طاقة الوضع المتاحة بالحمل الحراري

في علم الأرصاد الجوية ، تُعدّ طاقة الوضع المتاحة للحمل الحراري ( CAPE ) مقياسًا لقدرة الغلاف الجوي على دعم الحركة الرأسية للهواء التي قد تؤدي إلى تكوّن السحب والعواصف. عندما يرتفع الهواء في الغلاف الجوي، يتمدد ويبرد . وتتحقق طاقة الوضع المتاحة للحمل الحراري عندما تستطيع كتلة معينة من الهواء (تُسمى حزمة هوائية ) الصعود والبقاء أكثر دفئًا من الهواء المحيط. تكون الحزمة الدافئة أقل كثافة من الهواء المحيط، ما يُسرّع من صعودها. في حين أن معدل تبريد حزمة الهواء الجاف الصاعدة يُبرّدها بسرعة إلى ما دون درجة حرارة الهواء المحيط في معظم الحالات، فإن بخار الماء داخل حزمة الهواء الرطب " يُطلق حرارة " عند تكثفه . يُبطئ هذا من معدل تبريد الحزمة الهوائية، وقد يُبقيها أكثر دفئًا من الهواء المحيط على عمق معين من الغلاف الجوي. يُمكن أن يُحفّز الصعود المستمر للهواء الدافئ والرطب نسبيًا تكوّن السحب الركامية أو السحب الركامية المزنية، ويُغذي العواصف الرعدية .

بصورة أدق، يُمثل CAPE مقدار الشغل المُتكامل الذي تُؤديه قوة الطفو الصاعدة (الموجبة) على كتلة مُعينة من الهواء إذا ما ارتفعت عموديًا عبر الغلاف الجوي بأكمله. يعتمد حساب CAPE لبيئة جوية مُعينة على الخصائص الأولية المنسوبة إلى كتلة الهواء الافتراضية، مما يُؤدي إلى ظهور أنواع مُحددة من CAPE مثل CAPE السطحي (SBCAPE) أو CAPE الأكثر عدم استقرارًا (MUCAPE). يُعد وجود قيمة غير صفرية لـ CAPE في قياسات الغلاف الجوي مؤشرًا على عدم استقرار الحمل الحراري ، وهو شرط ضروري لتكوّن السحب الركامية والركامية المزنية وما يصاحبها من مخاطر جوية شديدة . تدعم بعض الظروف الجوية (مثل البيئات الرطبة ذات الهواء الذي يبرد بسرعة مع الارتفاع ) قيمًا عالية لـ CAPE، مما يُمكن أن يُعزز حركة الهواء الصاعدة القوية والمُستدامة، مُؤديًا إلى بيئة أكثر مُلاءمة للعواصف الرعدية.

يُقاس مؤشر CAPE عادةً بوحدة الجول لكل كيلوغرام (جول/كغ). وغالبًا ما تصل قيم CAPE في البيئات المُهيأة للطقس القاسي إلى آلاف الجول لكل كيلوغرام. ونظرًا للعلاقة بين CAPE والسرعات الرأسية في تيارات الهواء الصاعدة للعواصف، يُمكن استخدام قيمة CAPE في بيئة معينة كمقياس تقريبي لشدة العواصف المُحتملة في تلك البيئة. قد تُساهم القيم الأعلى لـ CAPE في تكوين عواصف رعدية أقوى، ولكن وجود CAPE وحده لا يكفي لتطور العاصفة.

حساب

يُحدد تغير كثافة كتلة هواء افتراضية أثناء صعودها، مقارنةً بكثافة الهواء المحيط، موضع استمرار صعودها في الغلاف الجوي بفعل الطفو . وتعتمد كثافة كتلة الهواء على درجة حرارتها وضغطها ومحتواها من بخار الماء ، بشرط ثبات تركيبها الكيميائي . ^{[ 1 ]}^{: 13.} أما طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) فهي مقياس لأقصى طاقة حركية لكل وحدة كتلة يمكن أن تكتسبها كتلة هواء ببقائها أقل كثافة من محيطها. ^{[ 1 ]}^{: 33}^{[ 2 ]}^{: 303.} ويتطلب ذلك تقريبًا لتغير كثافة الكتلة أثناء صعودها. ولحسابات CAPE، يُفترض أن كتلة الهواء الافتراضية ترتفع وتبرد في البداية بمعدل التدرج الحراري الجاف الأديباتي : أي المعدل الذي يبرد به الهواء أثناء تمدده دون أي انبعاث للحرارة الكامنة . بمجرد أن تبرد كتلة الهواء إلى درجة التشبع ، يُفترض أنها تبرد بمعدل التدرج الحراري الرطب الأديباتي : وهو معدل تبريد الهواء المعدل وفقًا لانطلاق الحرارة الكامنة من بخار الماء المتكثف داخل كتلة الهواء المشبعة. ^{[ 1 ]}^{: 33}

