محتويات
- ما هو بخار الماء
- مقدار بخار الماء في الغلاف الجوي
- مصادر بخار الماء
- قياس بخار الماء في الغلاف الجوي
- بخار الماء وعلاقته بالمناخ
- النماذج المستخدمة للتنبؤ بالمناخ في المستقبل
- بخار الماء كمركب كيميائي
- نتيجة مراقبة بخار الماء
ما هو بخار الماء
بخار الماء مكون مهم للغلاف الجوي من خلال الدور الذي يلعبه في نظام المناخ باعتباره غازًا قويًا للاحتباس الحراري وكمصدر للغيوم، يعد بخار الماء مهمًا أيضًا كمركب كيميائي ، سواء في طبقة التروبوسفير كمصدر لجذر الهيدروكسيل ، وهو أهم عامل مؤكسد في طبقة التروبوسفير ، وفي الستراتوسفير حيث يؤثر على استنفاد الأوزون ، خاصة في المناطق القطبية.
مقدار بخار الماء في الغلاف الجوي
من المستحيل أن نعرف بشكل دقيق كمية بخار الماء في الغلاف الجوي لأن الماء موجود في كل مكان على كوكبنا، فهو يغطي 71٪ من سطح الأرض، إذا أردنا الحد من كمية بخار الماء في الغلاف الجوي ومراقبة درجة حرارة الأرض، ويجب علينا أن نحد من الغازات المسببة للاحتباس الحراري التي يمكننا، عمليا، أن تفعل شيئا مثل غاز CO 2 وغيرها من الغازات المسببة للاحتباس الحراري المعمرة.
مصادر بخار الماء
مصادر بخار الماء الموجودة في الغلاف الجوي هي :
- يتكون البخار الماء بواسطة المسطحات المائية بشكل كبير مثل المحيطات والأنهار والبحار وغيرها من جميع أشكال المسطحات وهذا يوضح الفرق بين التكثف والتبخر.
- التربة الرطبة مصدر أساسي لبخار الماء أيضا.
- ومن مصادر بخار الماء أيضا العمليات الحيوية التي تحدث داخل الكائنات مثل عملية التنفس.
- ومن مصادر بخار الماء الغطاء الجليدي في الأماكن الجليدية مثل القطبين.
قياس بخار الماء في الغلاف الجوي
يمكن قياس بخار الماء في الغلاف الجوي باستخدام مجموعة واسعة من التقنيات ومنصات المراقبة، تُستخدم هذه الملاحظات في المقام الأول للتنبؤ العددي بالطقس والرصد والبحث في كيمياء المناخ والغلاف الجوي، يُقاس بخار الماء في الموقع بواسطة البالونات والأدوات القائمة على الطائرات ، وعن بُعد بواسطة أجهزة الاستشعار الأرضية والأقمار الصناعية.
تشمل التقنيات المختلفة لقياس بخار الماء استخدام:
- أجهزة استشعار سلبية تعمل بالموجات الدقيقة مثبتة على منصات مدارية قطبية.
- أجهزة الاستشعار التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء ، والتي تشكل أطول سجل ساتلي لتوصيف بخار الماء وأدوات السبر.
- أجهزة التصوير فوق البنفسجية المرئية القريبة من الأشعة تحت الحمراء طرق الاسترجاع النهاري التي تستخدم قناتين وتوفر دقة مكانية عالية (~ 1 كم)).
- سبر الأطراف ، وهي تقنية لسبر طبقات مختلفة من الغلاف الجوي عن طريق المراقبة على طول شعاع مماس لا يتقاطع مع سطح الأرض.
- المسابير الراديوية ، وهي أداة شائعة الاستخدام للسبر في الموقع توفر ملامح عالية الجودة للرطوبة النسبية من بين متغيرات أخرى باستبانة رأسية لا مثيل لها بحوالي 5 أمتار على نطاق عالمي يتم إطلاق حوالي 1000 مسبار لاسلكي كل يوم، توفر مستشعرات الرطوبة في المسابير الراديوية بيانات رطوبة عالية الجودة في معظم أنحاء التروبوسفير ، ومع ذلك ، يجب تطبيق تصحيحات مهمة على قياسات الرطوبة في طبقات التروبوسفير العليا والستراتوسفير.
- أجهزة قياس الرطوبة بنقطة الصقيع المحمولة بالبالون والتي تستخدم مرآة مبردة ، يتم التحكم في درجة حرارتها بعناية عند درجة حرارة نقطة الصقيع.
- الأدوات الأرضية ، والتي تسمح بالتحقيق شبه المستمر للكتلة الهوائية فوق موقع ثابت.
- طائرات تجارية مختلفة طويلة المدى مزودة بأجهزة استشعار للبخار،
يتم إعاقة الاتجاهات في بخار الماء الملحوظ في الغلاف الجوي بسبب عدم التجانس في سجلات البيانات ، والذي يحدث عند توقف برامج القياس ، على سبيل المثال ، العمر المحدود لبعثات الأقمار الصناعية أو التغييرات غير الموثقة أو المفهومة بشكل كاف في الأجهزة، يعد دمج السجلات من أدوات مختلفة لا تتفق مع بعضها مشكلة أيضًا، أحد الأمثلة على ذلك هو الإزاحة بين السجلات من أجهزة الأقمار الصناعية HALOE و MLS، ومع ذلك ، تظهر الملاحظات زيادة مطردة في إجمالي عمود بخار الماء بالإضافة إلى زيادة صافية لمدة 30 عامًا في بخار الماء في الستراتوسفير.
