التي تمثل عنصرًا أساسيًّا من عناصر المناخ، وبالإضافة إلى علاقاتها المباشرة بالأمطار فإن هذه المياه، وخصوصًا المياه السطحية تتأثر كذلك بدرجة الحرارة التي تعتبر العامل الرئيسي الذي يؤدي إلى ضياع مقادير متباينة من مياه الأمطار بالتبخر، الذي يمثل مرحلة رئيسية من مراحل الدورة المائية، والواقع أن المظاهر الجوية في هذه الدورة، وأهمها التبخر والتكثف والتساقط، كلها مظاهر مناخية، ولتوزيع المياه على سطح الأرض علاقات قوية بالدورة الهوائية العامة, التي تنتقل بواسطتها الرطوبة من بعض المناطق إلى مناطق أخرى حيث، تتكثف وتسقط بشكل أمطار، أو بأي شكل آخر من مظاهر التكثف، وتلعب الكتل الهوائية الجافة والرطبة هي الأخرى دورًا مهمًّا في هذا التوزيع، فالكتل الهوائية الجافة التي تتكون على اليابس تساعد على سرعة التبخر فتزيد من جفافه، حيث تنقل عند خروجها منه مقادير كبيرة من رطوبته ومياهه، أما الكتل الهوائية البحرية الرطبة فتحمل إليه على العكس من ذلك كثيرًا من بخار الماء الذي يتكثف إذا ما صادف ظروفًا ملائمة لذلك، كأن يرتفع هواؤها بالتصعيد أو عند مصادمته للحافات الجبلية فيؤدي إلى سقوط الأمطار.
وهكذا فإن المناخ هو المسئول الأول عن الدورة المائية وعن توزيع المياه على سطح الأرض وفي طبقاتها، ولهذا فإن دراسته تحتل جانبًا أساسيًّا في دراسة تصريف مياه الأنهار، ونظام جريانها وإمكانات تخزين مياهها، وتقدر احتمالات الفيضانات حدوث حالات القحط والجفاف١

١ لمزيد من القراءة في هذا الموضوع راجع:
Critchfield, H j "٢nd ١٩٦٦"
Grneral Climatology Prentice Hall. New Jersey, pp. ٢٤٨-٢٦٥.


المناخ والعمران:
يتدخل المناخ في التخطيط العمراني الحديث من بعض النواحي، مثل اختيار المناطق الصناعية والمناطق الترفيهية والمناطق السكنية، وأهم العناصر المناخية التي تراعى في هذا التخطيط هي الرياح لأنها هي التي تفرض وضع المناطق الصناعية وأماكن تجميع النفايات في اتجاه انصرافها بعد مرورها على الأحياء السكنية والأحياء الترفيهية، كما أن هبوب الرياح المعتدلة من ناحية البحر في المدن الساحلية وانخفاض المدى الحراري على طول السواحل يعتبر من العوامل المهمة التي تدفع إلى امتداد معظم هذه المدن امتدادًا طوليًّا محاذيًا لساحل البحر، وإلى وجود أهم مناطق الترفيه والتنزه على امتداد الشواطئ.
ولقد كان تأثير المناخ والأحوال الجوية واضحًا على تصميم المساكن منذ أن بدأ الإنسان يبنيها في عهوده الحضارية القديمة لسبب واضح وهو أن أحد الأهداف الرئيسية من بنائه لها هو الحماية من الأحوال الجوية، وأيًّا كان نوع المسكن أو حجمه فإن المناخ يتدخل في اختيار موقعه واختيار المواد التي يُبنى بها وتصميمه، والعناصر المهمة التي تراعى عادة في الاختيار هي درجة الحرارة والإشعاع الشمسي والمطر والرياح.
وليس المناخ السائد وحده هو الذي يتدخل في تصميم المساكن وتوجيهها، بل إن المناخ التفصيلي للمواضع التي تختار للبناء يمكن أن تجعل بعض المواضع، أصلح للسكنى من غيرها داخل النوع الواحد من المناخ، ويرجع التباين في المناخ التفصيلي من موضع إلى آخر إلى عوامل محلية مثل ارتفاع الأرض أو وجود مسطحات مائية أو غطاءات نباتية أو مناطق صناعية أو مبان قريبة.


المناخ وصحة الإنسان:
من الثابت أن هناك علاقة وثيقة بين صحة الإنسان وحالة الجو والمناخ، فقد تبين مثلًا أن بعض أنواع المناخ تساعد على انتشار أمراض.


معينة، ويعتبر المناخ الحار الرطب من أسوأ أنواع المناخ في هذه الناحية، وذلك لأنه يساعد على تحلل المواد العضوية، وعلى نمو الجراثيم والميكروبات والحشرات وانتشارها، فضلًا عن أنه يبعث غالبًا على الكسل والخمول ويقلل من مقدرة الجسم على مقاومة الميكروبات، وقد كان هذا المناخ من أهم العقبات التي اعترضت الأوروبيين عند استعمارهم الأقاليم الاستوائية، وكثيرًا ما كنا نسمع مثلًا عن "مقبرة الرجل الأبيض" وهو الاسم الذي اشتهر به ساحل غانة في غرب إفريقية حيث تجتمع الحرارة والرطوبة الشديدتان طول السنة، ومن الملاحظات المشهورة أيضًا أن كثرة أشعة الشمس وقوتها بالقرب من خط الاستواء تساعد على زيادة سرعة نمو بعض الأجهزة والغدد في جسم الإنسان، مما يؤدي إلى انخفاض سن البلوغ عنه في البلاد ذات المناخ المعتدل أو البارد، فهو بالنسبة للإناث مثلًا يقع بين سن الحادية عشرة والرابعة عشرة عند خط الاستواء وبين الثالثة عشرة والسادسة عشرة في الأقاليم المعتدلة، وبين الخامسة عشرة والثامنة عشرة في الأقاليم القطبية١.
ويلاحظ كذلك أن سكان الأقاليم محرومون تمامًا من أشعة الشمس خلال فترة من السنة يزداد طولها كلما اقتربنا من القطب، الذي تنقسم السنة عنده بصفه عامة إلى فصلين، هما فصل صيف طويل لا تغيب فيه الشمس مطلقًا لمدة قد تصل إلى ستة أشهر، وفصل شتاء مظلم قد تستمر ستة أشهر كذلك، ويتعرض الإسكيمو الذين يعيشون في تلك العروض، والرحالة الذين قد يصلون إليها خلال هذا الفصل المظلم لبعض الأمراض التي تنشأ نتيجة لحرمان الجسم من أشعة الشمس، ومن أهمها فقر الدم "الأنيميا" والأرق وعسر الهضم ولين العظام Rickets وغيرها.
ولكن إذا كان مناخ بعض الأقاليم يساعد على انتشار أنواع معينة من الأمراض فقد ثبت من ناحية أخرى أن هناك أنواعًا من المناخ تساعد على علاج بعض الأمراض المشهورة، حتى إن "تغيير الهواء" أصبح من أهم وسائل العلاج الحديثة، التي ينصح بها الأطباء، فقد تبين مثلًا أن هواء الجبال يساعد

١ Lebon, J.H.G. "an Introduction to Human Geography". ١٩٥٢,p.٤,٣.


كثيرًا على علاج أمراض الرئة، وذلك بسبب تخلخله وبقائه وانخفاض نسبة الرطوبة به، كما تبين أن هواء الصحراء يساعد على علاج أمراض القلب، وهو يشبه هواء الجبال في نقائه كما أنه يمتاز بجفافه، ولكنه أقل تخلخلًا من هواء الجبال مما يجعله أقل إجهادًا للقلب١.
والمعروف أن الجسم البشري يتأثر تأثرًا مباشرًا بتقلبات الجو خصوصًا ما يتعلق منها بارتفاع الحرارة أو انخفاضها، ولكن مهما زادت التغيرات الحرارية فمن الثابت أن درجة حرارة الجسم تظل ٣٧ ْمئوية، وأنها إذا ارتفعت عن ذلك بأكثر من أربع درجات فقد تتعطل أجهزة الجسم الحساسة وغالبًا ما تحدث الوفاة إذا وصل الارتفاع إلى خمس درجات، بينما يستطيع الجسم من ناحية أخرى أن يتحمل انخفاضًا قد يصل إلى عشر درجات مئوية، بمعنى أن الإنسان يمكنه أن يظل حيًّا حتى ولو انخفضت درجة حرارته إلى ٢٧ ْمئوية. ولكي يظل الجسم البشري محافظًا على معدل درجة حرارته وهي ٣٧ ْمئوية زوده الله جلت قدرته بوسائل متعددة لحفظ التوازن بين درجة حرارته ودرجة حرارة الجو المحيط به، ففي الجو الحار يستطيع الجسم أن يتخلص من الحرارة التي تزيد "بسبب عمليات الاحتراق التي تحدث به أو بسبب ارتفاع درجة حرارة الجو" بواسطة العرق الذي يؤدي تبخره إلى خفض درجة حرارة الجلد، أما في الجو البارد فإن الجسم يحاول الاحتفاظ بحرارته عن طريق تقلص الأوردة والشرايين الملاصقة للجلد مما يقلل من اندفاع الدم فيها ووصوله إلى السطح حيث تتعرض حرارته للضياع بملامسة الجلد والأطراف فقد تزداد برودتها بدرجة تؤدي إلى حدوث قشعريرة بها.
والمعروف أن الدورة الدموية هي التي توزع الحرارة على مختلف أجزاء الجسم

١ Miller A:Austin, "Climatology" ٤th, ١٩٤٤, p.٤.


الغلاف الجوي
تركيبه
...
٢ الغلاف الجوي Atmosphere
٢- ١- تركيبه:
الغلاف الجوي "أو الجو" هو الغلاف الغازي، الذي يحيط بالكرة الأرضية إحاطة تامة، وهو يتكون من قطاعه الأسفل القريب من سطح الأرض من الهواء الحقيقي، الذي يتركب، وهو جاف ونقي، من عدة عناصر غازية متحدة مع بعضها بنسب معينة، وأهمها النيتروجين "الأزوت" والأكسوجين اللذان يشكلان معًا حوالي٩٩% من حجم الهواء "٧٨% نيتروجين و٢١% أكسوجين"، وأما الباقي وقدره ١% فتشترك فيه مجموعة من العناصر الأخرى أهمها الأرجون "Argon ٠.٨%" وثاني أوكسيد الكربون "٠.٠٣%" والأيدروجين "Hydrogen ٠.٠١%" وعدد آخر من الغازات التي توجد بنسب ضئيلة جدًّا مثل النيون والأوزون.
والنسب المذكورة لتركيب الهواء ثابتة تقريبًا في كل مكان عند سطح الأرض، باستثناء ثاني أوكسيد الكربون الذي يتغير تغيرًا بسيطًا على حسب توفر مصادره وأهمها عمليات الاحتراق والتلوث في المناطق الصناعية والمدن المزدحمة. وينطبق هذا أيضًا على عنصر الأوزون، وهو شكل من الأشكال التي يتحول إليها الأكسوجين، إذ إن نسبته تتغير تغيرًا بسيطًا مع تغير الأحوال الجوية، حيث ترتفع نوعًا ما في الجو المضطرب عنها في الجو الساكن، وقد أظهرت الأبحاث الحديثة أن نسبته قد تناقصت في الوقت الحاضر وصغر سمك الطبقة الأولى التي توجد فيها بسبب تزايد ملوثات الهواء.


وعلى العموم فإن تركيب الهواء يتغير تدريجيًّا كلما زاد الارتفاع حيث تتناقص نسب عناصره الثقيلة وهي النيتروجين والأكسوجين وثاني أوكسيد الكربون، بينما تتزايد نسب عناصره الخفيفة مثل الأيدروجين والهيليوم والنيون، ولكنها لا تلبث هي الأخرى أن تتناقص في القطاعات العليا حتى تختفي تقريبًا على ارتفاع يتراوح بين ٣٠٠ و ٥٠٠ كم، وهو أعلى ارتفاع للغلاف الجوي.
ويقدر على وجه الإجمال أن حوالي ٥٠% من الوزن الكلي للغازات التي يتألف منها الغلاف الجوي تتجمع في قطاعه الأسفل حتى ارتفاع ستة كيلومترات وأن ٢٥% من هذا الوزن توجد في الست كيلومترات والنصف التي تعلو ذلك.
وعلى الرغم من أن الهواء يتركب أساسًا من العناصر الغازية السابقة فإنه يحتوي أيضًا على نسب متباينة من الغبار وبخار الماء، وهي مواد عالقة تتباين كمياتها ومعدلاتها من مكان إلى آخر ومن وقت إلى آخر على حسب توفر مصادرها، وهي تتناقص بصفة عامة، وخصوصًا الغبار، كلما زاد الارتفاع.
ولكل من بخار الماء والغبار أهمية مناخية خاصة، فبخار الماء هو كل مظاهر التكثف من سحب وأمطار وضباب وثلج وندى وصقيع، وتتباين نسبته في الهواء من مكان إلى آخر على حسب توفر مصادرها، وأهمها المسطحات المائية التي يؤدي تبخر مياهها إلى زيادة نسبة الرطوبة "بخار الماء" في الهواء، فإذا ما انتقل هذا الهواء إلى مناطق أخرى فإنه ينقل معه ما يحمله من بخار، فإذا ما صادف ظروفًا تساعد على تكيفه وسقوطه بأية صورة من الصور فإنه يعود إلى الأرض لينتهي مرة أخرى إلى البحر، فتتم بذلك الدورة المائية المعروفة.
أما الغبار فيتكون بمعناه من كل الجزيئات والحبيبات الصلبة التي يحملها


الهواء وأهمها جزيئات الأتربة والرمال الناعمة وحبوب اللقاح المتطايرة من الأشجار وجزيئات النباتات الجافة والغبار الذي ينطلق من فوهات البراكين.
ويعتبر الغبار من أهم الملوثات الطبيعية للهواء، كما أنه هو مصدر النويات التي يتكثف عليها بخار الماء في الجو، وأنه يساعد الهواء على امتصاص الحرارة من أشعة الشمس في أثناء النهار وعلى سرعة فقدانها بالإشعاع في أثناء الليل، وهو يشترك مع بخار الماء في إحداث بعض الظاهرات الضوئية المعروفة مثل الشفق الذي يظهر عادة عند غروب الشمس وأحيانًا عند شروقها.


