فهم الضغط الجوي

تعرض معظم تطبيقات الطقس وتقارير المحطات رقمًا للضغط بالهيكتوباسكال أو المليبار، يكون عادةً في حدود 1,000. يشرح هذا الدليل ما يقيسه هذا الرقم ولماذا يتغير. ويتناول أيضًا ما تخبرك به قيمة مثل 995 أو 1,030 عن الطقس، وما لا يستطيع الرقم وحده أن يخبرك به.

ماذا يقيس الرقم؟

الضغط الجوي هو وزن عمود الهواء الذي فوقك موزعًا على المساحة التي يضغط عليها. يحدد الغلاف الجوي القياسي الدولي متوسط الضغط عند سطح البحر بـ 101,325 باسكال. وهذا يساوي 1,013.25 هيكتوباسكال (hPa) أو 1,013.25 مليبار (mb) أو 29.92 بوصة زئبقية (inHg). الهيكتوباسكال والمليبار وحدتان متساويتان، لذا فإن 1,013 hPa و1,013 mb قراءة واحدة. وتستخدم التوقعات الأمريكية غالبًا البوصات الزئبقية.

العمود أثقل مما نشعر به. فبقسمة 101,325 Pa على تسارع الجاذبية (9.80665 m/s²) نحصل على نحو 10,332 كغ من الهواء فوق كل متر مربع عند سطح البحر، أي أكثر من 10 أطنان بقليل. ولا نشعر بذلك لأن الهواء داخل الجسم والأذنين يدفع إلى الخارج بالضغط نفسه.

الأرقام القياسية مأخوذة من أرشيف الظواهر الجوية والمناخية المتطرفة لدى المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO). وما زالت مواقع كثيرة تذكر 1,084.8 hPa في تسونتسنغل عام 2001، أما جدول المنظمة فيدرج الآن 1,089.1 hPa في 30 ديسمبر 2004 للمحطات الواقعة فوق 750 م.

الضغط والارتفاع

ينخفض الضغط كلما صعدت لأن كمية الهواء فوقك تقل. وقرب سطح البحر يبلغ الانخفاض نحو 12 hPa لكل 100 م، أي 1 hPa لكل 8 أمتار تقريبًا. وفي الأعلى يصبح الهواء أقل كثافة فيتباطأ الانخفاض. وفي الغلاف الجوي القياسي الدولي (ISA) يقع نصف كتلة الغلاف الجوي تحت ارتفاع 5.5 كم تقريبًا.

الغلاف الجوي القياسي الدولي نموذج مرجعي يُستخدم في الطيران. يفترض حرارة 15°C عند سطح البحر وانخفاضًا قدره 6.5°C لكل كيلومتر. وتعطي معادلته البارومترية، p = 1013.25 × (1 − 0.0000225577 × h)^5.25588 حيث h بالأمتار، القيم التالية:

• نيروبي (1,795 م): نحو 815 hPa، أي 80% من الضغط عند سطح البحر.
• مكسيكو سيتي (2,240 م): نحو 772 hPa، أي 76%.
• مقصورة الطائرة: تشترط قواعد الاعتماد الأمريكية (14 CFR 25.841) ألا يتجاوز ارتفاع ضغط المقصورة 8,000 قدم (2,438 م) في التشغيل العادي. وهذا يعادل نحو 753 hPa، أي قريبًا من مكسيكو سيتي.
• لاباز (3,640 م): نحو 646 hPa، أي 64%.
• قمة إيفرست (8,849 م): يعطي النموذج 314 hPa. وفي أكتوبر 1981 قاس كريس بيتزو 253 ملم زئبق (Torr) على القمة، أي نحو 337 hPa، وهو ثلث الضغط عند سطح البحر. فعمود الهواء الحقيقي فوق المناطق شبه المدارية أدفأ مما يفترضه النموذج، لذا ينخفض الضغط ببطء أكبر مع الارتفاع. وهذا الفارق مكسب للمتسلقين.

مثال محلول: كم يقل الهواء كثافة في مكسيكو سيتي؟

يشكّل الأكسجين 20.95% من الهواء الجاف على أي ارتفاع. ما يتغير هو الضغط، ومعه كمية الأكسجين في كل نفَس.

1. عند سطح البحر: 0.2095 × 1,013.25 hPa = 212.3 hPa من الأكسجين.
2. مكسيكو سيتي (ISA): 0.2095 × 771.5 hPa = 161.6 hPa من الأكسجين.
3. 161.6 ÷ 212.3 = 0.76، أي أن كل نفَس يحمل أكسجينًا أقل بنحو 24% منه على الساحل.

لهذا يُنصح زوار مكسيكو سيتي ونيروبي غالبًا بأخذ اليوم الأول على مهل.

لماذا تحوّل التوقعات الضغط إلى مستوى سطح البحر؟

البارومتر في مكسيكو سيتي يقرأ فعلًا نحو 770 hPa. ولو رسمت الخرائط القراءات الخام لبدا كل جبل كأنه عاصفة عميقة. لذلك تحوّل هيئات الأرصاد ضغط المحطة إلى القيمة التي كان سيبلغها عند سطح البحر، مستخدمةً ارتفاع المحطة وحرارة عمود الهواء. وأرقام الضغط في التوقعات وتطبيقات الطقس هي عادةً هذه القيم المحوّلة. وبذلك يمكن مقارنة قراءة نيروبي مباشرة بقراءة لاغوس.

