لفائف الحمل الحراري الأفقية

تُعرف الدوامات الحملية الأفقية ، أو ما يُسمى أيضًا بالدوامات الأفقية أو شوارع السحب ، بأنها لفائف طويلة من الهواء تدور في اتجاهين متعاكسين، وتكون موازية تقريبًا لسطح الأرض في طبقة الحدود الكوكبية . على الرغم من رصدها في صور الأقمار الصناعية على مدى الثلاثين عامًا الماضية، إلا أن فهم تطورها لا يزال محدودًا، نظرًا لنقص البيانات الرصدية. من سطح الأرض، تظهر هذه الدوامات على شكل صفوف من السحب الركامية أو السحب الشبيهة بها، والمحاذية لاتجاه الرياح المنخفضة. وقد أظهرت الأبحاث أن هذه الدوامات تُعدّ مهمة في النقل الرأسي للزخم والحرارة والرطوبة وملوثات الهواء داخل طبقة الحدود. ^{[ 1 ]} عادةً ما تكون شوارع السحب مستقيمة تقريبًا؛ ونادرًا ما تتخذ أنماطًا متداخلة عندما تصطدم الرياح المحركة للسحب بعائق. تُعرف هذه التكوينات السحابية باسم شوارع دوامات فون كارمان .

الدوامات الأفقية هي دوامات معاكسة الدوران، تكاد تكون محاذية لاتجاه الرياح المتوسط ​​في طبقة الحدود الكوكبية. قد تنشأ هذه الدوامات نتيجة الحمل الحراري في وجود رياح معتدلة ^{[ 2 ]} و/أو عدم استقرار نقطة الانعطاف الديناميكية في ملف تعريف الرياح المتوسط. ^{[ 3 ]} وتشير النظريات المبكرة ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} حول هذه الظاهرة إلى أن الدوامات قد تتجه بزاوية تصل إلى 30 درجة إلى اليسار في البيئات ذات الطبقات المستقرة، و18 درجة إلى اليسار في البيئات المحايدة، وتكون شبه موازية لاتجاه الرياح المتوسط ​​في البيئات ذات الطبقات غير المستقرة (الحملية). وقد دعمت هذه النظرية ملاحظات جوية من عدة تجارب ميدانية. ^{[ 5 ] [ 7 ] [ 8 ]}

يُقاس عمق الدوامة عادةً بعمق الطبقة الحدية، والذي يتراوح عمومًا بين 1 و2  كيلومتر. ويبلغ معدل البعد الجانبي إلى البعد الرأسي لزوج من الدوامات حوالي 3:1. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 9 ]} وقد أظهرت الدراسات التجريبية أن نسبة العرض إلى الطول (نسبة طول موجة الدوران إلى عمق الطبقة الحدية) تتراوح بين 2:1 و6:1، إلا أنها قد تصل في بعض الحالات إلى 10:1. ويمكن أن يستمر عمر الدوران الحملي من ساعات إلى أيام. ^{[ 4 ] [ 10 ] [ 6 ] [ 7 ]}

إذا كان الهواء المحيط قريبًا من التشبع، فقد يحدث تكثف في التيارات الصاعدة الناتجة عن دوران الدوامات. وتؤدي الحركة الهابطة بين أزواج اللفات المتناوبة إلى تبخر السحب. وهذا، بالإضافة إلى التيارات الصاعدة، يُنتج صفوفًا من السحب. غالبًا ما يستخدم طيارو الطائرات الشراعية التيارات الصاعدة الناتجة عن صفوف السحب، مما يُمكّنهم من الطيران بشكل مستقيم لمسافات طويلة، ومن هنا جاءت تسمية "صفوف السحب".