٢- ٢-<span data-type="title" id=toc-20> طبقات الغلاف الجوي </span>"شكل١":
ونظرًا للطبيعة الغازية للغلاف الجوي واختلاف كثافة العناصر التي يتكون منها والمواد العالقة به، وارتباطه بالجاذبية الأرضية فإن كثافته تتناقص كلما زاد الارتفاع بسبب تناقص غازاته الكثيفة وتناقص المواد العالقة به فيأخذ نتيجة لذلك في التخلخل والانتشار ولا تبقى به في مستوياته العليا التي يزيد ارتفاعها على ٢٠٠ كيلو متر إلا بعض الغازات الخفيفة التي تتلاشى بدورها تدريجيًّا حتى تختفي في منطقة التقائه بالفضاء.
ويترتب على التغير الذي يطرأ على تركيب هذا الغلاف وكثافته نتيجة لتزايد الارتفاع تغير في خصائصه الضوئية والحرارية والكهرومغناطيسية وعلى الرغم من أن التغير يحدث ببطء وبالتدريج فقد أمكن تقسيم هذا الغلاف إلى عدة طبقات لكل منها خصائص معينة، ولكنها تتداخل في بعضها تداخلًا تدريجيًّا بحيث لا يسهل وضع حدود واضحة لكل منها، ولهذا فإن ما يفصلها عن بعضها عبارة عن مناطق انتقالية تختلط فيها صفاتها وليس لها بدورها حدود واضحة.
وكأي مادة غازية فإن الهواء الذي يشكل الطبقة السفلى من الغلاف الجوي، تتميز بسهولة التحرك في كل الاتجاهات، وبأنه قابل للانضغاط والانكماش، وبأنه قابل للتمدد والانتشار، وهو دائم التحرك والانتقال سواء


على نطاق واسع بين مختلف الأقاليم، أو في حدود ضيقة بين الأماكن المتجاورة.
وعلى الرغم من أن صفات الهواء تتغير أفقيًّا ورأسيًّا تغيرًا واضحًا فمن غير الممكن وضع حدود واضحة بين أنواعه المختلفة؛ لأن هذه الأنواع تتداخل في بعضها تداخلًا تدريجيًّا بحيث تظهر عادة مناطق انتقالية بين الأنواع المتجاورة ولهذا فإن الحدود الخطية التي ترسم على الخرائط أو في الأشكال التوضيحية بين طبقات الجو، أو بين الكتل الهوائية المختلفة، أو بين الأنواع المناخية لا تمثل في الواقع حدودًا بمعنى الكلمة.
ومن السهل تتبع التغير الرأسي الذي يطرأ على خصائص الغلاف الجوي وتركيبه إذا ما ارتفعنا فيه من سطح الأرض إلى أعلى بحيث يمكن تقسيمه إلى طبقات متداخلة بعضها في بعض، وأول هذه الطبقات هي طبقة التروبوسفير Tropsphere التي يتراوح سمكها بين ٨ و١٨ كيلومترًا. وفيها يتجمع معظم الهواء بمعناه المعروف، كما تحدث فيها معظم الظاهرات الجوية التي لها علاقة مباشرة بمناخ الأرض، وفيها يتدرج الهواء في تركيبته وكثافته ودرجة حرارته إلى أعلى.
وتستأثر طبقة التروبوسفير وحدها بنحو ٧٥% من وزن الغلاف الجوي كله، وفيها توجد كل الغازات الثقيلة التي تدخل في تركيب الهواء، وأهمها النيتروجين والأكسوجين وثاني أكسيد الكربون، وكل المواد العالقة بالهواء وهي بخار الماء والغبار، وكلما ارتفعنا في هذه الطبقة تناقصت هذه الغازات وهذه المواد، وقلت كثافة الهواء، وتناقصت درجة حرارته، كما تتناقص درجة الحرارة فيها تناقصًا عامًّا كلما اتجهنا من خط الاستواء نحو القطبين، وتتداخل طبقة التروبوسفير هذه تدريجيًّا في الطبقة التي فوقها، وهي طبقة الاستراتوسفير Stratosphere، وتوجد بينهما طبقة انتقالية هي الاستراتوبوز statopuse ويتميز الاستراتوسفير بشدة برودته حتى إن درجة حرارته تصل إلى -٥٠ ْم ولكنها لا تتناقص بالارتفاع، وفي هذه الطبقة تنعدم تقريبًا


الغازات الثقيلة والمواد العالقة، وعلى العكس مما يحدث في الطبقة السفلى أي التروبوسفير، فإن درجة الحرارة تتزايد في الاستراتوسفير كلما اتجهنا من خط الاستواء نحو القطبين. وتتداخل هذه الطبقة بدورها تداخلًا تدريجيًّا في الطبقة التي فوقها وهي طبقة الميزوسفير Mesosphere. وتفصل بينهما طبقة انتقالية يطلق عليها اسم استراتوبوز Stratopause وتبقى درجة الحرارة شديدة الانخفاض في طبقة الميزوسفير، ويتزايد انخفاضها بسرعة في أجزائها العليا حتى تصل إلى أقل من -٧٠ ْ. وفي هذه الطبقة تحترق آلاف الشهب التي تندفع يوميًّا من الفضاء نحو الأرض.
وفي الطبقات الأعلى من الجو تتداخل طبقة الميزوسفير في طبقة الأيونوسفير lonosphere من خلال طبقة انتقالية يطلق عليها اسم الميزوبوز Mesopause وفيها تأخذ درجة الحرارة في الارتفاع بسرعة ثم تواصل ارتفاعها السريع في الأيونوسفير، وهنا تحدث بعض الظاهرات الضوئية المعروفة وأهمها ظاهرة الشفق أو الوهج القطبي أو "الأورورا Aurora". وهي تظهر قرب الدائرة القطبية بشكل ستائر من الأشعة الملونة التي تتدلى نحو الأرض. ويتدرج الأيونوسفير إلى أعلى حتى يتداخل في أعلى طبقات الغلاف الجوي وهي الترموسفير Thermosphere أي الغلاف الحراري، وهو غلاف انتقالي نحو الفضاء، وفيه ترتفع درجة الحرارة إلى ١٠٠٠ ْ أو أكثر، وفيه تنعكس الموجات اللاسلكية القصيرة التي تنطلق من الأرض فتعود إليها مرة أخرى حيث يمكن أن يلتقطها جهاز المذياع.


شكل "١" طبقات الغلاف الجوي


قياس عناصر الجو المناخية
قياسها في الطبقات العليا
...
٢- ٣- قياس عناصر الجو المناخية:
أولًا- قياسها في الطبقات العليا:
رغم أن ما يهمنا في دراسة المناخ هو قياس العناصر المناخية في التربوسفير بصفة عامة وفي الهواء المجاور لسطح الأرض بصفة خاصة بسبب ما لها من علاقات مباشرة وغير مباشرة بكل المظاهر الطبيعية والحيوية والبشرية على سطح الأرض فإن قياس نفس هذه العناصر في أعلى الجو وخصوصًا في أعلى التربوسفير مهم هو الآخر لدراسة الدورة الهوائية العامة وحركات السحب والتنبوءات الجوية وحركات الطيران ورحلات الفضاء وغيرها.
ومن الواضح أن طرق قياس العناصر المناخية في أعلى الجو تختلف عن طرق قياسها في أسفله، فبالنسبة لقياس العناصر المناخية في أعلى الجو يستخدم عادة جهاز معروف باسم "الراديو سوند Radio Sonde". وهو عبارة عن جهاز في حجم الراديو الصغير، وبه أجهزة تسجيل وإرسال لقياس الضغط الجوي والحرارة وغيرهما وإرسال نتائج القياس إلى محطة الاستقبال على الأرض. ويعلق هذا الجهاز في بالون مملوء بالأيدروجين أو الهيليوم ليكون أخف من الهواء فيستطيع الارتفاع إلى مستويات عالية، ولكن المستويات التي يمكن قياس عناصرها بهذا الجهاز لا تزيد غالبًا على ٣٥ كيلو مترًا. أما المستويات الأعلى من ذلك فكانت المعلومات الخاصة بها مبنية على الحساب والاستنتاج. وإلا أن تقدم أبحاث الفضاء واستخدام الأقمار الصناعية قد ساعد في توفير كثير من المعلومات المحققة عن هذه المستويات.
وتدور حول الأرض في الوقت الحاضر عدة أقمار صناعية متيورولوجية Meteosats لإرسال كل ما يمكن إرساله من بيانات عن مختلف عناصر الجو المتيورولوجية، فهي ترسل مثلًا صور للسحب والأمطار التي تظهر في مناطق واسعة، كما ترسل بيانات عن الإشعاع الشمسي والضغط الجوي، ودرجة


الحرارة وحركات الرياح ونشأة الأعاصير وغيرها.
وبالإضافة إلى الأقمار الصناعية التي تدور باستمرار حول الأرض تستخدم كذلك أقمار ثابتة فوق أماكن معينة لتصوير كل ما يمر في مجالها من ظاهرات جوية في مساحات شاسعة من الغلاف الجوي بل وعلى سطح الأرض.


ثانيًا- قياسها في الطبقة السفلى "المجاورة لسطح الأرض":
تعتمد دراسة المناخ في أي منطقة على القياسات التي تقوم بها المراصد الجوية لعناصر الجو المناخية المختلفة، وأهمها الإشعاع الشمسي ودرجات الحرارة والضغط الجوي والرياح والتبخر والمطر وغيرها، ويوجد في العالم الوقت الحاضر العديد من محطات الأرصاد الجوية التي تزيد كثافتها بصفة خاصة في الدول المتقدمة عنها في الدول النامية، وخصوصًا الدول النامية الفقيرة التي ما زالت مساحات واسعة منها مفتقرة إلى الرصد الجوي، وحتى المراصد التي أسست بها لم تمض على تأسيسها إلا سنوات قليلة، ولهذا فإن المتوسطات المتوفرة فيها لعناصر المناخ لا تعطي الفترة المتفق عليها دوليًّا لحساب المعدلات المناخية وهي ثلاثون سنة.
وتتباين محطات الأرصاد الجوية في مراتبها، فمنها محطات رئيسية تتلقى نتائج الأرصاد من مجموعة من المحطات الأصغر منها والمنتشرة في منطقة واسعة ولتكن دولة بأكملها، وبعد أن تتلقى المحطة الرئيسية نتائج الأرصاد من المحطات التابعة لها تقوم باستخراج معدلاتها ونشرها، كما تقوم باستخدامها في رسم خرائط الطقس وعمل التنبوءات الجوية.
وبالإضافة إلى قياس عناصر المناخ قرب سطح الأرض فإن المحطات الرئيسية تقوم كذلك بقياس هذه العناصر في المستويات الجوية الأعلى بواسطة جهاز الراديو سوند الذي سبقت الإشارة إليه، والذي يطلق عادة مرة كل يوم حوالي منتصف النهار ليقيس عناصر المناخ في قطاع رأسي ابتداء من سطح الأرض حتى أقصى ارتفاع يستطيع أن يرتفع إليه، وهو لا يزيد عادة على ٣٥ كيلو مترًا.


ثالثًا- أجهزة الرصد ومواصفات المرصد الجوي البسيط:
تضم أجهزة الرصد الجوي في الوقت الحاضر أنواعًا متعددة بعضها تقليدي بسيط وبعضها حديث ومعقد، وإن ما يهمنا هنا هو الأجهزة البسيطة التي تستخدم عادة في كل المراصد ومنها المراصد التعليمية ومراصد محطات البحوث الزراعية ومناطق تخزين المياه وغيرها.
والأجهزة المستخدمة في هذه المراصد على نوعين هما:
١- أجهزة تقرأ نتائج القياس عليها بواسطة الراصد أو غيره، وتشمل كل أنواع الترمومترات، والبارومترات والهيدرومترات "أجهزة قياس المطر" والهيجرومترات "أجهزة قياس الرطوبة" وأجهزة قياس التبخر.
٢- أجهزة تسجيل أوتوماتيكية، وهي تسجل نتائج القياس باستمرار بالرسم البياني على خرائط خاصة. وهي أهم مميزات هذه الأجهزة أن نتائجها ليست معروضة للأخطاء البشرية، وأنها تعطي تسجيلات مستمرة للعناصر المناخية بحيث يمكن حفظ خرائطها في سجلات خاصة للرجوع إليها والاستفادة بها في أي وقت، ومن أشهر هذه المسجلات مسجل الضغط الجوي "الباروجراف"، ومسجل درجة الحرارة "الترموجراف" ومسجل الرطوبة "الهيجروجراف" وجهاز تسجيل سرعة الرياح "الأنيمومتر" وأجهزة قياس المطر.
وباستثناء أجهزة قياس الضغط الجوي التي لا يشترط وضعها في المرصد نفسه، بل توضع عادة في إحدى الحجرات المجاورة له فإن كل الأجهزة الباقية تقريبًا توزع بترتيب خاص على المساحة المخصصة للمرصد. ولكن بينما يشترط لبعضها أن يكون معرضًا للجو مباشرة مثل أجهزة قياس المطر والإشعاع.


الشمسي والوعاء المستخدم لقياس التبخر فإن بعضها الآخر يجب أن يوضع في داخل كشك خاص screen يحميه من الشمس والرياح ولكن لا يفصله تمامًا عن الجو، وأهم هذه الأجهزة هي أجهزة قياس درجات الحرارة "الترمومترات، والترموجراف"، وأجهزة قياس رطوبة الهواء.
وأهم مواصفات المرصد البسيط هي:
١- أن تكون أرضه مستوية، وبعيدة عن أي مبان أو أشجار أو أي عوائق أخرى تؤثر على حركة الرياح وتوزيع أشعة الشمس على المرصد والمعتاد هو أن تكون مساحة القطعة التي يقام عليها المرصد هي ٦×٩ أمتار.
٢- على الرغم من أن أكشاك الرصد المخصصة لحفظ أجهزة قياس درجة الحرارة والرطوبة قد تتباين في أحجامها فإنها يجب أن تشترك في مواصفات خاصة هي:
أ- أن توضع بحيث تكون مرتفعة ارتفاعًا كافيًا عن الأرض حتى لا تتأثر درجة الحرارة بداخلها بالإشعاع الأرضي أو بالغطاء النباتي أو الجليدي إن وجد، والمعتاد هو أن يكون البعد بين قاعدة الكشك وسطح الأرض حوالي ١٤٠ سنتيمترًا.
ب- أن يكون بابه متجهًا نحو الشمال "في نصف الكرة الشمالي" حتى لا تدخله الشمس عند فتحه فتؤثر على الأجهزة.
ج- أن تكون جوانبه وبابه مصنوعة من الخشب المزدوج "مثل شيش النوافد" حتى لا تسخن هذه الجوانب عند سقوط أشعة الشمس عليها، كما تسمح في نفس الوقت بتهويته.
٣- من الممكن أن يضم المرصد ترمومترات خاصة لقياس درجات حرارة التربة على أعماق مختلفة وقياس درجة حرارة سطح الحشائش.


الإشعاع الشمسي
تعريف الإشعاع الشمسي ونصيب الأرض منه
...
٣- الإشعاع الشمسي salar radiation
٣- ١- تعريف الإشعاع الشمسي ونصيب الأرض منه:
الإشعاع الشمسي بمعناه العام solar radiation هو الطاقة الإشعاعية التي تطلقها الشمس في كل الاتجاهات، والتي تستمد منها كل الكواكب التابعة لها وأقمارها كل حرارة أسطحها وأجوائها، وهي طاقة ضخمة جدًّا يقدرها البعض بنحو١٧٠ ألف حصان لكل متر مربع من سطح الشمس، ولكن الأرض لا يصيبها إلا حوالي جزء من ألفي مليون جزء من هذه الطاقة، وهذا القدر الضئيل هو المسئول عن كل الطاقة الحرارية لسطح الأرض وغلافها الجوي، وهو الذي نقصده عادة عند الكلام على الإشعاع الشمسي كعنصر من عناصر المناخ، ويطلق عليه لفظ "إنسوليشن١ insulation.

