40 العدد 65ـ محرم 1432هـ

العلوم الجوية والعسكرية

تعتمد عمليات الطريان ب�سكل اأ�سا�سي على و�سعيات الطق�ض ال�سائدة, فالتخطيط للرحالت اجلوية يكون ب�سكل اأ�سا�سي على تفادي الطريان يف اأجواء جوية قد تت�سبب يف اإعاقة بعناية عند الرياح توزيعات وتُدر�ض ال�سحاب, تكّون مناطق والطريان فوق التحليق تكون عمليات ما غالباً فلذلك )ب�سرية وعملياتية(, اأ�سرار ج�سيمة والت�سبب يف الطريان التخطيط لأي رحلة جوية, ولكن هذه الأ�سرار تكون خطرية جداً عند عمليتي الإقالع والهبوط جلميع اأنواع الطائرات. ولكون حالت ا�ستقرار اجلو موؤ�سر حقيقي للظواهر اجلوية والطق�ض ال�سائد فاإن درا�سة ا�ستقرار اجلو من الأمور املهمة جداً لدى العاملني يف جمالت الأر�ساد اجلوية, خا�سة اأنهم م�سوؤولون عن تقدمي �سروحات لالأحوال اجلوية جلهات عدة, منها جهات الطريان )املدنية والع�سكرية(, فزيادة املعرفة عن حالت ال�ستقرار اجلوي للعاملني يف جمالت الأر�ساد اجلوية والأطقم اجلوية يُعترب من الأولويات, كما اأنه مهم

عملياتياً للتخطيط لأي مهمة طريان ع�سكري؛ كون عمليات الطريان الع�سكرية قد تكون على م�ستويات منخف�سة ويف اأجواء جوية م�سطربة.

الدكتور/ نا�سر بن حممد بن جميل �سرحاناأ�ستاذ الأر�ساد اجلوية امل�ساعد

والباحث يف علوم الأر�ساد اجلوية وعلوم البيئةnmsarhan@hotmail.com

حاالت االستقرار وعدم االستقرار الجوي

Stability and Instability

41

AS

SU

QO

OR

N.6

5 JA

NU

AR

Y 20

11

ال�سكل 1: درا�سة ا�ستقرار الهواء من الأمور ال�سرورية للتخطيط للرحالت اجلوية ولعمليات الطريان, خا�سة اأثناء عمليات اإقالع الطائرات وهبوطها.

مفهوم ال�ستقرارية فيزيائياً:ميكن اإخت�سار مفهوم ال�ستقرارية على الأج�سام معملياً؛ بحيث اإذا ما اأُّثر على ج�سم بقوة يوؤثر عليه ب�سكل مبا�سر؛ املوؤثرة عليه القوة تاأثري بحيث يزال مكانه, وبعد زوال

فاإنه يخ�سع للحالت التالية:1. ال�ستقرار )Stable(: اإذا حترك اجل�سم ثم عاد اإىل

مكانه الأ�سلي.2. متعادل)Equilibrium( : اإذا حترك اجل�سم ثم ثبت

يف مكانه الذي و�سل اإليه بفعل القوة املوؤثرة.3. غري م�ستقر)Unstable( : اإذا حترك اجل�سم وا�ستمر يرجع )مل املوؤثرة القوة بفعل مكانه وتغري حركته يف

ملوقعه الأ�سلي(.ا�ستقرارية اجلو )الهواء(:

ال�سكل 2: عمليات الطريان عادًة ما تكون وفق املخطط لها فوق مناطق الهواء غري امل�ستقر وتاأثرياته, ولكن قد تواجه عمليات الطريان التحليق يف مناطق غري م�ستقرة؛ لذلك ي�ستوجب على الأطقم اجلوية معرفة التعامل مع هذه الأجواء.

راأ�سياً, الهواء توزيع مبيكانيكية الهواء كثافة تتحكم فكثافة الهواء تزيد كلما نق�ست درجة احلرارة والعك�ض على الهواء من متجان�ض اأجربحجم فاإذا �سحيح, حتى خارجية قوى اأي تاأثري حتت اأعلى اإىل ال�سعود القوى هذه تاأثري اأزيل ثم معني, م�ستوى اإىل ي�سل

اخلارجية ف�سوف تكون حالة الهواء كالتايل: 1. هواء م�ستقر )Stable Air(: اإذا ما اأُجرب حجم من الهواء لل�سعود لأعلى, وكانت كثافة الهواء املحيط اأقل العام التوزيع ال�ساعد )ح�سب الهواء من كثافة حجم ودرجات )الرتوبو�سفري( طبقة يف احلرارة لدرجات حتى يهبط ال�ساعد الهواء حجم فاإن اأعلى حرارة

ي�ستقر يف موقعه الأ�سلي. اأُجرب ما اإذا :)Equilibrium Air( متزن هواء .2الهواء على ال�سعود لأعلى وثبت على امل�ستوى الذي

له املحيط الهواء حرارة كثافة مع وجتان�ض اإليه و�سل ودرجاتها.

