الرطوبة و قياسها.

 توجد عدة طرق وأساليب لتقدير كمية بخار الماء في الغلاف الجوي وكل طريقة تستخدم لغرض معين وإن كانت هناك بعض الطرق تغني عن الأخرى إلا أن لكل طريقة أو أسلوب أهميته كما يلي:

1-الرطوبة المطلقة

الرطوبة المطلقة هي كتلة بخار الماء المتواجد في حزمة من الهواء وتقاس بوحدة جرام\متر3 وبما ان الرطوبة المطلقة هي وحدة كتلة على وحدة حجم فمن الممكن تعريفها على أنها مقدار كثافة بخار الماء في الغلاف الجوي تظهر أهمية الرطوبة المطلقة في تحديد كمية جزيئات بخار الماء في حجم معين من الهواء ولكن الهواء قابل للتمدد والانضغاط وهذا يؤثر على كمية الرطوبة المطلقة في نفس الحزمة من الهواء كما يظهر في الشكل التالي. 

من الشكل-لنفترض حزمة مغلقة من الهواء تحمل عدد معين من جزيئات بخار الماء تتواجد في محيط قيمة الضغط فيه 1000مب، صعدت هذه الحزمة لأعلى حتى وصلت إلى ارتفاع قيمة الضغط عنده 500مب ماذا سيحدث؟

الذي سيحدث ببساطة أن الحزمة ستتمدد بحيث يكون الضغط داخل الحزمة مساوي للضغط خارج الحزمة، تمدد حزمة الهواء يعني أن حجمها سيتغير وبناء على تعريف الرطوبة المطلقة فإن قيمة الرطوبة المطلقة ستتغير بالرغم من أن عدد جزيئات بخار الماء في الحزمة ضل ثابتا وهذا يجعل الرطوبة المطلقة غير قادرة على وصف الرطوبة في الغلاف الجوي وصفا دقيقا.

2-الرطوبة النوعية

تعرف الرطوبة النوعية على أنها كتلة بخار الماء مقسومة على كتلة حزمة الهواء المحتوية له وتقاس بوحدة جرام\كيلوجرام وبما أن الرطوبة النوعية تعتمد فقط على الكتل دون الاحجام فلن تتأثر بتغير حجم حزمة الهواء فمهما تمددت حزمة الهواء أو تقلصت ستبقى كتلتها ثابتة لذلك فالرطوبة النوعية أفضل من الرطوبة المطلقة في قياس الرطوبة لكن ما سنلاحظه أن الرطوبة النوعية ستكون أعلى فوق المناطق التي تزيد فيها عمليات التبخر وهي المناطق الاستوائية والمسطحات المائية الدافئة وتقل في الأماكن القطبية والباردة بسبب ان كمية جزيئات بخار الماء في الهواء تقل كلما ابتعدنا عن خط الاستواء متجهين إلى الأقطاب.

تستخدم بعض نماذج الطقس الرطوبة النوعية لمراقبة تحرك الكتل الهوائية فارتفاع قيمة الرطوبة النوعية فوق معدلها على منطقة ما يعني أن المنطقة تسيطر عليها كتلة هوائية رطبة أما انخفاض الرطوبة النوعية عن معدلها يعني أن المنطقة تسيطر عليها كتلة هوائية جافة.

3-نسبة الخلط

تعرف نسبة الخلط على أنها كتلة بخار مقسومة على كتلة حزمة الهواء المحتوية له بدون بخار الماء نفسه وتقاس بوحدة جرام\كيلوجرام ومن هنا يتضح التقارب بين مفهوم الرطوبة النوعية ونسبة الخلط إلا أنه يتم طرح كتلة بخار الماء عند حساب كتلة الهواء المحتوية له

يتم تحليل واستخدام نسبة الخلط بنفس الطريقة التي يتم من خلالها استخدام وتحليل الرطوبة النوعية بل ان الرطوبة النوعية أكثر استخداما من نسبة الخلط إلا أن نسبة الخلط مفيدة في دراسة تغير كمية الرطوبة في مختلف الارتفاعات وهذا بدوره مفيد لدراسة الاستقرار وعدم الاستقرار.

4-ضغط بخار الماء

سبق في تعريف الضغط الجوي على أنه وزن عمود الهواء على وحدة مساحة وأن الهواء هو في الواقع خليط متجانس من الغازات يمثل النيتروجين والاكسجين النسب الأعلى من بينها على ذلك فإن الضغط الجوي يعني أيضا مجموع الضغوط الجزيئية للغازات المكونة للغلاف الجوي فإذا كان الضغط الجوي فوق منطقة ما هو 1000مب ونعرف أن نسبة غاز النيتروجين في الغلاف الجوي هي 78% بالتالي فإن الضغط الجزيئي للنيتروجين فوق تلك المنطقة هو 780مب وبنفس الطريقة سنجد أن الضغط الجزيئي للأوكسجين هو 210مب والضغط الجزيئي لباقي الغازات بما في ذلك بخار الماء هو 10مب ومجموع الضغوط الجزيئية هو 1000مب الذي هو الضغط الجوي فوق تلك المنطقة

وحيث أن بخار الماء من الغازات المتغيرة في الغلاف الجوي فإن ضغطه الجزيئي يتغير كذلك بناء على تغير نسبته ومن هنا جاء استخدام الضغط الجزيئي لبخار الماء او ما يعرف بـ “ضغط بخار الماء" كأحد الأساليب لقياس الرطوبة في الغلاف الجوي.