١ كلمة insulation مكونة من ثلاثة مقاطع يشمل المقطعان الأولان منها الحرفين الأولين من كلمتي solar incomimg بينما يشمل المقطع الثالث الحروف الأخيرة كلمة radiation.


٣- ٢- تركيبه:
يتكون الإشعاع الشمسي الواصل إلى الأرض "الأنسوليشن" من عدة أنواع من الأشعة المختلفة في ألوانها وأطوال موجاتها وخصائصها وعلاقتها بجو الأرض وسطحها وما يحدث فيهما من عمليات طبيعية وكيمائية وحيوية، وبما يعيش على الأرض من كائنات حية بمختلف الأشكال والأنواع.
فمن حيث ألوانها فإن الأشعة الشمسية والواصلة إلى جو الأرض تضم كل


ألوان الطيف التي تظهر عند تحليل هذه الأشعة بواسطة منشور زجاجي أو عند سقوطها على السحب العالية وظهورها بشكل قوس ضوئي ملون يعرف باسم قوس قزح rainbow. وأهم ألوانه هي البنفسجية، والزرقاء، والخضراء والصفراء والحمراء، وإن امتزاج هذه الألوان ببعضها بعد احتجاز بعضها في أعلى الجو مثل بعض الأشعة الزرقاء والأشعة فوق البنفسجية هو الذي يكون ضوء الشمس.
أما من حيث طول الموجات فإن أطول الموجات هي موجات الأشعة تحت الحمراء وطولها ٠.٧ ميكرون والأشعة الضوئية وطولها ٠.٧ ميكرون، أما أقصرها فهي الأشعة فوق البنفسجية التي يقل طول موجاتها عن ٠.٤ ميكرون١، وفيما بين هاتين النهايتين فإن الأشعة المرئية التي يتكون منها ضوء الشمس موجاتها متوسطة. وهي أكثر الأشعة تأثيرًا على حرارة الأرض٢. وعندما تصل أشعة الشمس عمومًا إلى سطح الأرض فإنه يمتص بعضًا منها ويحوله من موجات قصيرة إلى طاقة حرارية طويلة الموجات تنتقل وتتوزع رأسيًّا وأفقيًّا لتزود جو الأرض بالوقود اللازم لكل العمليات التي يتضمنها الطقس والمناخ، والتي ينتج عنها تباين الأحوال الحرارية من مكان إلى آخر ومن وقت إلى آخر.


حساب الطاقة الإشعاعية الواصلة إلى الأرض
الطاقة الإشعاعية الواصلة إلى أعلى الغلاف الجوي
...
٣- ٢- حساب الطاقة الإشعاعية الواصلة إلى الأرض
أ- الطاقة الإشعاعية الواصلة إلى الغلاف الجوي:
إن معظم الطاقة الإشعاعية التي تنطلق الشمس تكون بشكل موجات كهرومغناطسية تصل إلى أعلى الغلاف الجوي بشكل موجات قصيرة، وتتوقف كميتها على عاملين رئيسيين هما: المعامل الشمسي الثابث solar constant والبعد بين الأرض والشمس، ومن المفروض أن نفس هذه الكمية


هي التي كان من الممكن أن تصل إلى سطح الأرض إذا لم يعترضها الغلاف الجوي.
والمقصود بالمعامل الشمسي الثابت هو الطاقة الإشعاعية التي تقع على ١سم ٢ من السطح العلوي للغلاف الجوي إذا ما سقطت عليه بشكل عمودي عندما تكون الأرض واقعة على بعدها المتوسط من الشمس وهو ١٤٨ مليون كيلومتر "٩٣ مليون ميل". ومن الحسابات التي أجراها بعض الباحثين تبين أن هذا المعامل الثابت هو ١٣.٩٤ سعر/ سم ٢ / دقيقة١.
ولكن على الرغم من وصف المعامل بأنه ثابت Constant فإنه ليس في الواقع ثابتًا تمامًا بسبب ما يطرأ على سطح الشمس نفسها من تغيرات تترتب عليها تغيرات في الطاقة الإشعاعية المنطلقة منها، وبسبب اختلاف بعد الأرض عن الشمس في الصيف عنه في الشتاء، فالمعروف أن هذا البعد يبلغ أدناه في أول شهر يناير حيث يبلغ ١٤٦.٤ مليون كيلومتر "٩١.٥ مليون ميل" وعندئذ تكون الشمس في موضع الرأس بالنسبة للأرض Perihelion، ثم يبلغ أقصاه في أول شهر يوليو حيث يبلغ ١٥١.٢ مليون كيلومتر "٩٤.٥ مليون ميل" وتكون الشمس عندئذ في نقطة الذنب Aphelion، ونتيجة لهذا فإن الطاقة الشمسية التي تصل إلى أعلى جو الأرض تكون في الحالة الأولى أي في يناير ٢.٠١ سعر/ سم ٢ / دقيقة٢. ومع ذلك فإن هذا الاختلاف ليس له تأثير مناخي يذكر بسبب تدخل العوامل الأخرى التي تؤثر على كمية الأشعة وقوتها وأهمها طول المسافة التي تقطعها الأشعة عند اختراقها للغلاف الجوي، والزاوية التي تسقط بها على الأرض، ودرجة صفاء الجو ومقدار ما به من سحب وغبار وبخار ماء، وطول النهار بالنسبة لطول الليل.
ونظرًا لأن مساحة سطح الكرة تعادل أربعة أمثال مساحة مقطعها العرضي فإن معدل الطاقة الإشعاعية التي تسقط على سطح سنتيمتر مربع من مقطع

١ Haurwitz,B.٤ Austin, J.M. "١٩٤٤" Climtaology" N.Y.P.٥
٢ Wiener, C.J."١٩٧٠",op.ii


أفقي من سطحها في حالة عدم وجود غلاف جوي ٠.٢٥ من المعامل الثابت الذي يمثل ما يقع أعلى الغلاف الجوي وهو ١.٩٤ سعر /سم ٢ دقيقة أي
شكل"٢" كميات الإشعاع التي يتلقاها كل ١سم ٢ من السطح العلوي للغلاف الجوي "أو من سطح الأرض إذا افترضنا عدم وجود هذا الغلاف" في فصلي الصيف والشتاء وفي السنة على دوائر العرض المختلفة.


يكون ١.٩٤ ÷ ٤= ٠.٤٨٥سعر/ سم ٢ / دقيقة١.
ويبين شكل"٢" كميات الإشعاع التي يتلقاها كل١سم ٢ من السطح العلوي للغلاف الجوي "أو من سطح الأرض إذا افترضنا عدم وجود هذا الغلاف" في فصلي الصيف والشتاء وفي السنة، وذلك على دوائر العرض المختلفة٢ ومنه يتبين أن قمة الإشعاع السنوي، توجد على خط الاستواء وأدناها عند القطب، ولكن هذه القمة تتزحزح في فصل الصيف إلى خط عرض ٢٣ ْ، أما في فصل الشتاء فيكون هناك تناقص تدريجي في الإشعاع من خط الاستواء إلى القطب.
ويبين شكل"٣" توزيع المعدلات اليومية للإشعاع الشمسي في حالة عدم وجود غلاف جوي على دوائر العرض في تواريخ معينة، وهو يوضح بخطوط "الإشعاع الشمسي المتساوي" المحسوب بالسعرات على كل سنتيمتر مربع
شكل"٣"
توزيع المعدلات اليومية للإشعاع الشمسي على دوائر العرض المختلفة على فرض عدم وجود غلاف جوي في تواريخ معينة.


في اليوم. ومن هذا الشكل يتضح أن قمة الإشعاع في فصل الصيف توجد في الأقاليم القطبية وأن حده الأدنى، وهو صفر، يوجد في نفس الأقاليم في الشتاء. وإلى جانب قمة الإشعاع الصيفية القطبية تظهر قمة أخرى ثانوية في نفس الفصل بين دائرتي عرض ٤٠ ْو ٥٠ ْفي نصفي الكرة، كما يمثلها خط الأشعة المتساوي ١٠٠٠ سعر. وتتميز الأقاليم المحصورة بين المدارين بوجود قمتين للإشعاع نتيجة لتعامد الشمس عليها مرتين في أثناء تحركها نحو الشمال في فصل الصيف "الشمالي" وإلى الجنوب في فصل الشتاء.
ويبن الجدول"١" معدل كمية الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى أعلى الغلاف الجوي "أ" وكمية الإشعاع التي تصل سطح الأرض بعد اختراق الغلاف الجوي "ب" على بعض دوائر العرض في الانقلابين والاعتدالين.
جدول "١" معدل كمية الإشعاع الشمسي التي تصل إلى أعلى الغلاف الجوي "أ" وكمية الإشعاع التي تصل إلى سطح الأرض بعد اختراق هذا الغلاف "ب" على دوائر العرض المختلفة في التواريخ التي تمثل الاعتدالين والانقلابين "بالسعرات/ سم ٢ / دقيقة"١.


ويتبين من هذا الجدول أن الغلاف الجوي يقلل كثيرًا من كمية الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض، وأنه في حالة عدم وجوده فإن المناطق القطبية يكون نصيبها من الأشعة في وقت الانقلاب الصيفي أكبر منه في أي نطاق آخر من سطح الكرة الأرضية، إلا أن وجود الغلاف الجوي، وميل الأشعة وطول المسافة التي تقطعها خلاله تقلل من الطاقة الإشعاعية التي تصل إلى الأرض في هذه المناطق. وبدلًا من ذلك فإن النطاق الذي يصيبه أكبر قدر من الأشعة هو النطاق المحصور بين دائرتي العرض ٣٠ ْو ٤٠،ْ وذلك بسبب جفافه، وقلة سحبه، حيث إنه يتفق مع نطاق الضغط المرتفع وراء المدار الذي يسود فيه الهواء الهابط الجاف. وإن نفس هذا العامل، وهو قلة السحب هو السبب في أن الإشعاع الشمسي في وقت الاعتدالين يصل إلى قمته فيما بين دائرتي العرض ١٠ ْو٢٠ ْفي الاعتدال الربيعي وفيما بين دائرتي عرض ٢٠ ْو٣٠ ْفي الاعتدال الخريفي، وينطبق هذا عمومًا على نصفي الكرة الشمالي والجنوبي، مع بعض الاختلافات التي ترجع إلى زيادة اتساع الماء بالنسبة لليابس في النصف الجنوبي، وما ينتج عنه من زيادة في كميات السحب.


ب-<span data-type="title" id=toc-30> الطاقة الإشعاعية المنتشرة </span>Difuse Radiation:
ويقصد بها الإشعاع الذي يمتصه الجو ثم ينتشر منه إلى أعلى وإلى أسفل فيصل بعضه بالانتشار إلى سطح الأرض. ويطلق على هذا الإشعاع أحيانًا اسم "الإشعاع السمائي المنتشر١ Sky Radiation Difuse". وهو يساهم في حرارة سطح الأرض بقدر لا يقل عن القدر الذي يساهم به الإشعاع الشمسي المباشر. وتزداد مساهمته بصفة خاصة عندما تكون الشمس محتجبة بالسحب. ويبين الجدول رقم "٢" مقدار هذا الإشعاع على حسب الحسابات التي أجراها باور وفليبس "١٩٣٥". وبمقارنة هذا الإشعاع بالإشعاع الشمسي المباشر كما حسبه نفس الباحثين "الجدول رقم ١" تتبين أهمية الإشعاع المنتشر من السماء خصوصًا في العروض العليا وفي فصل الشتاء. كما


يتبين أن هذا الإشعاع يمثل حتى في فصل الصيف نسبة لا يستهان بها من الإشعاع الواصل إلى سطح الأرض، كما أن توزيعه يتشابه مع التوزيع الفصلي للإشعاع الشمسي المباشر الذي يصل كذلك إلى سطح الأرض. ويبدو هذا واضحًا بصفة خاصة في العروض الواقعة بين دائرتي عرض ٦٠ ْو ٩٠ ْفي ٢١ يونيو، ففي هذه العروض يزيد الإشعاع السمائي المنتشر على الإشعاع الشمسي المباشر حتى في وقت الانقلاب الصيفي بسبب كثرة السحب، ويستثنى من ذلك وقت الاعتدال الربيعي الذي يزيد في أثنائه الإشعاع الشمسي المباشر عن الإشعاع السمائي المنتشر.
جدول "٢" معدلات الإشعاع السمائي المنتشر نحو الأرض على دوائر العرض المختلفة "سعرات/ سم ٢ / دقيقة".
المصدر" Hautwistz & Austin "١٩٤٤", p.١٤


ج- تأثير الغلاف الجوي على الطاقة الإشعاعية:
إن الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى أعلى الغلاف الجوي لا يستطيع أن يصل كله إلى سطح الأرض؛ لأن نسبة كبيرة منه تُفقد عند اختراقها لهذا الغلاف نتيجة لارتداد بعضه إلى الفضاء بواسطة "الألبيدو الأرضي" وامتصاص بعض آخر منه في الجو بواسطة المواد العالقة وغاز ثاني أكسيد الكربون.


والمقصود بالألبيدو الأرضي Earth's Aledo هو نسبة ما يرتد من الأشعة الشمسية نحو الفضاء دون أن يؤثر على جو الأرض أو على سطحها، وأهم العوامل التي تؤدي إلى هذا الارتداد هي السحب التي تساهم وحدها برد حوالي ٢٣% من الإشعاع الشمسي الواصل إلى جو الأرض، وتليها المواد العالقة بالجو من غبار وبخار ماء، وهي تساهم في مجملها برد ٩% من هذا الإشعاع، ويساهم سطح الأرض نفسه برد ٢% منه. وعلى هذا الأساس فإن الألبيدو الأرضي يبلغ في جملته ٣٤% من الأشعة الواصلة إلى أعلى الجو، فيكون مجموع ما تكسبه الأرض وجوها هو ٦٦% منها١. إلا أن هذه النسب تتباين من وقت إلى آخر ومن مكان إلى آخر على حسب كمية السحب ودرجة صفاء الجو ومقدار ما يتعلق به من بخار الماء والهواء، ونوع الغطاء الذي يكسو سطح الأرض، إن كان صخريًّا أو مائيًّا أو جلديًّا أو نباتيًّا، فلكل نوع من هذه الغطاءات ألبيدو خاص به وأكبره هو ألبيدو سطح الجليد "شكل ٤".
وتبلغ نسبه ما يمتص من الأشعة في الجو بواسطة بخار الماء والغبار حوالي ١١% من جملتها، أما ما يمتص بواسطة الغازات في نفس الجو فيبلغ٢% وتزداد هاتان النسبتان نوعًا ما، إذا كانت السماء محتجبة بالغيوم٢. ولكن يلاحظ أن الأشعة التي تمتص في الجو لا تمثل كلها فاقدًا فعليًّا من الطاقة الإشعاعية؛ لأنها لا تريد كلها إلى الفضاء، إذ إنها تساعد على رفع درجة حرارة الطبقات التي تمتص فيها، كما تصل نسبة لا بأس بها منها بصورة أشعة منتشرة إلى سطح الأرض، وذلك بخلاف الأشعة التي ترتد إلى الفضاء بواسطة الألبيدو والتي تمثل خسارة فعلية لحرارة الأرض.
ولقد أثبتت بعض الدراسات أن الإشعاع الذي ينتشر من الجو نحو الأرض، والذي يعرف باسم الإشعاع السمائي المنتشر لا يقل أهمية عن الإشعاع المباشر في تزويدها بالحرارة، بل إنه قد يتفوق عليه عندما تكون الشمس محتجبة بالغيوم.