اأُجرب ما اإذا :)Unstable Air( م�ستقر غري هواء .3الهواء تدفق )مثاًل لأعلى لل�سعود الهواء على حجم عند املناطق اجلبلية اأو بفعل العوامل الطبوغرافية, ال�سكل اأكرب كثافة عن موقه الأ�سلي ودرجات 3.2( ومل�ستوى حرارة اأقل )ح�سب التوزيع العام لدرجات احلرارة يف طبقة الرتوبو�سفري( فيكون الهواء ال�ساعد خفيفاً مقارنة اأعلى, اإىل بال�سعود ي�ستمر فلذلك به املحيط بالهواء مدى وتعتمد الهواء, ا�ستقرار عدم حالت وتتكون الهواء ا�ستقرار عدم عن الناجتة اجلوية الظواهر قوة ودرجة وكثافته الهواء حجم على الفجائية والظواهر

حرارته ومعدل ت�سبعه ببخار املاء )ال�سكل2(.

42 العدد 65ـ محرم 1432هـ

العلوم الجوية والعسكرية

الظروف العامة لال�ستقرار وعدم ال�ستقرار اجلوي:للتوزيع تبعاً الرتفاع مع احلرارة درجات تنق�ض حتى الرتبو�سفري طبقة يف احلرارة لدرجات الراأ�سي تثبت يف الطبقة الفا�سلة الرتبوبوز ومن ثم تبداأ بالزيادة يف الرتفاع يف طبقة )الأ�سرتاتو�سفري(, وتتغري معدلت اجلو حلالت وفقاً بالرتفاع احلرارة درجات انخفا�ض ال�سغط ومناطق املرتفع ال�سغط )مناطق ال�سائدة

املنخف�ض و حركة الكتل الهوائية(.يف اإما يوجد العادية اجلوية الظروف يف الهواء اإن ببخار ت�سبع عدم حالة يف اأو املاء ببخار ت�سبع حالة مبيكانيكية احلرارة ودرجة الهواء كثافة وتتحكم املاء,

ال�سكل 4: اإذا كان معدل التناق�ض احلراري الذاتي للو�سط املحيط اأقل من معدل التناق�ض احلراري الذاتي اجلاف اأو الذاتي امل�سبع يكون الهواء م�ستقراً.

ال�سكل 3: ا�سطرار �سعود الهواء الرطب الدافئ ب�سبب اجلبال والطبوغرافيا وا�ستمراره بال�سعود يكّون هواًء غري م�ستقر ينتج عنه �سحب ركامية واأجواء غري م�ستقرة.

كلما تزيد الهواء فكثافة وا�ستقراره, الراأ�سي توزيعه درجة تقل �سحيح. والعك�ض احلرارة درجة نق�ست يطلق ثابت مبعدل بالرتفاع امل�سبع غري الهواء حرارة Dry( اجلاف الذاتي احلراري التناق�ض معدل عليه لكل1000 )3°م وقيمته ,)Adiabatic Labs Rateللو�سط احلراري التناق�ض ومعدل بالرتفاع(, قدم املحيط)Environmental Labs Rate(, وقيمته )2°م لكل1000 قدم بالرتفاع(, كما تقل درجة حرارة امل�سبع الذاتي احلراري التناق�ض مبعدل امل�سبع الهواء

من .)Saturation Adiabatic Labs Rate(املمكن تلخي�ض ظروف ا�ستقرارية الهواء امل�سبع اأو غري

امل�سبع كالتايل: للو�سط الذاتي احلراري التناق�ض معدل كان اإذا .1املحيط اأقل من معدل التناق�ض احلراري الذاتي اجلاف اأو الذاتي امل�سبع يكون الهواء م�ستقراً )ال�سكل4( )هبوط هواء �ساخن من طبقات اجلو العليا على الأ�سطح الباردة مع عمليات التربيد الإ�سعاعي لياًل ويف �ساعات ال�سباح الأوىل وتكّون حالت النقالب احلراري,)ال�سكل 5(.