إذا بقيت كتلة الهواء أبرد وأكثر كثافة من محيطها وفقًا لهذه الافتراضات، فلن تؤثر عليها قوة طفو صاعدة. ^{[ 1 ]}^{: 33} ومع ذلك، في حال أصبحت كتلة الهواء على ارتفاع معين أكثر دفئًا وأقل كثافة من محيطها، فإنها تستطيع التسارع صعودًا بفعل قوة الطفو طالما بقيت أدفأ من الهواء المحيط، لتصبح ذات طفو موجب. ويمكن لكتلة الهواء أن تستمر في الارتفاع بفعل الطفو حتى تصطدم بهواء أكثر دفئًا، لتصل إلى مستوى طفو محايد أو سالب. ^{[ 1 ]}^{: 41} تُعرف هذه المنطقة من الغلاف الجوي التي تستطيع كتلة الهواء الارتفاع فيها بحرية بفعل الطفو باسم طبقة الحمل الحراري الحر . ^{[ 3 ]} وتؤدي الفروق الموجبة الأكبر بين درجة حرارة البيئة ودرجة حرارة كتلة الهواء إلى قوة طفو صاعدة أقوى، مما يساهم بكميات أكبر من الطاقة الحركية لكتلة الهواء. يتم حساب CAPE عن طريق التكامل الرأسي لقوة الطفو الصاعدة بين النقطة التي تصبح فيها الكتلة الهوائية أكثر دفئًا من محيطها ( مستوى الحمل الحراري الحر ، أو LFC) والنقطة التي تصبح فيها في النهاية أكثر برودة من محيطها ( مستوى التوازن ، أو EL):

\mathrm {CAPE} =\int _{z_{\mathrm {f} }}^{z_{\mathrm {n} }}g\left({\frac {T_{\mathrm {v,parcel} }-T_{\mathrm {v,env} }}{T_{\mathrm {v,env} }}}\right)\,dz

أين $z_{\mathrm {f} }$ يمثل ارتفاع مستوى الحمل الحراري الطبيعي، $z_{\mathrm {n} }$ يمثل ارتفاع مستوى التوازن، $T_{\mathrm {v,parcel} }$ هي درجة الحرارة الافتراضية للطرد المحدد، $T_{\mathrm {v,env} }$ هي درجة الحرارة الافتراضية للبيئة، و $g$ يمثل تسارع الجاذبية الأرضية . في وحدات النظام الدولي للوحدات ، يُعبر عن طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) عادةً ^بوحدةجول لكل كيلوغرام (جول/كغ) أو ما يعادلها بوحدة م² ^/ ث² (مربع السرعة). ^[³^]^[⁴^] غالبًا ما يتم تقريب قيمة CAPE باستخدام درجة الحرارة بدلاً من درجة الحرارة الافتراضية، مع إهمال تأثير الرطوبة على كثافة الهواء. ^[¹^]^:³³ ومع ذلك، قد يؤدي إهمال تصحيح درجة الحرارة الافتراضية إلى أخطاء نسبية كبيرة في القيمة المحسوبة لـ CAPE عند قيم CAPE الصغيرة. ^[⁵^] في الظروف الجوية النهارية النموذجية، يؤدي أخذ الرطوبة في الاعتبار إلى تقديرات أكبر وأكثر دقة لـ CAPE. ^[¹^]^:³³^[⁶^]^:¹⁰⁹ تفترض معظم حسابات CAPE عمومًا أن كتل الهواء المعنية لا تختلط بالهواء من البيئة المحيطة، وأن أي قطرات سحاب تتشكل أثناء صعود الكتلة تغادرها فورًا، مساهمةً فقط بالحرارة الكامنة؛ وهذا ما يُفسر تبسيطًا شبه أديباتي لسلوك الكتلة. ^[¹^]^:^43،⁴⁷ يفترض هذا التبسيط أيضًا أن التغيرات التي تطرأ على كتلة الهواء أثناء صعودها تحدث بشكل فوري. ^[²^]^:³⁰³ كما أن الصعود النظري لكتلة الهواء لا يشمل سوى الحرارة الكامنة المنبعثة من التكثيف، وليس حرارة الانصهار الكامنة المنبعثة من التجمد عند درجات الحرارة المنخفضة. ^[¹^]^:^43،⁴⁷

متغيرات CAPE

صورة لعواصف رعدية تتشكل في مناطق بعيدة — يعتمد الإصدار الأكثر تمثيلاً لعدم استقرار الحمل الحراري (CAPE) على البيئة المناخية.