١ critch fied. op. cit
٢ wiesner. op.cit


شكل "٤"
النسبة بين ما يكسبه جو الأرض من الإشعاع الشمسي وما يخسره بسبب الألبيدو الأرضي


د-<span data-type="title" id=toc-32> الميزانية الحرارية للأرض </span>the earth's heat budjet:
المقصود بالميزانية الحرارية للأرض هو أن يكون هناك تعادل بين كمية الإشعاع التي يكتسبها جوها وسطحها، وكمية الإشعاع التي تنصرف منها إلى الفضاء. ويعتبر هذا التعادل شرطًا أساسيًّا لبقاء حرارة سطح الأرض وجوها ثابتة تقريبًا من سنة إلى أخرى لأنه لو حدث تفوق مستمر في الحرارة المكتسبة على حساب الحرارة المفقودة لالتهب سطح الأرض بكل ما عليه، ولو حدث من ناحية أخرى تفوق مستمر في الحرارة المنصرفة على حساب الحرارة المكتسبة لتجمد سطح الأرض بكل ما عليه.
ولكن هذا التوازن لا يظهر عادة إذا حسب في كل إقليم أو في كل فصل من فصول السنة على حدة، إذ إن ظروف بعض الأقاليم تساعدهم على ارتفاع


مكسبها الحراري أو زيادة خسارتها من وقت إلى آخر أو على مدار السنة ولكنه، أي التوازن الحراري، ويظهر إذا ما حسب بالنسبة لكل سطح الأرض، ولكل غلافها الجوي من سنة إلى أخرى حيث تؤدي عمليات التوزيع الحراري بواسطة الرياح والتيارات البحرية وعمليات الحمل convection والتبخر والتكثف إلى انتقال الحرارة من المناطق التي يتوفر فيها الإشعاع الشمسي إلى المناطق التي يوجد فيها هذا الإشعاع فيؤدي هذا الانتقال إلى أن يبقى إجمالي حرارة جو الأرض ثابتًا من سنة إلى أخرى.
والعناصر التي تساهم في الميزانية الحرارية للأرض كثيرة ومعقدة ولا يمكن فصل بعضها عن بعض، لا يسهل حسابها أو قياسها، وأهمها هي:
١- الطاقة الإشعاعية التي تصل إلى جو الأرض والتي تحسب بالسعرات علي كل سم ٢ في الدقيقة أو الساعة أو اليوم، وذلك على أساس المعامل الشمسي الثابت، وهو ١.٩٤ سعر/ سم ٢ دقيقة، وما يطرأ على هذه الطاقة من تغير بسبب اختلاف بعد الأرض عن الشمس في الصيف عنه في الشتاء، وقد سبق أن تكلمنا على هذه الطاقة.
٢- مقدار ما يرتد من الطاقة الإشعاعية إلى الفضاء بواسطة "الألبيدو الأرضي".
٣- مقدار ما يمتص من هذه الطاقة في الجو بواسطة الغبار وبخار الماء وثاني أكسيد الكربون، وبواسطة الأوزون في المستويات الأعلى من الجو.
٤- انتشار الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجو نحو الأرض ونحو الفضاء ويطلق عليها كما سبق أن ذكرنا الإشعاع السمائي المنتشر Difuse Sky.Radiation
٥- امتصاص سطح الأرض للأشعة وتحويلها إلى طاقة حرارية تنطلق إلى الجو في موجات طويلة.
٦- استخدام بعض الطاقة في عمليات تبخر المياه واحتفاظ البخار بها بصورة حرارة كامنة latent heat ثم انطلاقها منه عند التكثف


ولكن مهما كان تعقد العناصر التي تساهم في الميزانية الحرارية وتعددها وتداخل بعضها في بعض فلا بد أن تكون محصلتها النهائية هي تعادل جملة ما تكسبه الأرض من الطاقة الإشعاعية مع جملة ما يعود منها إلى الفضاء. ورغم صعوبة قياس عناصر الميزانية الأرضية فإن بعض الباحثين اقترحوا تقديرات تقريبية لبعضها، ومثال ذلك التقديرات التي وصفها الباحثين باور Baur وفيليبس Philipps في ألمانيا سنة ١٩٣٥ والتي تتلخص فيما يلي:
- الطاقة الإشعاعية التي تصل إلى جو الأرض هي ٧٠٠ سعر/ سم ٢ / يوم، علي أساس أن المعامل الشمسي الثابت هو ١.٩٤سعر/ سم ٢ / دقيقة.
- ٢٧% من هذه الطاقة يصل إلى سطح الأرض مباشرة.
- و١٦% تصل إلى سطح الأرض بالانتشار Difuse Radiation
- ١٥% تمتص في الجو بما فيه من سحب.
- فيكون مجموع ما تكسبه الأرض وجوها هو ٥٨ %
أما الباقي وهو ٤٢% فيرتد إلى الفضاء بواسطة الألبيدو*.
ولكن ليس معنى أن مكسب الأرض وجوها من الطاقة الشمسية يبلغ ٥٨ % من الطاقة الإشعاعية الكلية الواصلة إلى جو الأرض أن هذا المكسب يبقى فيهما، بل إنه لا بد أن يعود كله في النهاية إلى الفضاء حتى تظل الميزانية الحرارية للأرض ثابتة.

* نظرًا لأن الألبيدو الأرضي يتغير من وقت إلى آخر ومن مكان إلى آخر بسبب تغير العوامل المؤثرة فيه، فليس هناك اتفاق تام على تقديره - والأرقام المذكورة هنا مأخوذه من: haurwitz & austil "١٩٤٢" p. ١٥


٣- ٤- التوزيع الجغرافي للإشعاع الشمسي:
تكلمنا فيما سبق على الطاقة الإشعاعية الشمسية بالنسبة للكرة الأرضية عمومًا وأوضحنا دور الغلاف الجوي في تقليلها وكيف أن جملة ما تكسبه الأرض وجوها من هذه الطاقة في السنة لا بد أن يتعادل مع جملة ما يرتد منها إلى


الفضاء، وأن هذا التعادل هو الذي يجعل للأرض ميزانية حرارية ثابتة من سنة إلى أخرى.
ولكن ليس معني هذا التوازن أن تكون كل أجزاء سطح الأرض أو كل أيام السنة متعادلة في مكسبها أو خسارتها من الإشعاع الشمسي؛ لأن توزيع هذا الإشعاع يختلف من مكان إلى آخر ومن فصل إلى آخر نتيجة لتأثره بعدة عوامل هي:
١- اختلاف الألبيدو الأرضي من مكان إلى آخر ومن وقت إلى آخر.
٢- اختلاف البعد بين الأرض والشمس في الصيف عنه في الشتاء.
٣- اختلاف طول الليل والنهار في العروض المختلفة وفي الفصول المختلفة.
٤- اختلاف الزاوية التي تسقط بها أِشعة الشمس علي سطح الأرض.
وقد سبق أن تكلمنا على العاملين الأول والثاني وهما الألبيدو الأرضي والبعد بين الأرض والشمس، وذكرنا أن الألبيدو يختلف من مكان إلى آخر ومن فصل إلى آخر على حسب كمية السحب ودرجة صفاء الجو، وأن الأرض تكون أبعد عن الشمس في أول يوليو بنحو ٤.٨ مليون كيلو متر عنها في أول ديسمبر.
أما العاملين الثالث والرابع فمن الواضح أن كليهما، مرتبط بالموقع بالنسبة لدوائر العرض ارتباطًا مباشرًا، ففي فصل الصيف يتزايد طول النهار علي حساب طول الليل كلما اتجهنا نحو القطب حتى يصل طوله في يوم الانقلاب الصيفي "٢١يونيو" إلى ٢٤ ساعة عند الدائرة القطبية وستة أشهر عند القطب، وتنعكس الآية في فصل الشتاء، كما يتبين من الجدول "٣".
جدول "٣"
أكبر طول للنهار في العروض المختلفة "٢١ يونيو" في نصف الكرة الشمالي.
"٢١ يونيو" في نصف الكرة الشمالي
دوائر العرض صفرْ ٤١ ْ ٦٣ ْ ٦٦.٥ ْ ٦٧ ْ ٧٨ ْ ٩٠ ْ
طول نهار ١٢ ١٥ ٢٠ ٢٤ ٣٠يوم ٤ أشهر ٦ أشهر
"ساعة"


وكذلك بالنسبة للزاوية التي تسقط بها أشعة الشمس على الأرض فإن هذه الزاوية تكاد تكون قائمة عند دائرة الاستواء في معظم شهور السنة، وخصوصًا في فصلي الاعتدالين، ثم تصغر كلما اتجهنا نحو القطبين حيث يزداد ميل الأشعة وخصوصًا في فصل الشتاء، كما أن زاوية سقوط الأشعة تتغير كذلك خلال اليوم الواحد بحيث تبلغ أدناها عند الشروق وتزداد تدريجيًّا حتى تصل إلى أكبرها في وقت الزوال، ثم تتناقص مرة أخرى حتى تصل إلى أدناها عند الغروب.
والمعروف أن قوة الأشعة تتناسب طرديًّا مع زاوية سقوطها، فهي تبلغ أقصى قوتها إذا كانت زاوية سقوطها ٩٠،ْ وتوصف الأشعة في هذه الحالة بأنها عمودية، وإذا نقصت هذه الزاوية فإن الأشعة تكون مائلة، وكلما نقصت زاوية سقوطها ازداد ميلها وضعفت قوتها لأنها في هذه الحالة تقطع مسافة أطول عند اختراقها للغلاف الجوي وتتوزع في نفس الوقت على مساحة أكبر من سطح الأرض.
وفي ضوء الحقائق فإن المعدل السنوي للإشعاع الشمسي يبلغ أقصى قوته عند خط الاستواء ويتناقص عمومًا نحو القطبين، ويقدر أن الإشعاع الشمسي الواصل إلى الأرض يكون عند خط الاستواء أربعة أمثاله عند أي من القطبين.
وعلى العموم فإن كمية الإشعاع الشمسي الواصل إلى الأرض تكون كبيرة طول السنة فيما بين المدارين ويكون تغيرها محدودًا من فصل إلى آخر. ولكن نظرًا لأن الشمس تتعامد على العروض الواقعة بينهما مرتين في أثناء تزحزحها شمالًا وجنوبًا فإن الإشعاع الشمسي عليها تكون له قمتان متفقتان تقريبًا مع مرتي تعامد الشمس، وأما في المناطق الواقعة بين أحد المدارين والدائرة القطبية فإن الإشعاع الشمسي يبلغ قمته في وقت الانقلاب الصيفي ويبلغ حده الأدنى في وقت الانقلاب الشتوي فإذا ما تجاوزنا الدائرة القطبية نحو القطب وجدنا أن نهار الصيف يزداد طوله من ٢٤ ساعة، عند الدائرة القطبية نفسها في يوم


الانقلاب الصيفي إلى ستة أشهر عند القطب، وتنعكس الآية في فصل الشتاء فلا تظهر الشمس لمدة ٢٤ ساعة في يوم الانقلاب الشتوي، وتتزايد مدة اختفائها حتى تصل إلى ستة أشهر عند القطب، ونتيجة لهذا يكون هناك فائض في الأشعة في فصل الصيف ونقص شديد فيها في فصل الشتاء.
ولكن تقدير الإشعاع الشمسي الواصل إلى الأرض في العروض المختلفة لا يكفي وحده لتقدير صافي الإشعاع المكتسب في هذه العروض بل يجب أن يخصم منه الإشعاع المرتد إلى الفضاء، حيث إن الفرق بينهما هو الذي يحدد الوافر أو العجز في الميزانية الحرارية للأرض كما يتضح من شكل "٥"١. ومنه يتبين أن هناك وفرًا حراريًّا في العروض المدارية ويقابله عجز في العروض العليا، وأن هناك تعادلًا بينهما حوالي دائرة عرض ٣٠.ْ
شكل "٥"
الميزانية الحرارية للأرض عند دوائر العرض المختلفة
وتبين الخريطة شكل "٦" التوزيع السنوي للإشعاع الشمسي الكلي عند سطح الأرض٢.


شكل "٦"
التوزيع السنوي للإشعاع الشمسي الكلي على سطح الأرض


ومن هذه الخريطة يتبين أن التوزيع الفصلي للإشعاع الشمسي الواصل إلى سطح الأرض يتمشى تمامًا مع دوائر العرض حيث تتدخل في توزيعه عوامل أخرى أهمها صفاء الجو وكمية ما به من سحب ومواد عالقة، فحوالي دائرة عرض ٢٠ ْ يسود الجفاف وتقل السحب بصفة عامة بسبب وجود الضغط المرتفع وراء المدار ولذلك فإن قمة الإشعاع الشمسي الواصل إلى الأرض تظهر على طول هذه الدائرة، بينما تؤدي كثرة السحب في مناطق أخرى إلى خفض هذا الإشعاع.


