قياسات الرياح : Measurements of Wind
أولا : التقدير الوصفي : Qualitative Measurement
وفيه يستخدم مقياس بوفورت لتقدير قوة الرياح وسرعتها وهو يتألف من سلسلة من الأعداد من صفر إلى 12 ويستعمل للإشارة إلى سرعات الرياح. وقد صَمَمَ هذا المقياس في عام 1805م العميد البحري البريطاني فرانسيس بوفورت. وفي الوقت الحاضر يمكن تحديد مفهوم مقياس بوفورت الخاص بسرعات الرياح، والتي يمكن قياسها في نطاق 10م فوق سطح الأرض، كما يستعمل هذا المقياس أحياناً في تقدير سرعات الرياح.
جدول بوفورت لتقدير قوة الرياح وسرعتها
درجة الرياح نوع الرياح سرعة الرياح مدى استجابة الأشياء للرياح المصطلح
صفر هواء ساكن اقل من 1 ارتفاع الدخان إلى أعلى Calm
1 هواء خفيف 1 - 3 يحرك الدخان أفقيا Light air
2 نسيم طفيف 4 - 7 يحرك أوراق الأشجار ودوارة الرياح Hight breeze
3 نسيم هادئ 8 - 12 يحرك رايات الأعلام Gentle breeze
4 نسيم معتدل 13 - 18 يثير الأتربة وتطاير أوراق الأشجار Moderate breeze
5 نسيم عليل 19 - 24 يحرك أغصان الأشجار الكبيرة Fresh breeze
6 نسيم قوى 25 - 31 يحرك أغصان الأشجار الكبيرة والأمواج Strong breeze
7 رياح عالية 32 - 38 يصعب السير فى الاتجاه المضاد للرياح Moderate gale
8 رياح هوجاء 39 - 46 يكسر بعض أغصان الأشجار Fresh gale
9 رياح هوجاء شديدة 47 - 54 يكسر السيارات وتقع المداخن Strong gale
10 رياح هوجاء عاصفة 55 - 63 يقتلع الأشجار ويسبب الدمار Whole gale
11 عاصفة 64 - 75 تدمير شديد وتطاير لأسقف المنازل Strom
12 إعصار أكثر من 75 تخريب عام وشامل وقد تسقط الطائرات وتغرق السفن Hurricane
ثانيا : التقدير الكمي : Quantitative Measurement
يشمل التقدير الكمي للرياح تعيين الاتجاه باستخدام دوارة الرياح والسرعة باستخدام أجهزة الانيموميترات.
اتجاه الرياح
يمكن التعرف على اتجاه الرياح باستعمال أجهزة كثيرة تعمل على نظرية أن الرياح لها القدرة على أن تدفع الأجسام القابلة للحركة ومن الأجهزة المستخدمة فى قاس اتجاه الرياح على نطاق واسع جهاز يسمى دوارة الرياح ( ديك الرياح ). ويتكون هذا الجهاز من عمود رأسي مُثبت عليه ساق أفقية قابلة للحركة مثبت في أحد طرفيها لوح معدني خفيف والطرف الأخر عبارة عن سهم. وعندما تهب الرياح فأنها تدفع اللوح المعدني بحيث تضعه فى الوضع الذي تقل فيه قدرة الرياح على تحريك اللوح المعدني ويكون فى عكس اتجاه الرياح وبذلك يكون السهم فى الطرف الأخر مشيرا إلى الجهة التى تأتى منها الرياح. ويمكن الاستدلال على اتجاه الرياح عن طريق سهم ملحق بالذراع أو عن طريق مؤشر كهربائي تتحكم فيه من بُعد دوّارة الرياح.
ويسجل اتجاه الرياح فى محطات الأرصاد الجوية فى ساعات معينة من اليوم, وتستخرج له متوسطات يومية وشهرية تبين النسبة المئوية لمرات هبوب الرياح من الاتجاهات المختلفة بالنسبة لمجموع عدد مرات الرصد. وتوضح هذه النسب على الخريطة المناخية برسوم تخطيطية تسمى وردة الرياح, وهى عبارة عن دائرة عليها تدريج يبين اتجاهات الرياح التى تهب على المنطقة, ويضح بداخل الدائرة النسبة المئوية لحالات السكون.
وغالبًا ما يُشار إلى اتجاهات الرياح بوساطة استعمال 360° موضحّة على دائرة. ويمكن الإشارة من هذه الدائرة إلى اتجاه الشمال، بدرجة الصفر، وتهب الرياح الشرقية من درجة 90°، والرياح الجنوبية من 180°، والغربية من درجة 270°. وغالباً ما تختلف الرياح في السرعة والاتجاه عند الارتفاعات المتعددة. فعلى سبيل المثال يلاحظ أن الدخان المنبعث من فوهة مدخنة قد يأخذ اتجاه الشمال، بينما تتجه السحب الأعلى في السماء صوب الشرق.
سرعة الرياح
الأنيموميتر ذو المروحة : Fan anemometer
يتركب من مروحة من الألمونيوم الخفيف ذات قطر معلوم وبالتالي كلما دارت دورة كاملة يمكن معرفة طول الهواء الذى مر عليها باعتبار انه يمثل محيط المروحة, وتتصل المروحة عن طريق عتلة بمجموعة من التروس التى تحرك مجموعة من المؤشرات تتحرك على تدريج بحيث يقرا التدريج الأكبر الموجود فى الوسط وهو مقسم إلى 100 قسم طول موجة الرياح المارة بالأمتار أما المؤشرات والتى تحيط بالمؤشر الوسطى فهى مرتبة بحيث أذا دار المؤشر الوسطى دورة كاملة تحرك أول مؤشر بمقدار 1/10 من الدورة, والمؤشر التالي يقرا 1/10 من المؤشر السابق وهكذا. ويوجد مفتاح يمكن منه تصفير العدادات عند استعمال الجهاز.
لاستعمال الجهاز يوضع بحيث تقابل المروحة اتجاه الرياح وتترك بعض الوقت بحيث تأخذ سرعة المروحة السرعة الحقيقية للرياح وعن طريق العتلة يتم توصيل المروحة بالعدادات مع مراعاة تسجيل الزمن عند بدأ تسجيل المؤشرات ويترك الجهاز فترة محددة, وبمعرفة طول موجه الرياح يمكن حساب السرعة المتوسطة للرياح خلال الفترة المحددة من المعادلة التالية :
"طول الموجه" /"الزمن" = "سرعة الرياح"
الأنيموميتر ذو الأقداح : Cup anemometer
المرياح هو اسم الأداة التي تقاس بها سرعة الرياح. اخترعه الأيرلندي روبنسون سنة 1846, وهناك أنواع عديدة من هذه الأداة, أكثر أنواعها استخداماً هو الذي يكون له ثلاثة أقداح أو أربعة لها شكل مخروطي أو قمعي مغلق موصول في نهاية قضبان يبلغ طولها من 5 إلى 20سم. وتتوزع الأقداح بشكل محوري على رأس بكرة دائرية.
وتتلخص آلية عمل هذه الأداة في أن ضغط الرياح على القعر المغلق للقدح يكون أكبر منه على الجانب المفتوح منه, وهذا من شأنه أن يدفع الأقداح إلى الحركة, وكلما كانت الرياح أسرع زادت سرعة دوران الأقداح, وتقاس سرعة الرياح بعد ذلك بحساب عدد مرات دوران الأقداح خلال فترة زمنية معينة, وغالباً ما ترسل النتائج إلى قرص مدرج في المرياح نفسه, ويمكن أيضاً أن ترسل النتائج كهربائياً إلى أجهزة للعرض موجود على مسافة قريبة من المرياح.
الرطوبــــة الجوية : Air Humidity
رغم ضآلة نسبة الماء الموجود في الغلاف الجوي والتي لا تتجاوز 0,01 ٪ من الغلاف المائي، إلا أن هذه النسبة لها الدور الأساسي في تكوين السحب والضباب والندى وأشكال الرطوبة وهو المسئول الأساسي عن جميع مظاهر الطقس الرئيسية مثل الأعاصير والمنخفضات الجوية.
ولبخار الماء وظائف ضمن النظام الأرضي يمكن إجمالها بما يلي:
ينفرد الماء بوجوده في النظام الأرضي في الحالات الثلاث للمادة وهي الصلابة والسيولة والغازية، ويظل الماء في حركة مستمرة، فعندما يذوب يتحول من الصلابة إلى السيولة، وعندما يتبخر يتحول من السيولة إلى الغازية، وعندما يتكاثف يمكن أن يتحول إلى مطر أو ثلج .. الخ. وتعرف دورة المياه في النظام الأرضي بالدورة الهيدرولوجية، وتتضمن إمكانية :
تحول الماء من حالة إلى أخرى.
تبادل كبير للطاقة، فالماء عندما يتبخر يستمد الطاقة اللازمة لتبخره من المسطح المائي الذي تبخر منه، وتعرف هذه الطاقة بالحرارة الكامنة للتبخر وتساوي 573 سعراً حرارياً لكل غرام واحد من الماء، وعندما يتكاثف بخار الماء في الغلاف الجوي يطلق نفس الكمية من الطاقة، وهذه تعرف بالحرارة الكامنة للتكاثف.
ينظم بخار الماء وصول أشعة الشمس إلى سطح الأرض ، ويحجز معظم الإشعاع الشمسي ويبقيه قريباً من سطح الأرض، ولهذا لا تنخفض درجة الحرارة كثيراً ، كما يظل المدى الحراري اليومي والسنوي في المسطحات البحرية معتدلا.
يوجد جميع بخار الماء تقريباً ضمن طبقة التروبوسفير، ومعظمه في الجزء الأسفل من هذه الطبقة، حيث تحدث معظم مظاهر الأحوال الجوية.