تختلف تقديرات طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) لبيئة جوية معينة تبعًا للخصائص الأولية المفترضة لكتلة الهواء الصاعدة داخل تلك البيئة. ^{[ 7 ]} تبدأ الكتلة بدرجة حرارة ورطوبة مماثلة لمحيطها، ثم تنحرف عن هذه الظروف أثناء صعودها. ^{[ 6 ]} إذا بدأت الكتلة بدرجة حرارة ورطوبة مماثلة لظروف قريبة من السطح، يُعرف الحساب الناتج باسم طاقة الحمل الحراري الكامنة السطحية ( SBCAPE ). أما إذا افترضنا أن الكتلة تبدأ بمتوسط درجة الحرارة ومحتوى الرطوبة في طبقة الحدود الكوكبية ، أو متوسط عمق آخر في الغلاف الجوي، فيُعرف الحساب الناتج باسم طاقة الحمل الحراري الكامنة للطبقة المختلطة أو الطبقة المتوسطة (MLCAPE ). تُعد طاقة الحمل الحراري الكامنة الأكثر عدم استقرارًا ( MUCAPE ) أعلى قيمة لطاقة الحمل الحراري الكامنة التي يمكن أن تحققها كتلة هواء في بيئة جوية معينة. ^{[ 6 ]} قد تكون طاقة الحمل الحراري الكامنة الأكثر عدم استقرارًا مقياسًا أكثر ملاءمة للطاقة الكامنة المتاحة لعاصفة رعدية ذات تدفق وارد من أعلى السطح. ^{[ 4 ]} عادةً ما تكون قيمة SBCAPE أعلى من قيمة MLCAPE في الحالات التي تدعم تطور العواصف الرعدية، وقيمة MUCAPE، بحكم تعريفها، تساوي أو تزيد عن قيمتي SBCAPE وMLCAPE. ^{[ 7 ]} قد يكون أحد متغيرات CAPE أكثر أو أقل تمثيلاً لعدم استقرار الحمل الحراري في البيئة، وذلك اعتمادًا على ما إذا كانت الكتل الهوائية المثالية تُحاكي الصعود الفعلي للهواء في بيئة معينة، وهو ما قد يختلف اختلافًا كبيرًا تبعًا لوقت اليوم والكتل الهوائية المعنية والاختلافات المناخية الأخرى. ^{[ 8 ]} في حين أن CAPE تُحدد عدم الاستقرار في سياق حركة الهواء لأعلى مباشرةً، يمكن حساب CAPE المائل (SCAPE) في الحالات التي يمكن فيها تحقيق الصعود بفعل الطفو إذا تحركت الكتل الهوائية بمزيج من الاتجاهين الأفقي والرأسي. ^{[ 1 ]}^{: 57}

تُحسب كميةٌ مُرتبطةٌ بـ CAPE، وهي CAPE المُعَيَّرة (NCAPE)، بقسمة CAPE على عمق طبقة الحمل الحراري الحر. يرتبط هذا بمتوسط الطفو داخل طبقة الحمل الحراري، ويُعطي فكرةً عن " نسبة أبعاد " CAPE، مما يُميز البيئات التي تتراكم فيها كميات كبيرة من CAPE فوق طبقة ضحلة نسبيًا مقارنةً بكميات أقل موزعة على طبقة عميقة نسبيًا من الغلاف الجوي. ^{[ 3 ]} على عكس CAPE شبه الأديباتية، تحسب CAPE العكوسة (RCAPE) عدم استقرار الحمل الحراري بافتراض أن جميع المكثفات داخل كتلة هوائية تبقى معها أثناء صعودها، ^{[ 9 ]} وهو ما يُمثل ديناميكيًا حراريًا عمليةً رطبةً أديباتيةً عكوسة. ^{[ 10 ]}^{: 29} يُعد هذا الحساب أكثر ملاءمةً للبيئات الاستوائية الرطبة، مثل تلك الموجودة داخل الأعاصير المدارية . ^{[ 9 ]}^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

يمكن تطبيق المنهجية العددية التي يقوم عليها حساب طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) على أجزاء من الغلاف الجوي حيث تكون كتلة الهواء أكثر كثافة وبرودة من محيطها. تتميز هذه المناطق بانخفاض قوة الطفو، مما يؤدي إلى تأثير قوة الطفو نحو الأسفل. ينتج عن التكامل داخل هذه المناطق، عادةً بين سطح الأرض ومنطقة التماسك المنخفض (LFC)، قيمة سالبة تُعرف أيضًا باسم تثبيط الحمل الحراري (CIN). تتطلب كتلة الهواء قوى إضافية للأعلى للصعود في مواجهة قوة الطفو السالبة، حيث يوفر تثبيط الحمل الحراري (CIN) مقياسًا للشغل المطلوب للتغلب على قوة الطفو السالبة والوصول إلى ارتفاع طفو حر. كمية مماثلة هي طاقة الحمل الحراري الكامنة للتيار الهابط (DCAPE)، والتي تُكامل قوة الطفو السالبة التي قد تُؤثر على كتلة هواء مشبعة في البداية أثناء هبوطها من ارتفاع معين إلى الأرض. يُستخدم هذا المقياس لتحديد احتمالية حدوث عواصف هابطة . ^{[ 1 ]}^{: 33}