ال�سكل 5: اأدخنة امل�سانع وامللوثات املنبعثة عن م�سادر النقل اإ�سافة اإىل الأغربة العالقة يف طبقة قريبة من �سطح الأر�ض دللة على تكّون النقالب احلراري )زيادة درجات احلرارة يف الرتفاع( وا�ستقرار الهواء يف ال�ساعات الأوىل من ال�سباح, وعادًة ما يك�سر حاجز النقالب احلراري عند �سطوع ال�سم�ض وبداية عمليات الرفع احلراري ب�سبب الت�سخني الإ�سعاعي.

43

AS

SU

QO

OR

N.6

5 JA

NU

AR

Y 20

11

ال�سكل 5: اإذا كان معدل التناق�ض احلراري الذاتي للو�سط املحيط اأكرب من معدل التناق�ض احلراري الذاتي اجلاف اأو الذاتي امل�سبع يكون الهواء غري م�ستقر.

العاملون يجمع اجلو يف ال�ستقرار حالت لدرا�سة الأر�ساد مكاتب وعرب اجلوية الأر�ساد جمالت يف لطبقات ال�سطحية الطق�ض معلومات اجلوية والتوقعات ال�سطحية الر�سد اأجهزة لذلك وي�ستخدم العليا, اجلو العليا اجلو لطبقات تطلق التي اخلا�سة وتلك والتلقائية ح�سا�سة اأجهزة عدة بوا�سطة مدرو�سة موقوتة باأمور جممعة تربط ببالون مملوء بغاز الهليوم )الراديو�سوند(, التي لبياناتها قيمة عظيمة يف التوقعات اجلوية, خا�سة عن ب�سكل توؤثر التي للربوق امل�ساحبة الرعدية العوا�سف

الطريان. عمليات يف مبا�سر درجات معلومات حتليل حرارة ودرجات احلرارة الرتفاع مع الندى نقطة ومتثيلها بيانياً )تي فاي جرام مع احلرارة توزيع منحنيات الرتفاع وامليتوجرام ال�سكل 6, 7( تعترب من اأهم الو�سائل الهواء ا�ستقرارية التي حتدد عمليات يف التقدم ومتابعة ال�ستقرار, ومع متثيل عنا�سر النماذج بوا�سطة الطق�ض ل�ستخدام اإ�سافة العددية, �سور لتحليل حديثة و�سائل ورادار ال�سناعية الأقمار متابعة املمكن من الطق�ض. وتوقعها اجلوية الظواهر حلالت م�ساحبة تن�ساأ التي ال�ستقرار وعدم ال�ستقرار .)9 ,8 )ال�سكل اجلو يف منحنيات حتليل فعرب الهواء حرارة درجات

منطقة حتديد املمكن من بالرتفاع الندى ونقطة اإىل الغازية ال�سورة من املاء بخار وحتول التكثف وارتفاعات ال�سحب تكّون ومنطقة ال�سائلة ال�سورة باأخطارها. التنبوؤ ميكن اأنواعها, حيث ثم ومن قاعدتها

ال�سكل 6: حتليل منحنيات احلرارة )تي فاي جرام( من اأهم الو�سائل لدرا�سة ا�ستقرار الهواء وتاأثرياته, ولدرا�سة التوزيع الراأ�سي لدرجة حرارة الهواء ودرجة حرارة نقطة الندى ت�ستخدم معلومات الطق�ض لطبقات اجلو العليا.

للو�سط الذاتي احلراري التناق�ض معدل كان اإذا .2املحيط اأكرب من معدل التناق�ض احلراري الذاتي اجلاف )ال�سكل5( م�ستقر غري الهواء يكون امل�سبع الذاتي اأو كتلة فوق عليا م�ستويات يف بارد هواء كتلة )حترك هواء �ساخن �سطحية اأو عمليات الرفع احلراري النهاري

وعبور اجلبهات الهوائية الباردة وال�ساخنة(.