٣- ٥- قياس الإشعاع الشمسي كعنصر من عناصر المناخ:
إن المطلوب في المدارسة المناخية عادة هو قياس الإشعاع الشمسي على أساس عدد ساعات سطوع الشمس في اليوم ثم حساب متوسطاتها ومعدلاتها الشهرية والسنوية، والجهاز التقليدي المستخدم لهذا الغرض هو جهاز كامبل واستوكس، وهو مكون من كرة بلورية توضع في الشمس فتتجمع بواسطتها الأشعة في بؤرة تتحرك مع الشمس الظاهرية فتسجل حركتها على شريط خاص من الورق الداكن بشكل حرق طولي يظهر عندما تكون الشمس ساطعة ويختفي في حالة احتجابها بالسحب، ويمكن على هذا الأساس معرفة وقت سطوع الشمس وعدد ساعات سطوعها ابتداء من الشروق حتى الغروب "شكل٧".
ونظرًا لأن خط سير البؤرة يتغير بتغير درجة ميل أشعة الشمس من فصل إلى آخر فقد صممت أشرطة الورق بثلاثة أشكال يستخدم أحدها في فصل الصيف وأحدها في فصل الشتاء والثالث في فصلي الربيع والخريف.
وإلى جانب حساب المعدلات اليومية والشهرية والسنوية لعدد ساعات سطوع الشمس فمن المهم كذلك قياس قوة الإشعاع الشمسي، وتستخدم في هذا القياس عدة أجهزة أهمها:
١- ترمومتر النهاية العظمى للإشعاع الشمسي، ومهمته هي قياس النهاية


العظمى للحرارة المستمدة من أشعة الشمس في اليوم. وهو عبارة عن ترمومتر موضوع داخل غلاف زجاجي مفرغ تمامًا من الهواء حتى لا يتأثر بحرارة الجو بل يتأثر فقط بأشعة الشمس التي تخترق الغلاف الزجاجي وترفع درجة حرارة الزئبق في المستودع "شكل٨".
شكل "٨" ترمومتر النهاية العظمى للإشعاع الشمسي
٢- جهاز قياس تأثير الأشعة الشمسية على الأجسام المعتمة والأجسام اللامعة، وهو مكون من ترمومترين أحدهما ذو فقاعة مغطاة بمادة سوداء والثاني فقاعته لامعة، وتعرض فقاعتاهما لأشعة الشمس طول


مدة سطوعها، ويدل الفرق بينهما على قدرة الأجسام المعتمة على امتصاص الأشعة وقدرة الأجسام اللامعة على ردها.
٣- البرهيليومتر "شكل٩"- وهو جهاز إليكتروني به لوحتان إحداهما بيضاء والثانية، سوداء، فعندما تسقط الأشعة تنعكس من على سطح اللوحة البيضاء بينما تمتصها اللوحة السوداء، وتسجل تأثير الأشعة عليها إليكترونيًّا، ويدل الفرق بينهما على مقدار الأشعة التي يمكن أن تمتصها الأجسام المعتمة
شكل "٩" برهيليومتر


٤- جهاز قياس الطاقة الإشعاعية على أساس قدرتها على تبخير مقادير معينه من الماء، ويشتهر هذا الجهاز باسم راديومتر بيلاني Bellani Radiometer نسبة إلى اسم مخترعه "١٨٢٦". ولهذا الجهاز فائدة مزدوجة إذ إنه يسجل مقدار الطاقة الواصلة من الشمس، كما يبين في نفس الوقت مقدار التبخر الناتج عنها. ويوجد في هذا الجهاز مستودع كروي محفوظ داخل كرة زجاجية ومتصل بأنبوبة شعرية يخرج منها البخار ليدخل في أنبوبة متسعة حيث يتكثف بها وتتجمع المياه الناتجة في طرفها حيث تقاس بواسطة مقياس مدرج موضوع فيها، وهذا الجهاز يقرأ يوميًّا، وعند إعادة استخدامه لا بد أن يقلب ليعود كل الماء المكثف إلى المستودع.
٥- حساب الإشعاع الشمسي بالطرق الرياضية:
إلى جانب قياس الإشعاع الشمسي بالأجهزة السابقة فإن الطاقة الشمسية يمكن أن تحسب كذلك بالطرق الرياضية التي تدخل حساباتها عدة متغيرات أهمها عدد ساعات سطوع الشمس ونسبة ما يتغطى من السماء بالسحب. وقد اقترحت لذلك عدة معادلات من بينها المعادلة الآتية١، وهي معادلة انحدار خطي بسيط Regression Equation
ش ع

= أ+ ب "
_________
"
ش ن
وفيها ش، ش هما مقدار ما يقع من الأشعة على سنتيمتر مربع من سطح الأرض ومقدار ما كان من الممكن أن يقع عليه إذا لم يكن هناك غلاف جوي. وتوجد جداول خاصة تبين مقدار هذا الإشعاع في أيام السنة على العروض المختلفة.
أما أ، ب فثابتان يستخرجان من حساب العلاقة بين المعدل الشهري لكل من الإشعاع الشمسي وعدد ساعات سطوع الشمس في المكان المراد حساب الإشعاع الشمسي به.
_________
١ نعمان شحادة - "١٩٨٣" المناخ العملي –عمان – صـ٥٦


أما ع فهي عدد الساعات الفعلية لسطوع الشمس في اليوم، كما يدل عليها جهاز كامبل وستوكس.
أما ن فهي عدد الساعات المفترضة لسطوع الشمس، وهي تعني طول النهار على حسب ما هو معروف على دوائر العرض المختلفة.


حرارة الجو
مدخل
...
٤- حرارة الجو Air Temperature:
إن دراسة حرارة الجو وتوزيعها العام على سطح الكرة الأرضية لا يمكن فصلها عن دراسة الإشعاع الشمسي وتوزيعه العام، وذلك لأن الإشعاع الشمسي هو المصدر الوحيد لحرارة الجو ولأن توزيع كليهما يرتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجات العرض، إذ إن هذه الدرجات هي التي تحدد الساعات المحتملة لسطوع الشمس، أي طول النهار، كما تحدد الزاوية التي تسقط بها الأشعة على سطح الأرض في الفصول المختلفة. وإلى جانب الدرجات العرضية التي تمثل العامل الرئيسي لتوزيع حرارة الجو على مستوى العالم ومستوى القارات فإن هذا التوزيع يتأثر بعوامل أخرى أهمها توزيع الماء واليابس وتضاريس سطح الأرض.


التوزيع العام بدرجة الحرارة على دوائر العرض
...
٤- ١- التوزيع العام لدرجة الحرارة على دوائر العرض:
إن قوة العلاقة بين توزيع الحرارة والدوائر العرضية يمكن إدراكها بوضوح بمجرد مقارنة المعدلات الحرارية العامة على هذه الدوائر بعضها ببعض.
فبالنسبة لزاوية سقوط أشعة الشمس فإنها عند خط الاستواء تسقط عمودية على سطح الأرض تقريبًا في معظم أيام السنة، أما بالقرب من الدائرة القطبية فإن هذه الأشعة تسقط مائلة جدًّا خصوصًا في نصف السنة الشتوي، ومن المعروف أن الأشعة العمودية أقوى من الأشعة المائلة لأنها تتوزع على مساحة أصغر من المساحة التي تتوزع عليها أشعة مائلة بنفس السمك، كما أن الأشعة العمودية تقطع مسافة أقصر في الغلاف الجوي من الأشعة المائلة.


وترتبط كمية الإشعاع الشمسي كذلك ارتباطًا قويًّا بطول النهار الذي يرتبط بدوره بدرجات العرض. فمن المعروف أن النهار يزداد طوله على حساب الليل في فصل الصيف بينما يحدث العكس في فصل الشتاء، وتزداد هذه الظاهرة وضوحًا كلما بعدنا عن خط الاستواء، ولهذا فإنه على الرغم من أن المتوسط السنوي لما يصيب الأرض من أشعة الشمس عند القطبين صغير في جملته بالنسبة لما يصيبها في العروض الأخرى فإنه يكون في الفترة من أول يونيو حتى منتصف يوليو أكبر منه في أي نطاق عرضي آخر.. ويرجع هذا إلى أن الشمس تستمر ظاهرة طول هذه الفترة دون انقطاع. ولكن ليس معنى هذا أن القطب يكون في هذه الفترة أشد حرارة من العروض والأخرى لأن معظم الحرارة التي تكتسب من أشعة الشمس تستنفد في صهر بعض الجليد الذي يغطي المناطق القطبية بدلًا من أن تعمل على سرعة رفع درجة حرارة الهواء.
ويبين الجدول "٤" المعدلات الحرارية السنوية والفصلية على بعض دوائر العرض، ومنه يتبين أن أعلى معدل سنوي للحرارة يوجد على خط عرض ١٠ ْ شمالًا، وأن أعلى معدل شهري شتوي "في يناير" يوجد على خط الاستواء، بينما يوجد أعلى معدل حراري صيفي "يوليو" على دائرة العرض ٢٠ ْ شمالًا، كما يتبين أن المعدلات السنوية تكون عمومًا أعلى في نصف الكرة الشمالي منها في نصفها الجنوبي. ويبدو هذا واضحًا من مقارنة المعدلات السنوية على دوائر العرض المتقابلة. ويتبين كذلك أن التناقص الحراري العام نحو القطبين يكون صغير في العروض المدارية وسريعًا في العروض العليا، فبينما ينخفض المعدل السنوي من ٢٦.٢ ْ عند خط الاستواء إلى ٢٠.٤ ْ على دائرة العرض ٣٠ ْ شمالًا، أي بمعدل درجة مئوية واحدة لكل خمس دوائر عرضية، فإنه ينخفض من ٢٠.٤ ْ على دائرة العرض ٣٠ ْ إلى ١١.٤ على دائرة العرض ٧٠ ْ بمعدل درجة لكل ١.٢٥ دائرة عرضية فقط. وتنطبق نفس هذه الملاحظة كذلك ولو بصورة تقريبية على نصف الكرة الجنوبي.


جدول "٤" المعدلات الحرارية السنوية والفصلية على بعض دوائر العرض في نصفي الكرة الشمالي والجنوبي
المصدر: Haurwitz and Austin, op.citp.٢٤
"بعد تحويل الدرجات الفهرنهيتية إلى درجات مئوية".
ويرجع الارتباط القوي بين دوائر العرض وتوزيع الحرارة على سطح الكرة الأرضية إلى أن الزاوية التي تسقط بها أشعة الشمس على الأرض ترتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجات العرض، كما يرتبط طول الليل والنهار في الفصول المختلفة كذلك بهذه الدرجات.


تأثير الماء واليابس على التوزيع العام لدرجة الحرارة
مدخل
...
٤- ٢- تأثير الماء واليابس على التوزيع العام لدرجة الحرارة:
على الرغم من العلاقة القوية بين توزيع المعدلات الحرارية على سطح الكرة الأرضية وبين الدوائر العرضية فإن هذه المعدلات لا تتمشى دائمًا مع هذه الدوائر بسبب اختلاط الماء باليابس، وخصوصًا في نصف الكرة الشمالي.


واختلاف تأثر كل منها بالإشعاع الشمسي بدرجة تجعل للمناخ الذي يخضع لتأثير أي منهما خصائص متميزة عن خصائص المناخ المتأثر بالآخر.
ويرجع الاختلاف في تأثير الأشعة الشمسية على الماء واليابس إلى العوامل الآتية:
١- أن الحرارة النوعية للماء تعادل أربعة أمثال الحرارة النوعية لليابس١، وهذا يعني أن تسخين اليابس يكون أسرع من تسخين الماء، ولما كان من المعروف علميًّا أن الأجسام التي تكتسب الحرارة بسرعة تفقدها بسرعة فإن اليابس يبرد كذلك أسرع مما يبرد الماء.
٢- أن بعض الأشعة التي تسقط على الماء تستنفد في عمليات التبخر.
٣- أن الأشعة التي تسقط على الماء تتعمق فيه وتتوزع على طبقة سميكة منه كما تتوزع في كل الاتجاهات بتأثير الحركة المستمرة للماء.
٤- أن ألبيدو الماء أكبر من ألبيدو اليابس، أي أنه أقدر منه على رد الأشعة إلى الفضاء.
ويبدو تأثير الماء واليابس على توزيع درجة الحرارة واضحًا بصفة خاصة على كل من المدى الحراري، وعلى اتجاه خطوط الحرارة المتساوية على مستوى العالم والقارات.
والمقصود بالمدى الحراري Range of temperature هو الفرق بين أعلى وأدنى درجتي حرارة تسجلان خلال اليوم الواحد، أو بين أعلى وأدني متوسطين حراريين يوميين خلال الشهر الواحد، أو بين أعلى وأدني متوسطين أو معدلين شهريين خلال السنة.
والمعتاد في الدراسات المناخية هو حساب معدل المدى السنوي ومعدل المدى اليومي للحرارة للاستفادة بهما في تحديد نوعية المناخ ومدى تطرفه، فكلما صغر المدى السنوي والمدى اليومي، كان ذلك دليلًا على قوة تأثير الماء

١ الحرارة النوعية Specifdheat هي كمية الحرارة التي تلزم لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء بمقدار درجة مئوية واحدة.


على المناخ الذي يوصف في هذه الحالة بأنه مناخ بحري Marine Climate ومثال ذلك مناخ الجزر والبلاد الساحلية، وكلما ارتفع المدى السنوي والمدى اليومي كان ذلك دليلًا على قوة تأثير المناخ، الذي يوصف في هذه الحالة، بأنه مناخ قاري Continental Climate وهو عادة مناخ متطرف، بمعنى أنه يكون حارًّا في الصيف وباردًا في الشتاء وحارًا بالنهار وباردًا بالليل، ومثال ذلك، مناخ الصحاري والمناطق الداخلية من القارات.
وتوضح الخريطة شكل "١٠" توزيع المدى الحراري الفصلي في العالم ومنها يتبين أن هذا المدى عمومًا في نصف الكرة الشمالي "حيث ترتفع نسبة اليابس إلى الماء" عنه في نصفها الجنوبي "حيث تسود البخار" وأنه يبلغ أعلى قيمة له في وسط آسيا حيث يصل إلى ٥٥ درجة مئوية، كما يرتفع كذلك، ولكن بصورة أقل على وسط أمريكا الشمالية، بينما ينخفض انخفاضًا واضحًا على المناطق المقابلة لهما من المحيطين الأطلسي والهادي، وينخفض بصورة أكثر وضوحًا على كل المحيطات الجنوبية وعلى خط الاستواء.
شكل "١٠"
توزيع معدلات المدى الحراري الفصلي في العالم "بالدرجات المئوية"


ويبين شكل "١١" معدلات الحرارة الشهرية في محطتين إحداهما تتميز بمناخها البحري الذي ينخفض فيه المدى الحراري السنوي وهي سنغافورة والثانية تتميز بمناخها القاري الذي يرتفع فيه هذا المدى، وهي وادي حلفا.
وبالإضافة إلى تأثير الماء واليابس فإن كلًّا من المدى الحراري الفصلي والمدى الحراري اليومي يتأثر كذلك بالارتفاع عن سطح البحر، وبوجود الغطاءات النباتية، حيث إن كلًّا منهما ينخفض نسبيًّا على الجبال المرتفعة وفي المناطق المغطاة بالنباتات عنهما في السهول والمناطق الجرداء والمدن
شكل "١١"
المعدلات الشهرية لدرجات الحرارة في سنغافورة ووادي حلفا.
وإلى جانب انخفاض المدى الحراري الفصلي في المناخ البحري عنه في المناخ القاري فإن أعلى وأدنى معدلين حراريين شهريين في المناخ البحري يظهران غالبًا متأخرين عنهما في المناخ القاري، وذلك بسب بطء تأثر الماء بارتفاع حرارة الجو وبطء تأثره بانخفاضها بالنسبة لليابس، ولهذا فبينما يظهر أعلى وأدنى معدلين حراريين شهريين في المناخ القاري في شهري يوليو ويناير فإنهما يظهران في المناخ البحري غالبًا في شهري أغسطس وفبراير، وهذا لا ينطبق بطبيعة الحال على الأقاليم الاستوائية التي تكون للحرارة فيها قمتان تتفقان مع الاعتدالين.