تختلف كمية بخار الماء من مكان إلى آخر ومن وقت إلى آخر، فالمناطق الاستوائية والمعتدلة هي أكثر المناطق رطوبة، بينما المناطق القطبية والمدارية الصحراوية أقلها.
مقاييس الرطوبة
تستخدم عدة مقاييس للتعبير عن مقدار الرطوبة الجوية أهمها ضغط بخار الماء والرطوبة النوعية والرطوبة المطلقة والرطوبة النسبية :
ضغط بخار الماء : (Vapour Pressure)
بخار الماء هو أحد الغازات التي تدخل في تركيب الغلاف الجوي، ويشارك في تحديد ذلك الضغط، ويختلف ضغط بخار الماء، تبعاً لاختلاف مقدار بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي، فإذا كانت نسبة بخار الماء في الجو مرتفعة يرتفع ضغطه، وإذا كانت قليلة ينخفض ضغطه. ونسبة بخار الماء في الجو لا تستمر في الارتفاع إلى ما لانهاية، وإنما تتوقف عند حد معين يصبح الهواء عنده مشبعاً ببخار الماء، ولا يستطيع أن يحمل أية كمية إضافية، ويعرف ضغط بخار الماء عندها بالضغط المشبع لبخار الماء (Saturation Vapour Pressure) . ويعتمد مقدار الضغط المشبع لبخار الماء اعتماداً كلياً على درجة الحرارة، والعلاقة بينهما علاقة طردية.
ويمكن حساب الضغط البخاري ( e ) من المعادلة التالية :
e= P_vap/M_w .R .T
حيث أن :
P_vap = كثافة بخار الماء جم / سم3
M_w = الوزن الجزيئي للماء وقدره (18 جم جزئ - 1 )
R = الثابت العام للغازات ( 8,31 × 10 7 ارج / جم مول درجة مطلقة )
T = درجة الحرارة المطلقة للهواء الحامل لبخار الماء
الرطوبة النوعية : (Specific Humidity)
تستعمل الرطوبة النوعية للتعبير عن كتلة بخار الماء الموجودة في الهواء الرطب من الغلاف الجوي (جم / كجم) ، أي عدد جرامات بخار الماء الموجودة في الكيلو جرام الواحد من الهواء الرطب، وكلما ازدادت كمية بخار الماء في الجو، ازداد وزنه، ولكن ليس إلى ما لا نهاية، وهنا يتم التمييز بين نوعين من الرطوبة النوعية هما :
الرطوبة النوعية الاشباعية : وتعني أن يصبح الهواء مشبعاً ببخار الماء بحيث لا يستطيع الهواء أن يستوعب بعدها أية كمية إضافية من بخار الماء، أي أن كتلة بخار الماء قد وصلت إلى الحد الأقصى في الجو. وبهذا تمثل الرطوبة النوعية الاشباعية مقياساً لمقدرة الهواء على حمل بخار الماء، وهي تزداد كلما ارتفعت درجة الحرارة.
الرطوبة النوعية الحقيقية : وهي مقياس لكمية بخار الماء الموجود في الهواء فعلاً، وهي تعتمد أيضاً على درجة الحرارة.
الرطوبة المطلقة : (Absolute Humidity)
وهي كتلة بخار الماء الموجود في حجم معين من الهواء ( جم / م3 )، كأن نقول أن المتر المكعب الواحد من الهواء الطبيعي يحتوي على 70 جراما من بخار الماء. لذا فان الرطوبة النوعية تعبر عن كمية بخار الماء الموجودة فعليا في الجو (الهواء ) .
الرطوبة النسبية : (Relative Humidity)
تقيس النسبة بين كمية بخار الماء الموجودة في الهواء فعلاً وبين كمية بخار الماء اللازمة حتى يكون ذلك الهواء مشبعاً، ويعبر عنها كنسبة مئوية كما يلي:
"100"×"كتلة بخار الماء الموجود فى حجم معلوم من الهواء الجوى فى درجة حرارة معينة" /"كتلة بخار الماء الذى يشبع نفس الحجم من الهواء الجوى فى نفس درجة حرارة" "الرطوبة النسبية ="
والرطوبة النسبية مؤشر لقرب أو بعد الهواء عن الإشباع. فكمية بخار الماء الموجودة في هواء رطوبته النسبية 50٪ هي نصف الكمية التي يحملها عندما يكون مشبعاً. والعلاقة بين درجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية علاقة عكسية، فعندما ترتفع درجة الحرارة تنخفض الرطوبة النسبية ، وعندما تنخفض درجة الحرارة، فإن الرطوبة النسبية تزداد.
التغير اليومي والسنوي للرطوبة الجوية :
تعتبر درجة الحرارة وكمية بخار الماء الموجودة في الهواء أهم عاملين يؤثران في الرطوبة النسبية، وفي الأيام الهادئة التي تخلو من جبهات أو كتل هوائية، فإن الرطوبة النسبية تأخذ بالانخفاض بعد شروق الشمس، وتستمر في الانخفاض فترة الظهيرة، ثم تبدأ بالارتفاع حتى تبلغ أعلى حد لها في ساعات الصباح الأولى قبل شروق الشمس، وهذا مؤشر على أن الدورة اليومية للرطوبة النسبية في مثل هذه الظروف تكون معاكسة للدورة اليومية لدرجة الحرارة. لهذا يكون المدى اليومي للرطوبة النسبية في المناطق القارية والجافة أكبر منه في المناطق البحرية الرطبة. كما تكون الرطوبة النسبية في المناطق المدارية البحرية أعلى في الصيف منها في الشتاء، وفي المناطق المعتدلة والباردة، تكون الرطوبة النسبية في فصل الشتاء أعلى منها في فصل الصيف.
تبلغ الرطوبة النسبية أقصى حد لها في المناطق الاستوائية، وتتناقص بشدة باتجاه المناطق المدارية الجافة لسببين: 1- سيادة الجفاف 2 - نشاط التيارات الهوائية الهابطة.
وفي المناطق المعتدلة ترتفع الرطوبة النسبية لسببين:
انخفاض درجة الحرارة في الشتاء.
وحدوث التيارات الهوائية الصاعدة بفعل الجبهات الهوائية.
ومن جهة أخرى تزيد الرطوبة النسبية فوق اليابسة في الشتاء عنها في الصيف، باستثناء المناطق الموسمية في جنوب شرق آسيا التي تتعرض لكتل هوائية رطبة في الصيف، مما يجعل الرطوبة النسبية في الصيف أعلى منها في الشتاء.
العوامل التى تؤثر على الرطوبة الجوية :
درجة حرارة الجو : تزداد مقدرة الهواء على التحمل بمزيد من بخار الماء بارتفاع درجة الحرارة, والعكس صحيح فى حالة انخفاضها. ولهذا تنخفض الرطوبة النسبية فى النهار بينما تزداد فى الليل.
نشاط الرياح : تنخفض الرطوبة النسبية فى الجو اذا تعرض المكان الى رياح تهب من مكان جاف نظرا لانها تطرد الهواء الرطب المحيط بمصادره مثل النبات والمسطحات المائية. ومن ثم يتم خلط الهواء الرطب بهواء الرياح الجاف. اما الرياح الرطبة فتجلب الرطوبة الى المكان التى تهب علية.
درجة ابتلال سطح الأرض : يؤثر المحتوى المائى للأرض, خاصة الجزء السطحى منها, على الرطوبة النسبية فى الجو, ويرجع ذلك الى زيادة الماء المتبخر بارتفاع كمية الرطوبة فى الأرض. ولهذا ترتفع الرطوبة النسبية قريبا من سطح الأرض خاصة المبتلة مقارنة بالمناطق البعيدة عن سطح الأرض.
غطاء المزروعات : يؤثر الكساء الخضرى على الرطوبة الجوية النسبية, فبزيادة الغطاء النباتى تزداد رطوبة المكان لزيادة ما يفقد يالبخر والنتح منها مقارنة مع الاماكن البعيدة عنها.
قياس الرطوبة الجوية: Measurements of Air Humidity
تقاس الرطوبة الجوية على صورة رطوبة نسبية بواسطة أنواع مختلفة من الأجهزة الشائعة الاستعمال ومنها :-
الهيجروميتر الكيماوي : Chemical Hygrometer
عبارة عن وعاء aspirator لجذب وسحب الهواء من مجموعة أنابيب بها مادة تمتص بخار الماء بشدة مثل كلوريد الكالسيوم - حمض الكبرتيك المركز - خامس أكسيد الفوسفور تلك الأنابيب تكون معلومة الوزن وبعد تمرير الهواء بها يعاد وزن مجموعة الأنابيب بعد امتصاص المادة التي بداخلها لبخار الماء فيمكن بذلك معرفة كمية الرطوبة فى حيز معلوم من الهواء (M ) ثم تعاد التجربة مرة أخرى ولكن بمرور الهواء قبل دخوله مجموعة الأنابيب تحت سطح ماء فى زجاجة فيخرج منها مشبعا ببخار الماء فى درجة حرارة إجراء التجربة ويعاد وزن مجموعة الأنابيب بعد امتصاص المادة التي بداخلها لبخار الماء فيمكن بذلك معرفة كمية الرطوبة التى تشبع نفس الحيز ( M1 ). ثم تحسب الرطوبة النسبية من العلاقة التالية :
"× 100 " " M كمية بخار الماء الموجود فى الحيز تحت الظروف القائمة " /"M1كمية بخار الماء الموجود فى الحيز تحت الظروف القائمة " "الرطوبة النسبية ="
سيكروميترسلينج (الترمومتر الجاف والمبتل) ٍSilling’s Hygrometer
ويتكون الجهاز من لوحة معدنية مثبت عليها ترمومتران أحدهما يسمي الترمومتر الجاف وبذلك فهو يقرا درجة حرارة الجو العادية, والأخر ملفوف عليه قطعة من الشاش تتدلى فى حوض صغير به ماء يسرى فى قطعة قماش يتبخر منها بدرجة تتناسب طرديا بازدياد درجة الحرارة للجو وعكسيا مع درجة رطوبة الجو فيتسبب ذلك فى انخفاض درجة الحرارة ولذا فانه يقيس درجة حرارة اقل من الترمومتر الأولى لتبخر الماء الذى يحتاج إلى درجة حرارة يستمدها من مستودع الترمومتر. فكلما كان الهواء أكثر جفافا كلما كان التبخير من على الغطاء الرطب أكثر سرعة وكان الفرق في درجة الحرارة بين الترمومتران الجاف والمبلل أكبر. وعن طريق جداول خاصة توضح العلاقة بين درجة الحرارة والرطوبة يمكن معرفة الرطوبة النسبية فى الجو من معرفة الفرق بين درجات الحرارة بين الترمومترين الجاف والرطب.