التطبيقات والقيود

في المخططات الديناميكية الحرارية ، تتناسب طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) طرديًا مع المساحة التي تشغلها درجة الحرارة المتغيرة لكتلة هواء افتراضية صاعدة، تكون أدفأ من الغلاف الجوي المحيط. ^{[ 1 ]}^{: 33} تُحاط هذه المساحة بيانيًا بدرجة حرارة البيئة ومسار الكتلة الهوائية وفقًا لمعدل التدرج الحراري الرطب الأديباتي . ^{[ 4 ]} وبالتالي، تشير مسارات الكتل الهوائية التي تبتعد بشكل كبير وممتد عن درجة حرارة الهواء المحيط إلى كميات كبيرة من طاقة الحمل الحراري الكامنة. ^{[ 3 ]} تتحقق هذه الطاقة الكامنة عندما ترتفع كتل الهواء الدافئة نسبيًا بفعل الطفو، مما يؤدي إلى تحويل طاقة الحمل الحراري الكامنة إلى طاقة حركية. ^{[ 1 ]}^{: 43} يحدث هذا داخل طبقة الحمل الحراري الحر. ^{[ 3 ]} في ستينيات القرن الماضي، أشار خبراء الأرصاد الجوية في خدمة الأرصاد الجوية الجوية التابعة للقوات الجوية الأمريكية إلى طاقة الحمل الحراري الكامنة باسم " المساحة الموجبة" ، في إشارة إلى المنطقة المحصورة على المخططات الديناميكية الحرارية التي تشغلها درجة حرارة كتلة هواء صاعدة. تم نشر مصطلح "طاقة الوضع المتاحة بالحمل الحراري" لأول مرة في عام 1976. وتشمل المصطلحات التاريخية الأخرى لـ CAPE طاقة الطفو الكامنة وطاقة الطفو الموجبة الصافية . ^{[ 3 ]}

إذا كانت قوة الطفو هي القوة الوحيدة المؤثرة على كتلة هواء صاعدة، وتم تحويل كل طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) إلى طاقة حركية، فإن الكتلة ستصل إلى أقصى سرعة رأسية نظرية. $w_{\text{max}}$ عند مستوى التوازن: ^{[ 1 ]}^{: 43}

w_{\mathrm {max} }={\sqrt {2\;\mathrm {CAPE} }}

لا تصل السرعات الرأسية المُلاحظة في التيارات الصاعدة عادةً إلى هذه السرعة النظرية. ^{[ 1 ]}^{: 44} في الواقع، هناك عدة عوامل يتم تجاهلها في حساب طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE)، بالإضافة إلى قوى إضافية تؤثر على كتل الهواء، مما يُحدث اختلافات جوهرية في سرعاتها الرأسية النهائية. ^{[ 6 ]}^{: 112} تتخفف كتل الهواء عمومًا بالهواء من البيئة المحيطة أثناء صعودها. هذا يُقلل من درجة الحرارة الكامنة المكافئة لكتلة الهواء، ويُقلل من كمية طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) التي يُمكن تحويلها إلى طاقة حركية. ^{[ 1 ]}^{: 45} علاوة على ذلك، يُنتج تكثف بخار الماء داخل كتل الهواء مقاومةً يُمكن أن تُعاكس جزئيًا قوة الطفو، لا سيما في المستويات الدنيا من طبقة التروبوسفير حيث يحدث معظم التكثف، وفي البيئات الاستوائية . ^{[ 1 ]}^{: 47}^{[ 2 ]}^{: 303} كما يُمكن أن تُساهم الحرارة الإضافية المنبعثة من تجمد الماء في حدوث أخطاء في السرعة الرأسية المُقدرة ديناميكيًا حراريًا داخل التيارات الصاعدة. ^{[ 1 ]}^{: 47}

أهمية العواصف الرعدية

يُعدّ وجود طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) شرطًا أساسيًا لحدوث عدم استقرار الحمل الحراري في السحب الركامية العالية والسحب الركامية المزنية. ^{[ 6 ]}^{: 418.} تتفاوت كمية طاقة الحمل الحراري الكامنة فوق موقع معين، لا سيما في المناطق الاستوائية وفوق القارات. ^{[ 13 ]} يمكن أن تتشكل العواصف الرعدية في بيئات ذات كميات متفاوتة من طاقة الحمل الحراري الكامنة . ^{[ 2 ]}^{: 303. قيمة طاقة الحمل الحراري الكامنة التي تزيد عن 10000 تقريبًا}تُعتبر قيمة 2500 جول/كجم كبيرة بشكل عام بالنسبة للبيئات التي تشهد طقسًا قاسيًا، بينما القيم الأقل من ذلك تقريبًاتُعتبر قيمة 1000 جول/كجم صغيرة عمومًا في هذه السياقات. ^{[ 1 ]}^{: 33} فوق المحيطات الاستوائية، تكون قيم CAPE الأقرب إلى 500 جول/كجم نموذجية، حيث قد تكون كتل الهواء أدفأ بمقدار 1-2 كلفن فقط من الهواء المحيط بها على عمق 10-12 كم (6.2-7.5 ميل) من الغلاف الجوي. في حين أن السرعات المرصودة داخل تيارات العواصف الرعدية الصاعدة لا تصل عمومًا إلى المقادير المتوقعة من CAPE وحدها، فإن هذه التباينات في عدم استقرار الحمل الحراري تؤدي إلى أن تحمل سحب الركام المزني في خطوط العرض المتوسطة سرعات تيارات صاعدة أسرع (تصل إلى حوالي 50 م/ث [110 ميل/ساعة] ) من معظم سحب الركام المزني في المحيطات الاستوائية (أقرب إلى 5-10 م/ث [10-20 ميل/ساعة] ). ^[²^]^:³⁰³ ومع ذلك، توجد أعلى قيم CAPE في العالم بالقرب من اليابسة في المناطق الاستوائية، بما في ذلك فوق البحر الأحمر والخليج العربي المحاذي لشبه الجزيرة العربية ، وداخل خليج البنغال قبالة الهند، وعلى طول الساحل الشمالي لأستراليا. ^[¹³^]^[¹⁴^] في هذه المناطق، تجاوزت النسبة المئوية الخامسة والتسعون لقيمة CAPE السنوية، كما تم تحليلها بين عامي 1979 و2019، 303. 5000 جول/كجم. أعلى قيم CAPE فوق اليابسة توجد فوق حوض الكونغو، حيث تبلغ القيمة المئوية الخامسة والتسعون حوالي3000 جول/كجم. ^{[ 14 ]}