ويمكن ملاحظة تأثير الماء واليابس على التوزيع العام لدرجة الحرارة في العالم بمجرد النظر إلى اتجاهات خطوط الحرارة المتساوية على القارات والمحيطات.
وهي الخطوط التي ترسم لتوضيح المعدلات الحرارية الشهرية والسنوية عند منسوب سطح البحر. ففي نصف الكرة الشمالي مثلًا تميل هذه الخطوط للانحراف شمالًا على أواسط القارات في فصل الصيف بسبب اشتداد الحرارة عليها بينما تنحرف جنوبًا على أواسط المحيطات حيث تكون الحرارة أقل منها على اليابس، ويحدث العكس في فصل الشتاء، ومع ذلك فإن توزيع الماء واليابس وحده لا يكفي لتفسير كل التعرجات التي تظهر في خطوط الحرارة المتساوية وخصوصًا على مياه المحيطات المجاورة لسواحل القارات؛ لأن التيارات البحرية الدافئة والباردة لها دور قوي في توجيهها. ويبدو هذا واضحًا بمجرد النظر إلى خطوط الحرارة المتساوية على المحيطات في نصفي الكرة، حيث تبدو الخطوط الحرارية متعرجة تعرجًا واضحًا في نصف الكرة الشمالي بسبب اتساع اليابس، أما في نصف الكرة الجنوبي فإن تعرجها يكون أقل وضوحًا بسبب اتساع المحيطات وضيق اليابس. ولهذا فإن خطوط الحرارة المتساوية في هذا النصف من الكرة تسير موازية تقريبًا لخطوط العرض. ويبدو هذا واضحًا من مقارنة خريطتي خطوط الحرارة المتساوية "الشكلين ١٢، ١٣" بخريطة التيارات البحرية "شكل ١٤".
وإن أقوى التيارات البحرية الدافئة تأثيرًا على خطوط الحرارة المتساوية وعلى مناخ المناطق الساحلية هي: تيار الخليج الدافئ في شمال المحيط الأطلسي، وتيار اليابان "كيروسيفو" المقابل له في شمال غربي المحيط الهادي، وتيار موزمبيق إلى الشرق من جنوب إفريقيا. أما أقوى التيارات الباردة تأثيرًا فهي تيارات لبرادور في شمال غربي المحيط الأطلسي وتيار بنجويلا في جنوبه الشرقي وتيار الكناريا في شرقه وتيار فوكلاند في جنوبيه الغربي وتيار همبولت إلى الغرب من جنوب أمريكا الجنوبية وتيار كاليفورنيا في غرب أمريكا الشمالية


شكل "١٢" خطوط الحرارة المتساوية لشهر يناير "درجات مئوية"


شكل "١٣" خطوط الحرارة المتساوية لشهر يوليو "درجات مئوية"


أثر التيارات على حرارة السواحل
...
أثر التيارات البحرية على حرارة السواحل:
بالنظر إلى خريطة التوزيع التيارات البحرية في المحيطات المختلفة نلاحظ ظاهرتين مهمتين هما:
١- في نطاق الرياح التجارية "على وجه الإجمال" توجد تيارات باردة بجوار السواحل الغربية للقارات بينما توجد تيارات دافئة أو حارة بجوار سواحلها الشرقية.
٢- في نطاق الرياح العكسية "الغربية" تنقلب الآية، فبينما تتأثر السواحل الغربية للقارات ببعض التيارات الدافئة فإن سواحلها الشرقية تتأثر ببعض التيارات الباردة، وينطبق هذا بصفة خاصة على نصف الكرة الشمالي بسبب اتساع اليابس وعظم امتداده في العروض العليا.
ولما كانت التيارات الدافئة تعمل دائمًا على تدفئة السواحل التي تمر بها بينما تعمل التيارات الباردة على برودتها، فقد ترتب على الظاهرتين السابقتين أن اختلفت درجة حرارة السواحل الشرقية للقارات عن درجة حرارة سواحلها الغربية التي تقع في نفس العروض، ويظهر هذا بوضوح عند مقارنة السواحل المتقابلة في القارة الواحدة أو السواحل المشرفة علي محيط واحد في القارات المختلفة.
فإذا قارنَّا مثلًا بين أثر التيارات البحرية على حرارة السواحل الشرقية للمحيط الأطلسي وأثرها على حرارة السواحل الغربية لنفس المحيط نلاحظ ما يأتي:
أولًا: أن السواحل الغربية لإفريقيا وشبه جزيرة أيبيريا أقل حرارة من السواحل المقابلة لها في شرق الأمريكتين، وذلك لمرور تياري الكناريا وبنجويلا الباردين أمام السواحل الأولى، وتياري الخليج والبرازيل الدافئين


شكل "١٤" التيارات البحرية الرئيسية في المحيطات


أمام السواحل الثانية، فبينما يبلغ المعدل السنوي لدرجة الحرارة في داكار Dakar على ساحل السنغال حوالي ٢٤ ْم نجد أنه في فيراكوز Vere Cruz على الساحل الشرقي للمكسيك حوالي ٢٥.٣ْ، وذلك على الرغم من أن الثانية أبعد من الأولى عند خط الاستواء بحوالي ٤ درجات عرضية، وكذلك في بنانا Banana الواقعة عند مصب نهر الكونغو يبلغ المعدل السنوي ٢٠ْم مقابل ٢٠.٦ ْفي برمامبوكو Pernambuco على الساحل الشرقي للبرازيل. وتبدو هذه الاختلافات أوضح ما تكون في فصل الشتاء، ففي شهر يناير مثلًا يكون معدل الحرارة في دكار ٢٠ْم مقابل ٢٢ ْفي فيراكروز، أما في بنانا فيكون ٢٢.٤ ْمقابل ٢٤ ْفي برنامبكو١.
وتعمل الرياح التجارية التي تهب على سواحل إفريقية الغربية من الشمال الشرقي أو الجنوب الشرقي بطريقة أخرى على خفض درجة حرارة المياه المجاورة لهذه السواحل؛ لأنها تزيح باستمرار الطبقة السطحية من هذه المياه بعيدًا عن الساحل، فتكشف بذلك المياه التي تحتها وفي أشد برودة منها. وعلى الرغم من وجود التيار الاستوائي الراجع الحار الذي يُعرف باسم تيار غانة فإن أثره في تدفئة الساحل الإفريقي ضعيف جدًّا، ويرجع ذلك إلى ضعفه من جهة، وإلى إزاحة الرياح التجارية للطبقة السطحية من مياهه من جهة أخرى.
ويلاحظ أن الفرق بين الساحلين الشرقي والغربي للمحيط الأطلسي يتناقص تدريجيًّا كلما ابتعدنا عن خط الاستواء نحو الشمال حتى تختفي تقريبًا حوالي خط عرض ٣٠ ْشمالًا٢، وهنا نجد أن خطوط الحرارة المتساوية تقطع الساحلين عند خطوط عرض متقاربة جدًّا.

١ خطا عرض داكار وفيراكروز هما ٣٩ َ ١٤ ْو ١١ َ ١٩ ْشمالًا على الترتيب، أما خطا عرض بنانا وبرنمبوكو فهما ٦ ْو ٨ ْجنوبًا على الترتيب.
٢ Austin Miller. A, "Climatology" ٤ ed.١٩٤٤ p.٤٨.


ثانيًا: إلى الشمال من خط عرض ٤٥ ْتنعكس الحالة تمامًا، حيث نجد أن السواحل الغربية لأوروبا أدفأ بكثير من السواحل الشرقية لكندا والولايات المتحدة، ويرجع ذلك إلى تأثير تيار الخليج الدافئ وفروعه على السواحل الأولى، وتأثير تيار لبرادور البارد على السواحل الثانية، وهذا هو السر في أن خطوط الحرارة المتساوية تتجه في هذه العروض "على شمال المحيط الأطلسي" ما بين الشمال الشرقي والجنوب الغربي، ويبدأ الفرق بين الساحلين في الظهور إلى الشمال من خط عرض ٣٠ْ "الذي يتشابه عنده الساحلان تقريبًا كما سبق أن ذكرنا" ومن ثم يبدأ في التزايد تدريجيًّا كلما اتجهنا شمالًا، ويكون هذا الفرق كبيرًا بصفة خاصة في فصل الشتاء، ويتبين ذلك من الجدول رقم "٥" الذي يبين معدلات درجات الحرارة لشهر يناير والمعدلات السنوية في بعض البلاد التي تقع على جانبي المحيط، وتتفق في خط العرض تقريبًا.
جدول "٥" معدل درجة حرارة شهر يناير. المعدل السنوي في بعض البلاد المتقابلة على الساحلين الشرقي والغربي لشمال المحيط الأطلسي.


وقد ترتب على دفء الجانب الشرقي من المحيط الأطلسي الشمالي عدة نتائج، أهمها أن المياه أمام الساحل الشمالي الغربي لأوروبا لا تتجمد في أي شهر من شهور السنة في أي مكان إلى الجنوب من خط عرض ٧٥ْ، بينما تتجمد مياه الساحل الشمالي الشرقي لأمريكا في فصل الشتاء حتى خط عرض ٥٠ْ شمالًا، وتتجمد معها مياه نهر سانت لورانس، مما يؤدي إلى توقف الملاحة تمامًا في هذا الفصل، بخلاف الحال أمام الساحل النرويجي الذي يظل مفتوحًا للملاحة طول السنة، وفضلًا عن ذلك فإن جبال الجليد الطافية قد تستمر في تحركها جنوبًا بالقرب من الساحل الشرقي لأمريكا حتى خط عرض ٤٠ْ شمالًا، بينما يندر أن تشاهد بالقرب من السواحل الشمالي الغربي لأوروبا إلى الجنوب من خط عرض ٧٠ْ. وكذلك فيما يختص بخط الثلج الدائم، نلاحظ أنه يقع دائمًا إلى الشمال من خط عرض ٨٠ْ شمالًا أمام الساحل الشمالي الغربي لأوروبا، في حين أنه يصل إلى خط عرض ٦٩ْ أمام الساحل الشمالي الشرقي لأمريكا الشمالية.
ثالثًا: نظرًا لأن السواحل الشرقية للمحيط الأطلسي "إلى الشمال من خط الاستواء" تتأثر بالتيارات الباردة في المنطقة الحارة، وبالتيارات الدافئة في العروض الباردة، فقد ترتب على ذلك أن أصبح تدرج الحرارة على امتداد هذه السواحل بطيئًا جدًّا، أما السواحل الغربية فيختلف الحال عليها عن ذلك تمامًا؛ لأنها تتأثر بالتيارات الدافئة في المنطقة الحارة وبالتيارات الباردة في العروض الباردة، ولهذا السبب نجد أن مناخها أكثر تطرفًا من مناخ السواحل الشرقية، كما أن التدرج الحراري على امتدادها يكون شديد الانحدار جدًّا بمعنى أن الانتقال من المناخ الحار إلى المناخ البارد يأتي في مسافة قصيرة، وقد كان لذلك نتائج اقتصادية مهمة؛ لأنه أدى إلى تعدد الأنواع المناخية التي تساعد على زراعة غلات متباينة في مسافة قصيرة نسبيًّا، فعلى طول الساحل الشرقي لأمريكا الشمالية مثلًا، نجد أن الحياة النباتية تتدرج في مسافة لا تزيد على ٤٦٠٠ كيلو متر من غلات الأقاليم الحارة في فلوريدا إلى غلات الأقاليم الباردة


في لبرادور. وشدة تدرج الحرارة على طول الساحل الأمريكي بهذا الشكل هو السبب الرئيسي في كثرة حدوث التقلبات في درجة حرارة البلاد الواقعة عليه؛ لأن مجرد هبوب الرياح من الجنوب أو الشمال كفيل بأن ينقل الحرارة أو البرودة من المناطق المجاورة.
ومثل هذا التدرج السريع يوجد كذلك في شرق آسيا، ولكنه أقل وضوحًا منه في شرق أمريكا الشمالية لأن تيار اليابان الدافئ "كوروسيفو" أضعف أثرًا من تيار الخليج، كما أن أثر كمتشتكا البارد أضعف من أثر تيار لبرادور.


٤- ٣ أثر الارتفاع على درجة الحرارة:
عند الكلام على توزيع الحرارة بصفة عامة على سطح الكرة الأرضية أو على إحدى القارات فإن المعتاد هو إغفال أثر التضاريس، ولهذا فإن خطوط الحرارة المتساوية التي ترسم على مستوى العالم ومستوى القارات لا تمثل عادة التوزيع الحقيقي للحرارة على سطح اليابس، ولكن عندما يكون الأمر متعلقًا بالكلام على توزيع الحرارة في أي منطقة من المناطق، وخصوصًا إذا كانت منطقة صغيرة فلا بد أن يؤخذ عامل التضاريس بعين الاعتبار حتى يكون التوزيع مطابقًا للواقع بقدر الإمكان، حيث إن هذا التوزيع هو الذي يؤثر فعلًا في توزيع كل ما في هذه المنطقة من مظاهر بشرية وغير بشرية.
ويمكن توضيح توزيع الحرارة في هذه الحالة بواسطة خطوط الحرارة المتساوية المرسومة على أساس المعدلات الواقعية، وليس على أساس المعدلات بعد تعديلها لتمثيل الحالة عند سطح البحر، وهو ما يتبع في رسم خطوط المعدلات المتساوية على مستوى العالم أو القارات، ونظرًا لأن درجة الحرارة تتناقص بالارتفاع فإن خرائط خطوط الحرارة المتساوية الفعلية تكون متشابهة إلى حد كبير مع خرائط الخطوط الكنتورية.
وكما أن المعدلات الحرارية تتناقص أفقيًّا عبر الدوائر العرضية من خط


الاستواء نحو القطبين فإنها تتناقص رأسيًّا على الجبال عبر الخطوط الكنتورية حتى تنخفض إلى درجة التجمد على القمم العالية في العروض المختلفة بما في ذلك العروض المدارية حيث تتغطى هذه القمم بالجليد حيثما يسمح ارتفاعها بذلك، ويظهر عليها مناخ شبيه بمناخ المناطق القطبية.
والمعتاد هو أن تتناقص درجة الحرارة بالارتفاع بمعدل يطلق عليه تعبير "التناقص الرأسي المعتاد لدرجة الحرارة Normal Lapste rate" ومقداره درجة مئوية واحدة لكل ١٥٠ مترًا، إلا أن هذا المعدل يتأثر بعوامل مختلفة أهمها رطوبة الهواء وكمية السحب. ففي الرطب يكون معدل التناقص أبطأ منه في الجو الجاف لأن بخار الماء يمتص الحرارة ويساعد على بقائها في الطبقات السفلى من الجو كما أن السحب تساعد على خفض معدل التناقص الحراري الرأسي لأنها تكون بمثابة غطاء يقلل من سرعة انتقال الحرارة من طبقة الجو التي تحتها إلى الطبقات التي فوقها.
ويرجع التناقص الرأسي لدرجة الحرارة عمومًا إلى ثلاثة عوامل رئيسية هي:
١- تناقص كثافة الهواء وتخلخله مما يؤدي إلى برودته ذاتيًّا.
٢- تناقص المواد العالقة به وهي الغبار وبخار الماء وتناقص ثاني أكسيد الكربون، وهي المواد التي تساعد الهواء على امتصاص الحرارة من أِشعة الشمس.
٣- الابتعاد عن الإشعاع الأرضي الذي ينطلق من سطح الأرض في موجات طويلة يمكن أن يمتصها الهواء، ويعتبر هذا الإشعاع عاملًا رئيسيًّا في تسخين الهواء لأنه يستطيع أن يمتص موجاته الطويلة بينما لا يستطيع امتصاص الموجات القصيرة للأشعة المباشرة، وخصوصًا إذا كان نقيًّا.
وعند دراسة الحرارة في المناطق الجبلية لا بد من ملاحظة اختلاف نصيب المنحدرات المختلفة من الإشعاع الشمسي مما يؤدي إلى عدم امتداد خطوط الحرارة المتساوية عليها في مستويات واحدة، ففي نصف الكرة الشمالي تكون المنحدرات الجنوبية للجبال أدفأ بكثير من المنحدرات الشمالية في فصل الشتاء، ويحدث العكس بالنسبة لجبال نصف الكرة الجنوبي، ولهذا السبب


