حركة المشاة

تُعرف دورة ووكر، أو خلية ووكر ، بأنها نموذج نظري لتدفق الهواء في المناطق الاستوائية في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي ( التروبوسفير ). ووفقًا لهذا النموذج، تتبع كتل الهواء دورة مغلقة في الاتجاهين الأفقي والرأسي. وتنتج هذه الدورة، التي تتوافق تقريبًا مع الملاحظات، عن اختلافات في توزيع الحرارة بين المحيط واليابسة. بالإضافة إلى الحركة في الاتجاهين الأفقي والرأسي، يشهد الغلاف الجوي الاستوائي أيضًا حركة كبيرة في الاتجاه العرضي ، كجزء من دورة هادلي ، على سبيل المثال .

ترتبط دورة ووكر بقوة تدرج الضغط الناتجة عن نظام ضغط مرتفع فوق شرق المحيط الهادئ ، ونظام ضغط منخفض فوق إندونيسيا . وتؤدي دورات ووكر في أحواض المحيط الهندي والهادئ والأطلسي الاستوائية إلى هبوب رياح سطحية غربية في فصل الصيف في نصف الكرة الشمالي في الحوض الأول، ورياح شرقية في الحوضين الثاني والثالث. ونتيجة لذلك، تُظهر بنية درجة حرارة المحيطات الثلاثة تباينات كبيرة. ففي شرق المحيط الهادئ الاستوائي، يتميز كل من المحيط الهادئ والمحيط الأطلسي بانخفاض درجة حرارة سطحهما في فصل الصيف في نصف الكرة الشمالي، بينما تسود درجات حرارة سطحية أكثر برودة في غرب المحيط الهندي فقط. ^{[ 1 ]} وتعكس هذه التغيرات في درجة حرارة السطح تغيرات في عمق الطبقة الحرارية . ^{[ 2 ]}

تحدث تغيرات في دورة ووكر مع مرور الوقت بالتزامن مع تغيرات في درجة حرارة سطح الأرض. بعض هذه التغيرات ناتج عن عوامل خارجية، مثل التحول الموسمي للشمس نحو نصف الكرة الشمالي في الصيف. بينما يبدو أن تغيرات أخرى ناتجة عن تفاعلات بين المحيط والغلاف الجوي، حيث تتسبب الرياح الشرقية، على سبيل المثال، في انخفاض درجة حرارة سطح البحر في الشرق، مما يعزز التباين الحراري بين المناطق، وبالتالي يزيد من شدة الرياح الشرقية عبر الحوض. وتؤدي هذه الرياح الشرقية غير المعتادة إلى زيادة تيارات الصعود الاستوائية ورفع مستوى الطبقة الحرارية في الشرق، مما يضخم التبريد الأولي الناتج عن الرياح الجنوبية. من وجهة نظر علم المحيطات، فإن اللسان البارد الاستوائي ناتج عن الرياح الشرقية. لو كان مناخ الأرض متناظرًا حول خط الاستواء، لاختفت الرياح العابرة لخط الاستواء، ولأصبح اللسان البارد أضعف بكثير وله بنية مناطقية مختلفة تمامًا عما هو عليه اليوم. ^{[ 3 ]}

يشير مصطلح "دوران ووكر" إلى جيلبرت ووكر، مكتشف التذبذب الجنوبي في أوائل القرن العشرين. وقد استخدم هذا المصطلح لأول مرة عام 1969 من قبل عالم الأرصاد الجوية النرويجي الأمريكي جاكوب بيركنز ^{[ 4 ]} للإشارة إلى دورانه المقترح من الشرق إلى الغرب بالقرب من خط الاستواء في المحيط الهادئ. وكانت منطقة الهواء الهابط، التي أطلق عليها اسم المنطقة القاحلة، محاطة من الشمال والجنوب بأحزمة السحب التابعة لمناطق التقارب المداري . وقد اقترح أن هذه المناطق هي "الحواف الاستوائية لدوران هادلي في نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي".

كما طُرح في الأصل، تكون دورة ووكر أضعف خلال ظاهرة النينيو، عندما يقلّ كلٌّ من تدرج درجة الحرارة عبر المحيط الهادئ وقوة الرياح الشرقية، وأقوى خلال ظاهرة لا نينيا، عندما يكون العكس صحيحًا. في الاستخدام الحديث، قد يشير مصطلح "دورة ووكر" إلى نطاق أوسع بكثير من خطوط العرض والطول، وقد يشمل أكثر من منطقة واحدة من الدوران الانقلابي.