44 العدد 65ـ محرم 1432هـ

العلوم الجوية والعسكرية

ال�سكل 9: حتليل اخلرائط ال�سطحية وخرائط طبقات اجلو العليا تعطي دللة عن مناطق جتمع الهواء )املنخف�سات اجلوية(, )املرتفعات الهواء تفرق ومناطق اجلوية( حيث تعترب مناطق املنخف�سات اجلوية احلركية والعميقة الركامية ال�سحب وتكّون للهواء ا�ستقرار عدم مناطق خطرة اأجواءها وتعترب , املمطرة الرعدية والعوا�سف على عمليات الطريان, بينما مناطق املرتفعات اجلوية تعد يف اأجوائها كون الطريان؛ عمليات على خطورة اأقل

العادة م�ستقرة, وتكون فيها احلركة الراأ�سية �سعيفة.للهواء ال�ستقرار عمليات درا�سة عند جداً املهم من درا�سة توزيعات ال�سغط اجلوي وحركة الكتل الهوائية,

وميكن ت�سنيفها كالتايل:1. مناطق ال�سغوط اجلوية املنخف�سة العميقة اأو احلركية جبهات ت�ساحبها للهواء, ا�ستقرار عدم مناطق تعترب هوائية باردة, وينتج عنها طق�ض معقد متنوع مبا فيه من عوا�سف رعدية وبروق؛ كونها تن�ساأ عن حركة دورانية ناجتة عن تيارات حمل قوية, وينتج عنها كذلك تيارات هابطة مع تكّون �سحاب ركامي عمالق ت�سبب عوا�سف

رملية.

ال�سكل 8: معلومات ال�ست�سعار عن بعد )حتليل �سور الأقمار ال�سناعية والرادار امللتقطة( تعترب اأي�ساً من اأهم الو�سائل ملتابعة تاأثريات عدم ا�ستقرار الطق�ض.

ال�سكل 7: متابعة حتليالت امليتوجرام يعطي معلومات مهمة عن حالة اجلو للمحطات.

ال�سكل 9: حتليل اخلرائط ال�سطحية وخرائط طبقات اجلو العليا تعطي دللة عن مناطق جتمع الهواء )املنخف�سات اجلوية( ومناطق تفرق الهواء )املرتفعات اجلوية(, حيث تعترب مناطق املنخف�سات اجلوية احلركية والعميقة مناطق عدم ا�ستقرار للهواء وتكّون ال�سحب الركامية والعوا�سف الرعدية املمطرة؛ وتعترب اأجواءها خطرة على عمليات الطريان, بينما مناطق املرتفعات

اجلوية تعد اأقل خطورة على عمليات الطريان؛ كون اأجوائها يف العادة م�ستقرة, وتكون فيها احلركة الراأ�سية �سعيفة.

45

AS

SU

QO

OR

N.6

5 JA

NU

AR

Y 20

11

ال�سكل 10: درا�سة خرائط حتليل احلركة الدورانية من الو�سائل املتبعة يف مكاتب الأر�ساد اجلوية ملتابعة عمليات الرفع وحركة املنخف�سات واملرتفعات اجلوية

وتعمقهما, حيث تكون موؤ�سراً قوياً حلالة الطق�ض وا�ستقراره.

اجلدول 1: موا�سفات ا�ستقرار اجلو وعدم ا�ستقراره

خمتلفتني الهواء من كتلتني بني الفا�سلة احلدود .2ت�سبب للهواء ا�ستقرار عدم مناطق تعترب باملوا�سفات اإثارة لالأتربة و�سحباً من الغبار بفعل الفروقات احلرارية

والتدرج يف قيم ال�سغط الكبرية.الغالب يف تكون املرتفعة اجلوية ال�سغوط مناطق .3

مناطق ا�ستقرار للجو.

4. مناطق املو�سميات, وهذه تختلف من بقعة جغرافية وغالباً املو�سمية, املنخف�سات اأخرى وح�سب عمق اإىل ما يكون اجلو م�ستقراً يف الليل و�ساعات ال�سباح الأوىل يف مناطق املو�سميات؛ ب�سبب تكّون النقالب احلراري يف الطبقات القريبة من �سطح الأر�ض, وتتكون حالت احلرارية احلمل تيارات بفعل نهاراً ال�ستقرار عدم من

من الأحوال اجلوية امل�ساحبةمن امل�سببات حالة اجلو

1- انخفا�ض درجات احلرارة ال�سطحية. م�ستقر2- تكون حالت النقالب احلراري.3- هبوط الهواء بعامل الطبوغرافيا.

1- رياح راأ�سية وتيارات حمل �سعيفة.2- �سحب طبقية.

3- اأجواء طريان غري م�سطربة.4- تكون ال�سباب عندما يكون الهواء رطباً.

5- تدين م�ستوى الروؤيا الأفقية بفعل النقالب احلراري.

غري م�ستقر

1- مرور اجلبهات الهوائية الباردة.2- زيادة الت�سخني ال�سم�سي ل�سطح الأر�ض وتكون تيارات احلمل.

3- مرور كتل هوائية باردة يف م�ستويات اجلو العليا فوق كتل هوائية �ساخنة.4- مرور املنخف�سات اجلوية والعمليات الدورانية و�سفرهما.

