برج حراري

البرج الساخن هو سحابة ركامية استوائية تمتد من الطبقة السفلى للغلاف الجوي، التروبوسفير ، إلى الستراتوسفير . ^{[ 1 ]} تُسمى هذه التكوينات "ساخنة" نظرًا لكمية الحرارة الكامنة الكبيرة المنبعثة على شكل بخار ماء يتكثف إلى سائل ويتجمد إلى جليد داخل السحابة. قد تكتسب الأبراج الساخنة في المناطق ذات الدوامية الكافية تيارات صاعدة دوارة؛ وتُعرف هذه باسم الأبراج الساخنة الدوامية. في بعض الحالات، تظهر الأبراج الساخنة خصائص تشبه الخلية الفائقة ، مع وجود دوران عميق ومستمر في التيار الصاعد. ^{[ 2 ]} صاغت جوان سيمبسون دور الأبراج الساخنة في الطقس الاستوائي لأول مرة عام 1958. هيمنت الأبراج الساخنة على النقاشات في علم الأرصاد الجوية الاستوائية في الستينيات، وتُعتبر الآن المحرك الرئيسي للهواء الصاعد داخل الأعاصير المدارية ومكونًا أساسيًا لدوران هادلي . على الرغم من انخفاض شيوع استخدام الأبراج الحرارية في الأدبيات العلمية خلال سبعينيات القرن الماضي، إلا أنها لا تزال مجالاً بحثياً نشطاً. ويرتبط وجود هذه الأبراج في الأعاصير المدارية بزيادة شدة هذه الأعاصير. ^{[ 3 ]}

رُصدت الأبراج الحرارية لأول مرة بواسطة الرادار في خمسينيات القرن الماضي. ^{[ 1 ]} استُخدم الاستطلاع الجوي لاستكشاف هذه الأبراج، مع أن الطائرات كانت تتجنب المناطق الأكثر خطورة فيها لأسباب تتعلق بالسلامة. ^{[ 4 ]} وفّر إطلاق مهمة قياس هطول الأمطار الاستوائية (TRMM) عام 1997 الدقة والتغطية اللازمتين لتصنيف الأبراج الحرارية بشكل منهجي وتقييم بنيتها بدقة على مستوى العالم. ^{[ 1 ]} قبل عام 1997، حدّ صغر حجم الأبراج الحرارية وقصر مدة بقائها من الدراسات التي اقتصرت على الملاحظات الجوية، إذ كانت دقة أجهزة الاستشعار الفضائية في أطوال موجات الميكروويف والأشعة تحت الحمراء منخفضة للغاية بحيث لا تسمح برصد التفاصيل داخل هذه الأبراج بدقة. ^{[ 5 ]}

يُطلق مصطلح "البرج الساخن" على كلٍّ من كتل الهواء الصاعدة بسرعة وسحب الركام المزني العالية المصاحبة لها. ^{[ 1 ] [ 6 ]} وتكون مناطق الهواء الصاعد صغيرة أفقيًا، إذ يبلغ عرضها حوالي 2-4 كيلومترات (1.2-2.5 ميل) . ^{[ 6 ] [ 4 ]} أما أقصى امتداد لها فهو رأسي، حيث تصل ارتفاعاتها إلى 18 كيلومترًا (11 ميلًا) وتتميز بانعكاسية عالية . ^{[ 7 ]} وتكون الأبراج الساخنة غير مخففة فعليًا؛ فمع صعودها، لا يختلط الهواء المحيط بها. ^{[ 8 ] [ 9 ]} ونتيجةً لذلك، تبقى درجة الحرارة الكامنة المكافئة داخل البرج الساخن ثابتة تقريبًا على امتداده الرأسي بالكامل. وهذا يسمح بنقل الحرارة بكفاءة من طبقة التروبوسفير السفلى إلى طبقة الستراتوسفير . وقد تتميز الأبراج الساخنة المتشكلة داخل مناطق الدوران بتيارات صاعدة دوارة ؛ وتُعرف هذه باسم الأبراج الساخنة الدوامية ، وترتبط بمناطق موضعية من الدوامية الرأسية الشاذة . ^{[ 9 ]}    