ولا يصلح سيكروميتر سيلنج لمعرفة الرطوبة النسبية فى الجو أذا كانت درجة حرارة الجو اقل من درجة حرارة التجمد, نتيجة تراكم الثلج على كلا من فقاعتي الترمومترين (الجاف والمبتل)
الهيجرومتر الشعري : Hair hygrometer
اعتمدت فكرة عمل الجهاز على تتغير أبعاد بعض من المواد العضوية تبعاً لتغير محتواها من الرطوبة، وقد تم استخدام شعر الإنسان أو شعر زيل الحصان بعد إزالة الشحم منه لقياس الرطوبة النسبية منذ القرن السابع عشر. حيث ثبت أنه يزداد طول الشعر ما بين 2- 2,5 ٪ في المعدل لتغير الرطوبة نسبية من صفر - 100٪ ويكون طول الشعر عادةً مابين 15 -20 سم ولذلك استغلت هذه الخاصية لعمل الهيجرومتر الشعري .
يتركب الجهاز من خصلة من شعر الإنسان أو شعر زيل الحصان المزال عنها المادة الدهنية حتى تكون حساسة لنسبة الرطوبة, ويفضل شعر زيل الحصان حيث انه يعمر مدة أطول. حيث تثبت خصلة الشعر من طرفها فى قاعدة الجهاز عن طريق مسمار محوري والطرف الآخر يتصل بزنبرك يحرك رافعة بها مؤشر يتحرك فوق تدريج يبين النسبة المئوية للرطوبة النسبية. تحفظ خصلة الشعر داخل علبة معدنية مثقبة ثقوبا واسعة لتسمح بتبادل الهواء بما يحمله من بخار ماء. ويتم ضبط الجهاز بأحد الأجهزة الدقيقة السابقة حيث يحرك المسمار المحوري فى قاعدة الجهاز حتى يطابق قراءة المؤشر على تدريج القياس المقارن بدرجة الرطوبة النسبية.
ويمتاز الهيجروميترى الشعري بأنه خفيف الحمل وسهل الاستعمال. ولكنه يحتاج إلى بعض الوقت حتى تثبت القراءة لان تأثير تغير الرطوبة على خصلة الشعر يحتاج إلى الانتظار بعض الوقت. كما يجب معايرته من وقت لخر لمعرفة مدى كفاءته ودقته.
ملحوظة : يجب تنظيف الشعر المستخدم في قياس نسبة الرطوبة بمواد خاصة مثل الكحول وبشكل دوري من تراكم الشحوم نتيجة اللمس وذلك لان الشعر حساس جداً للتلوث.
هيجرومتر دانيال : Daniel's hygrometer
حيث أن الرطوبة النسبية (RH) تحسب من العلاقة :
"× 100 " " M " /"M1 " =(RH)" الرطوبة النسبية"
ونظرا لأن ضغط بخار الماء ( P ) يتناسب مع عدد جزيئات البخار الموجودة فى وحدة الحجوم من الهواء أي يتناسب طرديا مع كتلة البخار. فيمكن التعبير عن الرطوبة النسبية بالعلاقة :
" × 100 " "P " /"P1 " = (RH)"الرطوبة النسبية "
حيث : P = ضغط بخار الماء الموجود فعلا فى الجو عند درجة حرارة القياس
P1 = ضغط بخار الماء الذى يشبع الجو عند هذه الدرجة من حرارة
ولما كان من الصعب التوصل إلى قيمة ضغط البخار غير المشبع P لذلك نعمد إلى خفض حرارة الجو صناعيا حتى يصبح الجو مشبعا بما فيه من رطوبة, ويطلق على هذه الحال نقطة الندى Dew Point ( وهى درجة الحرارة التى يتكاثف عندها بخار الماء على المناطق الباردة القريبة من سطح الأرض ) ثم نقيس درجة الحرارة عند نقطة الندى فيكون ضغط بخار الماء المشبع عند درجة حرارة نقطة الندى هو ضغط البخار غير المشبع ( P ) فى درجة الحرارة العادية.
ويتكون الجهاز من أنبوبة عريضة ينحني طرفيها على شكل زاوية قائمة وينتهي كل طرف بانتفاخ ويكون أحد الطرفين طويلا ويسع لوضع ترمومتر بداخله والآخر قصيرا . ويوضع على الحامل الخشبي لهذين الانتفاخيين ترمومتر لقياس درجة حرارة الجو. و البصلة ( A ) ذو الساق الطويلة عليه من الخارج نطاق من الذهب وهى مملوءة بسائل الأثير. والبصلة ذو الساق القصيرة ( B ) يغلفه قطعة من الشاش وهو والأنبوبة كلها مملوءة ببخار الأثير. وللحصول على نقطة الندى يضاف سائل الأثير على البصلة ( B ) فيحث له تبخير مما يخفض درجة حرارة البصلة ( B ) ويعمل ذلك على تكثيف بخار الأثير الموجود به فيقل تركيز جزيئاته فى البصلة ( B ) وبالتالي تتحرك جزيئاته فى الأنبوبة المستعرضة مخلخلة الجزيئات على سطح سائل الأثير فى البصلة ( A ) فيتبخر جزء من الأثير الذى بها ويصاحب ذلك انخفاض درجة حرارة الانتفاخ ( A ) وما بها من أثير. ويستمر انخفاض درجة الحرارة فى البصلة ( A ) باستمرار إضافة سائل الأثير على البصلة ( B ) حتى يصبح الهواء الملامس للبصلة ( A ) فى درجة حرارة منخفضة إلى الحد الذى يصبح فيه الجو المحيط مشبعا بما فيه من بخار الماء ويظهر ذلك على شكل قطرات من الندى تترسب على النطاق الذهبي الموجود على البصلة ( A ) عند هذا الحد نأخذ قراءة الترمومتر الداخلي وتمثل درجة الحرارة عند نقطة الندى, وقراءة الترمومتر الخارجي تمثل درجة حرارة الجو.
ومن جداول خاصة يستخرج ضغط البخار المشبع عند نقطة الندى ( P ) وضغط البخار المشبع عند درجة حرارة الجو ( P1 ) فتكون الرطوبة النسبية RH.
RH= P/P_1 ×100
وعند تشغيل الجهاز ينقل كل الأثير إلى البصلة ( A ). ويجب أن تبعد البصلة ( A ) عن التنفس حتى لا يترسب عليها بخار الماء من الزفير, وان تمسح جيدا بقطعة من الشمواه حتى تظهر أول نقطة ندى.
مسجل نسبة الرطوبة : ((Hygrograph.
جهاز يستخدم لتسجيل الرطوبة النسبية فى الجو لمدة طويلة عادة أسبوع والجزء الحساس به هو نفس الجزء الحساس فى الهيجرومتر ذو الشعرة . وتستعمل فيه حزمة من الشعر لإعطاء قوة تحريك ميكانيكية للجهاز. وتثبت هذه الحزمة فى مسمار محوري مثبت فى حامل الجهاز من طرف أما طرفها الحر فيحرك ساقا متصلة بقلم أو مؤشر يتحرك منخفضا أو مرتفعا تبعا لدرجة تمدد أو انكماش الشعر وبالتالي على حسب نسبة الرطوبة الجوية, وبذلك ترسم منحنى يمثل الرطوبة النسبية فى الجو على ورقة التسجيل التى تدور بواسطة أسطوانة تلف دورة كاملة خلال أسبوع بطريقة مشابهة للمتبع فى جهازي الباروجراف والثرموجراف . يضبط الجهاز أسبوعيا وذلك بنزع ورقة التسجيل ووضع أخرى بدلا منها وضبط قراءة الهيجروجراف بحيث يطابق الزمن بالساعة قراءة الهيجرومتر المعد لذلك. توجد عدة مصادر للخطأ فى القياس ناتجة عن:
تغير الصفر: ينتج هذا عن شد الشعر أكثر مما يجب بسبب التعامل الخشن وتكون حساسية ودقة الجهاز قد تأثرت كذلك.
رواسب الشحم ، القذارة والغبار: يجعل خواص الشعر الأسترطابية ( امتصاص الرطوبة) أسوأ بسبب التلوث أو التعامل الخاطئ مما يعود إلى تلف تدريجي أو تدهور في الحساسية والدقة.
تأثير درجة الحرارة على معامل التباطؤ، معامل التباطؤ الحراري السالب ، وازدياده مع انخفاض درجة الحرارة .
