المناخ التطبيقي- الوسائل الغير مباشرة لقياس بعض الظواهر المناخية - د. محمد حميد الساعدي

المناخ التطبيقي- الوسائل الغير مباشرة لقياس بعض الظواهر المناخية

الدكتور محمد حميد الساعدي

قياس بعض عناصر المناخ بالوسائل الإحصائية والرياضية

      إن الطرق المتبعة عادة في قياس عناصر المناخ كالإشعاع الشمسي والحرارة والضغط الجوي... الخ, تكون عن طريق الأجهزة المعدة في المحطات المناخية فضلا عن الرادارات ومنظومة الأقمار والتوابع الصناعية المعدة لهذا الغرض, فالسؤال: لماذا يتم استخدام الوسائل الغير مباشرة (الرياضية والإحصائية) في احتساب عناصر المناخ؟

    

  إن الإجابة عن هذا السؤال تكون في شقين:

الأول: إن بعض الظواهر المناخية يصعب قياسها بالأجهزة أو لا يمكن ذلك بواسطتها. أما الشق الثاني: إن حدوث نسبة خطأ في أجهزة القياس واختلاف أنواعها بين دول العالم قد دفع بالبعض إلى وضع قوانين رياضية لحساب بعض الظواهر المناخية للحصول على أكبر دقة.

      فضلا عمّا تقدم يمكن إن نضيف العلاقة بين عناصر المناخ نفسها وبين الظواهر الطبيعية أو البشرية الأخرى كعلاقة الحرارة بحالات الطلاق أو الزواج في العراق أو علاقتها بالجريمة أو علاقة درجات الحرارة بالتجوية الفيزيائية التي تحدث في الصخور إلى غيرها من العلاقات المتبادلة بين الطبيعة والإنسان من جهة وبين المناخ وعناصره من جهة.

أولا:- حساب التبخرالنتحي : 

Evapotranspiration

      التبخر 

(Evaporation) 

   ويقصد به انطلاق الماء على شكل بخار من المسطحات المائية والتربة إلى الغلاف الجوي, أما النتح (Transpiration) فهو بخار الماء الذي تطلقه النباتات إلى الهواء من الفتحات الموجودة على أوراقها فضلا عن البخار المنطلق من أجسام الحيوانات والإنسان وكلا النوعين التبخر والنتح يطلق عليهما مجتمعين بالتبخر النتحي (Evapotranspiration). وهما عدة أنواع:

1.     التبخرىالنتح الممكن :

Potential Evapotranspiration

  وهو أعظم تبخر ممكن حدوثه من المسطحات المائية والترب المشبعة بالمياه دون إن يؤثر ذلك على رطوبتها أي وجود فائض مائي يسد هذا التبخر. ويتأثر بالعوامل المناخية بخاصة الإشعاع الشمسي. ويتم حسابه بطرق إحصائية عديدة إلا إن أكثر الطرق شيوعا هي طريقة ثورنثويت (Thornthwaite Equ, 1931) وهي من أكثر المعادلات تعبيرا عن رطوبة التربة وأكثرها سهولة، إذ وضع جدولا دقيقا يوضح فيه تفاعل الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة في حساب عناصر معادلته وقد سهل ذلك كثيرا في تقسيم العالم مناخيا وهي لا تحتاج فقط من عناصر المناخ إلا إلى معدل درجات الحرارة الشهرية لمحطة ما. وهي كالأتي:

 

إذ إنّ:

 : كمية التبخر نتح الممكن الشهري (ملم\شهر)

T : معدل درجة حرارة الهواء (مْ)

I  : معامل الحرارة السنوي الذي يتم حسابه كالآتي:

 

i: معامل الحرارة الشهري ويتم حسابه من المعادلة الآتية:

 

و ( ) قيمة ثابتة تحسب كما يأتي:

 

  إنَّ قيمة () في المعادلة أعلاه تعتمد فرضية أنَّ عدد أيام الشهر (30) يومًا، وعدد ساعات شروق الشمس لغاية مغيبها (12) ساعة. لذا يمكن تصحيح قيمة التبخر نتح الممكن في كلِّ شهر من العلاقة الآتية:

 

إذ إنَّ:

PE: التبخر نتح الممكن لشهرٍ ما (ملم\شهر)

D: عدد أيام الشهر

T: معدل عدد ساعات شروق الشمس (ساعة\يوم)

 