المرتفع والمنخفض نسبيان، لا «فوق 1,013 أو تحته»

من الأخطاء الشائعة اعتبار 1,013 hPa خطًا فاصلًا، فما فوقه ضغط «مرتفع» وما تحته «منخفض». لكن خبراء الأرصاد لا يستخدمونه بهذه الطريقة. فالجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية تعرّف المرتفع بأنه قيمة عظمى للضغط: منطقة تحيط بها خطوط تساوي الضغط ويكون الضغط فيها أعلى مما حولها من كل الجهات. والمنخفض عكس ذلك. فمركزٌ ضغطه 1,008 hPa يحيط به هواء ضغطه 1,000 hPa هو مرتفع، ومركزٌ ضغطه 1,016 hPa داخل حلقة ضغطها 1,024 hPa هو منخفض.

الضغط المرتفع: هواء يهبط ويسخن

في المرتفع الجوي (الإعصار المضاد) يهبط الهواء ببطء من الأعلى وينتشر عند السطح. والهواء الهابط ينضغط ويسخن. فإذا لم يكن مشبعًا فإنه يسخن بالمعدل الأديباتي الجاف، نحو 9.8°C لكل كيلومتر، وهو تأثير كبير: الهواء الذي يهبط 1.5 كم يسخن بنحو 15°C. هذا التسخين يُبعد الهواء عن التشبع ويبخّر السحب، وكثيرًا ما يترك انقلابًا حراريًا يغطي الهواء الذي تحته كالغطاء. والنتيجة عادةً طقس مستقر: شمس في الصيف، وفي الشتاء صقيع أو ضباب أو طبقة رمادية من السحب المنخفضة المحتجزة.

الضغط المنخفض: هواء يصعد ويبرد

في المنخفض الجوي (ويُسمّى أيضًا الإعصار) يتقارب الهواء قرب السطح ثم يصعد. والهواء الصاعد يتمدد ويبرد. وعندما يبرد إلى نقطة الندى تتكون السحب، وإذا استمر في الصعود يهطل المطر أو الثلج. وتجلب المنخفضات معظم الرياح والأمطار في العروض الوسطى. والأعاصير المدارية أشد صور المنخفضات تطرفًا، ولهذا سُجّل أدنى ضغط على الإطلاق في أحدها.

الرياح محاولة الهواء لمعادلة الضغط

يندفع الهواء من الضغط الأعلى نحو الضغط الأدنى. وكلما تقاربت خطوط تساوي الضغط على الخريطة اشتد التدرج وقويت الرياح. ودوران الأرض يحرف الهواء المتحرك (تأثير كوريوليس)، لذلك تهب الرياح فوق طبقة الاحتكاك موازيةً تقريبًا لخطوط تساوي الضغط بدلًا من الاتجاه مباشرة نحو المنخفض. وفي نصف الكرة الشمالي تدور الرياح عكس عقارب الساعة حول المنخفضات ومع عقارب الساعة حول المرتفعات، والعكس في نصف الكرة الجنوبي. ولا يدخل الهواء حلزونيًا إلى المنخفض عابرًا خطوط تساوي الضغط إلا قرب الأرض، حيث يبطئ الاحتكاك الرياح.

التغير أهم من الرقم

القراءة الواحدة لا تخبرك بالكثير عما سيأتي. لذا ينظر المتنبئون إلى ميل الضغط، أي التغير خلال الساعات الثلاث الماضية. ويستخدم مكتب الأرصاد البريطاني (Met Office) هذه المصطلحات في النشرة الجوية البحرية وفي تقارير المحطات:

مثال محلول: قراءة بارومتر ينخفض

لنفترض أن بارومترًا منزليًا يقرأ 1,012 hPa في الساعة 9:00 و1,004 hPa عند الظهر.

1. التغير: 1,012 − 1,004 = 8 hPa في 3 ساعات.
2. 8 أكبر من 6.0، فالمصطلح لدى مكتب الأرصاد البريطاني هو «ينخفض بسرعة كبيرة جدًا».
3. قارن ذلك بـ«القنبلة»، وهي التسمية التي تُطلق على منخفض يتعمق بشكل انفجاري. حدد ساندرز وجياكوم (1980) العتبة بـ 24 hPa في 24 ساعة عند خط العرض 60°، معدّلة بجيب خط العرض. وعند خط عرض لندن (51.5° شمالًا) تصبح 24 × جا 51.5° ÷ جا 60° = 21.7 hPa في 24 ساعة. وإذا توزعت بالتساوي فهي نحو 2.7 hPa كل 3 ساعات طوال يوم كامل.

انخفاض 8 hPa في ثلاث ساعات في مكان واحد لا يثبت أن قنبلة تتشكل، فقد يمر منخفض سريع الحركة بالقرب دون أن يتعمق. لكنه يعني أن نظامًا نشطًا قريب، وأن الرياح ستشتد على الأرجح. راجع التوقعات الرسمية وأي تحذيرات.