أن زيادة ضغط بخار الماء في منطقة معينة يعني أن كمية بخار الماء زادت والعكس صحيح وممكن أن تزيد كمية بخار الماء الغلاف الجوي في أن منطقة طالما أن معدل التبخر في تلك المنطقة أعلى من معدل التكاثف ولكن متى ما تساوى معدل التبخر والتكاثف في منطقة معينة يصبح لدينا ما يعرف بحالة "التشبع" عندها يوصف ضغط بخار الماء بـ "ضغط بخار الماء المشبع" وهي أعلى كمية يمكن أن يصل إليها ضغط بخار الماء

 للموصول بأي حزمة من الهواء إلى حالة التشبع يجب حدوث أحد الأمرين أو حدوثهما معا، إما أن نزيد كمية جزيئات بخار الماء في الحزمة أو نقلل درجة حرارة الحزمة بحيث تصل إلى حالة التشبع مع كمية أقل من جزيئات بخار الماء وذلك لأن من العوامل المؤثر على ضغط بخار الماء هو درجة الحرارة فعند ضغط جوي يعادل 1000مب يكون ضغط بخار الماء المشبع حوالي 12مب إذا كانت درجة الحرارة 10° سيليزية في حين يكون ضغط بخار الماء المشبع حوالي 42مب عند درجة حرارة 30° سيليزية أن علاقة ضغط بخار الماء بدرجة الحرارة يقودنا مباشرة إلى مفهوم أعم واوسع وهو الرطوبة النسبية.

5-الرطوبة النسبية

تعرف الرطوبة النسبية بأنها النسبة بين مقدار ما يحمله الهواء من بخار الماء على ما يستطيع الهواء حمله من بخار الماء عند نفس درجة الحرارة أو أنها النسبة بين ضغط بخار الماء وضغط بخار الماء المشبع عند نفس درجة الحرارة أو أنها النسبة بين نسبة الخلط ونسبة الخلط المشبعة وعلى التعاريف الثلاثة فإن الرطوبة النسبية لا تعتمد على كمية بخار الماء في الهواء فقط وإنما على نسبته مقارنة مع المقدار الذي يستطيع الهواء حمله وتقاس بالنسبة المئوية.

لذلك قد تكون كمية بخار الماء في الغلاف الجوي هي 4 جرامات لكل كيلوجرام من الهواء عند قياس نسبة الخلط أو الرطوبة النوعية ولكن قد تبلغ الرطوبة النسبية عند هذا المقدار حوالي 100% أو 50% وذلك بناء على ما يستطيع الهواء حمله عند نفس درجة الحرارة فالهواء البارد أقل قدرة على حمل بخار الماء من الهواء الدافئ لذلك فعند ثبات كمية بخار الماء في حزمة معينة من الهواء فإن الرطوبة النسبية لهذه الحزمة تتناسب عكسيا مع درجة حرارة الحزمة. من جهة أخرى فإن درجة الحرارة التي يجب أن تصل إليها حزمة الهواء حتى تصل إلى حالة التشبع تعرف بـ "درجة حرارة نقطة الندى"

إن مفهوم درجة حرارة نقطة الندى مهم جدا لتقدير كمية بخار الماء في حزمة الهواء فالقيمة المرتفعة لدرجة حرارة نقطة الندى تعني أن كمية بخار الماء في الهواء مرتفعة وستبلغ حد التشبع إذا ما تساوت مع درجة حرارة حزمة الهواء

وفق المعايير السابقة فإن مفهوم الرطوبة النسبية يعد اهم مفهوم لدراسة الرطوبة في الغلاف الجوي وذلك لأن دراسة الرطوبة مهم لدراسة عمليات التبخر والتكاثف وعملية التكاثف والتي هي تحويل الماء من الحالة الغازية الى الحالة السائلة لا تتم إلى إذا وصل الهواء إلى حالة التشبع بحيث يعجز عن حمل بخار الماء فيحوله إلى الحالة السائلة وكما اسلفنا فإن حدوث حالة التشبع يكون إما بإضافة المزيد من جزيئات بخار الماء إلى الهواء وهذا يمكن ملاحظته من خلال ارتفاع قيمة درجة حرارة نقطة الندى أو عن طريق خفض درجة حرارة الهواء وهذا نعرفه من درجة الحرارة من ثم فإن الرطوبة النسبية تشمل على جميع الأساليب المتبعة لقياس الرطوبة في الغلاف الجوي وبالتالي فهي الأكثر شيوعا واستخداما.

من الأشياء التي قد تبدو غريبة في عالم الأرصاد الجوية هي أن الهواء الرطب أخف وزنا من الهواء الجاف حيث وجد أن إنش مكعب من الهواء درجة حرارته حوالي 22° سيليزية ونسبة الرطوبة فيه 100% يبلغ وزنه حوالي 0.6656 رطل في حين نفس المقدار من الهواء عند نفس درجة الحرارة يبلغ وزنه حوالي 0.6691 عندما تكون نسبة الرطوبة فيه 50% أي أن الهواء الجاف في هذه الحالة أثقل من الهواء الرطب بحوالي 0.5%!

كتب بواسطة :يوسف السناني

تويتر:hakem_aszman@