التــــكاثــف :
يقصد بالتكاثف تحول بخار الماء الموجود في الجو من حالته الغازية إلى جسم سائل أو صلب يمكن رؤيته بالعين المجردة، فعندما تنخفض درجة حرارة الهواء إلى نقطة التجمد أو نقطة الندى ـ بالقرب من سطح الأرض ـ ولكي يحدث التكاثف لابد من توفر شرطين أساسي هما :
أولا :تشبع الهواء ببخار الماء : ويمكن الوصول بالهواء إلى حالة التشبع فى الطبيعة بطريقتين هما :
تبخر كميات كبيرة من المياه إلى الجو كما يحدث أحيانا فوق البحار والمحيطات الاستوائية.
تبريد الهواء إلى درجة اقل من نقطة الندى. حيث أن قدرة الهواء على الاحتفاظ بالرطوبة تضعف تدريجيا مع انخفاض الحرارة , وعلى ذلك فكلما انخفضت درجة الحرارة اقترب الهواء من نقطة التشبع حتى يصل إلى درجة حرارة معينة تسمى نقطة الندى يتشبع فيها ذلك الهواء بالرطوبة ويحدث التكاثف. وهذه الطريقة هى الأكثر شيوعا فى الجو وتحدث بإحدى الطرق الآتية :
تبريد الهواء بالتوصيل Conduction : يحدث ذلك عندما يلامس هواء رطب دافئ سطح بارد درجة حرارته اقل من نقطة الندى. وينتج عنه تكاثف محدود فى صورة ندى - صقيع - ضباب
تبريد الهواء بالخلط Mixing : يحدث ذلك عندما تختلط كتلتان من الهواء احداهما ساخنة والأخرى باردة وتكون الرطوبة النسبية لكل منهما قريبة من التشبع مما يؤدى الى تكاثف بخار الماء لوصول الهواء الناتج الى درجة التشبع فى درجة الحرارة الجديدة للمخلوط وينتج عنه تكاثف محدود فى صورة ضباب الخلط.
التبريد الذاتي للهواء Adiabatic Cooding : عندما تجبر كمية من الهواء على الصعود راسيا فى الجو فانها تتمدد نتيجة لانتقالها الى مستويات ذات ضغط اقل باستمرار. وعملية تمدد هذه الكمية من الهواء تحتاج الى طاقة تستمد من الطاقة الداخلية للهواء نفسة وبذلك تقل درجة حرارته ويسمى هذا التناقص فى درجة حرارة الهواء الصاعد بالتبريد الذاتى. ويقد معامل التبريد الذاتى بحوالى 100 م لكل كيلومتر من الهواء الرطب الغير مشبع الذى لم يصحب صعودة اى تكاثف. اما اذا التكاثف بسبب التبريد فان معامل التبريد الذاتى يصبح 6 0 م لكل كيلومتر من الهواء الرطب المشبع. وينتج عن التبريد الذاتى تكوين السحب الممطرة ونزول المطر.
ثانيا : نويات التكاثف:
إن بخار الماء لا يتكاثف في الهواء النقي الخالي من الشوائب الموجودة في الغلاف الجوي، ومع وجود هذه الشوائب، فإن التكاثف يمكن أن يبدأ عند وصول الهواء إلى درجة الإشباع، بل إن هذه الشوائب الجوية تقوم بدور نويات دقيقة يتكاثف بخار الماء حولها حتى قبل أن يصل الهواء إلى درجة الإشباع. ومصادر الشوائب في الغلاف الجوي كثيرة، أهمها:
النويات العادية : عبارة عن الرماد البركاني والشهب والنيازك والغبار الكوني، وتختلف نسبة الشوائب من منطقة إلى أخرى ومن وقت إلى آخر، فهي تختلف مثلاً ما بين المناطق الريفية والتجمعات الصناعية الضخمة، وما بين مناطق البراكين الثائرة التي تقذف بالاف من أطنان الرماد البركاني والمناطق البعيدة عنها، وكذلك ما بين المناطق القارية والبحرية، فاللتر الواحد من هواء المناطق البحرية يحتوي على أكثر من مليون نوية تكاثف، بينما هواء المناطق القارية يحتوي على أكثر من خمسة ملايين نوية. ولكي يحدث التكاثف على هذا النوع لابد من ارتفاع الرطوبة النسبية إلى 100٪أو أكثر.
النويات المشبعة أو المتميعة (Hygroscopic nuclei) : هى المسئولة عن تكاثف بخار الماء في الغلاف الجوي، وهي أكثر فاعلية من ذرات الغبار والرمال في حدوث عملية التكاثف. والنويات المتميعة هي مجموعة من الأملاح (مثل كلوريد الصوديوم) والحوامض، التي تذوب في الجو الرطب وتكون محاولاً ذائباً يتكاثف عليه بخار الماء بسرعة ، حتى قبل أن يصل الهواء إلى درجة التشبع، لأن الضغط الاشباعي لبخار الماء حولها أقل منه حول قطرات الماء العادية - وتشكل الأملاح في أجواء المسطحات البحرية المصدر الرئيس لتلك النويات، حيث تدخل الغلاف الجوي عند انفجار فقاعات المياه في أمواج البحار . إذا يحدث عليها التكاثف في رطوبة نسبية اقل من 100٪قد تصل أحيانا إلى 85٪
وتختلف نويات التكاثف من حيث حجمها، لكن أكثر نويات التكاثف فاعلية يتراوح نصف قطر الواحدة منها ما بين ميكرون إلى عشرة ميكرون، وهناك نويات تكاثف صغيرة لا يتجاوز نصف قطرها عن 0,001 ميكرون وهي عديمة الفاعلية. وهذا يعني أن حجم نويات التكاثف وطبيعتها ونسبتها، إضافة إلى رطوبة الهواء، هي من العوامل اللازمة لحدوث تكاثف بخار الماء في الغلاف الجوي.
مظاهر تكاثف الرطوبة Condensation Features
يتعرض بخار الماء في الهواء لعمليات التكاثف، التي تتخذ صوراً مختلفة، يمكن تقسيم إشكال التكاثف والتساقط إلى مجموعتين :
الأولى : تشمل الظواهر التي تتكون نتيجة تكاثف بخار الماء قرب سطح الأرض ومنها الندى Dew، والصقيع Frost، والضباب Fogs بأنواعه المختلفة.
الثانية : تشمل الظواهر التي تتكون التي تتكون في المستويات المرتفعة جداً من سطح الأرض، حيث يتعرض بخار الماء لعمليات التكاثف التدريجية والفجائية وتتخذ مظاهر مختلفة منها البرد Hail، والثلج Snow، والسحب Clouds، والمطر Rain.
أولا : بعض مظاهر التكاثف في الهواء القريب من سطح الأرض
الندى : Dew
وهو عبارة عن قطرات مائية تُشاهد في الصباح الباكر على أوراق النباتات، وأسوار الحدائق، وزجاج النوافذ، وغيرها من الأجسام الصلبة المعرضة للجو نتيجة لتكاثف بخار الماء في الهواء الملاصق لها. ويحدث ذلك عندما تنخفض حرارة تلك الأجسام أثناء الليل، وتهبط إلى نقطة الندى (الصفر المئوي) الخاصة بالهواء الملامس لها.
ويتشكل الندى في ساعات الصباح الباكر من الليالي الطويلة ذات السماء الصافية والرياح الهادئة، مما يساعد على برودة سطح الأرض واستقرار الهواء وانعكاس حراري سطحي، لكنه سرعان ما يتبخر بعد شروق الشمس. يؤدي الندى دوراً مهماً في نجاح الزراعة البعلية في المناطق شبه الجافة، لأن ترسبه في ساعات الصباح الباكر على أوراق النباتات والمزروعات يؤخر بدء عملية النتح ويلطف درجة حرارة تلك الأوراق، ويقلل معدل النتح منها.
الصقيع Frost
الصقيع من الظواهر الجوية الحادة التي تحدث في المناطق المعتدلة والباردة وهو يشبه الندى من حيث أوقات ومواقع تكونه إلاّ أنه يختلف عنه في التكوين، حيث يتألف من بلورات صغيرة من الثلج، ويرجع ذلك إلى انخفاض درجة حرارة الهواء الملامس لسطح الأرض إلى أقل من الصفر المئوي، وغالباً ما يكون هذا الانخفاض انخفاضاً فجائياً، بحيث تتجمد الغازات الجوية الملامسة لسطح الأجسام المعدنية والقريبة من سطح الأرض تجمداً مباشراً، وهو ما يسمى بعملية التسامي.
وإذا كان الندى يفيد نمو النباتات، فإن الصقيع يؤدي إلى إتلاف النباتات خاصة عند بداية نموها. وقد ينجم عنه حدوث أضرار بالغة بمزارع الأشجار المثمرة والحدائق، وخاصة إذا حدث الصقيع والتجمد على مستوى (5سم) من سطح الأرض (Ground frost) الذي يختلف عن الصقيع الجوي (Air frost) الذي يحدث عندما تنخفض درجـــــة الحرارة إلى درجــــة التجمـد علــــى مستوى كشك الأرصاد الجوية (150 سم) . ويضطر المزارع إلى إشعال مواقد خاصة تُصف بين الأشجار المزروعة لتدفئتها ليلاً. وبخلاف الندى الذي يزول أثره إذ كانت الرياح شديدة، فإن الصقيع تقل أخطاره إذ كان الهواء ساكناً، وتزداد أضراره إذ كانت سرعة الرياح شديدة.
أذا صاحب الصقيع بللورات شفافة من الجليد على سطح الأرض فيسمى عندئذٍ بالصقيع الأبيض (White frost)، إلا أن حدوث الصقيع لا يشترط تكون الجليد، ويعرف الصقيع الذي لا يرافقه تكون البلورات الجليدية بالصقيع الجاف (Black frost).