قبل خمسينيات القرن العشرين، لم يكن فهم آلية عمل خلايا هادلي الجوية - وهي عبارة عن دوران هوائي ينقل الحرارة والرطوبة الاستوائية باتجاه القطبين - واضحًا. ^{[ 10 ]} كان يُعتقد في البداية أن خلية هادلي تتغذى على الصعود الواسع والمنتشر والتدريجي للهواء الدافئ والرطب بالقرب من خط الاستواء. إلا أن حسابات ميزانية طاقة الأرض باستخدام بيانات من الحرب العالمية الثانية أظهرت أن الطبقة الوسطى من التروبوسفير منطقة تعاني من نقص في الطاقة، مما يشير إلى أن استمرار خلية هادلي لا يمكن تفسيره بالصعود الواسع للهواء. ^{[ 4 ]} كما لم يكن فهم دور المناطق الاستوائية في النظام المناخي العالمي وتطور الاضطرابات الاستوائية واضحًا أيضًا. شهدت خمسينيات القرن العشرين تطورًا محوريًا في علم الأرصاد الجوية الاستوائية ، بما في ذلك إنشاء المشروع الوطني الأمريكي لأبحاث الأعاصير عام 1956. ^{[ 11 ]} وفي عام 1958، اقترح هربرت ريهل وجوان سيمبسون أن انبعاث الحرارة الكامنة الناتج عن التكثيف داخل الأبراج الساخنة يوفر الطاقة اللازمة للحفاظ على خلايا هادلي والرياح التجارية ؛ واستندت فرضيتهما في البداية إلى ملاحظات جوية أجرتها سيمبسون خلال فترة عملها في معهد وودز هول لعلوم المحيطات . ^{[ 10 ]} تطلبت هذه الآلية وجود سحب ركامية غير مخففة لا تسحب الهواء المحيط، مما يسمح بانتقال الحرارة بكفاءة من سطح المحيط إلى طبقة التروبوسفير العليا. ^{[ 12 ]} وكان وجود ما بين 1500 و2500 من هذه السحب ضروريًا لدعم دوران هادلي. ^{[ 4 ]} جادل الباحثون أيضًا بأن الأبراج الحرارية ساعدت في الحفاظ على الدفء الموجود في مركز الأعاصير المدارية ، وأن صعود الهواء الرطب داخل الأعاصير المدارية كان يتركز حول هذه الأبراج. ^{[ 13 ]} في  ورقتهم البحثية الأصلية عام 1958 التي حددت دور الأبراج الحرارية، وصف ريهل وسيمبسون هذه السحب بأنها "أبراج دافئة ضيقة"، لكنهما بدآ في تسمية الفكرة "فرضية الأبراج الحرارية" بحلول عام 1960. ^{[ 12 ] [ 10 ]} على مدى العقدين التاليين، هيمنت الأبراج الحرارية على النقاش العلمي المتعلق بالتفاعل بين السحب الركامية وبيئاتها المدارية الأوسع نطاقًا. ^{[ 11 ]}