1 - رياح راأ�سية وتيارات حمل قوية.2 - هواء هابط.

3 - �سحب ركامية وعوا�سف رعدية ممطرة.4 - اأجواء طريان م�سطربة )مطبات هوائية متفاوتة القوة(.

5- اأمطار متفاوتة القوة والكثافة.6- تدين الروؤيا الأفقية ب�سبب اإثارة الأتربة يف مقدمة الأعا�سري والعوا�سف الرعدية.

الناجتة عن الت�سخني الإ�سعاعي.5. قد توؤثر قوى الطبيعة يف تقلب ال�ستقرار اجلوي يف وحرائق والزلزل الرباكني مثل طبيعية ظواهر حالت الغابات, فينتج عنها حالت من عدم ال�ستقرار؛ ب�سبب

ما ينتج عنها من ت�سخني وتيارات حمل حرارية.

46 العدد 65ـ محرم 1432هـ

العلوم الجوية والعسكرية

ال�سكل 13: املطبات اأو ال�سطرابات الهوائية الناجتة عن عدم ا�ستقرار الهواء وعمليات الرفع احلراري قد ينتج عنها اأ�سرار ج�سيمة على الطائرات وعلى عمليات الطريان ب�سكل عام وعلى

تخطيط الرحالت , وتُدرب الأطقم اجلوية لتفادي الطريان يف تاأثريات مثل هذه الأجواء.

ال�سكل 14: الطريان يف اأجواء غري م�ستقرة م�سطربة فيه خطورة على الركاب امل�سافرين؛ لذلك تتبع اإجراءات خا�سة داخل الطائرة؛ للتقليل من تاأثريات الأجواء امل�سطربة كربط اأحزمة املقاعد والتاأكد من و�سع

الأمتعة ال�سخ�سية ب�سكل اآمن.

ال�سكل 12: ال�سحب الركامية والعوا�سف الرعدية املمطرة اأحد اأخطر الظواهر اجلوية الناجتة عن عدم ا�ستقرار الهواء؛ وذلك

لحتوائها على مناطق جتمع للهواء و�سعوده ومناطق هواء قوي هابط خالل �سحب ركامية عمالقة واأمطار غزيرة مبا فيها الأمطار

الثلجية.

ال�سكل 11: الرعد والربق من الظواهر امل�ساحبة للعوا�سف الرعدية املمطرة, وهى من موؤ�سرات عدم ا�ستقرار الهواء, ول يُ�سمح الطريان يف اأجواء رعدية اإل يف اآليات معقدة وا�سطرارية وفق معايري وتعليمات �سارمة.

47

AS

SU

QO

OR

N.6

5 JA

NU

AR

Y 20

11

ال�سكل 15: حالت عدم ا�ستقرار الهواء قد ينتج عنها كوارث طبيعية ي�سعب التنبوؤ بتاأثرياتها. خاليا رعدية ممطرة تتكون نتيجة لعمليات الرفع احلراري والتوزيع الإ�سعاعي يف ف�سل ال�ستاء على ال�سواحل الغربية للمملكة العربية ال�سعودية وعلى املناطق الو�سطى وال�سرقية خالل ف�سل الربيع وعلى املناطق اجلنوبية الغربية خالل ف�سل ال�سيف, اإ�سافة اإىل تلك التي ترافق �سفر املنخف�سات

احلركية من حو�ض البحر املتو�سط باجتاه املنطقة ال�سرقية وعرب مناطق ال�سمال والو�سط.اأمطار جدة و�سيولها يف 25 نوفمرب 2009م ناجتة عن حالة عدم ا�ستقرار الهواء من خالل تكون خاليا رعدية ممطرة ت�سببت بها عمليات الرفع احلراري فوق البحر الأحمر قبالة املنطقة الغربية, وكانت

مدينة جدة ومدينة رابغ الأكرث تاأثراً بتاأثرياتها.

من املراجع: Naser Sarhan )2006( PhD thesis “Low Level Jets in the Kingdom of Saudi Arabia: Climatology, Synoptic analysis and Meso- “scale Modeling

http://virtualskies.arc.nasa.gov/weather/

http://www.srh.noaa.gov/

http://www.nc-climate.ncsu.edu/climate/

http://www.globalchange.umich.edu/

http://www.seasidecove.com/makeTS.htm1/

http://www.airliners.net/aviation-forums/

http://stormscapesdarwin.com/

http://www.atmos.washington.edu/