تردد الاستقرار الجوي

خطوات الاستخدام

أدخل معدل التبريد الفعلي (Γ) بالوحدة المفضلة (مئوية/كم أو كلفن/كم). هذا المعدل يمثل تغير درجة الحرارة مع الارتفاع في الغلاف الجوي الفعلي. يتم قياسه عادة من بيانات الراديو سوند أو نماذج الطقس.

أدخل معدل التبريد الجاف الأديباتيكي (Γ_d) والذي يبلغ قيمته القياسية حوالي 9.8 °C/كم (أو 0.0098 °C/م). هذا المعدل يمثل تبريد كتلة هوائية جافة ترتفع بدون تبادل حراري. يمكنك تعديل هذه القيمة إذا كنت تتعامل مع ظروف خاصة.

ستقوم الحاسبة بحساب تردد برونت-فايسالا (N) باستخدام الصيغة: N² = (g / T_avg) × (Γ_d - Γ)، حيث g = 9.81 م/ث² تسارع الجاذبية، و T_avg هي متوسط درجة الحرارة (بالكلفن) في الطبقة قيد الدراسة. إذا لم تقدم T_avg، تفترض الحاسبة قيمة 288 كلفن (15 درجة مئوية). يمكنك إدخال T_avg للحصول على نتائج أكثر دقة.

الأسئلة الشائعة

تردد برونت-فايسالا، الذي يُرمز له بالرمز N، هو تردد التذبذب الرأسي لكتلة هوائية مزاحة قليلاً عن موضع توازنها في الغلاف الجوي المستقر. يُحسب باستخدام العلاقة N = √( (g/θ) * (dθ/dz) )، حيث g تسارع الجاذبية، θ درجة الحرارة المحتملة، و dθ/dz معدل تغير درجة الحرارة المحتملة مع الارتفاع. في التطبيقات العملية، يستخدم معدل التبريد: N² = (g/T) * (Γ_d - Γ)، مع Γ_d = 9.8 °C/كم. أهمية هذا التردد: 1) تحديد الاستقرار الرأسي: إذا كان N² > 0 فالغلاف الجوي مستقر (تذبذبات)، وإذا كان N² < 0 فهو غير مستقر (حمل حراري). 2) حساب سرعة انتشار موجات الجاذبية الداخلية، التي تنقل الطاقة في الغلاف الجوي وتؤثر على أنماط الطقس. 3) تقدير ارتفاع طبقة الاختلاط وحدوث التقلبات الجوية. 4) في نمذجة الغلاف الجوي، يعد N معلمة أساسية في حسابات التموج والاضطراب. عملياً، يستخدم المتنبئون الجويون هذا المفهوم لتحليل خطر العواصف الرعدية والاضطراب الجوي.

عندما تكون N² سالبة، فإن الجذر التربيعي لعدد سالب يؤدي إلى عدد خيالي بحت (i * √|N²|). هذا لا يعني خطأ في الحساب، بل يشير إلى أن الغلاف الجوي غير مستقر رأسيًا. في هذه الحالة، لا يوجد تردد حقيقي للتذبذب لأن أي إزاحة رأسية لكتلة هوائية تؤدي إلى تسارع بعيداً عن موضع التوازن، بدلاً من العودة إليه. عمليًا، يُفسَّر الوضع على أنه غلاف جوي معرض لحركة حمل حراري (convection) غير مقيدة. إذا كان معدل التبريد الفعلي أكبر من معدل التبريد الجاف الأديباتيكي (Γ > Γ_d)، فإن الكتلة الهوائية المرتفعة تصبح أكثر دفئًا من محيطها وتستمر في الارتفاع. هذا هو أساس السحب الركامية والعواصف. في نماذج الطقس، يتم تجاهل التردد الخيالي، ويتم التركيز على معامل الاستقرار الذي قد يكون سالباً. أما في الواقع، فإن الغلاف الجوي غير المستقر يتطور إلى اضطرابات وعواصف، ويمكن قياس 'معدل النمو' بدلاً من التردد.

في الغلاف الجوي المستقر، تتراوح قيمة N عادة بين 0.005 و 0.03 راديان/ثانية. على سبيل المثال، في طبقة الانعكاس الحراري (inversion layer)، حيث تكون درجة الحرارة تزداد مع الارتفاع (Γ سالب)، يكون الفرق Γ_d - Γ كبيرًا جدًا، وبالتالي N كبير نسبياً (قد يصل إلى 0.03-0.05 راديان/ثانية). هذا التردد العالي يعني أن أي اضطراب رأسي سيتخمد بسرعة، مما يمنع اختلاط الهواء ويسبب تراكم الملوثات. في الواقع، تعمل طبقة الانعكاس الحرارية كغطاء يحد من الحركة الرأسية للهواء. على النقيض، في الغلاف الجوي شبه المحايد (near-neutral) مثل حالة الرياح القوية أو فوق المحيطات، قد تكون قيمة N قريبة من الصفر (0.001-0.005 راديان/ثانية)، مما يسمح باختلاط جيد. تذكر أن فترة التذبذب T = 2π/N. فإذا كانت N = 0.01 راديان/ثانية، فإن الفترة حوالي 628 ثانية (10.5 دقيقة)، مما يعني أن كتلة هوائية مزاحة تتأرجح ذهابًا وإيابًا كل 10 دقائق تقريبًا.

الأمواج الجاذبية الداخلية هي تموجات أفقية تنتج عن اضطراب في الغلاف الجوي المستقر (مثل تيار هواء يمر فوق جبل). تردد برونت-فايسالا N يحدد التردد الأقصى الذي يمكن أن تهتز به هذه الأمواج. علاقة التشتت للأمواج الجاذبية الداخلية هي: ω² = N² * (k_h² / (k_h² + k_z²)) + f² * (k_z² / (k_h² + k_z²))، حيث ω التردد الزاوي، k_h عدد الموجة الأفقي، k_z عدد الموجة الرأسي، و f تردد كوريوليس. عندما تكون الأمواج سريعة نسبيًا (ω بالقرب من N)، تكون الحركة الرأسية سائدة. وعندما تكون ω صغيرة جدًا (أقل من f)، تصبح الأمواج تحت تأثير دوران الأرض. في الممارسة العملية، كلما زاد N، زادت سرعة انتشار الأمواج وزادت احتمالية انتقال الطاقة إلى طبقات الجو العليا. على سبيل المثال، فوق سلاسل الجبال، يمكن للأمواج الجاذبية الداخلية ذات الترددات القريبة من N أن تخترق طبقة الستراتوسفير، مما يؤثر على أنماط الطقس العالمية. فهم هذا يساعد في تحسين نماذج التنبؤ الجوي وتقدير الاضطراب الجوي.

تردد الاستقرار الجوي

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

أمثلة محلولة

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

2في يوم صيفي حار، كان معدل التبريد الفعلي 10.5 °C/كم، والمعدل الجاف الأديباتيكي 9.8 °C/كم، ومتوسط درجة الحرارة 300 كلفن. احسب N² وفسر النتيجة.

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة