الرطوبة
اهمية بخار الماء
على الرغم من أن بخار الماء لا يكون الا جزءا قليلاً من مجموع الغلاف الجوي الا أنه يمكن اعتباره من أهم مكونات الهواء تأثيراً على الطقس والمناخ . فمن المعلوم ان حصة توزيع معظم الغازات تكون ثابتة تقريباً من مكان لآخر بالقرب من سطح الارض الا ان كمية بخار الماء تتباين من مكان لآخر بين صفر ال 5% من مكونات الغلاف الجوي. ويمكن ان ندرك مقدار الاهمية الناتجة من تباين كمية بخار الماء من مكان لآخر للأسباب التالية:-
1. تدل كمية بخار الماء في هواء منطقة معينة على مدى امكانية حصول التساقط في تلك المنطقة وطبيعي ان هذا شيء مهم بالنسبة للمناخ.
2. يمتص بخار الماء كميات كبيرة من الاشعاع الارضي ويساعد على تنظيم الفقدان الحراري من الارض فهو يلعب دوراً اساسياً في الوضع الحراري للمنطقة.
3. يحتفظ بخار الماء بكميات كبيرة من الحرارة الكامنة ويمكن لهذه الطاقة ان تتحرر فتؤدي الى حصول تغيرات جوية واسعة وعنيفة في بعض الاحيان كما بينا ذلك في الفصل السابق.
4. يؤثر بخار الماء تأثيراً كبيراً على الحرارة المحسوسة. Sensible Temp. وهي الحرارة التي يحس بها الجسم البشري والتي قد تختلف عما تسجله المحارير.
وتعتبر البحار والمحيطات والمسطحات المائية الاخرى المصدر الرئيسي لتزويد الجو ببخار الماء كما أن للغابات دوراً مهماً في هذا الباب ونستطيع ان نقول أنه حيثما يحدث اتصال بين الهواء والماء عملية التبخر. وتؤثر في عملية التبخر عوامل عديدة يمكن حصرها بالآتي:
1. درجة الحرارة
يتباين معدل التبخر تبايناً مباشراً تبعاً لدرجة حرارة الهواء. فعندما ترتفع درجات الحرارة تتزايد قابلية جزيئات الماء للقفز مع المسطحات المائية نحو الهواء بمعنى آخر ان ضغط البخار على الماء سوف يتزايد بسرعة ايضاً. وطبيعي أن التبخر يكون شديداً من الماء الحار عنه في الماء البارد.
2. الرطوبة النسبية
عندما يكون الهواء الذي يتواجد فوق المسطح المائي جافاً أو ان رطوبته النسبية تكون واطئة فأنه من الواضح ان عملية التبخر سوف تتزايد اكثر مما لو كانت الرطوبة النسبية للهواء عالية. بمعنى آخر ان هناك علاقة عكسية بين الرطوبة النسبية ومقدار التبخر.
3. الرياح
تعتبر الرياح عاملاً مهماً في زيادة سرعة التبخر وذلك لانها تزيح الهواء الرطب المجاور للمسطح المائي ويحل محله هواء جاف وهذا بدوره يساعد على سرعة عملية التبخر، كما ان الرياح تؤدي الى حدوث حالات اضطراب في سطوح الاجسام المائية فتزداد مساحة المسطح المائي المعرضة للهواء وبالتالي تزداد عملية التبخر.
4. نوعية الماء
لقد اثبتت التجارب المختبرية على أن سرعة عملية التبخر تكون اشد فوق المياه العذبة مما تكون عليه فوق المياه المالحة. فقد ظهر ان هذه السرعة تزيد بحوالي 5%.
5. الضغط الجوي
هناك علاقة عكسية بين مقدار الضغط السائد وبين سرعة عملية لتبخر حيث يؤدي ارتفاع الضغط الجوي الى التقليل من سرعة قفز جزيئات الماء التي تنظم الى الهواء. ولا يؤكد كثير من علماء المتيرولوجيا على أهمية هذا العامل لان الفرق ضئيل ولا يمكن قياسه كما ان مناطق الضغط العالي الكبرى في العالم وخاصة منطقة الضغط العالي فوق المدارية تشتد فيها درجات الحرارة فلا يظهر فيها اثر عامل ارتفاع الضغط الجوي على مقدار التبخر.
ولبخار الماء كبقية الغازات ضغط خاص به يعرف بضغط بخار الماء. ويتوقف مقدار هذا الضغط على مقدار بخار الماء في الهواء اذ كلما قلت كمية بخار الماء في الهواء قبل ضغظ الخبار فيه، وهذا يؤدي بدوره الى زيادة عملية التبخر.
والعكس هو الصحيح ، ولكل درجة حرارة حد أعلى نضغط بخار الماء يعرف بضغط التشبع Saturation Vapor Pressure أو ضغط البخار في حالة التشبع ولا يقوي الهواء المشبع لى حمل مقادير اضافية من البخار.
وتعتمد كمية بخار الماء التي يحتويها الهواء اعتماداً رئيسياً على درجة حرارته. ويطلق على الكمية العظمى من بخار الماء التي يمكن للهواء ان يستوعبها في درجة حرارية معينة مصطلح ( القدرة) (Capacity). وعندما يصل الهواء الى هذه المرحلة يمكن ان يقال انذاك انه قد اصبح مشبعاً. ويصل الهواء الى مرحلة التشبع Saturation بطريقتين هما:
1. ان تنخفض درجة حرارة الهواء مع بقاء كمية البخار فيه على حالها.
2. ان ترد الى الهواء كميات اضافية من بخار الماء مع بقاء درجة الحرارة على حالها.