مثـــــــــــــال

      من الجدول الآتي قُم بحساب قيمة التبخر النتحي الممكن Potential Evapotranspiration في محطة الحلة لشهر تموز علما إن معدل عدد ساعات السطوع الشمسي فيه (14)ساعة \ اليوم؟

الشهر	أيلول	ت1	ت2	ك1	ك2	شباط	آذار	نيسان	أيار	حزيران	تموز	آب
معدل درجة الحرارة ْم	31.4	26.2	17.5	13	11	13.3	18	23	30	34.2	36.2	36

 

الحــــــــــــــل

نلاحظ إن المعادلة رقم (1) تنقصها عدة قيم:

 

وهي معدل درجة الحرارة الشهري(لشهر تموز) ومعامل الحرارة السنوي (I), وقيمة (a).

1.     نستخرج قيمة T لشهر تموز من خلال الجدول والتي تساوي (36.2)ْم.

2.     نستخرج قيمة I من المعادلة رقم (2) ونلاحظ إن هذه المعادلة تعتمد على قيمة i لـ(12) شهر لذا لابد من استخراج مجموع معامل الحرارة الشهري i لـ12 شهر من المعادلة (3), كما يأتي:

بعد استخراج قيم الـ(i) لأثناعشر شهرا نستخرج قيمة I الكلية من المعادلة (2) كالأتي:

 

I=137.402

بقيت لدينا الآن قيمة واحدة مفقودة وهي قيمة (a) التي يمكن استخراجها بدلالة I من الجدول الملحق في الكتاب المنهجي ص 414 أو من خلال المعادلة (4) كالآتي:

3.249636

ويمكن تقريبه إلى 3.25   

3.     نعوض القيم المستخرجة لـI) و a) في المعادلة رقم (1) كالأتي:

372.7738 mm

  ويمكن استخراج قيمة التبخر النتحي الممكن لجميع شهور السنة بتعويض معدل درجة حرارة الشهر المطلوب في المعادلة 1 واستخراج قيمته.

  ولكن هنا وبعد استخراج هذا المقدار من التبخر النتحي الممكن لشهر تموز, فان المعادلة تفترض إن عدد أيام الشهر 30 يوما وعدد ساعات سطوع الشمس 12 ساعة من وقت شروقها وحتى غروبها لذا لابد من تصحيح هذه القيمة بواسطة المعادلة رقم (5) وكالاتي:

 

PE = 449.3995 mmقيمة التبخر النتحي الممكن في محطة الحلة لشهر تموز

 

      أما النوع الثاني من التبخر النتحي فهو التبخر النتحي الكلي والذي يساوي مجموع كل من التبخر النتحي الممكن والحقيقي في حالة إن المطر اقل من التبخر النتح الممكن, أما إذا كان المطر اكبر أو مساويا للتبخر النتح الممكن فان التبخر النتح الحقيقي يكون مساويا للتبخر النتح الممكن. إن حساب التبخر النتح الكلي يمكن حسابه عن طريق علاقة ايفانونف Evanovich وهي كالأتي:

 

إذ إن:  eto= التبخر النتح الكليmm .

T= معد درجة الحرارة السنوي مقاسا بالدرجة المؤي.

Rh= الرطوبة النسبية.

مثـــــــــــــال

      من الجدول الآتي قُم بحساب قيمة التبخر النتحي الكلي في محطة الحلة ؟

الشهر	أيلول	ت1	ت2	ك1	ك2	شباط	آذار	نيسان	أيار	حزيران	تموز	آب
معدل درجة الحرارة ْم	31.4	26.2	17.5	13	11	13.3	18	23	30	34.2	36.2	36
معدل الرطوبة النسبية %	38.6	48.7	62.5	71.8	73.2	63.3	54.3	48	37.4	32	31	34.2

 

الحــــــــــــــل

لإيجاد قيمة التبخر النتح الكلي لابد أولا من استخراج المتغيرات في معادلة ايفانوف وهي معدل درجة الحرارة السنوي ومعدل الرطوبة النسبية السنوية وكالاتي:

 

معدل درجة الحرارة السنوي= مجموع قيم درجات الحرارة \12

= 24.15ْم

معدل الرطوبة السنوي= مجموع قيم الرطوبة النسبية \12

= 49.58 %

بعد استخراج المعدلات السنوية لكل من درجة الحرارة والرطوبة النسبية نعوض قيمها المستخرجة في المعادلة (1) لاستخراج قيمة التبخر النتح الكلي:                       

eto =0.0018*((24.15+25)^2* (100-49.58))

219.2413 mm/year مقدار التبخرالنتحي الكلي في محطة الحلة

 

وهنالك العديد من الطرق الإحصائية المختلفة لحساب التبخر والتبخر النتحي مثل معادلة دالتون وبريسكوت وكوتجان وبنمان.