يمكن أن يوفر مؤشر CAPE مؤشرًا على شدة الحمل الحراري الجوي المحتملة ، والذي يغذي العواصف الرعدية، ^{[ 13 ]}^{[ 2 ]}^{: 306،} على الرغم من أن وجود قص رياح رأسي قوي يُضخّم قوى أخرى غير صاعدة، مما قد يجعل CAPE مقياسًا غير دقيق لقوة الحمل الحراري. ^{[ 6 ]}^{: 112.} يمكن أن يُعطي الجمع بين CAPE وقص الرياح تقريبًا لسلوك العواصف وتنظيمها في بيئة معينة. ^{[ 6 ]}^{: 239.} تشير القيم الأعلى لـ CAPE إلى احتمالية وجود تيارات صاعدة أقوى وعواصف أشد. ^{[ 4 ]} ومع ذلك، فإن وجود قيم عالية لـ CAPE وحده لا يضمن تطورها، حيث يمكن للطبقات الجوية ذات الاستقرار الحراري العالي، مثل طبقات الانقلاب الحراري، أن تمنع الهواء من الوصول إلى CAPE تمامًا. ^{[ 6 ]}^{: 110.} قد يؤدي هذا إلى غياب تام للعواصف الرعدية في البيئات ذات القيم العالية لـ CAPE. ^{[ 4 ]}

يتأثر نوع العواصف وشدتها جزئيًا بطاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE)، على الرغم من وجود تداخل كبير بينهما، حيث تدعم أنواع مختلفة من العواصف وشدتها نطاقًا واسعًا من عدم استقرار الحمل الحراري. ^{[ 4 ]} تميل العواصف النبضية إلى التكوّن في بيئات ذات كميات معتدلة من طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) وقص رياح ضعيف. ^{[ 6 ]}^{: 119} في نطاق ضيق نسبيًا من الظروف حيث تكون قوة الطفو والرياح الأفقية متقاربة، قد تدعم البيئة تطور العواصف إلى خلايا فائقة . يحدد رقم ريتشاردسون الكلي هذه العلاقة، وهو يتناسب مع طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) مقسومة على سرعة الرياح الأفقية المحيطة. ^{[ 6 ]}^{: 167} لا تتطلب عملية تطور الخلايا الفائقة قيمًا عالية من طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE)؛ بل تتطلب قيمًا منخفضة نسبيًا من طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) (<يمكن أن تدعم الطاقة الكامنة المتاحة (CAPE) التي تبلغ 1000 جول/كجم، والمُركزة في الطبقات السفلى من التروبوسفير، تشكل العواصف الرعدية الفائقة. ^{[ 6 ]}^{: 237} في معظم الحالات، تتطلب العواصف الرعدية الفائقة قيمًا تتراوح بين 500 و1000 جول/كجم. ^{[ 6 ]}^{: 418} في أنظمة الحمل الحراري متوسطة النطاق ، تتناسب قوة تيار التدفق الخلفي الداخل طرديًا مع الطاقة الكامنة المتاحة للحمل الحراري (CAPE). ^{[ 6 ]}^{: 294} كما أن أصداء القوس التي تُنتج رياحًا قوية وتتميز بدوامات طرفية الشكل تكون مدعومة بشكل أفضل في بيئات ذات طاقة كامنة متاحة للحمل الحراري عالية. ^{[ 6 ]}^{: 297}