واذا ما استمر انخفاض درجات الحرارة بحيث ان الهواء قد وصل الى مرحلة التشبع فان قسماً من البخار الموجود فيه سيصبح فوق طاقته وعليه فان جزءاً من البخار سيتحول الى قطرات مائية صغيررة او بلورات جليدية. ويطلق على درجة الحرارة التي وصل بها الهواء الى مرحلة التشبع اسم نقطة الندى Dew Point. كما يطلق على العملية التي تؤدي الى تحول بخار الماء الموجود في الهواء الى قطرات أو بلورات جليدية اسم عملية التكاثف Condensation.
ويكتسب بخار الماء عند تبخره طاقة حرارية كامنة Latent Temperature وطالما ظل بخار الماء عند تكاثفه هذه الحرارة الكامنة بمعدل 450 سعره حرارية لكل غرام من بخار الماء. ولهذه الحرارة المنطلقة اثر ميتورولوجي عظيم فهي المسؤولة ن تنشيط حالة عدم الاستقرار في الهواء الصاعد . ويحدث احياناً ان يتحول البخار الى جليد بصورة مباشرة دون ان يمر بالحالة السائلة او يمر ببها وفي هذه الحالة يطلق حرارة كامة مقدارها 620 سعرة حرارية لكل غرام من البخار.
الرطوبة
تطلق هذه الكلمة عادة للتعبير عن حالة بخار الماء في الهواء. ويجب ان نذكر بعض المصطلحات التي يكثر استعمالها من قبل الجغرافيين وعلماء الطقس.
1. الرطوبة المطلقة Absolute Humidity
ونعني بها مقدار وزن بخار الماء في حجم معين من الهواء وبشكل اكثرر دقة عدد الغرامات التي تمثل وزن بخار الماء في متر مكعب واحد من الهواء. وتتتباين الرطوبة المطلقة تبعاً لدرجة حرارة الهواء لان الهواء يتمدد بارتفاع درجات الحرارة ويتقلص بانخفاضها مع ثبات وزن بخارر الماء فيه.
ب. الرطوبة النسبية Relative Humidity
ونعني بها النسبة المئوية بين كمية بخار الماء الموجود في الهواء ( الرطوبة المطلقة) بدرجة حرارية معينة وبين اقصى ما يمكن لذلك الهواء ان يستوعبه من بخار الماء ( القدرة) بنفس الدرجة الحرارية. على مقدارر الرطوبة النسبية:
وهناك علاقة كبيرة بين الرطوبة النسبية للهواء وبين درجات الحرارة حيث ترتفع هذه الرطوبة بانخفاض درجات الحرارة وتنخفض بارتفاعها ، فعلى سبيل المثال اذا كانت الرطوبة النسبية لهواء ما تبلغ 29 % كانت درجة حرارته 21.111 فانها تصبح 100 % اذا انخفضت درجة حرارة ذلك الهواء واصبحت 3.33 م.
جـ. الرطوبة النوعية
يعبر عنها بانها وزن بخار الماء نسبة لوزن كتلة معينة من الهواء بما فيها بخار نفسه ويعبر عنها عادة بالغرامات في الكيلوغرام ولاتتأثر الرطوبة النوعية تبغيرات الضغط او تغيرات درجة الحرارة.
الاجهزة المستخدمة في قياس التبخر والرطوبة
الاجهزة المستخدمة في قياس التبخر والرطوبة:-
يقاس التبخر في خزانات مفتوحة على شكل حوض دائري عمقه 60 سم ومساحة سطحه حوالي 2/1 متر مربع، ويوضع المقياس داخل حفر في الارض بحيث ترتفع حافته فوق سطح الارض بمقدار 3.8 سم فقط . وعند بداية عملية القياس يملأ الخزان بالماء الى ماقبل نهاية حافته بحوالي 6.2 سم ويترك لفترة من الزمن وبعدها يمكن معرفة الكمية التي تبخرت في تلك الفترة. ويطلق على هذا الجهاز اسم اناء قياس التبخر Evaporation Pan.
وتقاس الرطوبة النسبية بأجهزة خاصة أهمها الهايكرومتر Hygrometer ويتكون هذا الجهاز من محرارين احدهما محرار اعتيادي يطلق عليه اسم المحرار الجاف اما الآخر فان بصلته تلف من الشاش ينتهي في خزان صغير فيه ماء مقطرر ويطلق عليه اسم المحرار المبلل والذي يحصل أن الماء يتبخر من قطعة الشاش بصورة مستمرة ويأخذ حرارته الكامنة من البصلة التي تنتهي عليها قطعة الشاش ولذلك فان هذا المحرار يسجل درجات حرارة اخفض من درجة الحرارة التي يسجلها المحرار المجاور. وكلما كان الجو جافا كلما كان الفر بينهما كبيراً ، لان عملية التبخر من قطعة الشاش تشتد والعكس صحيح . وقد وضعت جداول الحساب الرطوبة النسبية في قراءة المحرار الجاف والمحرار المبلل لتسهيل معرفة درجة الرطوبة النسبية.
اما جهاز Hygropraph فيتكون من خصلة طويلة من شعر الانسان تثبت بأحدى طرفيها بعنلات تنتهي بذراع يؤشرر على اسطوانة دوارة مثبت عليها ورقة بيانية لمقدار الرطوبة النسبية علما بأن شعر الانسان يرتخي بأرتفاع كمية الرطوبة في الهواء ويتقلص في الهواء الجاف.
وهناك جهاز آخر أكثر تعقيداً يتكون من جمع لجهاز المحرار المسجل وجهاز Hygrograph لتسهيل معرفة العلاقة بين درجات الحرارة وبين الرطوبة النسبية.