إن العملية الدقيقة التي تؤدي إلى تكوين الدوامات الأفقية معقدة. وتتمثل آلية الإجهاد الأساسية في طبقة الحدود الكوكبية في التدفق المضطرب للزخم، ويجب تقريب هذا الحد في معادلات الحركة الديناميكية للموائع لنمذجة تدفق طبقة إيكمان والتدفقات. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 1 ]}

سمح التقريب الخطي ، أي معادلة انتشار الدوامات بمعامل انتشار الدوامات K، لإيكمان بالحصول على حل لولبي لوغاريتمي بسيط . مع ذلك، يشير التواجد المتكرر للدوامات الأفقية في طبقة الحدود الكوكبية، والتي تمثل تنظيمًا للاضطراب (بنى متماسكة)، إلى أن تقريب الانتشار غير كافٍ. يتميز حل إيكمان بملف تعريف رياح انعطافي جوهري وُجد أنه غير مستقر للأمواج الطويلة التي تتوافق مع مقياس الدوامات الكبيرة المنظمة. ^{[ 3 ]} أظهرت النظرية غير الخطية أن نمو موجات الاضطراب المحدودة هذه يُعدّل التدفق المتوسط، مما يُزيل طاقة عدم الاستقرار الانعطافي الديناميكي، وبالتالي يتحقق التوازن. يتوافق التدفق المتوسط ​​المُعدّل جيدًا مع الملاحظات. ^{[ 7 ] [ 1 ]} يتطلب هذا الحل للطبقة التي تحتوي على طول موجة الدوران على نطاق طبقة الحدود الكوكبية تعديلًا في نقل التدفق لاستيعاب نمذجة الحركة الحملية للدوامات الكبيرة. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 1 ]}

تتشكل الدوامات الهوائية في أفضل الظروف عندما تكون الطبقة السفلى من الهواء غير مستقرة، ولكنها مغطاة بطبقة هوائية مستقرة. ويشترط وجود رياح معتدلة. ويحدث هذا غالبًا عندما تهبط طبقات الهواء العليا، كما هو الحال في ظروف الضغط الجوي المرتفع، ويُلاحظ أيضًا بكثرة عند تشكل الضباب الإشعاعي ليلًا. ويحدث الحمل الحراري أسفل طبقة الهواء المستقرة، حيث يرتفع الهواء بفعل التيارات الحرارية أسفل السحب ويهبط في الهواء بين طبقات الهواء.

تُنتج طاقة الاضطراب الناتجة عن عدم الاستقرار الديناميكي من طاقة قص الرياح . وتُسهم الرياح القوية في تكوين هذه الدوامات، بينما تُعدّلها طاقة الحمل الحراري. ويُنتج الحمل الحراري في وجود سرعة منخفضة دوامات، حيث يتم كبح نمو عدم الاستقرار في القص. ويُنتج الحمل الحراري في بيئات الرياح المنخفضة جدًا حملًا حراريًا خلويًا بشكل عام. ^{[ 7 ] [ 1 ] [ 8 ]}

على الرغم من التحقق من صحة هذا الحل من خلال العديد من الملاحظات، إلا أنه معقد، إذ يتضمن رياضيات نظرية الفوضى ، ولم يُستخدم على نطاق واسع. ^{[ 3 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 11 ] [ 12 ]} ومع ذلك، عند دمجه في نماذج التنبؤ الخاصة بالمركز الوطني للتنبؤ البيئي (NCEP) باستخدام بيانات رياح سطح الأرض من الأقمار الصناعية، فقد حسّن التنبؤات بشكل ملحوظ. ويُعدّ الحل غير الخطي، مع الوصف الصريح لبنية الاضطراب المتماسكة المحدودة، إضافةً قيّمة لنظرية الفوضى لتنظيم الاضطراب.

• الحمل الحراري في الغلاف الجوي
• سحابة موجية

• دنلوب، ستورم (2002) دليل تحديد الأحوال الجوية ، غيلفورد، كونيتيكت: مطبعة ليونز. رقم ISBN 1-58574-857-9
• هداف، فيركايك (1989) سماء واسعة ديفيد وتشارلز ISBN 0-7153-9139-9
• "شوارع سحابية تمهد خليج هدسون" . مرصد الأرض التابع لوكالة ناسا . مؤرشف من الأصل بتاريخ 1 أكتوبر 2006. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 مايو 2006 .
• "صور لشوارع سحابية فوق خليج المكسيك: معرض صور لشوارع سحابية" . أخبار الأرصاد الجوية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-10-2009 .