علميا: كيف يؤثر بدء انهيار الدوامة القطبية على تحول أنماط الطقس مع دخول فصل الربيع
طقس العرب - تعتبر الدوامة القطبية محركا قويا جدًا لأنماط الطقس خلال موسم البرد وحتى فصل الربيع، ويمتد تأثيرها من الطبقة السفلى وحتى المستويات الأعلى من الغلاف الجوي في طبقة الستراتوسفير، وفي هذا الوقت من العام يبدأ حدث انهيار قوي للدوامة القطبية في المستويات الأعلى من الغلاف الجوي، وسيُترجم حدث الانهيار هذا إلى تحول في أنماط الطقس خلال الأسابيع القادمة.
ولفهم تأثير ذلك على الطقس، سنتعرف أولاً بشكل مبسط على ماهية الدوامة القطبية، ولماذا هي مهمة جدًا، ثم سنقوم بتحليل أحدث التطورات ونفصّل التغيرات المناخية المتعلقة بانهيار الدوامة القطبية خلال شهر أبريل وموسم صيف 2022.
الدوامة القطبية وتأثيرها على طقس النصف الشمالي من الكرة الأرضية
مع اقترابنا من فصل الخريف في كل عام، تبدأ المناطق القطبية الشمالية في تلقي كمية أقل من ضوء الشمس، فيبدأ التبريد فوق القطب الشمالي. ولكن مع انخفاض درجات الحرارة القطبية، لا يزال الغلاف الجوي في الجنوب أكثر دفئًا نسبيًا حيث يستمر بتلقي الضوء والطاقة من الشمس.
(يظهر في الصورة يوم الانقلاب الشتوي عندما تبدأ المناطق القطبية بتلقي القليل جدا من الطاقة الشمسية مقارنة بالمناطق الواقعة في الجنوب، والتي لا تزال تتلقى الكثير من ضوء الشمس والطاقة)
ومع انخفاض درجة الحرارة فوق المناطق القطبية ، ينخفض كذلك الضغط الجوي، لذلك فإن زيادة الفرق في درجة الحرارة بالاتجاه نحو الجنوب، يؤدي إلى خلق اختلاف قوي في الضغط الجوي على نطاق واسع، فيبدأ دوران قوي للهواء في التطور حول الضغط المنخفض في نصف الكرة الشمالي، يمتد هذا الدوران من الطبقات السطحية وحتى طبقة الستراتوسفير، يُعرف هذا الدوران باسم الدوامة القطبية (Polar Vortex).
(تظهر الصورة طبقات الغلاف الجوي، طبقة التروبوسفير (الطبقة الزرقاء) والتي يحدث فيها التغيرات في الطقس، وطبقة الستراتوسفير (الطبقة الخضراء) مع طبقة الأوزون فوقها)
يشبه دوران الهواء في الدوامة القطبية إعصارا كبيرا يغطي القطب الشمالي بأكمله، وصولاً إلى خطوط العرض الوسطى، ولها تأثير على جميع المستويات من الغلاف الجوي، بدرجات مختلفة على الارتفاعات المختلفة.
تُظهر الصورة أدناه مثالًا نموذجيًا للدوامة القطبية في ذروة قوتها خلال فصل الشتاء عند ارتفاع حوالي 30 كم (مستوى 10 ميللي بار) تقريبا عند منتصف طبقة الستراتوسفير.
الصورة التالية أدناه تُظهر الدوامة القطبية على ارتفاع قليل، حوالي (5 كم) وكلما اقتربنا من الأرض، زاد تشوه الدوامة القطبية لأن الهواء في الدوامة يتفاعل مع الجبال والتضاريس العامة وأيضًا مع أنظمة الطقس القوية.
عندما تكون الدوامة القطبية قوية ويكون دوران الهواء القطبي قويًا فيها، يحبس هذا الهواء البارد في المناطق القطبية ويمنعه من التسرب أو الامتداد نحو الخطوط السفلى، ما يخلق طقسًا أكثر اعتدالًا لمعظم الولايات المتحدة وأوروبا (يسار الشكل أدناه).
