فشار هوا و تاثیر شگفت‌انگیز آن بر آب و هوا: راهنمای جامع

یکی از ویژگی‌های مهم جو زمین، فشار هوا است که نقش تعیین‌کننده‌ای در شکل‌گیری الگوهای باد و آب و هوای سراسر جهان دارد. نیروی جاذبه زمین، درست مانند زمانی که ما را روی سطح سیاره نگه می‌دارد، بر جو نیز اثر می‌گذارد. این نیروی گرانشی باعث می‌شود که جو زمین به همه چیز اطراف خود فشار وارد کند و با چرخش زمین، این فشار هوا کم و زیاد شود.

به عبارت دیگر، فشار هوا نوعی نیروی ناشی از وزن هوای بالای سرمان است. تغییرات در فشار هوا نشان‌دهنده تغییرات در دینامیک جوی و به دنبال آن، تغییرات آب و هوایی است.

فشار هوا چیست؟

فشار هوا که با نام فشار جوی نیز شناخته می‌شود، در واقع نیرویی است که وزن هوا بر واحد سطح زمین وارد می‌کند. این نیرو ناشی از مولکول‌های تشکیل‌دهنده هوا، اندازه، حرکت و تعداد آن‌ها است. این عوامل بر دما و چگالی هوا تاثیر می‌گذارند و در نتیجه، فشار هوا را تعیین می‌کنند.

به طور خلاصه، فشار هوا به تعداد مولکول‌های هوا در بالای یک سطح بستگی دارد. هر چه تعداد مولکول‌ها بیشتر باشد، فشار بیشتری به سطح وارد می‌شود و فشار جوی کلی افزایش می‌یابد. برعکس، با کاهش تعداد مولکول‌ها، فشار هوا نیز کاهش می‌یابد. بنابراین، تراکم مولکولی هوا رابطه مستقیمی با میزان فشار هوا دارد.

چگونه فشار هوا را اندازه می‌گیریم؟

فشار هوا با استفاده از ابزارهایی به نام بارومتر (فشارسنج) اندازه‌گیری می‌شود. دو نوع اصلی بارومتر وجود دارد: بارومتر جیوه‌ای و بارومتر آنروئیدی.

• بارومتر جیوه‌ای: این نوع بارومتر ارتفاع یک ستون جیوه را در یک لوله شیشه‌ای عمودی اندازه‌گیری می‌کند. با تغییر فشار هوا، ارتفاع ستون جیوه نیز تغییر می‌کند، درست مانند یک دماسنج. هواشناسان فشار هوا را با واحدی به نام اتمسفر (atm) اندازه‌گیری می‌کنند. یک اتمسفر در سطح دریا برابر با 1013 میلی‌بار (MB) است که معادل 760 میلی‌متر جیوه در بارومتر جیوه‌ای است.
• بارومتر آنروئیدی: این نوع بارومتر از یک سیم‌پیچ لوله‌ای استفاده می‌کند که بیشتر هوای آن خارج شده است. با افزایش فشار هوا، سیم‌پیچ به سمت داخل خم می‌شود و با کاهش فشار هوا به سمت بیرون خم می‌شود. بارومترهای آنروئیدی از همان واحدهای اندازه‌گیری بارومترهای جیوه‌ای استفاده می‌کنند و قرائت‌های مشابهی را ارائه می‌دهند، اما فاقد عنصر جیوه هستند.

فشار هوا در سراسر کره زمین یکنواخت نیست. محدوده نرمال فشار هوای زمین بین 970 MB تا 1050 MB است. این تفاوت‌ها ناشی از سیستم‌های فشار هوای پایین و بالا است که به دلیل گرمایش نابرابر سطح زمین و نیروی گرادیان فشار ایجاد می‌شوند.

بالاترین فشار بارومتریک ثبت شده 1083.8 MB (تصحیح شده در سطح دریا) بود که در 31 دسامبر 1968 در آگاتا، سیبری اندازه‌گیری شد. کمترین فشار هوای ثبت شده 870 MB بود که در 12 اکتبر 1979 در هنگام برخورد تایفون تیپ به غرب اقیانوس آرام ثبت شد.

سیستم‌های کم‌فشار

سیستم کم‌فشار، که به آن پرفشار نیز گفته می‌شود، ناحیه‌ای است که فشار جوی در آن نسبت به مناطق اطراف کمتر است. این سیستم‌ها معمولاً با بادهای شدید، هوای گرم و صعود هوا در جو همراه هستند. در این شرایط، سیستم‌های کم‌فشار معمولاً منجر به تشکیل ابرها، بارش و سایر شرایط آب و هوایی ناپایدار مانند طوفان‌های حاره‌ای و چرخندها می‌شوند.

مناطقی که مستعد فشار کم هوا هستند، تغییرات شدید دمایی روزانه (شب در مقابل روز) یا فصلی را تجربه نمی‌کنند. این به این دلیل است که ابرهای موجود در این مناطق تابش خورشیدی ورودی را به جو بازتاب می‌دهند. در نتیجه، این مناطق نمی‌توانند در طول روز (یا در تابستان) به اندازه کافی گرم شوند و در شب نیز مانند یک پتو عمل کرده و گرما را در زیر خود به دام می‌اندازند. بنابراین، وجود ابرها در سیستم‌های کم‌فشار نقش مهمی در تعدیل دما ایفا می‌کند.