فإن خطوط الحرارة المتساوية لشهر يوليو مثلًا تكون أعلى على المنحدرات الجنوبية لجبال نصف الكرة الشمالي منها على منحدراتها الشمالية، وينعكس تأثير ذلك على نطاقات الحياة النباتية على هذه المنحدرات.
وبالنسبة للجبال العالية فإن التناقص الحراري يمكن أن يؤدي إلى تغطية قممها أو منحدراتها بالثلوج في فصل البرودة أو طول السنة على حسب الفترة التي تنخفض في أثنائها متوسطات الحرارة إلى درجة التجمد، ويطلق تعبير خط الثلج Snow Line على الخط الذي يتمشى مع الحد الأسفل للثلج المتراكم على المنطقة في أي فترة من السنة. ومن الواضح أن ارتفاع هذا الخط على الجبال يتغير بتغير درجة الحرارة حتى إنه قد يختفي تمامًا في فصل الصيف. وحيثما تبقى الثلوج طول السنة فإن الخط الذي يحدد مناطق بقائها يعرف باسم خط الثلج الدائم، ويختلف ارتفاع هذا الخط من منطقة إلى أخرى على حسب درجة حرارة الجو ورطوبته، ففي الأقاليم الحارة يكون هذا الخط أعلى بالنسبة لسطح البحر منه في الأقاليم المعتدلة والباردة، ويتناقص ارتفاعه كلما اقتربنا من القطبين حتى يصل إلى مستوى سطح البحر فتتغطى الأرض كلها بالثلج الذي تتغطى به كذلك معظم المناطق البحرية. ولكن يلاحظ أن تراكم الثلوج في أي منطقة لا يتوقف على انخفاض درجة حرارة الجو إلى أقل من درجة التجمد فقط بل يجب أن يكون الجو محملًا ببخار الماء اللازم لتكوين الثلوج التي تكفي لتغطية الأرض. ويلاحظ في نصف الكرة الشمالي أن خط الثلج الدائم يكون غالبًا أعلى على المنحدرات الجنوبية للجبال منه على منحدراتها الشمالية بسبب ارتفاع نصيبها نسبيًّا من أشعة الشمس، ويحدث عكس ذلك في نصف الكرة الجنوبي.


٤- ٤- الانعكاس الحراري:
رغم أن المعتاد هو تناقص درجة الحرارة كلما زاد الارتفاع بمعدل درجة مئوية لكل ١٥٠ مترًا. فإن هذا التناقص قد يتوقف، بل وقد ينعكس في بعض الحالات الخاصة، ويطلق على هذه الظاهرة تعبير الانعكاس الحراري.


Temperature Inversion، ويوصف التغير الرأسي لدرجة الحرارة عندئذ بأنه تغير رأسي منعكس "أو تناقص رأسي منعكس" Inverted Lapse rate، ويحدث هذا الانعكاس نتيجة لأحد العوامل الآتية:
١- نشاط الإشعاع الحراري من سطح الأرض "الإشعاع الأرضي" في الليالي الصافية مما يؤدي إلى تزايد برودته وإلى برودة الطبقة الهوائية المجاورة له، ويكون الانعكاس واضحًا بصفة خاصة إذا كان سطح الأرض مغطى بالجليد، وهو لا يحدث عادة فوق سطح الماء بسبب بطء تبريده إلا إذا كان منذ البداية أشد برودة من الهواء الذي فوقه.
٢- انحدار الهواء البارد من المنحدرات العليا للجبال بسبب ثقله نحو الأودية حيث يتجمع على قاعها بشكل بحيرات من الهواء البارد، ويحدث نتيجة لذلك انعكاس حراري على جوانب الأودية وفي طبقة الهواء التي في وسط الأودية فوق الهواء البارد المتجمع على قاعها.
٣- تقابل كتلتين هوائيتين مختلفتي الحرارة حيث يندفع الهواء البارد تحت الهواء الدافئ بسبب ارتفاع كثافته فيحدث انعكاس حراري في الجبهة التي بينهما، ويطلق على هذا الانعكاس اسم انعكاس الجبهات Frontal Inversion ولا يقتصر حدوث هذا النوع من الانعكاس على الطبقات السفلى من التبروسفير إذ إنه يمكن أن يحدث كذلك في المستويات الأعلى عندما يندفع تيار هوائي بارد تحت هواء دافئ أو يندفع تيار دافئ فوق هواء بارد.
٤- مرور هواء دافئ على سطح بارد وليكن سطح مائي أو جليدي أو مجرد منطقة باردة من سطح الأرض، ففي هذه الحالة يحدث انعكاس حراري في الطبقة السفلى من الهواء نتيجة لبرودته بالتلامس مع سطح الأرض البارد.
٥- هبوط الهواء من كتلة هوائية وانتشاره فوق طبقة هوائية سفلى، ففي أثناء هذه العملية يسخن الهواء ديناميكيًّا ولكن قسمه الأعلى يكون أكثر.


شكل "١٥"
تغير تناقص درجة الحرارة بالارتفاع في الجو
سخونة من قاعدته. وهذا النوع من الانعكاس الحراري يمكن أن يحدث في المستويات الجوية العالية.
٦- في المناطق القطبية يحدث الانعكاس الحراري بسبب ارتداد أشعة الشمس من سطح الجليد، فتكون درجة حرارة الهواء الملامس للجليد


أدنى من درجة حرارة الهواء الأعلى، وقد تتزايد حرارة الهواء رأسيًّا لمسافة بضع مئات من الأمتار١.

١ حسن أبو العينين – مرجع سبق ذكره - ١١٣


٤- ٥- قياس درجة الحرارة:
تستخدم في قياس درجة الحرارة عدة أجهزة تقليدية هي١:
١- الترمومتر العادي.
٢- الترمومتر المبلل.
٣- ترمومتر النهاية العظمى.
٤- ترمومتر النهاية الصغرى
٥- الترموجراف.
والوحدات المستخدمة لحسابها هي الدرجات المئوية Centigrade "أو Celsius نسبة إلى اسم العالم الذي اقترحها" – والدرجات الفهرنهيتية Fahrenheit المنسوبة كذلك إلى اسم العالم الذي اقترحها.
والفرق بين النظام المئوي والنظام الفهرنهيتي هو أن درجة التجمد في النظام المئوي هي صفرْ ودرجة الغليان هي ١٠٠ ْ، أما في النظام الفهرنهيتي فإن درجة التجمد هي ٣٢ ْودرجة الغليان هي ٢١٢ ْ ... وعلى هذا الأساس يكون الفرق بين درجتي التجمد والغليان في النظام المئوي هو ١٠٠ ْبينما يكون في النظام الفهرنهيتي ١٨٠ ْومعنى هذا أن ١٠٠ درجة مئوية تعادل ١٨٠ ْفهرنهيتية، أو الدرجة المئوية الواحدة تعادل ١.٨درجة فهرنهيتية.
وإلى جانب هذين النظامين يوجد نظام ثالث قليل الاستخدام في الدراسات المناخية، وبمقتضاه تحسب درجات الحرارة العظمى والدنيا المطلقة، ويعرف باسم نظام كلفن Kelvin، وهو يبدأ بالصفر المطلق Absolute Zero ويقصد به أدنى درجة في التدريج الحراري، وهي تعادل -٢٧٣ ْم، وعندها تتوقف كل حركة حرارية فلا تنخفض درجة حرارة أي شيء إلى أقل منها

١ ملحق رقم "٢" في آخر الكتاب يوضح الدرجات المتقابلة على حسب النظامين


ويمكن تحويل درجات الحرارة المئوية إلى درجات حرارة مطلقة بإضافة ٢٧٣ ْإلى قيمتها.. فدرجة حرارة ١٥ ْم مثلًا تعادل ١٥ ْ+ ٢٧٣ ْ= ٢٨٨ ْمطلقة.


٤- ٦- التوضيح الكارتوغرافي للحرارة:
بالإضافة إلى خطوط الحرارة المتساوية التي توضح التوزيع الأفقي لدرجة الحرارة عند مستوى سطح البحر على مستوى القارات أو الأقاليم الواسعة، وخطوط الحرارة المتساوية الفعلية التي توضح التوزيع الفعلي للحرارة في مناطق محدودة في المستويات المختلفة، فإن التوزيع الزمني لدرجة الحرارة ومتوسطاتها ومعدلاتها يوضح عادة بمنحنيات يبين بها خط سير النهايات العظمى، والنهايات الدنيا أو متوسطات أو معدلات أي منها في فترات زمنية معينة، هي عادة أشهر السنة.
وبمقارنة منحنيات معدلات النهايات العظمى بمعدلات النهايات الصغرى يمكن استخراج خط سير المدى الحراري في نفس الفترات – شكل "١٦"


شكل "١٦"
معدلات النهايات العظمى والصغرى والمدى الحراري اليومي في بعض المحطات الكويتية


الضعط الجوي
تعريف الضغط الجوي وقياسه
...
٥- الضغط الجوي Atmospheric Pressure:
٥- ١- تعريف الضغط الجوي وقياسه:
الضغط الجوي هو الثقل الناتج من الغلاف الجوي على سطح الأرض، فكل المواد التي توجد عالقة بالهواء والعناصر الغازية التي تدخل في تركيب الغلاف الجوي عمومًا لها أوزانها التي تساهم بها في الضغط الذي يحدثه الغلاف الجوي على أي منطقة تقع تحته.
ويمكننا أن نقدر عظم ثقل الغلاف الجوي إذا عرفنا أن وزن القدم المكعب من الهواء يبلغ في الظروف العادية حوالي ٤٧ جرامًا وأن وزن عمود من الغلاف الجوي مساحة مقطعة بوصة مربعة على مكان ما في منسوب سطح البحر يعادل في المتوسط حوالي ٦.٥٣ كيلو جرام "١٤.٧رطل". وبعملية حسابية بسيطة يكون وزن العمود الجوي الواقع على قدم مربع من نفس المكان حوالي طن.
ولكن الضغط الجوي لا يحسب في الأرصاد الجوية أو الدراسات المناخية بهذه الطريقة، بل يقاس بواسطة عدة أجهزة أهمها١ البارومتر الزئبقي Barometer والباروجراف والبارومتر المفرغ "بارومتر أنيرويد" Aneroid Barometer١ ويمكن أن نحسب الضغط الجوي بالبوصات أو السنتيمترات الزئبقية على حسب ما يبينه ارتفاع الزئبق في البارومتر، أو بالملليبارات على

١ لوصف هذه الأجهزة وشرح طرق استخدامها – راجع عبد العزيز طريح شرف - المقدمات في الجغرافيا الطبيعية - ١٩٨٥- صـ٢٧٦-٢٧٨.


أساس أن الملليبار يعادل١/ ١٠٠٠ من "البار" وهو الوحدة الديناميكية لقوة الضغط الواقعة على مساحة قدرها سنتيمتر مربع من سطح الأرض.
والملليبار هو الوحدة الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر، في الرصد الجوي وتبادل البيانات الجوية على مستوى العالم. مع ملاحظة أن البوصة الزئبقية تعادل ٣٣.٩ ملليبار وأن السنتيمتر الزئبقي يعادل ١٣.٦ ملليبار، وأن معدل الضغط الجوي عند سطح البحر يعادل ١٠١٣.٢ ملليبار أو ٧٦ سنتيمترًا زئبقيًّا أو ٢٩.٩٢ بوصة زئبقية، والمقصود بالقياس البارومتري الزئبقي هو أن وزن عمود الغلاف الجوي الواقع على بوصة مربعة من سطح الأرض يعادل في المتوسط وزن عمود الزئبق الذي بداخل البارومتر عندما يكون ارتفاعه ٧٦ سم أو ٢٩.٩٢ بوصة.
ومن الطبيعي أن يكون هناك تناسب عكسي بين الضغط الجوي والارتفاع عن سطح البحر، وذلك بسبب تناقص سمك الغلاف الجوي وتناقص نسبة الغازات الثقيلة التي تدخل في تركيبه. وعلى الرغم من أن سرعة تناقص الضغط الجوي بالارتفاع ليست واحدة في كل قطاعات الجو، وبأنه يتأثر بصفاء الجو وبوجود بخار الماء والغبار في المستويات المنخفضة، فإن هناك معدلات عامة وتقريبية لهذا التناقص في المستويات المختلفة كما بينها الجدول"٦" ومنه يتبين أن التناقص يكون سريعًا نسبيًّا في المستويات المنخفضة ثم يتناقص معدله كلما زاد الارتفاع، فبينما يتناقص بمعدل ١١ ملليبار في كل مائه متر في المستويات الواقعة بين سطح البحر وارتفاع ١٥٠٠ متر، فإنه يتناقص بمعدل ٦ ملليبارات في المستويات الواقعة بين ٦٠٠٠و ٧٥٠٠ متر بمعدل ٠.٧ في المستويات الواقعة بين ١٥ ألف و٣٠ ألف متر.
وتستخدم معدلات تناقص الضغط الجوي بالارتفاع في بعض المجالات التي تلزم لها معرفة الضغط الجوي في المستويات المرتفعة بالنسبة للمعدلات المأخوذة عند سطح البحر، مثل رسم خرائط توزيع الضغط الجوي والرياح على مستويات جوية معينة، ومعرفة ارتفاع الطائرات وارتفاع قمم الجبال العالية.