أولا : التقدير الوصفي : Qualitative Measurement
وفيه يستخدم مقياس بوفورت لتقدير قوة الرياح وسرعتها وهو يتألف من سلسلة من الأعداد من صفر إلى 12 ويستعمل للإشارة إلى سرعات الرياح. وقد صَمَمَ هذا المقياس في عام 1805م العميد البحري البريطاني فرانسيس بوفورت. وفي الوقت الحاضر يمكن تحديد مفهوم مقياس بوفورت الخاص بسرعات الرياح، والتي يمكن قياسها في نطاق 10م فوق سطح الأرض، كما يستعمل هذا المقياس أحياناً في تقدير سرعات الرياح.
جدول بوفورت لتقدير قوة الرياح وسرعتها
درجة الرياح نوع الرياح سرعة الرياح مدى استجابة الأشياء للرياح المصطلح
صفر هواء ساكن اقل من 1 ارتفاع الدخان إلى أعلى Calm
1 هواء خفيف 1 - 3 يحرك الدخان أفقيا Light air
2 نسيم طفيف 4 - 7 يحرك أوراق الأشجار ودوارة الرياح Hight breeze
3 نسيم هادئ 8 - 12 يحرك رايات الأعلام Gentle breeze
4 نسيم معتدل 13 - 18 يثير الأتربة وتطاير أوراق الأشجار Moderate breeze
5 نسيم عليل 19 - 24 يحرك أغصان الأشجار الكبيرة Fresh breeze
6 نسيم قوى 25 - 31 يحرك أغصان الأشجار الكبيرة والأمواج Strong breeze
7 رياح عالية 32 - 38 يصعب السير فى الاتجاه المضاد للرياح Moderate gale
8 رياح هوجاء 39 - 46 يكسر بعض أغصان الأشجار Fresh gale
9 رياح هوجاء شديدة 47 - 54 يكسر السيارات وتقع المداخن Strong gale
10 رياح هوجاء عاصفة 55 - 63 يقتلع الأشجار ويسبب الدمار Whole gale
11 عاصفة 64 - 75 تدمير شديد وتطاير لأسقف المنازل Strom
12 إعصار أكثر من 75 تخريب عام وشامل وقد تسقط الطائرات وتغرق السفن Hurricane
ثانيا : التقدير الكمي : Quantitative Measurement
يشمل التقدير الكمي للرياح تعيين الاتجاه باستخدام دوارة الرياح والسرعة باستخدام أجهزة الانيموميترات.
اتجاه الرياح
يمكن التعرف على اتجاه الرياح باستعمال أجهزة كثيرة تعمل على نظرية أن الرياح لها القدرة على أن تدفع الأجسام القابلة للحركة ومن الأجهزة المستخدمة فى قاس اتجاه الرياح على نطاق واسع جهاز يسمى دوارة الرياح ( ديك الرياح ). ويتكون هذا الجهاز من عمود رأسي مُثبت عليه ساق أفقية قابلة للحركة مثبت في أحد طرفيها لوح معدني خفيف والطرف الأخر عبارة عن سهم. وعندما تهب الرياح فأنها تدفع اللوح المعدني بحيث تضعه فى الوضع الذي تقل فيه قدرة الرياح على تحريك اللوح المعدني ويكون فى عكس اتجاه الرياح وبذلك يكون السهم فى الطرف الأخر مشيرا إلى الجهة التى تأتى منها الرياح. ويمكن الاستدلال على اتجاه الرياح عن طريق سهم ملحق بالذراع أو عن طريق مؤشر كهربائي تتحكم فيه من بُعد دوّارة الرياح.
ويسجل اتجاه الرياح فى محطات الأرصاد الجوية فى ساعات معينة من اليوم, وتستخرج له متوسطات يومية وشهرية تبين النسبة المئوية لمرات هبوب الرياح من الاتجاهات المختلفة بالنسبة لمجموع عدد مرات الرصد. وتوضح هذه النسب على الخريطة المناخية برسوم تخطيطية تسمى وردة الرياح, وهى عبارة عن دائرة عليها تدريج يبين اتجاهات الرياح التى تهب على المنطقة, ويضح بداخل الدائرة النسبة المئوية لحالات السكون.
وغالبًا ما يُشار إلى اتجاهات الرياح بوساطة استعمال 360° موضحّة على دائرة. ويمكن الإشارة من هذه الدائرة إلى اتجاه الشمال، بدرجة الصفر، وتهب الرياح الشرقية من درجة 90°، والرياح الجنوبية من 180°، والغربية من درجة 270°. وغالباً ما تختلف الرياح في السرعة والاتجاه عند الارتفاعات المتعددة. فعلى سبيل المثال يلاحظ أن الدخان المنبعث من فوهة مدخنة قد يأخذ اتجاه الشمال، بينما تتجه السحب الأعلى في السماء صوب الشرق.
سرعة الرياح
الأنيموميتر ذو المروحة : Fan anemometer
يتركب من مروحة من الألمونيوم الخفيف ذات قطر معلوم وبالتالي كلما دارت دورة كاملة يمكن معرفة طول الهواء الذى مر عليها باعتبار انه يمثل محيط المروحة, وتتصل المروحة عن طريق عتلة بمجموعة من التروس التى تحرك مجموعة من المؤشرات تتحرك على تدريج بحيث يقرا التدريج الأكبر الموجود فى الوسط وهو مقسم إلى 100 قسم طول موجة الرياح المارة بالأمتار أما المؤشرات والتى تحيط بالمؤشر الوسطى فهى مرتبة بحيث أذا دار المؤشر الوسطى دورة كاملة تحرك أول مؤشر بمقدار 1/10 من الدورة, والمؤشر التالي يقرا 1/10 من المؤشر السابق وهكذا. ويوجد مفتاح يمكن منه تصفير العدادات عند استعمال الجهاز.
لاستعمال الجهاز يوضع بحيث تقابل المروحة اتجاه الرياح وتترك بعض الوقت بحيث تأخذ سرعة المروحة السرعة الحقيقية للرياح وعن طريق العتلة يتم توصيل المروحة بالعدادات مع مراعاة تسجيل الزمن عند بدأ تسجيل المؤشرات ويترك الجهاز فترة محددة, وبمعرفة طول موجه الرياح يمكن حساب السرعة المتوسطة للرياح خلال الفترة المحددة من المعادلة التالية :
"طول الموجه" /"الزمن" = "سرعة الرياح"
الأنيموميتر ذو الأقداح : Cup anemometer
المرياح هو اسم الأداة التي تقاس بها سرعة الرياح. اخترعه الأيرلندي روبنسون سنة 1846, وهناك أنواع عديدة من هذه الأداة, أكثر أنواعها استخداماً هو الذي يكون له ثلاثة أقداح أو أربعة لها شكل مخروطي أو قمعي مغلق موصول في نهاية قضبان يبلغ طولها من 5 إلى 20سم. وتتوزع الأقداح بشكل محوري على رأس بكرة دائرية.
وتتلخص آلية عمل هذه الأداة في أن ضغط الرياح على القعر المغلق للقدح يكون أكبر منه على الجانب المفتوح منه, وهذا من شأنه أن يدفع الأقداح إلى الحركة, وكلما كانت الرياح أسرع زادت سرعة دوران الأقداح, وتقاس سرعة الرياح بعد ذلك بحساب عدد مرات دوران الأقداح خلال فترة زمنية معينة, وغالباً ما ترسل النتائج إلى قرص مدرج في المرياح نفسه, ويمكن أيضاً أن ترسل النتائج كهربائياً إلى أجهزة للعرض موجود على مسافة قريبة من المرياح.
الرطوبــــة الجوية : Air Humidity
رغم ضآلة نسبة الماء الموجود في الغلاف الجوي والتي لا تتجاوز 0,01 ٪ من الغلاف المائي، إلا أن هذه النسبة لها الدور الأساسي في تكوين السحب والضباب والندى وأشكال الرطوبة وهو المسئول الأساسي عن جميع مظاهر الطقس الرئيسية مثل الأعاصير والمنخفضات الجوية.
ولبخار الماء وظائف ضمن النظام الأرضي يمكن إجمالها بما يلي:
ينفرد الماء بوجوده في النظام الأرضي في الحالات الثلاث للمادة وهي الصلابة والسيولة والغازية، ويظل الماء في حركة مستمرة، فعندما يذوب يتحول من الصلابة إلى السيولة، وعندما يتبخر يتحول من السيولة إلى الغازية، وعندما يتكاثف يمكن أن يتحول إلى مطر أو ثلج .. الخ. وتعرف دورة المياه في النظام الأرضي بالدورة الهيدرولوجية، وتتضمن إمكانية :
تحول الماء من حالة إلى أخرى.
تبادل كبير للطاقة، فالماء عندما يتبخر يستمد الطاقة اللازمة لتبخره من المسطح المائي الذي تبخر منه، وتعرف هذه الطاقة بالحرارة الكامنة للتبخر وتساوي 573 سعراً حرارياً لكل غرام واحد من الماء، وعندما يتكاثف بخار الماء في الغلاف الجوي يطلق نفس الكمية من الطاقة، وهذه تعرف بالحرارة الكامنة للتكاثف.
ينظم بخار الماء وصول أشعة الشمس إلى سطح الأرض ، ويحجز معظم الإشعاع الشمسي ويبقيه قريباً من سطح الأرض، ولهذا لا تنخفض درجة الحرارة كثيراً ، كما يظل المدى الحراري اليومي والسنوي في المسطحات البحرية معتدلا.
يوجد جميع بخار الماء تقريباً ضمن طبقة التروبوسفير، ومعظمه في الجزء الأسفل من هذه الطبقة، حيث تحدث معظم مظاهر الأحوال الجوية.