كان جيلبرت ووكر عالم رياضيات تطبيقية مرموقًا في جامعة كامبريدج عندما أصبح مديرًا عامًا للمراصد في الهند عام 1904. ^{[ 5 ]} وخلال فترة عمله هناك، درس خصائص الرياح الموسمية في المحيط الهندي ، والتي تسبب انقطاع أمطارها في مجاعة شديدة ضربت البلاد عام 1899. وبتحليله كميات هائلة من بيانات الطقس من الهند وبقية أنحاء العالم، نشر على مدى الخمسة عشر عامًا التالية أولى الدراسات التي تصف التذبذب الكبير في الضغط الجوي بين المحيطين الهندي والهادئ ، وعلاقته بأنماط درجات الحرارة وهطول الأمطار في معظم المناطق الاستوائية على سطح الأرض، بما في ذلك الهند. كما عمل مع إدارة الأرصاد الجوية الهندية ، لا سيما في ربط الرياح الموسمية بظاهرة التذبذب الجنوبي. وحصل على وسام رفيق نجمة الهند عام 1911. ^{[ 5 ]}

خلص ووكر إلى أن المقياس الزمني السنوي (المستخدم من قبل العديد من الباحثين في مجال الغلاف الجوي) غير مناسب، لأن العلاقات الجغرافية المكانية قد تختلف اختلافًا جذريًا باختلاف الفصول. ولذلك، قسّم ووكر تحليله الزمني إلى فترات زمنية: ديسمبر - فبراير، مارس - مايو، يونيو - أغسطس، وسبتمبر - نوفمبر.

ثم اختار ووكر عدداً من "مراكز التأثير"، والتي شملت مناطق مثل شبه الجزيرة الهندية. وتقع هذه المراكز في قلب مناطق ذات ضغط جوي مرتفع ومنخفض دائم أو موسمي. كما أضاف نقاطاً لمناطق يكون فيها هطول الأمطار أو الرياح أو درجة الحرارة عوامل مؤثرة مهمة.

قام بدراسة العلاقات بين قيم الضغط وهطول الأمطار في الصيف والشتاء، مركزاً في البداية على قيم الصيف والشتاء، ثم قام لاحقاً بتوسيع نطاق عمله ليشمل فصلي الربيع والخريف.

يخلص إلى أن التغيرات في درجات الحرارة تخضع عمومًا لتغيرات الضغط الجوي وهطول الأمطار. وقد سبق أن أشير إلى أن البقع الشمسية قد تكون سببًا في هذه التغيرات، لكن ووكر عارض هذا الاستنتاج بإظهار ارتباطات شهرية غير متسقة بين البقع الشمسية ودرجات الحرارة والرياح والغطاء السحابي والأمطار.

حرص ووكر على نشر جميع نتائج دراسات الارتباط التي أجراها، سواءً تلك المتعلقة بالعلاقات المهمة أو تلك غير المهمة. وقد فعل ذلك بهدف ثني الباحثين عن التركيز على الارتباطات غير الموجودة.

تؤدي دورات ووكر في أحواض المحيط الهندي والهادئ والأطلسي الاستوائية إلى هبوب رياح سطحية غربية في فصل الصيف في نصف الكرة الشمالي في الحوض الأول، ورياح شرقية في الحوضين الثاني والثالث. ونتيجة لذلك، تظهر بنية درجة حرارة المحيطات الثلاثة تباينات كبيرة. ففي شرق المحيط الهادئ الاستوائي، تنخفض درجات حرارة سطح المحيطين في المحيطين الهادئ والأطلسي في فصل الصيف، بينما تسود درجات حرارة سطحية أكثر برودة في غرب المحيط الهندي فقط. ^{[ 6 ]} وتعكس هذه التغيرات في درجة حرارة السطح تغيرات في عمق الطبقة الحرارية. ^{[ 7 ]}

تحدث تغيرات في دورة ووكر مع مرور الوقت بالتزامن مع تغيرات في درجة حرارة سطح الأرض. بعض هذه التغيرات ناتج عن عوامل خارجية، مثل التحول الموسمي للشمس إلى نصف الكرة الشمالي في الصيف. ويبدو أن تغيرات أخرى ناتجة عن تفاعلات بين المحيط والغلاف الجوي، حيث تتسبب الرياح الشرقية، على سبيل المثال، في انخفاض درجة حرارة سطح البحر في الشرق، مما يعزز التباين الحراري بين المناطق، وبالتالي يزيد من شدة الرياح الشرقية عبر الحوض. ^{[ 8 ]}

تُؤدي هذه الرياح الشرقية المُعززة إلى زيادة تيارات الصعود الاستوائية ورفع مستوى الطبقة الحرارية في الشرق، مما يُضخّم التبريد الأولي الناتج عن الرياح الجنوبية. وقد اقترح بيركنز هذه الآلية التفاعلية بين المحيط والغلاف الجوي. ومن وجهة نظر علم المحيطات، فإن اللسان البارد الاستوائي ناتج عن الرياح الشرقية. ^{[ 8 ]}

لو كان مناخ الأرض متناظرًا حول خط الاستواء، لانعدمت الرياح العابرة لخط الاستواء، ولأصبح اللسان البارد أضعف بكثير، ولكان له بنية نطاقية مختلفة تمامًا عما هو عليه اليوم. ^{[ 8 ]} ترتبط خلية ووكر بشكل غير مباشر بالتيارات الصاعدة قبالة سواحل بيرو والإكوادور . وهذا يجلب المياه الباردة الغنية بالمغذيات إلى السطح، مما يزيد من مخزون الأسماك ^. [ ^{9 ]}