تؤثر كمية وشكل منطقة الطفو الموجب على سرعة التيارات الصاعدة ، وبالتالي قد تؤدي طاقة الحمل الحراري الكامنة العالية (CAPE) إلى تطور عواصف رعدية هائلة؛ ويحدث هذا التطور السريع عادةً عندما تُطلق طاقة الحمل الحراري الكامنة المخزنة في طبقة الانقلاب الحراري عند كسر هذه الطبقة بفعل التسخين أو الرفع الميكانيكي. كما تؤثر كمية طاقة الحمل الحراري الكامنة على كيفية اندماج الدوامات في المستويات المنخفضة ثم تمددها في التيار الصاعد ، وهو أمر بالغ الأهمية لتكوّن الأعاصير . وتوجد أهم طاقة حمل حراري كامنة للأعاصير ضمن أدنى 1 إلى 3 كيلومترات (0.62 إلى 1.86 ميل) من الغلاف الجوي، بينما تُعد طاقة الحمل الحراري الكامنة في الطبقات العميقة وعرضها في المستويات المتوسطة مهمة للخلايا الفائقة . وتميل موجات الأعاصير إلى الحدوث في بيئات ذات طاقة حمل حراري كامنة عالية. وتُعد طاقة الحمل الحراري الكامنة الكبيرة ضرورية لإنتاج حبات برد كبيرة جدًا، نظرًا لقوة التيار الصاعد، على الرغم من أن التيار الصاعد الدوار قد يكون أقوى مع طاقة حمل حراري كامنة أقل. كما تُعزز طاقة الحمل الحراري الكامنة الكبيرة نشاط البرق. ^[¹⁵^]

شهد يومان بارزان من الأحوال الجوية القاسية قيمًا للطاقة الكامنة المتاحة للحمل الحراري (CAPE) تتجاوز 5 كيلوجول/كيلوجرام. قبل ساعتين من اندلاع أعاصير أوكلاهوما في 3 مايو 1999، بلغت قيمة CAPE المسجلة في مدينة أوكلاهوما 5.89 كيلوجول/كيلوجرام. وبعد ساعات قليلة، اجتاح إعصار من الفئة F5 الضواحي الجنوبية للمدينة. وفي 4 مايو 2007، بلغت قيمة CAPE 5.5 كيلوجول/كيلوجرام، واجتاح إعصار من الفئة EF5 مدينة جرينسبيرج في ولاية كانساس . في هذين اليومين، كان من الواضح أن الظروف مواتية لتكوّن الأعاصير، وأن قيمة CAPE لم تكن عاملًا حاسمًا. مع ذلك، فإنّ طاقة الحمل الحراري الكامنة القصوى (CAPE)، من خلال تنظيم التيارات الصاعدة (والهابطة)، قد تسمح بحدوث أحداث استثنائية، مثل أعاصير F5 المدمرة التي ضربت بلينفيلد، إلينوي في 28 أغسطس 1990، وجاريل، تكساس في 27 مايو 1997، في أيام لم تكن تُعتبر مواتية لحدوث أعاصير كبيرة. وقد قُدِّرت طاقة الحمل الحراري الكامنة بأكثر من 8 كيلوجول/كيلوجرام في بيئة عاصفة بلينفيلد ، وحوالي 7 كيلوجول/كيلوجرام لعاصفة جاريل .

قد تتشكل أحوال جوية قاسية وأعاصير في مناطق ذات قيم منخفضة لطاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE). وتُعدّ العاصفة المفاجئة التي ضربت ولايتي إلينوي وإنديانا في 20 أبريل/ نيسان 2004 مثالًا جيدًا على ذلك. ومن المهم في تلك الحالة أنه على الرغم من ضعف طاقة الحمل الحراري الكامنة (CAPE) بشكل عام، إلا أنها كانت قوية في أدنى مستويات طبقة التروبوسفير، مما سمح بظهور خلايا عاصفة فائقة صغيرة أنتجت أعاصير كبيرة وطويلة المسار وشديدة. ^{[ 16 ]}