تختلف كمية بخار الماء من مكان إلى آخر ومن وقت إلى آخر، فالمناطق الاستوائية والمعتدلة هي أكثر المناطق رطوبة، بينما المناطق القطبية والمدارية الصحراوية أقلها.
مقاييس الرطوبة
تستخدم عدة مقاييس للتعبير عن مقدار الرطوبة الجوية أهمها ضغط بخار الماء والرطوبة النوعية والرطوبة المطلقة والرطوبة النسبية :
ضغط بخار الماء : (Vapour Pressure)
بخار الماء هو أحد الغازات التي تدخل في تركيب الغلاف الجوي، ويشارك في تحديد ذلك الضغط، ويختلف ضغط بخار الماء، تبعاً لاختلاف مقدار بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي، فإذا كانت نسبة بخار الماء في الجو مرتفعة يرتفع ضغطه، وإذا كانت قليلة ينخفض ضغطه. ونسبة بخار الماء في الجو لا تستمر في الارتفاع إلى ما لانهاية، وإنما تتوقف عند حد معين يصبح الهواء عنده مشبعاً ببخار الماء، ولا يستطيع أن يحمل أية كمية إضافية، ويعرف ضغط بخار الماء عندها بالضغط المشبع لبخار الماء (Saturation Vapour Pressure) . ويعتمد مقدار الضغط المشبع لبخار الماء اعتماداً كلياً على درجة الحرارة، والعلاقة بينهما علاقة طردية.
ويمكن حساب الضغط البخاري ( e ) من المعادلة التالية :
e= P_vap/M_w .R .T
حيث أن :
P_vap = كثافة بخار الماء جم / سم3
M_w = الوزن الجزيئي للماء وقدره (18 جم جزئ - 1 )
R = الثابت العام للغازات ( 8,31 × 10 7 ارج / جم مول درجة مطلقة )
T = درجة الحرارة المطلقة للهواء الحامل لبخار الماء
الرطوبة النوعية : (Specific Humidity)
تستعمل الرطوبة النوعية للتعبير عن كتلة بخار الماء الموجودة في الهواء الرطب من الغلاف الجوي (جم / كجم) ، أي عدد جرامات بخار الماء الموجودة في الكيلو جرام الواحد من الهواء الرطب، وكلما ازدادت كمية بخار الماء في الجو، ازداد وزنه، ولكن ليس إلى ما لا نهاية، وهنا يتم التمييز بين نوعين من الرطوبة النوعية هما :
الرطوبة النوعية الاشباعية : وتعني أن يصبح الهواء مشبعاً ببخار الماء بحيث لا يستطيع الهواء أن يستوعب بعدها أية كمية إضافية من بخار الماء، أي أن كتلة بخار الماء قد وصلت إلى الحد الأقصى في الجو. وبهذا تمثل الرطوبة النوعية الاشباعية مقياساً لمقدرة الهواء على حمل بخار الماء، وهي تزداد كلما ارتفعت درجة الحرارة.
الرطوبة النوعية الحقيقية : وهي مقياس لكمية بخار الماء الموجود في الهواء فعلاً، وهي تعتمد أيضاً على درجة الحرارة.
الرطوبة المطلقة : (Absolute Humidity)
وهي كتلة بخار الماء الموجود في حجم معين من الهواء ( جم / م3 )، كأن نقول أن المتر المكعب الواحد من الهواء الطبيعي يحتوي على 70 جراما من بخار الماء. لذا فان الرطوبة النوعية تعبر عن كمية بخار الماء الموجودة فعليا في الجو (الهواء ) .
الرطوبة النسبية : (Relative Humidity)
تقيس النسبة بين كمية بخار الماء الموجودة في الهواء فعلاً وبين كمية بخار الماء اللازمة حتى يكون ذلك الهواء مشبعاً، ويعبر عنها كنسبة مئوية كما يلي:
"100"×"كتلة بخار الماء الموجود فى حجم معلوم من الهواء الجوى فى درجة حرارة معينة" /"كتلة بخار الماء الذى يشبع نفس الحجم من الهواء الجوى فى نفس درجة حرارة" "الرطوبة النسبية ="
والرطوبة النسبية مؤشر لقرب أو بعد الهواء عن الإشباع. فكمية بخار الماء الموجودة في هواء رطوبته النسبية 50٪ هي نصف الكمية التي يحملها عندما يكون مشبعاً. والعلاقة بين درجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية علاقة عكسية، فعندما ترتفع درجة الحرارة تنخفض الرطوبة النسبية ، وعندما تنخفض درجة الحرارة، فإن الرطوبة النسبية تزداد.
التغير اليومي والسنوي للرطوبة الجوية :
تعتبر درجة الحرارة وكمية بخار الماء الموجودة في الهواء أهم عاملين يؤثران في الرطوبة النسبية، وفي الأيام الهادئة التي تخلو من جبهات أو كتل هوائية، فإن الرطوبة النسبية تأخذ بالانخفاض بعد شروق الشمس، وتستمر في الانخفاض فترة الظهيرة، ثم تبدأ بالارتفاع حتى تبلغ أعلى حد لها في ساعات الصباح الأولى قبل شروق الشمس، وهذا مؤشر على أن الدورة اليومية للرطوبة النسبية في مثل هذه الظروف تكون معاكسة للدورة اليومية لدرجة الحرارة. لهذا يكون المدى اليومي للرطوبة النسبية في المناطق القارية والجافة أكبر منه في المناطق البحرية الرطبة. كما تكون الرطوبة النسبية في المناطق المدارية البحرية أعلى في الصيف منها في الشتاء، وفي المناطق المعتدلة والباردة، تكون الرطوبة النسبية في فصل الشتاء أعلى منها في فصل الصيف.
تبلغ الرطوبة النسبية أقصى حد لها في المناطق الاستوائية، وتتناقص بشدة باتجاه المناطق المدارية الجافة لسببين: 1- سيادة الجفاف 2 - نشاط التيارات الهوائية الهابطة.
وفي المناطق المعتدلة ترتفع الرطوبة النسبية لسببين:
انخفاض درجة الحرارة في الشتاء.
وحدوث التيارات الهوائية الصاعدة بفعل الجبهات الهوائية.
ومن جهة أخرى تزيد الرطوبة النسبية فوق اليابسة في الشتاء عنها في الصيف، باستثناء المناطق الموسمية في جنوب شرق آسيا التي تتعرض لكتل هوائية رطبة في الصيف، مما يجعل الرطوبة النسبية في الصيف أعلى منها في الشتاء.
العوامل التى تؤثر على الرطوبة الجوية :
درجة حرارة الجو : تزداد مقدرة الهواء على التحمل بمزيد من بخار الماء بارتفاع درجة الحرارة, والعكس صحيح فى حالة انخفاضها. ولهذا تنخفض الرطوبة النسبية فى النهار بينما تزداد فى الليل.
نشاط الرياح : تنخفض الرطوبة النسبية فى الجو اذا تعرض المكان الى رياح تهب من مكان جاف نظرا لانها تطرد الهواء الرطب المحيط بمصادره مثل النبات والمسطحات المائية. ومن ثم يتم خلط الهواء الرطب بهواء الرياح الجاف. اما الرياح الرطبة فتجلب الرطوبة الى المكان التى تهب علية.
درجة ابتلال سطح الأرض : يؤثر المحتوى المائى للأرض, خاصة الجزء السطحى منها, على الرطوبة النسبية فى الجو, ويرجع ذلك الى زيادة الماء المتبخر بارتفاع كمية الرطوبة فى الأرض. ولهذا ترتفع الرطوبة النسبية قريبا من سطح الأرض خاصة المبتلة مقارنة بالمناطق البعيدة عن سطح الأرض.
غطاء المزروعات : يؤثر الكساء الخضرى على الرطوبة الجوية النسبية, فبزيادة الغطاء النباتى تزداد رطوبة المكان لزيادة ما يفقد يالبخر والنتح منها مقارنة مع الاماكن البعيدة عنها.
قياس الرطوبة الجوية: Measurements of Air Humidity
تقاس الرطوبة الجوية على صورة رطوبة نسبية بواسطة أنواع مختلفة من الأجهزة الشائعة الاستعمال ومنها :-
الهيجروميتر الكيماوي : Chemical Hygrometer
عبارة عن وعاء aspirator لجذب وسحب الهواء من مجموعة أنابيب بها مادة تمتص بخار الماء بشدة مثل كلوريد الكالسيوم - حمض الكبرتيك المركز - خامس أكسيد الفوسفور تلك الأنابيب تكون معلومة الوزن وبعد تمرير الهواء بها يعاد وزن مجموعة الأنابيب بعد امتصاص المادة التي بداخلها لبخار الماء فيمكن بذلك معرفة كمية الرطوبة فى حيز معلوم من الهواء (M ) ثم تعاد التجربة مرة أخرى ولكن بمرور الهواء قبل دخوله مجموعة الأنابيب تحت سطح ماء فى زجاجة فيخرج منها مشبعا ببخار الماء فى درجة حرارة إجراء التجربة ويعاد وزن مجموعة الأنابيب بعد امتصاص المادة التي بداخلها لبخار الماء فيمكن بذلك معرفة كمية الرطوبة التى تشبع نفس الحيز ( M1 ). ثم تحسب الرطوبة النسبية من العلاقة التالية :
"× 100 " " M كمية بخار الماء الموجود فى الحيز تحت الظروف القائمة " /"M1كمية بخار الماء الموجود فى الحيز تحت الظروف القائمة " "الرطوبة النسبية ="
سيكروميترسلينج (الترمومتر الجاف والمبتل) ٍSilling’s Hygrometer
ويتكون الجهاز من لوحة معدنية مثبت عليها ترمومتران أحدهما يسمي الترمومتر الجاف وبذلك فهو يقرا درجة حرارة الجو العادية, والأخر ملفوف عليه قطعة من الشاش تتدلى فى حوض صغير به ماء يسرى فى قطعة قماش يتبخر منها بدرجة تتناسب طرديا بازدياد درجة الحرارة للجو وعكسيا مع درجة رطوبة الجو فيتسبب ذلك فى انخفاض درجة الحرارة ولذا فانه يقيس درجة حرارة اقل من الترمومتر الأولى لتبخر الماء الذى يحتاج إلى درجة حرارة يستمدها من مستودع الترمومتر. فكلما كان الهواء أكثر جفافا كلما كان التبخير من على الغطاء الرطب أكثر سرعة وكان الفرق في درجة الحرارة بين الترمومتران الجاف والمبلل أكبر. وعن طريق جداول خاصة توضح العلاقة بين درجة الحرارة والرطوبة يمكن معرفة الرطوبة النسبية فى الجو من معرفة الفرق بين درجات الحرارة بين الترمومترين الجاف والرطب.