ثانيًا- قياس الجفاف :  

 Drought

          الجفاف من المواضيع التي اهتم بها الجغرافيون لكونه يشكل ظاهرة مناخية بيولوجية تتعلق بالإنسان وما يحيط به من طبيعة والقدرات الاقتصادية والبيئية. إذ اتجهت الدراسات المناخية إلى التقصي عن أسبابه والعوامل التي يتأثر بها ويؤثر فيها تحت مفهوم التصحر (Desertification) كالاحتباس الحراري والزراعة والري والمجاعات في العالم والأمن الغذائي والاكتفاء المائي ...الخ.

    ويعرف الجفاف Drought بعدم قدرة الرطوبة الجوية أو الأرضية على الإنبات أي أنها غير كافية Insufficient لعمليات الإنبات. وقد بين ثورنثويت أربع أصناف من الجفاف وهي:

1.     الجفاف الدائم Permanent Drought: وفيه تكون كمية الأمطار قليلة جدا إلى الحد الذي لا تستطيع معه التربة أو رطوبة الجو الإنبات خلال معظم أيام السنة ولا تنمو فيه إلا النباتات التي تقاوم النقص الشديد في الرطوبة والمياه كالنباتات الشوكية ويظهر هذا النوع في الصحاري الحارة والباردة على حدٍ سواء ولا يمكن الزراعة فيها إلا بواسطة الري وهو الذي يوجد في وسط وجنوب العراق وصحاري العالم.

2.     الجفاف الفصلي Seasonal Drought: الذي يظهر في فصل معين من السنة إذ تقتصر مدة الزيادة المائية أو المدة الرطبة أو شبه الرطبة على فصل أو فصلين أو ثلاث دون فصل الجفاف وتقوم الزراعة في الفصل المطير معتمدة على الأمطار أما في فصل الجفاف فإنها تعتمد على الري كما يحدث في المنطقة الجبلية من العراق والمتموجة.

3.     الجفاف الطارئ Contingent Drought: وينتج عن عدم انتظام الأمطار وتقلب مواسمها ويقتصر هذا النوع على المناطق الرطبة والشبه رطبة إذ قد تمتد مدة الجفاف إلى زمن طويل دون تساقط الأمطار أو سقوطها الأمر الذي يؤدي إلى هلاك النباتات وهبوط الإنتاج إلى أدنى حد, ويعتبر هذا النوع من اخطر أنواع الجفاف إذ لا يمكن التبؤ به ولا يمكن التعويض عن الأمطار بالإرواء كما حدث في كثير من دول العالم عندما ضربتها موجات من الجفاف كدول شمال حوض البحر المتوسط التي تعرضت غاباتها إلى الحرائق نتيجة لموجات الجفاف المفاجئة التي تعرضت لها.

4.     الجفاف الغير منظور Invisible Drought: وهذا النوع يحدث عندما تقل فيه الرطوبة الجوية أو رطوبة التربة عن الحد الأدنى للنباتات كي تنمو أو تعيش فتتعرض إلى التقزم أو الذبول أو الموت ويؤدي إلى نشوب الحرائق في الغابات التي تتعرض إليه ثم تحول الموقع إلى مناطق متصحرة ويقتصر هذا النوع من الجفاف على المناطق الرطبة في العالم.

5.     وهنالك أنواع ثانوية من الجفاف وهي:

1. الجفاف الهيدرولوجي- يسود هذا النوع من الجفاف في المناطق التي تعجز كميات الأمطار  الساقطة من توفير المياه إلى المنخفضات إلى الحد الذي يجعلها تفيض بمياهها وتنساب منها بشكل مجاري مائية صغيرة نسبياً.