أشارت الملاحظات الجوية لإعصار ديزي عام 1958 إلى أن الحمل الحراري داخل الأعاصير المدارية كان محصورًا في مناطق قليلة من السحب الركامية، مما دحض فكرة أن الهواء الصاعد كان منتشرًا في جميع أنحاء غلاف الإعصار، ودعم فرضية الأبراج الحرارية. ^{[ 12 ]} في حالة إعصار ديزي، لم تمثل السحب الركامية المتحركة سوى حوالي 4% من إجمالي منطقة الهطول المرتبطة بالإعصار. وخلص تحليل أجراه ريهل وسيمبسون عام 1961 باستخدام بيانات برنامج رصد الأرصاد الجوية الوطني (NHRP) من إعصار ديزي إلى أن الأبراج الحرارية كانت الآلية الرئيسية التي تنقل بها الأعاصير المدارية الهواء الدافئ إلى طبقة التروبوسفير العليا. وقد حفزت الأهمية الجديدة للأبراج الحرارية في الأعاصير المدارية تطويرَ النمذجة البارامترية - أي تمثيل الظواهر والتفاعلات صغيرة النطاق، مثل السحب الركامية الفردية - في نماذج الطقس المبكرة . ^{[ 14 ]} ألهمت فرضية البرج الساخن أيضًا تطوير عدم استقرار الحمل الحراري من النوع الثاني (CISK): وهو نموذج مفاهيمي يُركز على التفاعلات بين الحرارة الكامنة المنبعثة من السحب الركامية الفردية والتقارب المرتبط بالأعاصير المدارية. ^{[ 15 ]} بحلول سبعينيات القرن العشرين، تم التحقق من صحة العديد من الأفكار والتنبؤات التي طرحتها فرضية البرج الساخن من خلال الملاحظات التجريبية. ^{[ 9 ]} جادل منتقدو فرضية البرج الساخن بأنه من غير المعقول أن تكون سحابة ركامية مزنية خالية من التداخل. ^{[ 10 ]} ظل هذا الجانب من الفرضية دون اختبار حتى قامت مجسات إسقاطية أُطلقت في أبراج ساخنة كجزء من تجربة الحمل الحراري والرطوبة في عام 1998 بتوفير أول قياسات مباشرة للبنية الديناميكية الحرارية للأبراج الساخنة. أظهرت البيانات أن درجة الحرارة الكامنة المكافئة داخل الأبراج الساخنة كانت ثابتة تقريبًا على امتدادها الرأسي بالكامل، مما يؤكد عدم وجود تداخل. ^{[ 9 ]} أشارت ملاحظات ميدانية أخرى إلى أن بعض التيارات الصاعدة الاستوائية تتضاءل بفعل بيئاتها المحيطة على ارتفاعات أقل من 5 كيلومترات (3.1 ميل) ، على الرغم من أن الحرارة الكامنة القوية المتولدة من الجليد داخل السحابة كانت كافية لتوفير طاقة الإدخال اللازمة لدوران هادلي. ^{[ 16 ]} شهد البحث العلمي في الأبراج الساخنة انتعاشًا في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين مع تركيز متجدد على دورها في تكوين الأعاصير المدارية.  وتطور الأعاصير المدارية. ^{[ 6 ]}

تُساهم الأبراج الحرارية الدوامية في تكوين الأعاصير المدارية من خلال إنتاج العديد من الشذوذات الإيجابية الصغيرة في الدوامة الكامنة ، والتي تتحد في النهاية لتقوية العاصفة الأوسع. ^{[ 17 ]} تعمل الدوامة العالية الموجودة في الأبراج الحرارية على حبس الحرارة الكامنة المنبعثة من تلك السحب، بينما يُؤدي اندماج الأبراج الحرارية إلى تجميع هذه الحرارة المُعززة. ^{[ 18 ]} تُشكل هذه العمليات الجزء الأكبر من التكوين الأولي للنواة الدافئة للإعصار المداري - وهي الحرارة الشاذة في مركز هذا النظام - وزيادة الزخم الزاوي للرياح التي تُحيط بالإعصار النامي. ^{[ 17 ]}

في عام 2007، افترضت وكالة ناسا أن قص الرياح بين عين الإعصار وجدارها قد يُعزز التيارات الصاعدة عبر مركز الإعصار ويُولد تيارات الحمل الحراري. ^{[ 19 ]} قد تظهر أبراج حرارية ساخنة عندما يكون الإعصار على وشك الاشتداد، وربما بسرعة . وقد ارتفع برج حراري ساخن بشكل خاص فوق إعصار بوني في أغسطس 1998، عندما اشتدت العاصفة قبل أن تضرب ولاية كارولاينا الشمالية . ^{[ 20 ]}

• قائمة أنواع السحب
• بيلوس
• تجاوز القمة
• تكثيف سريع

• معرض الوسائط المتعددة للأعاصير  – صفحة وسائط متعددة خاصة بالأعاصير.
• شرائح عرض UCAR: "الأبراج الساخنة والأعاصير: الملاحظات المبكرة والنظريات والنماذج"