بخار الماء وعلاقته بالمناخ
خلال النصف الأخير من القرن العشرين ، أظهرت كمية بخار الماء في الستراتوسفير اتجاهًا متزايدًا صافًا ، ولكن منذ عام 2000 كانت هناك فترات من الوفرة المتزايدة والمتناقصة ” Nedoluha et al. ، 2013″ ، لا يوجد حاليًا فهم شامل لجميع الآليات التي تؤدي إلى حدوث تغييرات في المناخ بسبب كمية بخار الماء الموجود في الستراتوسفير، لكن هذا يحدث الرطوبة النسبية و يحدث معظم نقل الغازات من طبقة التروبوسفير إلى الستراتوسفير عبر التروبوبوز المداري، تأثير الرطوبة على الضغط الجوي بسبب درجات الحرارة المنخفضة في هذه المنطقة من الغلاف الجوي ، يتم تجفيف الهواء بالتجميد ويدخل القليل جدًا من الماء إلى الستراتوسفير، في الواقع ، مصدر مهم لبخار الماء في الستراتوسفير هو أكسدة الميثان المنقول من طبقة التروبوسفير.
النماذج المستخدمة للتنبؤ بالمناخ في المستقبل
تستخدم بيانات إعادة التحليل للتحقق من أن المناخ الحالي قد تم تصميمه بشكل صحيح، وبالتالي ، فإن عدم وجود بيانات دقيقة عن التكثف لبخار الماء في منطقة UTLS المهمة ومعرفة العوامل المؤثرة في التكاثف سيحد من قدرة هذه النماذج على التنبؤ بالمناخ في المستقبل.
بخار الماء كمركب كيميائي
بالإضافة إلى كونها تعمل كغازات دفيئة وكمصدر للسحب ، فإن جزيئات الماء تشارك أيضًا في التفاعلات الكيميائية في الغلاف الجوي، يعد بخار الماء ، إلى جانب الأوزون ، مصدرًا مهمًا لتكوين شق الهيدروكسيل شديد التفاعل (OH)، وOH الراديكالي هو الأكثر أكسدة هامة في الغلاف الجوي السفلي، وتوفير بالوعة المهيمن للعديد من الغازات المسببة للاحتباس الحراري (على سبيل المثال، CH 4 ، مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية، الهيدروفلوروكربون) والملوثات (على سبيل المثال، CO وغير الميثان الهيدروكربونات). في الهواء النظيف ، يتم تشكيل جذور OH من خلال هذا الزوج من التفاعلات الكيميائية:
O 3 + n (I <340nm) -> O 2 + O ( 1 D)
O ( 1 D) + H 2 O -> 2OH
تعتمد وفرة OH في الغلاف الجوي على كميات الأوزون وبخار الماء، يعتمد إنتاج OH أيضًا على كمية الأوزون العلوي لأن هذا يحدد كمية إشعاع الموجة القصيرة اللازمة لكسر جزيء الأوزون.
في حين أن طبقة التروبوسفير رطبة تمامًا ، فإن طبقة الستراتوسفير جافة جدًا ، وعادة ما تكون بنسب خلط بخار الماء 5 جزء في المليون، هذا يعني أنه عادة لا توجد غيوم في الستراتوسفير، ومع ذلك ، إذا انخفضت درجات الحرارة إلى أقل من -78 درجة مئوية ، يمكن أن يتشكل نوع خاص من الماء وحمض النيتريك (HNO 3 • 3H 2 O)، على أسطح جزيئات الجليد ، تحدث تفاعلات كيميائية تحول مركبات مكمن الكلور غير الضارة (حمض الهيدروكلوريك ، حمض الهيدروكلوريك ونترات الكلور ، ClONO 2 ) إلى أشكال تفاعلية (أول أكسيد الكلور ، ClO) التي تدمر الأوزون.
ستؤدي زيادة تركيزات بخار الماء إلى جانب انخفاض درجات الحرارة في طبقة الستراتوسفير، نتيجة لتغير المناخ أيضًا – إلى ظهور المزيد من هذه السحب وسيؤدي ذلك إلى استنفاد أكثر حدة لطبقة الأوزون طالما ظل تركيز الغازات المستنفدة للأوزون مرتفعًا.
Geir Braathen تتشكل سحب اللؤلؤ في الستراتوسفير ، على ارتفاع 20-25 كم فوق سطح الأرض ، في شكل موجات ليبية عندما تهب رياح غربية قوية فوق جبال النرويج، الألوان ناتجة عن الانعراج حول جزيئات الجليد التي تشكل هذه السحب، على الرغم من جمالها ، فإنها تنبئ بتدمير طبقة الأوزون من خلال تحويل مركبات الهالوجين السلبية إلى أنواع نشطة تدمر الأوزون.
نتيجة مراقبة بخار الماء
توزيع بخار الماء في طبقة التروبوسفير العليا والستراتوسفير غير معروف جيدًا بسبب ندرة الملاحظات في هذه المنطقة من الغلاف الجوي، التوزيع العالمي لبخار الماء في طبقة التروبوسفير العليا والستراتوسفير غير معروف جيدًا بسبب ندرة عمليات الرصد الرأسية عالية الدقة في هذه المنطقة من الغلاف الجوي.
في بعض الحالات ، توجد أيضًا اختلافات كبيرة بين بيانات الأقمار الصناعية وبيانات مقياس الرطوبة بنقطة الصقيع وإعادة تحليل الأرصاد الجوية. هناك حاجة إلى بيانات أكثر دقة مع تغطية جغرافية أفضل، الاتجاهات الزمنية الملحوظة في بخار الماء في الستراتوسفير غير مفهومة جيدًا وهذا يوضح عدم فهمنا لكيفية دخول بخار الماء إلى الستراتوسفير. هذه هي المجالات التي سيتناولها GAW في المستقبل.
رد مع اقتباس