2.     الجفاف الزراعي – يتمثل في قلة سقوط الأمطار وعدم كفايتها لنمو المحاصيل الزراعية وإنتاجها سواء أكانت تلك المحاصيل شتوية أم صيفية،لذا فالجفاف هو المدة الزمنية التي تكون فيها كمية المياه في التربة غير كافية لنمو المحصول وتطوره حتى موسم النضج، أي إن هذا النوع من الجفاف يحدث عندما تكون كمية المياه المطلوبة للتبخر والنتح أكثر من كمية المياه الموجودة فعلاً في التربة.⁽¹⁾

 

الطرق الإحصائية والرياضية لحساب الجفاف:

      لقياس درجة الجفاف ومدته الزمنية اعتمدت مقاييس مختلفة لذا سنتناول كل من طريقة كوبنKoppen , وثورنثويت Thornthwaite, ولانغ Lang:

1.     طريقة كوبن Koppen لحساب الجفاف: حدد كوبن الجفاف من خلال المعادلات أدناه

a.      عندما تكون الأمطار خلال ستة أشهر الشتاء فان معامل الجفاف سيكون بالصيغة الآتية-

R=2T ………….. (1)

إذ إن

      R= مجموع الأمطار السنوية بالـ (cm)

      T= المعدل السنوي لدرجة الحرارة (C ْ (

      فإذا كان 2T> R  فان المنطقة جافة أما إذا كان 2T< R  فان المنطقة رطبة.

b.     عندما تكون الأمطار موزعة على مدار السنة فان معامل الجفاف يكون بالصيغة الآتية-  

R=2(T+7) ……......... (2)

      فإذا كان 2(T+7)> R  فان المنطقة جافة أما إذا كان 2(T+7)< R  فان المنطقة رطبة.

c.      عندما تكون الأمطار خلال ستة أشهر الصيف فإن معامل الجفاف سيكون بالصيغة الآتية-  

R=2(T+14) ……......... (3)

      فإذا كان 2(T+14)> R  فإن المنطقة جافة أما إذا كان 2(T+14)< R  فإن المنطقة رطبة.

لاحظ إن مجموع الأمطار يجب إن يعوض في المعادلة بالسنتمتر أي مراعاة الوحدات في تطبيق المعادلة فكل 1سم=10ملم وكل 1 انج = 25ملم أي إن كل 1 انج = 2.5سم.

2.     معامل ثورنثويت Thornthwaite لحساب الجفاف: وهي بالصيغة الآتية-  

 

إذ إن

      D= معامل الجفاف (ملم\ْم)

       r= السواقط لمجموع أشهر السنة (ملم)

      t = معدل الحرارة السنوي (ْم).

      وفي ضوء المعادلة في أعلاه ميز ويت خمسة مناطق مناخية بحسب كفاية المطر وهي كما في الجدول الأتي:

 

المناطق المناخية لثورنثويت حسب كفاية المطر

وصف المنطقة	كفاية السواقط
الجــــــــــــافة	اقل من 16
شبه جـــــافة	16-31
شبه رطبـــة	32- 63
الرطبــــــــة	64-127
الرطبة جـدًا	128 فأكثر

 

مثـــــــــــال

حدد طبيعة المناخ في محافظة بابل إذا علمت إن معطيات محطة الحلة المناخية الخاصة بمعدل درجات الحرارة والمطر الأتي:

الشهر	أيلول	ت1	ت2	ك1	ك2	شباط	آذار	نيسان	أيار	حزيران	تموز	آب
معدل درجة الحرارة ْC	31.4	26.2	17.5	13	11	13.3	18	23	30	34.2	36.2	36
مجموع الأمطار mm	0.1	4.07	12.9	16.2	24.3	17.1	16.2	15.4	2.9	0	0	0

 

الحـــــــــــل

1.     نستخرج المعدل السنوي لدرجة الحرارة ومجموع الأمطار السنوي من الجدول أعلاه وكالأتي:

معدل درجة الحرارة السنوي= مجموع المعدلات الشهرية\12............(2)

                       = 24.15 Cْ

مجموع الأمطار السنوية = مجموع القيم الشهرية للأمطار................(3)

                   = 98.7 mm

2.     نعوض القيم المستخرجة من المعادلات (2 و 3) في المعادلة (1) وكما يأتي: 

 

 وبعبارة أخرى           ^(9/10)^((24.15+12.2)/98.7) * 1.65=

= 5 mm/^οC  

وبحسب الجدول الخاص بهذه المعادلة في أعلاه, وبما إن الناتج اقل من الحد الأدنى لكفاية المطر, فان المنطقة تعتبر جافة.