انظر أيضاً

مراجع

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 ماركوفسكي، بول؛ ريتشاردسون، إيفيت (2010). علم الأرصاد الجوية متوسطة النطاق في خطوط العرض المتوسطة . تشيتشستر، غرب ساسكس؛ هوبوكين، نيو جيرسي: وايلي-بلاك ويل. ISBN 9780470742136.
1 2 3 4 5 6 هولتون، جيمس ر.؛ حكيم، غريغوري (2013). مقدمة في علم الأرصاد الجوية الديناميكي (الطبعة الخامسة ). أمستردام: أكاديميك برس. ISBN 9780123848666.
1 2 3 4 5 6 بلانشارد، ديفيد أو. (سبتمبر 1998). "تقييم التوزيع الرأسي للطاقة الكامنة المتاحة للحمل الحراري" . الطقس والتنبؤ . 13 (3): 870-877 . doi : 10.1175/1520-0434(1998)013 < 0870:ATVDOC > 2.0.CO ; 2 .
1 2 3 4 5 6 ستول، رولاند. "14.4: عدم الاستقرار، الرأس، والتيارات الصاعدة". الأرصاد الجوية العملية . ليبرتيكستس . تم الاسترجاع في 3 مارس 2026 .
↑ دوسويل، تشارلز أ.؛ راسموسن، إريك ن. (ديسمبر 1994). "تأثير إهمال تصحيح درجة الحرارة الافتراضية على حسابات CAPE" . الطقس والتنبؤ . 9 (4): 625-629 . doi : 10.1175/1520-0434(1994)009 < 0625:TEONTV > 2.0.CO ; 2 .
١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ ٩ ١٠ ١١ ١٢ ١٣ ١٤ بلوستاين، هوارد ب. (٢٠١٣). العواصف الرعدية الشديدة والأعاصير: ملاحظات وديناميكيات . كتب سبرينغر براكسيس. سبرينغر برلين، هايدلبرغ. ISBN 9783642053801.
1 2 جرونيماير، بيتر؛ بونكا، آري جوهاني؛ تيتينن، جيني. “1.2 عدم الاستقرار”. التنبؤ بالعواصف الحملية الشديدة . تجربة توقعات العواصف الأوروبية . تم الاسترجاع في 1 مارس 2026 .
↑ بانكرز، ماثيو جيه؛ كليموفسكي، برايان أ؛ زيتلر، جون دبليو (2002). أهمية اختيار الرقعة وقياس قص الرياح الرأسي في تقييم البيئة الحملية (ملف PDF) . المؤتمر الحادي والعشرون للعواصف المحلية الشديدة. الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية.
1 2 موليناري، جون؛ رومبس، ديفيد م.؛ فولارو، ديفيد؛ نغوين، ليون (1 أغسطس 2012). "طاقة الحمل الكامنة المتاحة في الأعاصير المدارية" . مجلة علوم الغلاف الجوي . 69 (8): 2452-2463 . doi : 10.1175/JAS-D-11-0254.1 .
↑ غاو، شوتينغ؛ لي، شياوفان (2010). نمذجة عمليات الحمل الحراري بدقة عالية ( الطبعة الأولى). سبرينغر دوردريخت. ISBN 9789048178292.
↑ شو، كوان مان؛ إيمانويل، كيري أ. (يوليو 1989). "هل الغلاف الجوي الاستوائي غير مستقر شرطيًا؟" . مجلة الطقس الشهرية . 117 (7): 1471-1479 . doi : 10.1175/1520-0493(1989)117 < 1471:ITTACU > 2.0.CO ; 2 .
↑ إدواردز، روجر؛ طومسون، ريتشارد ل. (5 نوفمبر 2024). طاقة الحمل الحراري الكامنة القابلة للانعكاس في أنظمة الأعاصير المدارية المصحوبة بأعاصير قمعية (ملف PDF) . المؤتمر السابع والعشرون للعواصف المحلية الشديدة. ماديسون، ويسكونسن . تاريخ الاسترجاع: 8 مارس 2026 .
1 2 3 تاكمان، بي جيه؛ إيمانويل، كيري (28 نوفمبر 2024). "أصول طاقة الحمل الحراري الكامنة القصوى حول العالم" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الغلاف الجوي . 129 (22). doi : 10.1029/2024JD041833 .
1 2 تازاريك، ماتيوس؛ ألين، جون تي؛ مارشيو، ماتيا؛ بروكس، هارولد إي. (11 يونيو 2021). "علم المناخ العالمي والاتجاهات في البيئات الحملية من بيانات ERA5 وبيانات الراوينسوند". npj علوم المناخ والغلاف الجوي . 4 (1). doi : 10.1038/s41612-021-00190-x . hdl : 11572/314411 .
↑ كرافن، جيفري ب.؛ إتش إي بروكس (ديسمبر 2004). "علم المناخ الأساسي للمعايير المستمدة من قياسات الأرصاد الجوية والمرتبطة بالحمل الحراري الرطب العميق" (ملف PDF) . النشرة الوطنية للأرصاد الجوية . 28 : 13-24 .
↑ بيتريتشا، ألبرت إي.؛ جيه إم ديفيز؛ إم. راتزر؛ بي. ميرزلوك (أكتوبر 2004). "الأعاصير في بيئة طاقة كامنة صغيرة خادعة: تفشي 20/4/2004 في إلينوي وإنديانا" . مطبوعات المؤتمر الثاني والعشرين حول العواصف المحلية الشديدة . هيانيس، ماساتشوستس: الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية .

للمزيد من القراءة

باري، آر جي، وشورلي، آر جيه. الغلاف الجوي والطقس والمناخ (الطبعة السابعة). روتليدج، 1998، ص 80-81 . رقم ISBN 0-415-16020-0

روابط خارجية

خريطة الوضع الحالي العالمي لمؤشر CAPE

[Markowski_and_Richardson_2010-1] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 ماركوفسكي، بول؛ ريتشاردسون، إيفيت (2010). علم الأرصاد الجوية متوسطة النطاق في خطوط العرض المتوسطة . تشيتشستر، غرب ساسكس؛ هوبوكين، نيو جيرسي: وايلي-بلاك ويل. ISBN 9780470742136.

[Holton_and_Hakim_2013-2] 1 2 3 4 5 6 هولتون، جيمس ر.؛ حكيم، غريغوري (2013). مقدمة في علم الأرصاد الجوية الديناميكي (الطبعة الخامسة ). أمستردام: أكاديميك برس. ISBN 9780123848666.

[Blanchard_1998-3] 1 2 3 4 5 6 بلانشارد، ديفيد أو. (سبتمبر 1998). "تقييم التوزيع الرأسي للطاقة الكامنة المتاحة للحمل الحراري" . الطقس والتنبؤ . 13 (3): 870-877 . doi : 10.1175/1520-0434(1998)013 < 0870:ATVDOC > 2.0.CO ; 2 .

