ما هو معدل التناقص الكظمي الجاف؟
يصف معدل التناقص الكظمي الجاف (DALR) كيفية تغيّر درجة حرارة كتلة هوائية غير مشبعة عندما تصعد أو تهبط في الغلاف الجوي دون أن تتبادل حرارة مع محيطها. ولأن الهواء الصاعد يتمدّد ويبرد، فإن الهواء الجاف يفقد نحو 9.8 درجة مئوية مقابل كل 1000 متر يصعدها، ويكتسب المقدار نفسه عند هبوطه. وهذه القيمة ثابت فيزيائي عام مُشتقّ من الجاذبية والسعة الحرارية النوعية للهواء، ولذلك تنطبق الحاسبة في أي مكان على سطح الأرض.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخِل درجة حرارة السطح (أو نقطة البداية) بالدرجة المئوية، وارتفاع البداية بالأمتار، ثم الارتفاع المستهدف الذي تريد معرفة درجة الحرارة عنده. تحسب الأداة فرق الارتفاع، وتضربه في معدل التناقص، ثم تُعيد درجة الحرارة عند الارتفاع المستهدف. اختَر ارتفاعاً مستهدفاً أعلى لمحاكاة كتلة هواء صاعدة (تبريد)، أو ارتفاعاً أقل لمحاكاة الهبوط (تدفئة، كما يحدث في رياح الفون أو الشينوك).
شرح المعادلة
المعادلة الحاكمة هي $$T = T_0 - 9.8 \times \frac{\Delta z}{1000}$$ حيث \(T_0\) درجة حرارة البداية، و\(\Delta z\) فرق الارتفاع بالأمتار، و\(9.8\) هو معدل التناقص الجاف بالدرجة المئوية لكل كيلومتر. ويأتي المعدل نفسه من العلاقة $$\Gamma_d = \frac{g}{c_p} \approx 9.8\ \text{°C/km}$$ حيث \(g \approx 9.81\) م/ث² و\(c_p \approx 1005\) جول/(كغ·كلفن)، ما يعطي نحو 9.8 درجة مئوية لكل كيلومتر.
مثال محلول
لنفترض أن درجة حرارة السطح 20 °م عند مستوى سطح البحر (0 م)، ونريد معرفة درجة حرارة كتلة هواء جافة تُرفع إلى 1500 م. فرق الارتفاع هو 1500 م، إذًا $$\Delta T = -9.8 \times \frac{1500}{1000} = -14.7\ \text{°م}$$ وتكون درجة الحرارة النهائية \(20 - 14.7 = \) 5.3 °م.
التعاريف والمسرد
- العملية الأديباتية
- تغير ديناميكي حراري لا يتم فيه تبادل حرارة مع المحيط. تحدث تغيرات في درجة الحرارة فقط من خلال التمدد (التبريد) أو الانضغاط (الاحترار) للحزمة الهوائية.
- حزمة الهواء
- حجم صغير وهمي من الهواء يتم التعامل معه كوحدة منفصلة تحتفظ بهويتها، ويستخدم لتتبع درجة الحرارة والضغط والرطوبة أثناء تحركها عمودياً.
- معدل الانخفاض الأديباتي الجاف (\(\Gamma_d\))
- المعدل الذي تنخفض به درجة حرارة حزمة الهواء غير المشبعة (بدون تكثف) مع ارتفاعها، ≈ 9.8 درجة مئوية لكل 1000 متر. ينطبق بالتساوي على الاحترار أثناء الهبوط.
- معدل الانخفاض الأديباتي المشبع/الرطب (\(\Gamma_m\))
- معدل التبريد الأبطأ لحزمة الهواء الصاعدة بمجرد تشبعها وتكثف بخار الماء، ≈ 5 درجة مئوية/كم في المتوسط، لأن إطلاق الحرارة الكامنة يعاكس التبريد الأديباتي.
- معدل انخفاض البيئة (\(\Gamma_e\))
- التغير الفعلي المقاس لدرجة الحرارة مع الارتفاع في الغلاف الجوي المحيط في وقت ومكان معينين، بمتوسط ≈ 6.5 درجة مئوية/كم في الغلاف الجوي القياسي. تحديد نسبة هذا إلى المعدلات الأديباتية يحدد استقرار الغلاف الجوي.
- رياح الفوهن/تشينوك
- رياح دافئة وجافة تهب من المنحدرات. يرتفع الهواء ويبرد (غالباً يفقد الرطوبة كهطول)، ثم ينحدر من جانب الظل، يسخن بمعدل الانخفاض الأديباتي الجاف، ويصل أدفأ وأجف مما كان عليه على نفس الارتفاع من جانب الريح.
- \(T_0\)
- درجة حرارة الهواء الابتدائية (السطحية أو المرجعية)، بالدرجات المئوية، عند الارتفاع الابتدائي.
- \(\Delta z\)
- التغير في الارتفاع، \(z_1 - z_0\)، بالأمتار. موجب للصعود (تبريد)، سالب للهبوط (احترار).
- \(\Gamma_d\)
- رمز معدل الانخفاض الأديباتي الجاف، 9.8 درجة مئوية/كم، المستخدم كمضروب في صيغة درجة الحرارة.
الأسئلة الشائعة
لماذا 9.8 وليس المعدل البيئي 6.5 °م/كم؟ إن قيمة 9.8 °م/كم هي المعدل الكظمي الجاف لكتلة هواء متحركة. أما متوسط معدل التناقص البيئي (نحو 6.5 °م/كم) فيصف الغلاف الجوي الفعلي ويشمل تأثيرات الرطوبة والاختلاط.
ماذا عن الهواء المشبع (الغائم)؟ بمجرد حدوث التكثّف، تُبطئ الحرارة الكامنة من التبريد ليصبح المعدل الكظمي الرطب (نحو 5 °م/كم). تغطي هذه الأداة الحالة الجافة فقط.
هل يمكنني محاكاة الهواء الهابط؟ نعم — اجعل الارتفاع المستهدف أقل من ارتفاع البداية، وسيرتفع دفء الهواء بمقدار 9.8 °م لكل 1000 متر من الهبوط.