3.     معامل لانغ Lang عبر لانغ عن الجفاف بمعامل المطر الذي يعتمد المعادلة الآتية: 

 

إذ إن

      F = معامل المطر (ملم\ْم)

      N = مجموع التساقط السنوي (ملم)

      T = معدل درجة الحرارة السنوي (ْم)

      وقد قسم العالم على أربعة أصناف مناخية هذه الأصناف هي:

نوع الأقاليم المناخية بحسب معامل المطر للانغ

نوع المناخ	معامل المطر
شديد الجفاف	من صفر - 10
جـــــــــــاف	10-40
شبــه رطـب	40- 160
رطــــــــــب	160 فأكثر

 

مثـــــــــــال

حدد طبيعة المناخ في محافظة بابل إذا علمت إن معطيات محطة الحلة المناخية الخاصة بمعدل درجات الحرارة والمطر هي الأتي:

الشهر	أيلول	ت1	ت2	ك1	ك2	شباط	آذار	نيسان	أيار	حزيران	تموز	آب
معدل درجة الحرارة ْC	31.4	26.2	17.5	13	11	13.3	18	23	30	34.2	36.2	36
مجموع الأمطار mm	0.1	4.07	12.9	16.2	24.3	17.1	16.2	15.4	2.9	0	0	0

 

الحـــــــــــل

1.     نعوض معدل درجة الحرارة السنوي ومجموع المطر بعد استخراجهما من الجدول السابق في معادلة لانغ فتكون بالصورة الآتية:

= 4.87 mm/^οC  

2.     نقارن الناتج من المعادلة بجدول الأقاليم المناخية في أعلاه ونلاحظ انه اقل من 10 ملم\ْم لذا فان المنطقة تعتبر جافة.

• وهنالك العديد من الطرق الأخرى لحساب معامل الجفاف اعتمد متغيرات كالإشعاع الشمسي ونسبته اليومية أو الشهرية فظلا عن التبخر النتحي كمعامل بنك Penck إذ اعتبر إن التبخر النتح هو الحد الفاصل بين جفاف ورطوبة المنطقة فإذا كان أعلى من مجموع المطر فان المنطقة جافة أما إذا كان اقل منه فان المنطقة رطبة. وهنا يمكن إن نطرح سؤالا- هل اعتمد Penck التبخر النتح الحقيقي أم الممكن أم الكلي؟

مثـــــــــــــال

حدد طبيعة مناخ محافظة بابل وفق معامل Penck إذا علمت إن مجموع المطر () ملم\سنة , وقيمة التبخر النتحي (219.2413) ملم\سنة؟

الحـــــــــــل

إن المنطقة تعتبر جافة لأن التبخر النتح أعلى من مجموع الأمطار السنوية.

4.     معامل دي مارتون De Martone لحساب الجفاف: 

   قسم دي مارتون العالم على خمسة أقاليم مناخية استنادا إلى معامل الجفاف التي عبر عنها بالمعادلة التالية:

 

إذ إن

      N= مجموع السواقط السنوية (ملم)

      T= المعدل السنوي للحرارة (ْم)

      R= عدد أيام السواقط للمحطة المناخية

            = معدل عدد أيام السواقط للمحطات المجاورة.

والجدول الأتي يوضح الأقاليم العالمية الخمسة بحسب معامل جفافها:

الأقاليم المناخية بحسب تصنيف دي مارتون De Martone

كفاية السواقط	وصف المنطقة	نوع الغطاء النباتي
اقل من 5	جفاف	السهوب والصحاري
5 -9.9	شبه جـــــاف	الزراعة الجافة
10- 19.9	شبه رطب	الأعشاب
20-29.9	رطب	الأشجار
30 فأكثر	رطب جـدًا	الغابات

 

مثـــــــــــال

حدد طبيعة المناخ في محافظة بابل استنادا إلى معامل دي مارتون De Martone وفق معطيات محطة الحلة المناخية الآتية:

الشهر	أيلول	ت1	ت2	ك1	ك2	شباط	آذار	نيسان	أيار	حزيران	تموز	آب
معدل درجة الحرارة ْC	31.4	26.2	17.5	13	11	13.3	18	23	30	34.2	36.2	36
مجموع الأمطار mm	0.1	4.07	12.9	16.2	24.3	17.1	16.2	15.4	2.9	0	0	0
معدل أيام التساقط الشهري	1	1	2	3	5	4	3	2	1	0	0	0
معدل أيام التساقط للمحطات المجاورة	بغداد   30				الكوت  25		كربلاء   20		النجف 20		ديوانية 22