ولا يصلح سيكروميتر سيلنج لمعرفة الرطوبة النسبية فى الجو أذا كانت درجة حرارة الجو اقل من درجة حرارة التجمد, نتيجة تراكم الثلج على كلا من فقاعتي الترمومترين (الجاف والمبتل)
الهيجرومتر الشعري : Hair hygrometer
اعتمدت فكرة عمل الجهاز على تتغير أبعاد بعض من المواد العضوية تبعاً لتغير محتواها من الرطوبة، وقد تم استخدام شعر الإنسان أو شعر زيل الحصان بعد إزالة الشحم منه لقياس الرطوبة النسبية منذ القرن السابع عشر. حيث ثبت أنه يزداد طول الشعر ما بين 2- 2,5 ٪ في المعدل لتغير الرطوبة نسبية من صفر - 100٪ ويكون طول الشعر عادةً مابين 15 -20 سم ولذلك استغلت هذه الخاصية لعمل الهيجرومتر الشعري .
يتركب الجهاز من خصلة من شعر الإنسان أو شعر زيل الحصان المزال عنها المادة الدهنية حتى تكون حساسة لنسبة الرطوبة, ويفضل شعر زيل الحصان حيث انه يعمر مدة أطول. حيث تثبت خصلة الشعر من طرفها فى قاعدة الجهاز عن طريق مسمار محوري والطرف الآخر يتصل بزنبرك يحرك رافعة بها مؤشر يتحرك فوق تدريج يبين النسبة المئوية للرطوبة النسبية. تحفظ خصلة الشعر داخل علبة معدنية مثقبة ثقوبا واسعة لتسمح بتبادل الهواء بما يحمله من بخار ماء. ويتم ضبط الجهاز بأحد الأجهزة الدقيقة السابقة حيث يحرك المسمار المحوري فى قاعدة الجهاز حتى يطابق قراءة المؤشر على تدريج القياس المقارن بدرجة الرطوبة النسبية.
ويمتاز الهيجروميترى الشعري بأنه خفيف الحمل وسهل الاستعمال. ولكنه يحتاج إلى بعض الوقت حتى تثبت القراءة لان تأثير تغير الرطوبة على خصلة الشعر يحتاج إلى الانتظار بعض الوقت. كما يجب معايرته من وقت لخر لمعرفة مدى كفاءته ودقته.
ملحوظة : يجب تنظيف الشعر المستخدم في قياس نسبة الرطوبة بمواد خاصة مثل الكحول وبشكل دوري من تراكم الشحوم نتيجة اللمس وذلك لان الشعر حساس جداً للتلوث.
هيجرومتر دانيال : Daniel's hygrometer
حيث أن الرطوبة النسبية (RH) تحسب من العلاقة :
"× 100 " " M " /"M1 " =(RH)" الرطوبة النسبية"
ونظرا لأن ضغط بخار الماء ( P ) يتناسب مع عدد جزيئات البخار الموجودة فى وحدة الحجوم من الهواء أي يتناسب طرديا مع كتلة البخار. فيمكن التعبير عن الرطوبة النسبية بالعلاقة :
" × 100 " "P " /"P1 " = (RH)"الرطوبة النسبية "
حيث : P = ضغط بخار الماء الموجود فعلا فى الجو عند درجة حرارة القياس
P1 = ضغط بخار الماء الذى يشبع الجو عند هذه الدرجة من حرارة
ولما كان من الصعب التوصل إلى قيمة ضغط البخار غير المشبع P لذلك نعمد إلى خفض حرارة الجو صناعيا حتى يصبح الجو مشبعا بما فيه من رطوبة, ويطلق على هذه الحال نقطة الندى Dew Point ( وهى درجة الحرارة التى يتكاثف عندها بخار الماء على المناطق الباردة القريبة من سطح الأرض ) ثم نقيس درجة الحرارة عند نقطة الندى فيكون ضغط بخار الماء المشبع عند درجة حرارة نقطة الندى هو ضغط البخار غير المشبع ( P ) فى درجة الحرارة العادية.
ويتكون الجهاز من أنبوبة عريضة ينحني طرفيها على شكل زاوية قائمة وينتهي كل طرف بانتفاخ ويكون أحد الطرفين طويلا ويسع لوضع ترمومتر بداخله والآخر قصيرا . ويوضع على الحامل الخشبي لهذين الانتفاخيين ترمومتر لقياس درجة حرارة الجو. و البصلة ( A ) ذو الساق الطويلة عليه من الخارج نطاق من الذهب وهى مملوءة بسائل الأثير. والبصلة ذو الساق القصيرة ( B ) يغلفه قطعة من الشاش وهو والأنبوبة كلها مملوءة ببخار الأثير. وللحصول على نقطة الندى يضاف سائل الأثير على البصلة ( B ) فيحث له تبخير مما يخفض درجة حرارة البصلة ( B ) ويعمل ذلك على تكثيف بخار الأثير الموجود به فيقل تركيز جزيئاته فى البصلة ( B ) وبالتالي تتحرك جزيئاته فى الأنبوبة المستعرضة مخلخلة الجزيئات على سطح سائل الأثير فى البصلة ( A ) فيتبخر جزء من الأثير الذى بها ويصاحب ذلك انخفاض درجة حرارة الانتفاخ ( A ) وما بها من أثير. ويستمر انخفاض درجة الحرارة فى البصلة ( A ) باستمرار إضافة سائل الأثير على البصلة ( B ) حتى يصبح الهواء الملامس للبصلة ( A ) فى درجة حرارة منخفضة إلى الحد الذى يصبح فيه الجو المحيط مشبعا بما فيه من بخار الماء ويظهر ذلك على شكل قطرات من الندى تترسب على النطاق الذهبي الموجود على البصلة ( A ) عند هذا الحد نأخذ قراءة الترمومتر الداخلي وتمثل درجة الحرارة عند نقطة الندى, وقراءة الترمومتر الخارجي تمثل درجة حرارة الجو.
ومن جداول خاصة يستخرج ضغط البخار المشبع عند نقطة الندى ( P ) وضغط البخار المشبع عند درجة حرارة الجو ( P1 ) فتكون الرطوبة النسبية RH.
RH= P/P_1 ×100
وعند تشغيل الجهاز ينقل كل الأثير إلى البصلة ( A ). ويجب أن تبعد البصلة ( A ) عن التنفس حتى لا يترسب عليها بخار الماء من الزفير, وان تمسح جيدا بقطعة من الشمواه حتى تظهر أول نقطة ندى.
مسجل نسبة الرطوبة : ((Hygrograph.
جهاز يستخدم لتسجيل الرطوبة النسبية فى الجو لمدة طويلة عادة أسبوع والجزء الحساس به هو نفس الجزء الحساس فى الهيجرومتر ذو الشعرة . وتستعمل فيه حزمة من الشعر لإعطاء قوة تحريك ميكانيكية للجهاز. وتثبت هذه الحزمة فى مسمار محوري مثبت فى حامل الجهاز من طرف أما طرفها الحر فيحرك ساقا متصلة بقلم أو مؤشر يتحرك منخفضا أو مرتفعا تبعا لدرجة تمدد أو انكماش الشعر وبالتالي على حسب نسبة الرطوبة الجوية, وبذلك ترسم منحنى يمثل الرطوبة النسبية فى الجو على ورقة التسجيل التى تدور بواسطة أسطوانة تلف دورة كاملة خلال أسبوع بطريقة مشابهة للمتبع فى جهازي الباروجراف والثرموجراف . يضبط الجهاز أسبوعيا وذلك بنزع ورقة التسجيل ووضع أخرى بدلا منها وضبط قراءة الهيجروجراف بحيث يطابق الزمن بالساعة قراءة الهيجرومتر المعد لذلك. توجد عدة مصادر للخطأ فى القياس ناتجة عن:
تغير الصفر: ينتج هذا عن شد الشعر أكثر مما يجب بسبب التعامل الخشن وتكون حساسية ودقة الجهاز قد تأثرت كذلك.
رواسب الشحم ، القذارة والغبار: يجعل خواص الشعر الأسترطابية ( امتصاص الرطوبة) أسوأ بسبب التلوث أو التعامل الخاطئ مما يعود إلى تلف تدريجي أو تدهور في الحساسية والدقة.
تأثير درجة الحرارة على معامل التباطؤ، معامل التباطؤ الحراري السالب ، وازدياده مع انخفاض درجة الحرارة .