تنشأ دورة ووكر نتيجةً لقوة تدرج الضغط الناجمة عن نظام ضغط مرتفع فوق شرق المحيط الهادئ ونظام ضغط منخفض فوق إندونيسيا . وتتسبب هذه الدورة في صعود المياه الباردة من أعماق البحار، مما يؤدي إلى تبريد سطح البحر. وتحدث ظاهرة النينيو عندما تتضاءل هذه الدورة أو تتوقف، حيث يؤدي ضعفها أو توقفها إلى ارتفاع درجة حرارة سطح المحيط إلى ما فوق المتوسط. أما زيادة دورة ووكر بشكل ملحوظ فتؤدي إلى ظاهرة لا نينا، وذلك بتكثيف صعود المياه الباردة من أعماق البحار، مما يؤدي إلى تبريد سطح البحر إلى ما دون المتوسط.

في الظروف غير المصاحبة لظاهرة النينيو، تظهر دورة ووكر على السطح على شكل رياح تجارية شرقية تنقل المياه والهواء الدافئ بفعل الشمس نحو الغرب. ويؤدي ذلك أيضًا إلى صعود المياه الباردة الغنية بالمغذيات إلى السطح قبالة سواحل بيرو والإكوادور ، مما يزيد من مخزون الأسماك. ^{[ 9 ]} يتميز الجانب الغربي من المحيط الهادئ الاستوائي بطقس دافئ ورطب ومنخفض الضغط، حيث تُفرغ الرطوبة المتجمعة على شكل أعاصير وعواصف رعدية . ويرتفع مستوى سطح البحر بنحو 60 سم (24 بوصة) في غرب المحيط الهادئ نتيجة لهذه الحركة. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}  

أشارت دراسة علمية نُشرت في مايو 2006 في مجلة Nature إلى أن دورة ووكر قد تباطأت منذ منتصف القرن التاسع عشر. ويرى الباحثون أن الاحتباس الحراري عاملٌ مُرجّحٌ في ضعف نمط الرياح. ^{[ 14 ]} مع ذلك، تُظهر دراسةٌ أُجريت عام 2011 من مشروع إعادة تحليل القرن العشرين أنه، باستثناء دورات ظاهرة النينيو-التذبذب الجنوبي، ظلت السرعة والاتجاه العامان لدورة ووكر ثابتين بين عامي 1871 و2008. ^{[ 15 ]}

• الدوران الجوي
• الغلاف الجوي للأرض

• معهد ووكر، جامعة ريدينغ، المملكة المتحدة. http://www.walker-institute.ac.uk/about/sir_gilbert.htm
• ووكر، جيه إم. صورة قلمية للسير جيلبرت ووكر، الحاصل على وسام نجمة الهند، وماجستير الآداب، ودكتوراه العلوم، وزميل الجمعية الملكية. الطقس 1997 (المجلد 52، العدد 7، الصفحات  217-220)
• ووكر، جي تي وبليس، إي دبليو، 1930. الطقس العالمي الرابع، مذكرات الجمعية الملكية للأرصاد الجوية، 3، (24)، 81-95.
• ووكر، جي تي وبليس، إي دبليو، 1937. الطقس العالمي السادس، مذكرات الجمعية الملكية للأرصاد الجوية، 4، (39)، 119-139.
• ووكر، جي تي، 1923. الارتباط في التغيرات الموسمية للطقس، الجزء الثامن. دراسة تمهيدية للطقس العالمي. مذكرات إدارة الأرصاد الجوية الهندية، 24، (4)، 75-131.
• ووكر، جي تي، 1924. الارتباط في التغيرات الموسمية للطقس، الجزء التاسع: دراسة إضافية للطقس العالمي. مذكرات إدارة الأرصاد الجوية الهندية، 24 (9)، 275-333. http://www.rmets.org/about/history/classics.php مؤرشف في 21 مارس 2012 على موقع Wayback Machine
• كاتز، آر دبليو. السير جيلبرت ووكر والصلة بين ظاهرة النينيو والإحصاء. العلوم الإحصائية، 17 (2002)، 97-117. http://amath.colorado.edu/courses/4540/2004Spr/walkerss.pdf مؤرشف بتاريخ 21 سبتمبر 2006 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• ملخص أبحاث المناخ - دورة ووكر: تباطؤ في دوران الغلاف الجوي الاستوائي. النص والرسومات من الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي / مختبر ديناميكيات الموائع الجيوفيزيائية.
• تباطؤ تدفق المحيط الهادئ الاستوائي يعزى إلى تغير المناخ. مؤرشف في 25 فبراير 2021 في Wayback Machine - بيان صحفي من مؤسسة الجامعة لأبحاث الغلاف الجوي .
• ضعف دوران الغلاف الجوي في المحيط الهادئ الاستوائي بسبب التأثيرات البشرية 4 مايو 2006 في مجلة Nature .
• تقرير إخباري لوكالة أسوشيتد برس، 3 مايو 2006: "الاحتباس الحراري يُعزى إليه تغير اتجاه الرياح"
• النقل الحراري الاستوائي ودوران ووكر ، 29 أكتوبر 2012 في كيمياء وفيزياء الغلاف الجوي