 

الحـــــــــــل

1.     نستخرج المعدلات السنوية لكل من درجات الحرارة ومجموع الأمطار وعدد أيام السواقط السنوية لمحطة الحلة من الجدول في المثال وهي :

معدل درجة الحرارة السنوي(T) = 24.15 ْم

مجموع الأمطار السنوية لمحطة الحلة(N) = 98.7 ملم\سنة

عدد أيام السواقط السنوية في محطة الحلة (R) = 22 يوم\سنة

معدل عدد أيام السواقط في  المحطات المجاورة () = مجموع عدد أيام التساقط في المحطات المجاورة \ 5 محطات

                                          = 117\5

                    = 23.4 يوم\سنة

نعوض القيم المستخرجة في معادلة دي مارتون كالأتي:

  = 2.717 mm/ ^οC  

بما إن ناتج تطبيق المعادلة أقل من 5ملم\ْم فإن المحطة أو المحافظة تعتبر جافة.

5.     معامل كابوت-ري Copat-Rey:  

 

استند كابوت ري إلى معامل الجفاف (I) لتقسيم العالم على ثلاثة مناطق أو أقاليم بحسب درجة جفافها ووفق المعادلة الآتية:

 

إذ إن :

      I= معامل الجفاف ملم

      P= مجموع السواقط السنوية (ملم)

      E= التبخر السنوي (ملم)

      e= التبخر الحاصل في أعلى تساقط شهري (ملم)

ودرجة الجفاف كانت كما يأتي:

 

نوع الأقاليم المناخية بحسب معامل  Copat-Rey

نوع المناخ	معامل الجفاف
شديد الجفاف	اقل من 0.3
جـــــــــــاف	0.3 – 1.25
متوسط الجفاف	1.25 - 4

 

إذ نلاحظ انه لم يستخدم معدلات درجة الحرارة أو قيمة الإشعاع الشمسي وبدلا عن ذلك استخدم مجموع التساقط السنوي والتبخر.

مثـــــــــــال

حدد طبيعة المناخ في محافظة بابل استنادا إلى معامل  Copat-Rey وفق معطيات محطة الحلة المناخية الآتية:

الشهر	أيلول	ت1	ت2	ك1	ك2	شباط	آذار	نيسان	أيار	حزيران	تموز	آب
مجموع الأمطار mm	0.1	4.07	12.9	16.2	24.3	17.1	16.2	15.4	2.9	0	0	0
معدل التبخر الشهري mm	242.8	160.6	82.6	56.3	52.2	76.0	134.9	187.0	270.5	333.6	352.3	318.9

 

الحـــــــــــل

1.     نستخرج مجموع السواقط السنوية في محطة الحلة من الجدول أعلاه ومجموع التبخر السنوي وأعلى تساقط شهري والتبخر الحاصل في الشهر الذي حصل فيه أعلى تساقط وكما مبين أدناه:

مجموع  السواقط السنوية (P) = 98.7 ملم

معدل التبخر السنوي (E) = 2265.9 ملم

أعلى تساقط شهري (p¯) كان في شهر ك2 = 24.3ملم

التبخر الحاصل في الشهر الذي حصل فيه أعلى تساقط (e) كان في شهر ك2= 52.2ملم.

2.     بعد استخراج البيانات اللازمة لتطبيق المعادلة نقوم بالتعويض فيها كالأتي:

 

= 4.97

    وهنا تظهر النتيجة إن معامل الجفاف أكثر من 4 لذا فالمنطقة تعتبر متوسطة الجفاف أو شبه جافة.

 

ثالثا- قياس الإشعاع الشمسي :

Solar Radiation

      استخدمت معادلات متعددة لقياس الإشعاع الشمسي واهم هذه المعادلات التي اعتمدت في قياسها على عاملين أساسيين هما عدد ساعات سطوع الشمس وفترات السطوع بحسب درجات العرض من هذه المعادلات الأتي:

1.     معادلة فراتز وماكدونالد Fritz and Mac Doland 1949 وصيغة هذه المعادلة كما يأتي:

 

إذ إن :

      R = كمية الطاقة التي يتسلمها الجسم في يوم ما.

      Ro = كمية الطاقة التي يتسلمها الجسم في يوم مشرق Clear day مع ملاحظة إن مقدار الخطأ 4-5%.