التــــكاثــف :
يقصد بالتكاثف تحول بخار الماء الموجود في الجو من حالته الغازية إلى جسم سائل أو صلب يمكن رؤيته بالعين المجردة، فعندما تنخفض درجة حرارة الهواء إلى نقطة التجمد أو نقطة الندى ـ بالقرب من سطح الأرض ـ ولكي يحدث التكاثف لابد من توفر شرطين أساسي هما :
أولا :تشبع الهواء ببخار الماء : ويمكن الوصول بالهواء إلى حالة التشبع فى الطبيعة بطريقتين هما :
تبخر كميات كبيرة من المياه إلى الجو كما يحدث أحيانا فوق البحار والمحيطات الاستوائية.
تبريد الهواء إلى درجة اقل من نقطة الندى. حيث أن قدرة الهواء على الاحتفاظ بالرطوبة تضعف تدريجيا مع انخفاض الحرارة , وعلى ذلك فكلما انخفضت درجة الحرارة اقترب الهواء من نقطة التشبع حتى يصل إلى درجة حرارة معينة تسمى نقطة الندى يتشبع فيها ذلك الهواء بالرطوبة ويحدث التكاثف. وهذه الطريقة هى الأكثر شيوعا فى الجو وتحدث بإحدى الطرق الآتية :
تبريد الهواء بالتوصيل Conduction : يحدث ذلك عندما يلامس هواء رطب دافئ سطح بارد درجة حرارته اقل من نقطة الندى. وينتج عنه تكاثف محدود فى صورة ندى - صقيع - ضباب
تبريد الهواء بالخلط Mixing : يحدث ذلك عندما تختلط كتلتان من الهواء احداهما ساخنة والأخرى باردة وتكون الرطوبة النسبية لكل منهما قريبة من التشبع مما يؤدى الى تكاثف بخار الماء لوصول الهواء الناتج الى درجة التشبع فى درجة الحرارة الجديدة للمخلوط وينتج عنه تكاثف محدود فى صورة ضباب الخلط.
التبريد الذاتي للهواء Adiabatic Cooding : عندما تجبر كمية من الهواء على الصعود راسيا فى الجو فانها تتمدد نتيجة لانتقالها الى مستويات ذات ضغط اقل باستمرار. وعملية تمدد هذه الكمية من الهواء تحتاج الى طاقة تستمد من الطاقة الداخلية للهواء نفسة وبذلك تقل درجة حرارته ويسمى هذا التناقص فى درجة حرارة الهواء الصاعد بالتبريد الذاتى. ويقد معامل التبريد الذاتى بحوالى 100 م لكل كيلومتر من الهواء الرطب الغير مشبع الذى لم يصحب صعودة اى تكاثف. اما اذا التكاثف بسبب التبريد فان معامل التبريد الذاتى يصبح 6 0 م لكل كيلومتر من الهواء الرطب المشبع. وينتج عن التبريد الذاتى تكوين السحب الممطرة ونزول المطر.
ثانيا : نويات التكاثف:
إن بخار الماء لا يتكاثف في الهواء النقي الخالي من الشوائب الموجودة في الغلاف الجوي، ومع وجود هذه الشوائب، فإن التكاثف يمكن أن يبدأ عند وصول الهواء إلى درجة الإشباع، بل إن هذه الشوائب الجوية تقوم بدور نويات دقيقة يتكاثف بخار الماء حولها حتى قبل أن يصل الهواء إلى درجة الإشباع. ومصادر الشوائب في الغلاف الجوي كثيرة، أهمها:
النويات العادية : عبارة عن الرماد البركاني والشهب والنيازك والغبار الكوني، وتختلف نسبة الشوائب من منطقة إلى أخرى ومن وقت إلى آخر، فهي تختلف مثلاً ما بين المناطق الريفية والتجمعات الصناعية الضخمة، وما بين مناطق البراكين الثائرة التي تقذف بالاف من أطنان الرماد البركاني والمناطق البعيدة عنها، وكذلك ما بين المناطق القارية والبحرية، فاللتر الواحد من هواء المناطق البحرية يحتوي على أكثر من مليون نوية تكاثف، بينما هواء المناطق القارية يحتوي على أكثر من خمسة ملايين نوية. ولكي يحدث التكاثف على هذا النوع لابد من ارتفاع الرطوبة النسبية إلى 100٪أو أكثر.
النويات المشبعة أو المتميعة (Hygroscopic nuclei) : هى المسئولة عن تكاثف بخار الماء في الغلاف الجوي، وهي أكثر فاعلية من ذرات الغبار والرمال في حدوث عملية التكاثف. والنويات المتميعة هي مجموعة من الأملاح (مثل كلوريد الصوديوم) والحوامض، التي تذوب في الجو الرطب وتكون محاولاً ذائباً يتكاثف عليه بخار الماء بسرعة ، حتى قبل أن يصل الهواء إلى درجة التشبع، لأن الضغط الاشباعي لبخار الماء حولها أقل منه حول قطرات الماء العادية - وتشكل الأملاح في أجواء المسطحات البحرية المصدر الرئيس لتلك النويات، حيث تدخل الغلاف الجوي عند انفجار فقاعات المياه في أمواج البحار . إذا يحدث عليها التكاثف في رطوبة نسبية اقل من 100٪قد تصل أحيانا إلى 85٪
وتختلف نويات التكاثف من حيث حجمها، لكن أكثر نويات التكاثف فاعلية يتراوح نصف قطر الواحدة منها ما بين ميكرون إلى عشرة ميكرون، وهناك نويات تكاثف صغيرة لا يتجاوز نصف قطرها عن 0,001 ميكرون وهي عديمة الفاعلية. وهذا يعني أن حجم نويات التكاثف وطبيعتها ونسبتها، إضافة إلى رطوبة الهواء، هي من العوامل اللازمة لحدوث تكاثف بخار الماء في الغلاف الجوي.
مظاهر تكاثف الرطوبة Condensation Features
يتعرض بخار الماء في الهواء لعمليات التكاثف، التي تتخذ صوراً مختلفة، يمكن تقسيم إشكال التكاثف والتساقط إلى مجموعتين :
الأولى : تشمل الظواهر التي تتكون نتيجة تكاثف بخار الماء قرب سطح الأرض ومنها الندى Dew، والصقيع Frost، والضباب Fogs بأنواعه المختلفة.
الثانية : تشمل الظواهر التي تتكون التي تتكون في المستويات المرتفعة جداً من سطح الأرض، حيث يتعرض بخار الماء لعمليات التكاثف التدريجية والفجائية وتتخذ مظاهر مختلفة منها البرد Hail، والثلج Snow، والسحب Clouds، والمطر Rain.
أولا : بعض مظاهر التكاثف في الهواء القريب من سطح الأرض
الندى : Dew
وهو عبارة عن قطرات مائية تُشاهد في الصباح الباكر على أوراق النباتات، وأسوار الحدائق، وزجاج النوافذ، وغيرها من الأجسام الصلبة المعرضة للجو نتيجة لتكاثف بخار الماء في الهواء الملاصق لها. ويحدث ذلك عندما تنخفض حرارة تلك الأجسام أثناء الليل، وتهبط إلى نقطة الندى (الصفر المئوي) الخاصة بالهواء الملامس لها.
ويتشكل الندى في ساعات الصباح الباكر من الليالي الطويلة ذات السماء الصافية والرياح الهادئة، مما يساعد على برودة سطح الأرض واستقرار الهواء وانعكاس حراري سطحي، لكنه سرعان ما يتبخر بعد شروق الشمس. يؤدي الندى دوراً مهماً في نجاح الزراعة البعلية في المناطق شبه الجافة، لأن ترسبه في ساعات الصباح الباكر على أوراق النباتات والمزروعات يؤخر بدء عملية النتح ويلطف درجة حرارة تلك الأوراق، ويقلل معدل النتح منها.
الصقيع Frost
الصقيع من الظواهر الجوية الحادة التي تحدث في المناطق المعتدلة والباردة وهو يشبه الندى من حيث أوقات ومواقع تكونه إلاّ أنه يختلف عنه في التكوين، حيث يتألف من بلورات صغيرة من الثلج، ويرجع ذلك إلى انخفاض درجة حرارة الهواء الملامس لسطح الأرض إلى أقل من الصفر المئوي، وغالباً ما يكون هذا الانخفاض انخفاضاً فجائياً، بحيث تتجمد الغازات الجوية الملامسة لسطح الأجسام المعدنية والقريبة من سطح الأرض تجمداً مباشراً، وهو ما يسمى بعملية التسامي.
وإذا كان الندى يفيد نمو النباتات، فإن الصقيع يؤدي إلى إتلاف النباتات خاصة عند بداية نموها. وقد ينجم عنه حدوث أضرار بالغة بمزارع الأشجار المثمرة والحدائق، وخاصة إذا حدث الصقيع والتجمد على مستوى (5سم) من سطح الأرض (Ground frost) الذي يختلف عن الصقيع الجوي (Air frost) الذي يحدث عندما تنخفض درجـــــة الحرارة إلى درجــــة التجمـد علــــى مستوى كشك الأرصاد الجوية (150 سم) . ويضطر المزارع إلى إشعال مواقد خاصة تُصف بين الأشجار المزروعة لتدفئتها ليلاً. وبخلاف الندى الذي يزول أثره إذ كانت الرياح شديدة، فإن الصقيع تقل أخطاره إذ كان الهواء ساكناً، وتزداد أضراره إذ كانت سرعة الرياح شديدة.
أذا صاحب الصقيع بللورات شفافة من الجليد على سطح الأرض فيسمى عندئذٍ بالصقيع الأبيض (White frost)، إلا أن حدوث الصقيع لا يشترط تكون الجليد، ويعرف الصقيع الذي لا يرافقه تكون البلورات الجليدية بالصقيع الجاف (Black frost).