سیستم‌های پرفشار

سیستم پرفشار، که گاهی اوقات پادچرخند نیز نامیده می‌شود، ناحیه‌ای است که فشار جوی در آن بیشتر از مناطق اطراف است. این سیستم‌ها به دلیل اثر کوریولیس، در نیمکره شمالی در جهت عقربه‌های ساعت و در نیمکره جنوبی در خلاف جهت عقربه‌های ساعت حرکت می‌کنند.

مناطق پرفشار معمولاً ناشی از پدیده‌ای به نام فرونشینی هستند. فرونشینی به این معنی است که با سرد شدن هوا در مناطق پرفشار، چگالی آن افزایش یافته و به سمت زمین حرکت می‌کند. در این حالت، فشار هوا افزایش می‌یابد زیرا هوای بیشتری فضایی را که از فشار کم هوا باقی مانده، پر می‌کند. فرونشینی همچنین بیشتر بخار آب موجود در جو را تبخیر می‌کند، بنابراین سیستم‌های پرفشار معمولاً با آسمان صاف و هوای آرام همراه هستند.

برخلاف مناطق کم‌فشار، عدم وجود ابرها به این معنی است که مناطقی که مستعد فشار زیاد هوا هستند، تغییرات شدید دمایی روزانه و فصلی را تجربه می‌کنند، زیرا هیچ ابری برای مسدود کردن تابش خورشیدی ورودی یا به دام انداختن تابش موج بلند خروجی در شب وجود ندارد. در نتیجه، این مناطق در طول روز بسیار گرم‌تر و در طول شب بسیار سردتر می‌شوند.

نواحی جوی

در سراسر جهان، مناطق متعددی وجود دارند که فشار هوا در آن‌ها به طور قابل توجهی ثابت است. این امر می‌تواند منجر به الگوهای آب و هوایی بسیار قابل پیش‌بینی در مناطقی مانند مناطق گرمسیری یا قطب‌ها شود.

• ناوه کم‌فشار استوایی: این ناحیه در منطقه استوایی زمین (0 تا 10 درجه شمالی و جنوبی) قرار دارد و از هوای گرم، سبک، صعودی و همگرا تشکیل شده است. از آنجایی که هوای همگرا مرطوب و سرشار از انرژی اضافی است، با صعود منبسط و خنک می‌شود و ابر و بارندگی‌های سنگین را ایجاد می‌کند که در سراسر منطقه مشهود است. این ناوه کم‌فشار همچنین منطقه همگرایی بین‌مداری (ITCZ) و بادهای بسامان را تشکیل می‌دهد.
• سلول‌های پرفشار نیمه‌گرمسیری: واقع در 30 درجه شمالی/جنوبی، این منطقه از هوای گرم و خشک تشکیل شده است که با گرمتر شدن هوای گرم در حال نزول از مناطق گرمسیری شکل می‌گیرد. از آنجایی که هوای گرم می‌تواند بخار آب بیشتری را در خود نگه دارد، نسبتاً خشک است. بارندگی شدید در امتداد خط استوا نیز بیشتر رطوبت اضافی را از بین می‌برد. بادهای غالب در مناطق پرفشار نیمه‌گرمسیری بادهای غربی نامیده می‌شوند.
• سلول‌های کم‌فشار زیرقطبی: این ناحیه در عرض جغرافیایی 60 درجه شمالی/جنوبی قرار دارد و دارای آب و هوای خنک و مرطوب است. کم‌فشار زیرقطبی ناشی از ملاقات توده‌های هوای سرد از عرض‌های جغرافیایی بالاتر و توده‌های هوای گرمتر از عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر است. در نیمکره شمالی، ملاقات آنها جبهه قطبی را تشکیل می‌دهد، که طوفان‌های چرخه‌ای کم‌فشار مسئول بارش در شمال غربی اقیانوس آرام و بیشتر اروپا را تولید می‌کند. در نیمکره جنوبی، طوفان‌های شدیدی در امتداد این جبهه‌ها ایجاد می‌شوند و باعث وزش بادهای شدید و بارش برف در قطب جنوب می‌شوند.
• سلول‌های پرفشار قطبی: این سلول‌ها در 90 درجه شمالی/جنوبی قرار دارند و بسیار سرد و خشک هستند. در این سیستم‌ها، بادها در یک پادچرخند از قطب‌ها دور می‌شوند، که نزول کرده و واگرا می‌شود تا بادهای شرقی قطبی را تشکیل دهد. با این حال، این بادها ضعیف هستند، زیرا انرژی کمی در قطب‌ها برای قوی کردن سیستم‌ها وجود دارد. با این وجود، پرفشار قطب جنوب قوی‌تر است، زیرا می‌تواند بر روی توده خشکی سرد به جای دریای گرمتر شکل بگیرد.

با مطالعه این مناطق پرفشار و کم‌فشار، دانشمندان می‌توانند الگوهای گردش زمین را بهتر درک کرده و آب و هوا را برای استفاده در زندگی روزمره، ناوبری، کشتیرانی و سایر فعالیت‌های مهم پیش‌بینی کنند، که این امر فشار هوا را به یک عنصر مهم در هواشناسی و سایر علوم جوی تبدیل می‌کند.