البارومترات قديمًا وحديثًا

منحنا بارومتر توريشيلي الزئبقي في أربعينيات القرن السابع عشر وحدتَي «ملليمتر زئبق» و«بوصة زئبق». ومنذ القرن التاسع عشر أصبحت معظم البارومترات المنزلية والبحرية من النوع اللاسائلي (الأنيرويد)، وفيه كبسولة معدنية محكمة تنثني مع تغير الضغط. ويجري التخلص التدريجي من أجهزة الزئبق: فقد قيّدت لائحة الاتحاد الأوروبي 847/2012 البارومترات الزئبقية، وتستهدف اتفاقية ميناماتا بشأن الزئبق أجهزة القياس المضاف إليها الزئبق. وتستخدم محطات الأرصاد والهواتف اليوم حساسات إلكترونية.

أما قرص «مطر / متغير / صحو» في البارومتر المنزلي فدليل تقريبي في أحسن الأحوال. فهو يقرأ الضغط المطلق، وكما رأينا ليس الضغط المطلق هو المهم. اتجاه التغير وسرعته يخبرانك بأكثر من ذلك بكثير.

باختصار

• 1,013.25 hPa = 1,013.25 mb = 29.92 inHg هو الغلاف الجوي القياسي، وهو قيمة مرجعية متوسطة لا خط فاصل.
• «المرتفع» و«المنخفض» نسبيان إلى الهواء المحيط على الخريطة.
• الهواء الهابط في المرتفع يسخن بنحو 10°C لكل كيلومتر فيبدد السحب. والهواء الصاعد في المنخفض يبرد فيكوّن السحب والمطر.
• راقب التغير: أكثر من 3.5 hPa في 3 ساعات يعني «بسرعة»، وأكثر من 6 يعني «بسرعة كبيرة جدًا».
• قيم التوقعات والتطبيقات محوّلة إلى مستوى سطح البحر. أما الضغط الحقيقي في مدينة مرتفعة فأقل بكثير، وكذلك الأكسجين في كل نفَس.

لمعرفة موقع الضغط في التوقع الكامل اقرأ كيف تقرأ توقعات الطقس. ولمعرفة سبب تراجع وضوح التوقعات بعد أسبوع راجع صعوبة التنبؤ بالطقس بعد 7 أيام (بالإنجليزية). ويتناول مقال أشد ظواهر الطقس تطرفًا في العالم (بالإنجليزية) الإعصار صاحب الرقم القياسي وظواهر متطرفة أخرى.

الأسئلة الشائعة

ما الضغط الطبيعي عند سطح البحر؟

الغلاف الجوي القياسي يساوي 1,013.25 hPa (أي 1,013.25 mb أو 101.325 kPa أو 29.92 inHg). وهو قيمة مرجعية متوسطة لا خط فاصل: القراءة الأعلى منه لا تعني وحدها ضغطًا مرتفعًا، والقراءة الأدنى منه لا تعني ضغطًا منخفضًا.

هل 1,008 hPa ضغط مرتفع أم منخفض؟

يتوقف ذلك على الهواء المحيط. المرتفع مركزٌ ضغطه أعلى من كل ما حوله، والمنخفض عكسه. فمركزٌ ضغطه 1,008 hPa يحيط به 1,000 hPa هو مرتفع، ومركزٌ ضغطه 1,016 hPa داخل حلقة ضغطها 1,024 hPa هو منخفض.

لماذا يجلب الضغط المرتفع عادةً سماءً صافية؟

في المرتفع يهبط الهواء وينضغط. والهواء غير المشبع يسخن بنحو 9.8°C لكل كيلومتر يهبطه، فيسخن الهواء الذي يهبط 1.5 كم بنحو 15°C. وهذا يبخّر السحب، وكثيرًا ما يحبس غطاءً من الهواء الدافئ فوق هواء أبرد، قد يحتجز بدوره الضباب أو السحب المنخفضة في الشتاء.

ما سرعة انخفاض الضغط التي تنذر بعاصفة؟

يسمّي مكتب الأرصاد البريطاني انخفاضًا من 3.6 إلى 6.0 hPa في ثلاث ساعات «ينخفض بسرعة»، وما يزيد على 6.0 hPa «ينخفض بسرعة كبيرة جدًا». والانخفاض المستمر بهذه الوتيرة يعني عادةً أن منخفضًا نشطًا قريب. راجع التوقعات الرسمية والتحذيرات.

المصادر

1. Table of world weather and climate extremes (pressure records) — المنظمة العالمية للأرصاد الجوية
2. Glossary: pressure tendency terms — مكتب الأرصاد البريطاني (Met Office)
3. High (definition) — مسرد الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية
4. Atmospheric pressure — ويكيبيديا
5. "Oxygenless" climbs and barometric pressure (Everest summit measurement) — American Alpine Journal
6. 14 CFR 25.841 Pressurized cabins — Legal Information Institute، جامعة كورنيل