      S = نسبة عدد ساعات سطوع الشمس (الاختلافات الفصلية في سطوع الشمس).

 

مثــــــــال

حدد كمية الإشعاع الشمسي الساقط على جسم إذا علمت إن كمية الإشعاع الشمسي الساقطة على الجسم في يوم مشرق 527 ملي واط\سم².شهر,  ونسبة عدد ساعات السطوع الشمس الفصلية كانت 8 %؟

 

الحــــــــل

نعوض القيم المعطاة بعد تحويل نسبة عدد ساعات السطوع إلى رقم عشري(8%=0.08) في معادلة الإشعاع (1) وبالصيغة الآتية:

 

   = 527*(0.35+ (0.61*0.08))

   = 210.2 mW/cm².mth كمية الإشعاع الشمسي الساقطة على جسم ما

• هنالك معادلات أخرى يمكن التطرق إليها في مراحل متقدمة من الدراسة لأنها بحاجة إلى إمكانية رياضية وفيزيائية لدى الطالب ليتمكن من حلها هذه الإمكانية لا تتوفر لدى طالب الدراسات الأولية في أقسام الجغرافية الآن كونه من خريجي الدراسات الأدبية وليس العلمية في معظم الأحوال  كمعادلة سوينباك وقانون بير وستيفان-بولتزمان. كما يمكن تحديد وقت شروق الشمس وغروبها وطول النهار وموقع الخط الفاصل بين الجزء المظلم والمضيء من الارض بواسطة المعادلة الآتية: 

إذ إن:

       = زاوية خط العرض.

 = ميل الشمس (Solar declination).

 = زاوية الساعة للشمس.

 رابعًا- الموازنة المائية :

climatic water Budget

      تعرف الموازنة المائية المناخية بأنها "العلاقة بين كمية الأمطار الساقطة (الواردات) ومقدار الضائعات المائية التي يعتمد في حسابها على مقدار التبخر /النتحEvapotranspiration  ، مع الأخذ بنظر الاعتبار العوامل المؤثرة فيها ". في حين يرى ثونثويت (الذي يعد أول من استعمل مصطلح الموازنة المائية في الدراسات المناخية - 1948) بأن الموازنة المائية المناخية هي "العلاقة بين ما يدخل منطقة ما من مياه بشكل تساقط و بين الفاقد بالتبخر و النتح من النبات و كذلك أي تغييرات في المياه المختزلة (رطوبة التربة، المياه الجوفية، المسطحات المائية...الخ ) وهو الذي يحدد الجفاف في أي مكان". ويجد بعض الباحثين إن تحديد وضع التوازن المائي المناخي يتم عن طريق ضرب معدلات الأمطار الساقطة في كل شهر بمعامل المطر الفعال^** لذلك الشهر ومن ثم طرح الأمطار الفعالة المستخرجة من عملية الضرب من قيم التبخر/النتح الممكن لكل شهر.

      يحصل العجز المائي water deficit عندما تكون كميات التبخر و النتح الممكن أكبر من كمية الأمطار الفعالة أي جفاف المنطقة، و بالعكس يكون هنالك فائضا مائيا water surplus عندما تفوق كمية الأمطار الفعالة على كمية التبخر والتبخر/ النتح الممكن أي إن المنطقة رطبة. ولتحديد المطر الفعال يمكن إتباع إحدى الطرق التي جاءت في تحديد الجفاف ثم إدخال النواتج في معادلات الموازنة المائية.

أما عناصر الدورة المناخية فهي:

1.     الشمس San والتي بطاقتها يتحول الغلاف المائي إلى جميع أشكاله ويحرك معه مظاهر الطقس والمناخ عبر الوقت.

2.     التبخر والنتح evaporation and transpiration(PE)- إذ يحدث الأول من المسطحات المائية واليابسة أما الآخر فمن أغلب الكائنات الحية.

3.     الرياح Wind – إذ تلعب دورا هاما أهمل في كثير من طرق الحساب حيث يؤثر على كمية التبخر والنتح فضلا عن سوقه للسحب والبخار إلى المناطق التي سوف تتكاثف وتسقط عليها.