أما الدوامة القطبية الضعيفة (المتموجة) فهي تخلق طقسًا ديناميكيًا للغاية، حيث تواجه الدوامة صعوبة أكبر في احتواء الهواء البارد، ما يؤدي إلى هروبه من المناطق القطبية على شكل "أذرع" تمتد إلى خطوط العرض السفلية (يمين الشكل أعلاه)، مما يؤدي إلى برودة الهواء وتساقط الثلوج.
تحتوي هذه الأذرع أيضًا على الكثير من الطاقة ويمكن أن تخلق عواصف شتوية قوية، مثل عاصفة "نوريستر" في الولايات المتحدة أو عواصف الرياح القوية في شمال المحيط الأطلسي.
قد يحدث تعطيل في دوران الدوامة القطبية بسبب ارتفاع درجة الحرارة والضغط في طبقة الستراتوسفير، وهذا الحدث يسمى "الاحترار المُفاجئ للستراتوسفير"، والذي يؤدي إلى انهيار الدوامة القطبية.
ولكن يمكن أن تكون هناك أيضًا موجات احترار أصغر في الستراتوسفير، لا تؤدي إلى انهيار الدوامة القطبية، وإنما يحدث إزاحة فيها أو تعطيلها بدرجة كافية لإضعاف تأثيرها على المستويات القريبة من سطح الارض.
توقعات انهيار الدوامة القطبية خلال هذه الأيام
يُظهر الفيديو التالي حدث الانهيار القادم للدوامة القطبية، من خلال توقعات مستوى 10 ميللي بار (30 كم)، يمكننا أن نرى نظرة عامة سريعة على الدوامة القطبية وهي تنقسم أولاً، متبوعة بإزاحة قوية وضعف.
النتيجة الرئيسية من الانهيار الظاهر في الفيديو للدوامة القطبية ليس مجرد عاصفة شتوية واحدة أو كتل هوائية باردة تنتقل من الغرب الأوسط إلى شمال شرق الولايات المتحدة، وإنها منطقة إعصارية كبيرة تدور فوق نصف الكرة الشمالي بأكمله، ابتداء من مستوى الأرض إلى أعلى طبقة الستراتوسفير وما فوقها، بحيث يصل ارتفاعها إلى أكثر من 50 كم.
انتهاء الدوامة القطبية الشتوية
عادة ما يُنظر إلى مستوى 10 ميللي بار عند تحليل الدوامة القطبية في الستراتوسفير، أي على ارتفاع حوالي 28-32 كم، تعتبر هذه الطبقة في منتصف الستراتوسفير والتي تُظهر القوة العامة وحالة الدوامة القطبية في الستراتوسفير.
وتُقاس قوة الدوامة القطبية غالبا من خلال قوة الرياح التي تنتجها، يتم ذلك عن طريق قياس سرعات الرياح الغربية (من الغرب إلى الشرق) حول الدائرة القطبية (خط عرض 60 درجة شمالاً).
في الصورة أدناه، لدينا متوسط سرعة الرياح الموسمية العرضية للدوامة القطبية عند مستوى 10 ميللي بار، الخط الأسود هو المتوسط على المدى الطويل، والخط الأزرق هو قوة الدوامة القطبية في موسم شتاء 2021/2022، يمكننا أن نرى أنه في معظم موسم البرد، كانت الدوامة القطبية أقوى من المعتاد.
بينما الخط الأحمر هو التوقعات، والذي يدل على أن الضعف السريع للدوامة القطبية قادم في الأيام القليلة المقبلة، عندما تنخفض رياح المنطقة (الغربية) إلى ما دون الصفر في حدث حاد وسريع ، يعتبر ذلك بمثابة انهيار لدوران الهواء.
بالنظر عن كثب إلى جزء التوقعات (الخط الأحمر)، يظهر الانخفاض السريع في سرعات الرياح الغربية في الستراتوسفير ، حيث تنهار الدوامة القطبية وينتهي وجوده في القطب الشمالي.
ولكن ليس فقط الرياح ، فإن درجة الحرارة لها أهمية كبيرة أيضًا. كلما زادت برودة الدوامة القطبية، زادت قوتها، وتُنتج أيضًا رياحًا أقوى. أدناه لدينا تحليل موسم 2021/2022 لدرجة حرارة الستراتوسفير عند 10 ميللي بار من وكالة ناسا.