وترسم خرائط توزيع الضغط الجوي في طبقات الجو العليا بطريقتين ففي إحداهما يحدد الارتفاع الذي يراد حساب ضغطه الجوي ثم ترسم الخرائط التي تبين توزيع الضغط على هذا الارتفاع، وفي الثانية يحدد مستوى الضغط الجوي المطلوب توزيعه وحساب ارتفاعاته على المناطق المختلفة ثم ترسم خطوط كنتورية لتوضيح الارتفاعات التي يوجد عليها هذا الضغط.
جدول "٦" معدل تناقص الضغط الجوي بالارتفاع


٥- ٢- التوزيع الأفقي للضغط الجوي:
بينما يتناقص الضغط الجوي بانتظام تقريبًا في توزيعه الرأسي فإن توزيعه الأفقي يخضع لعدة عوامل تؤدي إلى تباينه من مكان إلى آخر وإلى تغيره من وقت إلى آخر، وإن هذا التباين المكاني وهذا التغير الزمني هما اللذان يتحكمان في حركة الرياح على سطح الكرة الأرضية، سواء على نطاق إقليمي واسع أو على نطاق محلي بين الأماكن المتجاورة، وسواء كانت هذه الحركة بشكل نسيم خفيف، أو بشكل عواصف مدمرة، ولهذا فإن التوزيع الأفقي للضغط الجوي هو الذي يدخل دائمًا في دارسة المناخ.
وأهم العوامل التي تتحكم في التوزيع الأفقي للضغط الجوي هي درجة الحرارة ورطوبة الهواء والتقاء التيارات الهوائية من اتجاهات متقابلة. وتعتبر درجة الحرارة بالذات العامل الرئيسي الذي يتحكم في توزيع الضغط الجوي الذي يتناسب معها تناسبًا عكسيًّا، فكلما ارتفعت درجة الحرارة تمدد الهواء وقلت كثافته وحدث به تصعيد إلى أعلى فيتكون نتيجة لذلك ضغط منخفض. وكلما انخفضت درجة الحرارة انكمش الهواء وزادت كثافته وهبط نحو سطح الأرض فيتكون نتيجة لذلك ضغط مرتفع، فإذا كانت منطقتا الضغط الجوي المنخفض والضغط المرتفع متجاورتين فإن الرياح تتحرك عند سطح الأرض من منطقة الضغط المرتفع التي هبط هواؤها إلى منطقة الضغط المنخفض التي حدث تصعيد في هوائها، بينما يحدث العكس في أعلى الجو، حيث تتحرك الرياح من المنطقة التي حدث تصعيد في هوائها إلى المنطقة الأخرى التي حدث هبوط في هوائها، وهكذا تتكون دورة هوائية خاصة بين المنطقتين "شكل١٧".
أما رطوبة الهواء فإن تأثيرها لا يمكن أن يقارن بتأثير درجة الحرارة ومع ذلك فإن زيادتها تساعد على نقص الضغط الجوي لأن بخار الماء أخف من الهواء وأنه لهذا السبب يظل عالقًا به.


شكل "١٧" انتقال الهواء بين منطقتين إحداهما سطحها ساخن والثانية سطحها بارد
أما التقاء التيارات الهوائية فيرجع تأثيره على الضغط الجوي إلى أنه يؤدي في حالة حدوثه عند سطح الأرض إلى حدوث تيارات صاعدة في الهواء فينتج عن هذا ضغط منخفض، وأنه يؤدي في حالة حدوثه في أعلى التربوسفير إلى حدوث تيارات هابطة فينتج عن هذا ضغط مرتفع.
وعلى الرغم من أن الضغط الجوي يتأثر كذلك بالارتفاع عن سطح البحر، كما سبق أن ذكرنا، فإن تأثير هذا العامل لا يظهر عادة إلا على نطاق محلي ولا يتدخل في النظام العام لهبوب الرياح، لهذا فإن خرائط توزيع الضغط الجوي المستخدمة في دراسة المناخ ترسم على أساس استبعاد تأثير الارتفاع.
ويوضح التوزيع في هذه الخرائط بواسطة خطوط تصل الأماكن التي يتساوى عليها الضغط بعد تعديل القياسات المأخوذة على المرتفعات لتمثل الحالة عند سطح البحر.
ويمكن أن ترسم خطوط الضغط الجوي المتساوي لتوضيح توزيع الضغط الجوي في أي فترة من الزمن، فمنها ما يرسم لتوضيح الضغط الجوي في ساعة معينة, كما هو متبع في رسم خرائط الطقس، ومنها ما يرسم في الخرائط المناخية لتوضيح المعدلات الشهرية والسنوية للضغط الجوي.
ويوصف الضغط الجوي عادة بأنه مرتفع High إذا زاد على ١٠١٣ ملليبارا "أو ٢٩.٩٢ بوصة زئبقية أو ٧٦ سنتيمترًا زئبقيًّا" وبأنه منخفض Low إذا


انخفض عن هذا المقدار، ومع ذلك فإن ارتفاع الضغط الجوي أو انخفاضه على أي منطقة قد يكون نسبيًّا بالمقارنة بالضغط الجوي على المناطق المجاورة، حيث يوصف مثلًا بأنه مرتفع إذا كان أقل من المقدار السابق وكان في نفس الوقت أعلى منه على المناطق المجاورة، وبغض النظر عن الانخفاض غير العادي الذي قد يسجل في قلب الأعاصير والمنخفضات الجوية العارضة فإن مدى التباين في الضغط الجوي على سطح الكرة الأرضية لا يزيد على ٤٠ ملليبارا "حوالي ١.٢ بوصة أو ثلاثة سنتيمترات زئبقية".


النطاقات الدائمة للضغط الجوي والدورة الهوائية العامة المرتبطة بها
...
٥- ٣- النطاقات الدائمة للضغط الجوي والدورة الهوائية العامة المرتبطة بها:
إذا صرفنا النظر عن تباين الضغط الجوي على سطح الكرة الأرضية من مكان إلى آخر ومن فصل إلى آخر بسبب اختلاط الماء باليابس واختلاف تأثير الإشعاع الشمسي على كل منهما وبسبب تباين التضاريس فإن الضغط الجوي يتوزع على سطحها في نطاقات عامة تتفق مع دوائر العرض وتتزحزح شمالًا وجنوبًا تبعًا لحركة الشمس الظاهرية. فعلى فرض أن سطح الأرض كله مكون من ماء أو من يابس وأنه في منسوب سطح البحر فإن نطاقات الضغط الجوي والرياح العامة تتوزع عليه بنظام خاص يفرضه عاملان رئيسيان هما:
توزيع الإشعاع الشمسي على خطوط العرض والتأثير الديناميكي الذي تفرضه الدورة الهوائية العامة بين هذه النطاقات.
ففي النطاق الممتد حول خط الاستواء يوجد نطاق من الضغط الجوي بسبب ارتفاع درجة الحرارة ونشاط حركات التصعيد. وفي أعلى التربوسفير يتوزع الهواء الصاعد في أعلى الجو بشكل رياح علوية باردة تتجه نحو القطبين، وفيما بين خطي عرض ٣٠ ْو٣٥ ْتقريبًا تلتقي هذه الرياح برياح باردة أخرى قادمة في أعلى الجو من ناحية القطبين فتنشأ نتيجة لالتقائهما تيارات


هوائية هابطة تؤدي إلى تكون نطاقين من الضغط المرتفع عند سطح الأرض يشتهر الشمالي منهما باسم نطاق الضغط المرتفع وراء مدار السرطان والجنوبي باسم نطاق الضغط المرتفع وراء مدار الجدي.
ومن هذين النطاقين تتوزع الرياح نحو خط الاستواء من ناحية ونحو الدائرتين القطبيتين من ناحية ثانية. وتشتهر الرياح التي تتجه نحو خط الاستواء باسم الرياح التجارية، ويكون اتجاهها شماليًّا شرقيًّا في نصف الكرة الشمالي وجنوبيًّا شرقيًّا في نصفها الجنوبي. أما الرياح التي تتجه ناحية الدائرتين القطبيتين فتشتهر باسم الرياح العكسية أو الغربية ويكون اتجاهها جنوبيًّا غربيًّا في نصف الكرة الشمالي وشماليًّا غربيًّا في نصفها الجنوبي، وفيم بين خطي عرض ٤٥ ْو٦٠ ْفي نصفي الكرة تلتقي الرياح العكسية برياح قطبية شديدة البرودة قادمة من نطاقي الضغط المرتفع اللذين يتكونان على المناطق القريبة من القطبين بسبب شدة البرودة وهبوط الرياح نحو سطح الأرض. ويؤدي التقاء الرياح العكسية بالرياح القطبية إلى تكون تيارات هوائية صاعدة في منطقة التقائهما، أي فيما بين خطي عرض ٤٥ ْو٦٠ ْفيؤدي هذا إلى ظهور نطاقين من الضغط المنخفض على هذه العروض. وفي أعلى الجو يتوزع الهواء الصاعد في هذين النطاقين فيتجه بعضه نحو القطبين حيث يهبط في منطقتي الضغط المرتفع القطبيتين، ويتجه الآخر ناحية المدارين حيث يهبط في منطقتي الضغط المرتفع وراء المداريين "شكل ١٨ وشكل ١٩".


شكل "١٨" نطاقات الضغط الرئيسية والدورة الهوائية العامة
شكل "١٩" شكل تخطيط يوضح نطاقات الضغط الرئيسية والرياح العامة التي تنتقل بينها


٥- ٤- تأثير الماء واليابس على التوزيع الأفقي للضغط الجوي:
لو كان سطح الكرة الأرضية كله ماء أو كان كله يابسًا في منسوب سطح البحر لبقي توزيع نطاقات الضغط الجوي العامة متمشيًا بانتظام مع دوائر العرض، كما سبق أن ذكرنا ولكان كل ما يطرأ على هذه النطاقات من تغير هو أنها تتزحزح نحو الشمال في فصل الصيف الشمالي ونحو الجنوب في فصل الشتاء تبعًا لحركة الشمس الظاهرية، ولكن الواقع هو أن سطح الكرة الأرضية مكون من ماء ويابس. ونظرًا لأن تأثير الإشعاع الشمسي لا يكون واحدًا عليهما فإن نطاقات الضغط الجوي العامة لا تحافظ على امتدادها العام مع دوائر العرض بل تتقطع ويتعدل توزيعها من فصل إلى آخر على حسب ما يفرضه تغير الأحوال الحرارية على البخار من ناحية وعلى القارات من ناحية أخري.
ويتعدل توزيعها بصفة خاصة في نصف الكرة الشمالي حيث يبلغ اليابس أقصى اتساعه. أما في النصف الجنوبي فيكون التعديل أقل وضوحًا بسبب ضيق القارات والتقاء مياه المحيطات بعضها ببعض في نطاق عرضي يمتد من الأطراف الجنوبية لإفريقيا وأمريكا الجنوبية واستراليا حتى القارة القطبية الجنوبية. ففي هذا النطاق يكاد اليابس يختفي تقريبًا، ولهذا فإن نطاق الضغط المنخفض عند الدائرة القطبية الجنوبية لا يكاد يطرأ عليه أي تغير بين الصيف والشتاء، باستثناء ترحزحه قليلًا نحو الشمال في فصل الصيف "الشمالي" ونحو الجنوب في فصل الشتاء. ويبين الشكل "٢٠" نظام الضغط الجوي والرياح على قارة نموذجية في الشتاء والصيف.
ويمكن تلخيص التغيرات التي تطرأ على نطاقات الضغط الجوي العامة كما يلي:
في فصل الصيف الشمالي تتزحزح كل نطاقات الضغط العامة نحو الشمال فيقع نطاق الضغط المنخفض الاستوائي كله تقريبًا إلى الشمال من خط الاستواء وتكون مراكزه الرئيسية واقعة على الهند والسودان وجنوبي أمريكا الشمالية، ويتكون في نفس الفصل ضغط منخفض شديد العمق والاتساع


شكل "٢٠" توزيع الضغط الجوي والرياح على قارة نموذجية
في الشتاء والصيف
على أواسط آسيا ويقابله ضغط منخفض آخر أقل منه عمقًا واتساعًا على أمريكا الشمالية. ويلتقي هذان الضغطان من ناحية الجنوب بالضغط المنخفض الاستوائي، ومن ناحية الشمال بالضغط المنخفض عند الدائرة القطبية الشمالية، ويكون هذا الضغط عندئذ ممتدًا بدون انقطاع على شمالي أوراسيا وأمريكا الشمالية وشمالي المحيطين الأطلسي والهادي. أما نطاق الضغط المرتفع وراء المداري فيختفي تقريبًا من على آسيا وأمريكا الشمالية ويقتصر وجوده على منطقتين منفصلتين إحداهما على شمالي المحيط الهادي والثانية على وسط المحيط الأطلسي الشمالي حول جزر آزورس التي تقع في مركزه، ولهذا فإنه يشتهر باسم الضغط المرتفع الأزوري، ومن هذا يتضح أن الضغط المنخفض يكون هو المسيطر على القسم الأعظم من نصف الكرة الشمالي.
أما في النصف الجنوبي فإن التعبير الذي يطرأ على نطاقات الضغط الجوي العامة في هذا الفصل "الشتاء الجنوبي" يكون محدودًا حيث يكاد ينحصر في


تزحزح هذه النطاقات نحو الشمال، بحيث تنتقل كل مراكز الضغط المنخفض الاستوائي إلى الشمال من هذا الخط وتتكون للضغط المرتفع وراء مدار الجدي ثلاثة مراكز على المحيطات حوالي خط عرض ٢٥ ْجنوبًا. ولكنه يظل ممتدًا بدون انقطاع تقريبًا على أستراليا وجنوبي إفريقيا وجنوبي أمريكا الجنوبية.
وفي فصل الشتاء الشمالي يحدث عكس ما يحدث في الصيف تقريبًا حيث تتزحزح نطاقات الضغط العامة كلها تقريبًا نحو الجنوب، فتنتقل مراكز الضغط المنخفض الاستوائي إلى جنوب خط الاستواء حيث تقع على شمالي أستراليا ووسط إفريقيا ووسط أمريكا الجنوبية، وتتكون على أوراسيا وأمريكا الشمالية منطقتان من الضغط المرتفع، الأولى منهما أوسع وأشد ارتفاعًا من الثانية بسبب عظم اتساع كتلة أوراسيا. وتتصل هاتان المنطقتان بالضغط المرتفع الأزوري على المحيط الأطلسي، ويتكون من الجميع نطاق عظيم من الضغط المرتفع الذي يمثل في الواقع نطاق الضغط المرتفع وراء مدار السرطان، وتتكون فوق المحيط الأطلسي والمحيط الهادي الشماليين منطقتان عظيمتان من الضغط المرتفع يمثلان نطاق الضغط المنخفض القريب من الدائرة القطبية الشمالية. ويشتهر الضغط المنخفض على المحيط الأطلسي الشمالي باسم "الضغط المنخفض الأيسلندي" نسبة إلى جزيرة أيسلندة التي يتمركز حولها، أما الضغط المنخفض على المحيط الهادي الشمالي فيشتهر باسم "الضغط المنخفض الألوشي" نسبة إلى جزر ألوشيان التي تقع في قلبه تقريبًا. ومن هذا يتضح أنه على العكس مما يحدث في فصل الصيف "الشمالي" فإن نصف الكرة الشمالي يكون في جملته خاضعًا لنطاق عظيم من الضغط المرتفع أما على نصف الكرة الجنوبي فتمتد السنة من الضغط المنخفض الاستوائي الذي يتزحزح جنوبًا على أستراليا وجنوبي إفريقيا ووسط أمريكا الجنوبية، وتؤدي هذه الألسنة إلى انقسام نطاق الضغط المرتفع وراء المداري إلى ثلاث مناطق منفصلة على المحيطات الثلاثة على امتداد خط عرض ٣٥ ْجنوبًا تقريبًا.
وتبين الخريطتان "الشكلان ٢١ و٢٢" توزيع الضغط الجوي والرياح في العالم في شهري يناير ويوليو بالترتيب.


شكل "٢٢" توزيع الضعط الجوي والرياح في العالم في شهر يناير