[Stull-4] 1 2 3 4 5 6 ستول، رولاند. "14.4: عدم الاستقرار، الرأس، والتيارات الصاعدة". الأرصاد الجوية العملية . ليبرتيكستس . تم الاسترجاع في 3 مارس 2026 .

[Doswell_and_Rasmussen_1994-5] دوسويل، تشارلز أ.؛ راسموسن، إريك ن. (ديسمبر 1994). "تأثير إهمال تصحيح درجة الحرارة الافتراضية على حسابات CAPE" . الطقس والتنبؤ . 9 (4): 625-629 . doi : 10.1175/1520-0434(1994)009 < 0625:TEONTV > 2.0.CO ; 2 .

[Bluestein_2013-6] ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ ٩ ١٠ ١١ ١٢ ١٣ ١٤ بلوستاين، هوارد ب. (٢٠١٣). العواصف الرعدية الشديدة والأعاصير: ملاحظات وديناميكيات . كتب سبرينغر براكسيس. سبرينغر برلين، هايدلبرغ. ISBN 9783642053801.

[Groenemeijer_et_al.-7] 1 2 جرونيماير، بيتر؛ بونكا، آري جوهاني؛ تيتينن، جيني. “1.2 عدم الاستقرار”. التنبؤ بالعواصف الحملية الشديدة . تجربة توقعات العواصف الأوروبية . تم الاسترجاع في 1 مارس 2026 .

[Bunkers_et_al._2002-8] بانكرز، ماثيو جيه؛ كليموفسكي، برايان أ؛ زيتلر، جون دبليو (2002). أهمية اختيار الرقعة وقياس قص الرياح الرأسي في تقييم البيئة الحملية (ملف PDF) . المؤتمر الحادي والعشرون للعواصف المحلية الشديدة. الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية.

[Molinari_et_al._2012-9] 1 2 موليناري، جون؛ رومبس، ديفيد م.؛ فولارو، ديفيد؛ نغوين، ليون (1 أغسطس 2012). "طاقة الحمل الكامنة المتاحة في الأعاصير المدارية" . مجلة علوم الغلاف الجوي . 69 (8): 2452-2463 . doi : 10.1175/JAS-D-11-0254.1 .

[Gao_and_Li_2010-10] غاو، شوتينغ؛ لي، شياوفان (2010). نمذجة عمليات الحمل الحراري بدقة عالية ( الطبعة الأولى). سبرينغر دوردريخت. ISBN 9789048178292.

[Xu_and_Emanuel_1989-11] شو، كوان مان؛ إيمانويل، كيري أ. (يوليو 1989). "هل الغلاف الجوي الاستوائي غير مستقر شرطيًا؟" . مجلة الطقس الشهرية . 117 (7): 1471-1479 . doi : 10.1175/1520-0493(1989)117 < 1471:ITTACU > 2.0.CO ; 2 .

[Edwards_and_Thompson_2024-12] إدواردز، روجر؛ طومسون، ريتشارد ل. (5 نوفمبر 2024). طاقة الحمل الحراري الكامنة القابلة للانعكاس في أنظمة الأعاصير المدارية المصحوبة بأعاصير قمعية (ملف PDF) . المؤتمر السابع والعشرون للعواصف المحلية الشديدة. ماديسون، ويسكونسن . تاريخ الاسترجاع: 8 مارس 2026 .

[Tuckman_and_Emanuel_2024-13] 1 2 3 تاكمان، بي جيه؛ إيمانويل، كيري (28 نوفمبر 2024). "أصول طاقة الحمل الحراري الكامنة القصوى حول العالم" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الغلاف الجوي . 129 (22). doi : 10.1029/2024JD041833 .

[Taszarek_et_al._2021-14] 1 2 تازاريك، ماتيوس؛ ألين، جون تي؛ مارشيو، ماتيا؛ بروكس، هارولد إي. (11 يونيو 2021). "علم المناخ العالمي والاتجاهات في البيئات الحملية من بيانات ERA5 وبيانات الراوينسوند". npj علوم المناخ والغلاف الجوي . 4 (1). doi : 10.1038/s41612-021-00190-x . hdl : 11572/314411 .

[climatology_parameters-15] كرافن، جيفري ب.؛ إتش إي بروكس (ديسمبر 2004). "علم المناخ الأساسي للمعايير المستمدة من قياسات الأرصاد الجوية والمرتبطة بالحمل الحراري الرطب العميق" (ملف PDF) . النشرة الوطنية للأرصاد الجوية . 28 : 13-24 .

[Utica_outbreak-16] بيتريتشا، ألبرت إي.؛ جيه إم ديفيز؛ إم. راتزر؛ بي. ميرزلوك (أكتوبر 2004). "الأعاصير في بيئة طاقة كامنة صغيرة خادعة: تفشي 20/4/2004 في إلينوي وإنديانا" . مطبوعات المؤتمر الثاني والعشرين حول العواصف المحلية الشديدة . هيانيس، ماساتشوستس: الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[

[

[

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[

[

[ 16 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