الخط الأحمر / البنفسجي هو موسم 2021/2022 ، والذي يظهر برودة أكبر من المعتاد للدوامة القطبية عند مستوى 10 ميللي بار في الستراتوسفير. لكن في الآونة الأخيرة يمكننا أن نرى زيادة في درجة الحرارة. خاصة في جزء التوقعات (باللون البرتقالي) ، وسوف تصل إلى أعلى مستوياتها، هذا هو بداية الاحترار الستراتوسفير الحالي.
بالطبع ، درجات الحرارة الأكثر برودة والرياح القوية تعني ضغطًا أقل، ويمكن ملاحظة ذلك في الصورة التالية من خلال التراكم القوي للضغط المنخفض في طبقة الستراتوسفير في أواخر نوفمبر، حيث كانت وقتها الدوامة القطبية قوية، وصولا إلى مستويات السطح في أوائل ديسمبر، وقد أصبح الضغط الجوي أقوى في عام 2022 ولكنه كان يواجه صعوبة في الوصول إلى السطح.
كانت أنظمة الضغط العالي القوية تندفع نحو طبقة الستراتوسفير ، و "فصلت" الدوامة القطبية العلوية والسفلية بعيدًا عن بعضهما في فبراير، وأيضا الآن في مارس.
سننظر الآن في ما سيحدث بالضبط في المستويات الأعلى من الغلاف الجوي ، وكيف سيؤثر ذلك على طقسنا في الأسابيع القادمة.
بداية حدث الانقسام الطبقي للدوامة
حدث انهيار الدوامة القطبية هو عملية نشطة للغاية مع سلسلة دقيقة من الأحداث، مدفوعة بشذوذ قوي في قيم الضغط الجوي، ونظرًا لتفاعل أنظمة الضغط القوية هذه مع بعضها البعض، الكثير من الطاقة تُحول لأعلى في الستراتوسفير، هذه عملية معروفة وتسمى "نشاط الموجة الرأسية" (Vertical Wave Activity).
في الصورة أدناه، يمكنك رؤية مثال نشاط الموجة الرأسية. أولاً ، لدينا أنظمة طقس قوية تعمل على تحويل الطاقة إلى أعلى في الستراتوسفير. في وقت لاحق ، يمكن أن تؤدي هذه الطاقة إلى تعطيل دوران الهواء، مما يؤدي إلى حدوث ارتفاع في درجة الحرارة ويؤدي إلى انهيار الدوامة القطبية.
ثم تقوم الدوامة القطبية المنهارة بإعادة الطاقة إلى أسفل، وتغيير أنماط الطقس السطحي عن طريق تغيير موقع التيار النفاث (Jet Stream).
بالنظر إلى حالة الدوامة القطبية الحالية، يمكننا أن نرى أن الدوامة تتعرض بالفعل لضغوط من جهة أوروبا وشمال المحيط الهادئ وهي تأخذ الشكل البيضاوي، ويمكننا أن نرى انفصال المركز.
وعند النظر إلى درجة الحرارة عند مستوى 10 ميللي بار ( على ارتفاع 30 كم)، يمكننا أن نرى موجة احترار تتطور فوق شرق سيبيريا وموجة أضعف فوق شمال كندا. هنا يمكننا أيضًا أن نرى انفصال النواة إلى اثنتين.
يمكن أيضًا رؤية الفصل أدناه على الهيكل ثلاثي الأبعاد للدوامة القطبية. الدوامة أصبحت مستطيلة الشكل، مما يؤدي إلى تكوين مركزين، يمكنك تخيل هذه العملية على أنها ضغط على بالون يؤدي إلى ظهور "انتفاخين".
يكشف المظهر الجانبي للضغط العمودي عن وجود صلة بين الستراتوسفير والمستويات الدنيا. يمكننا أن نلاحظ مناطق الضغط المنخفض في الستراتوسفير مقسمة بالفعل إلى مركزين، توجد منطقتان قويتان للضغط العالي حولهما، مما يؤدي إلى الضغط على الدوامة القطبية.