4.     التساقط Precipitation(P)- إذ يعود البخار المنطلق في الجو إلى سطح الارض والمسطحات المائية بشكل مياه أو ثلوج بعد تكثفه Condensation في الجو أو على سطوح الأجسام, فيصبح انهارا وبحيرات ويتسرب جزء منه إلى أعماق التربة والأرض فيصبح مياها جوفية ليعود مرة أخرى إلى البحار وهكذا تكتمل الدورة المائية. كما في الشكل الأتي:

 

طرق تحديد الموازنة المائية: إن ابسط الطرق المتبعة لتحديد مقدار العجز المائي أو الفائض عن طريق المعادلة الآتية-

1.     مدة الزيادة المائيةWater Surplus Period :

      وتمتاز هذه المدة بأن معدلات الأمطار فيها تزيد على معدلات التبخر نوع الممكن، إذ يمكن تحديد هذه المدة من العلاقة الآتية:

      إذ إنَّ

            WS: الزيادة المائية (ملم\شهر).

            P: الأمطار (ملم).

            PE: التبخرنتح الممكن (ملم).

      AE: التبخر نتح الحقيقي (ملم). ويكون هنا مساويا إلى التبخر نتح الحقيقي لان الأمطار اكبر من التبخر نتح الممكن لاحظ المعادلة (2).

2.     مدة النقصان المائيWater Deficit Period : 

      يقصد بها أن التبخر نتح الحقيقي يساوي كمية الأمطار الساقطة في المنطقة، بعبارة أخرى عندما يكون التبخر نتح الممكن أكثر من الأمطار فان التبخر نتح الحقيقي يساوي كمية الأمطار. ويمكن استخراجه من العلاقة الآتية:

 

      إذ إنَّ:

      WD: النقصان المائي (ملم\شهر).

      AE: التبخر نتح الحقيقي (ملم). وهنا يكون مساويا إلى التساقط لأن الأمطار اقل من التبخر نتح الممكن لاحظ المعادلة (4).

مثـــــــــــــال

حدد مقدار الزيادة المائية والنقصان المائي في محافظة بابل من خلال معطيات الجدول التالي:

الشهر	أيلول	ت1	ت2	ك1	ك2	شباط	آذار	نيسان	أيار	حزيران	تموز	آب
الأمطار P mm	0.2	4.1	14.5	16.7	21.7	13.1	13.8	13.4	2.6	0.0	0.0	0.0
التبخر نتح الممكن PEx mm	232.3	129.2	39.	13.3	7.8	15.6	38.4	93.3	186.04	271.4	320.4	322.1

 

الحـــــــــــل

1.     لتحديد النقصان المائي فإننا نلاحظ في الأشهر (أيلول وت1 وت2 ثم شباط وآذار ونيسان وأيار وحزيران وتموز وأب) إن قيمة التبخر نتح الممكن PEx >Pلذا نطبق المعادلة (3) لهذه الأشهر حيث إن التبخر نتح الحقيقي يكون مساويا إلى التساقط لاحظ المعادلة (4) والزيادة المائية WS تساوي صفرا وكالاتي:

2.     لتحديد الفائض المائي فإننا سنلاحظ شهري (ك1 و ك2) بان قيمة التبخر نتح الممكن PEx <P لذا نطبق المعادلة (1) لهذه الأشهر حيث إن التبخر نتح الحقيقي يكون مساويا إلى التبخر نتح الممكن لاحظ المعادلة (2) وكالأتي:  

فلو قمنا بجمع الأشهر التي حصل فيها العجز المائي ثم الأشهر التي حصل فيها الفائض المائي للاحظنا إن النقصان أو العجز المائي السنوي سيكون كبيرا جدا.

of 17

(1) الشلش، علي حسين، التباين المكاني للتوازن المائي وعلاقته بالإنتاج الزراعي في العراق، مجلة الخليج العربي، مركز دراسات الخليج العربي، مجلد 11، العدد1، دار الحرية للطباعة، بغداد - 1979، ص52.

^** عرفت شركة سلخوزبروم الروسية في دراسة شاملة للموارد المائية والتربة في العراق معامل المطر الفعال بأنه "ذلك الجزء من الأمطار الساقطة والذي يغيض داخل التربة في ضوء نسجتها وتركيبها والمفقود عن طريق التبخر، لكل موقع من مواقعه على وفق تحريات التربة والمعلومات المناخية. وللاستزادة يمكن مراجعة المصدر :-

USSRV/o selkhoz  prom  ex port، General Scheme of water Resources and Land Development in Iraq، ministry of Irrigation، Vol. III، Book 1، 1982، p.33 .                                                              

حمله 

من هنا