تحدد هذه الأنماط أيضًا طقسنا الحالي، سيظل ارتفاع الضغط القوي فوق شمال أوروبا، مع تحرك نظام الضغط المنخفض فوق جنوب الولايات المتحدة في الأيام المقبلة. وهذا يُترجم إلى حالات أكثر دفئًا في شمال أوروبا تحت ضغط مرتفع، لكن نظام الضغط المنخفض فوق جنوب الولايات المتحدة يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة في النصف الشرقي من البلاد، وبرودة الهواء في الجهة الغربية خلفها.
انهيار الدوامة القطبية الستراتوسفيرية
بالانتقال إلى أواخر الأسبوع ، يمكننا أن نرى ضغطًا مرتفعًا قويًا في الستراتوسفير فوق أمريكا الشمالية، ويقسم الدوامة القطبية بشكل كامل، يتم فصل المركزين في هذه المرحلة، ويتم عكس دوران الهواء.
يظهر هذا بشكل أفضل في توقعات الهيكل ثلاثي الأبعاد أدناه. يتم فصل الدوامة القطبية بوضوح في جميع المستويات باستثناء المستويات الأدنى. مركز الدوامة منفصل تمامًا ويفقد الطاقة.
بالحديث عن المستويات المنخفضة وأشكال الطقس، يمكننا أن نرى في توقعات نمط الضغط أدناه، أن المراكز الرئيسية منفصلة أيضًا. لا يزال الدوران موجودًا حول نصف الكرة الأرضية، لكن مراكز الضغط الرئيسية منفصلة.
أدناه لدينا توقعات لسرعة الرياح للغلاف الجوي حتى ارتفاع 50 كيلومتر، يمكننا أن نرى رياحًا شرقية (سلبية) قوية تهبط مع انهيار الدوامة القطبية، يوضح هذا بشكل جيد تسلسل الانهيار القادم من أعلى إلى أسفل. في المستويات الأدنى.
انهيار الدوامة القطبية وتوقعات شهر ابريل
مع بداية شهر أبريل، يمكننا أن نرى نظام الضغط العالي في الستراتوسفير يسيطر بالكامل على نصف الكرة الغربي. لا تزال الرياح في الاتجاه المعاكس، مع دفع المركز الضعيف المتبقي من الدوامة القطبية إلى سيبيريا.
في هذا الوقت ، تزداد درجات الحرارة بشكل مطرد فوق القطب الشمالي ، حيث تعود الشمس وتزداد اشعتها قوة كل يوم. وهذا يعني أنه "لا يوجد مخرج" لبقاء الدوامة، حيث يساعد ارتفاع درجات الحرارة على رفع الضغط.
بالنظر إلى درجة الحرارة عند مستوى 10 ميللي بار (30 كم) ، يمكننا أن نرى أن المراكز الباردة قد ولت، مع اجتياح الاحترار بقايا الدوامة القطبية.
يمكننا أن نرى على الهيكل ثلاثي الأبعاد ما تبقى من هيكل الدوامة القطبية الرئيسي. تقتصر بقاياه على المستويات الدنيا ، مع انهيار الدوران العلوي للهواء إلى حد كبير، يمثل هذا نهاية الدوامة القطبية الستراتوسفيرية حتى يبدأ موسم البرد التالي في الخريف.
بالنظر إلى توقعات نمط الضغط المنخفض في أوائل أبريل ، يمكننا أيضًا أن نرى هيكلًا أساسيًا متكسرًا إلى حد ما للدوران القطبي السفلي. تركز العناصر الأساسية الرئيسية على شمال أوروبا وشرق كندا ونظام منخفض آخر في شمال المحيط الهادئ.
بالنظر إلى درجات الحرارة لهذه الفترة، يمكننا أن نرى الهواء الأكثر برودة في المركز موجود في الدول الاسكندنافية وسيبيريا، وفي كندا وشمال شرق الولايات المتحدة، بينما معظم أوروبا الغربية والوسطى ومنطقة الشرق الاوسط أكثر دفئًا من المعتاد.
وبهذا نكون وضحنا تسلسل انهيار الدوامة القطبية وتأثير ذلك على تغير أنماط الطقس في النصف الشمالي من الكرة الارضية، وسيصدر طقس العرب توقعات الفترة القادمة من شهر ابريل بتفاصيل أوفى عبر النشرات الشهرية والنشرة الموسمية.
مصادر: severe-weather.eu