وسيؤدي ارتفاع درجة حرارة المناخ إلى زيادة حركة العواصف المطيرة نحو القطبين

تمكن باحثون من معهد وايزمان من فك رموز الآليات التي تدفع العواصف المطيرة شمالا وجنوبا مع ظاهرة الاحتباس الحراري

من يسلك طريق رقم 6 في منطقة بئر السبع ويتجه شمالًا، سيمر عبر ثلاث مناطق مناخية في أقل من ساعة. لملاحظة ذلك، ليس من الضروري أن تكون متنبئًا مصابًا بجنون العظمة: يكفي أن تنظر من النافذة وترى مسار النباتات والمناظر الطبيعية. وتمتد دولة إسرائيل في مجموعها بين خطوط العرض 290 (إيلات) و330 (كريات شمونة) - لكن موقعها على خط التماس بين الشريط الصحراوي ومنطقة المناخ المعتدل يمنحها مناخا متنوعا - ولكن أيضا حساسية خاصة للتغيرات المناخية. وتتنبأ نماذج التغير المناخي المتطورة بأن مناطق العواصف والأمطار ستنتقل نحو القطبين بسبب ظاهرة الاحتباس الحراري. وبالمصطلحات المحلية يمكنك القول أن مناخ متسبيه رامون سيهاجر إلى بئر السبع، ومناخ بئر السبع سينتقل إلى تل أبيب، وهكذا. وهذا ليس مجرد توقع: فقد لوحظ هذا الاتجاه بالفعل في العقود الأخيرة.

في مقال نشر هذا الأسبوع في المجلة العلمية طبيعة علوم الأرض وأظهر علماء من معهد وايزمان أن تحول المناطق المناخية يرجع إلى حد كبير إلى زيادة حركة العواصف المطيرة نحو القطبين. أصبحت هذه النتائج ممكنة بفضل فك رموز الآليات الفيزيائية المسؤولة عن حركة العواصف من خلال نهج فريد من نوعه - اعتماد وجهة نظر العاصفة نفسها.

العواصف المطيرة - تلك "المنخفضات الجوية" المألوفة من توقعات الطقس - تتحرك حول العالم في مسارات مفضلة، تسمى "مسارات العواصف". بالنسبة لأولئك الذين تساءلوا، على سبيل المثال، لماذا يتحدث البريطانيون في كثير من الأحيان عن الطقس، فإن الجواب هو أنه ليس من قبيل الصدفة: لندن الرمادية عميقة في عين (مسار) العاصفة، وبالتالي - في الشتاء أو الصيف - فهي لا ينصح بمغادرة المنزل بدون مظلة. مسارات العواصف لا تتطابق مع خطوط العرض: بغض النظر عن ظاهرة الاحتباس الحراري، تتحرك العواصف في المتوسط ​​من الغرب إلى الشرق، مع ميل طفيف نحو الشمال (أو الجنوب في نصف الكرة الجنوبي). ولذلك فإن العاصفة التي تتشكل في البحر بالقرب من سواحل أمريكا في خط عرض 400 ستصل إلى أوروبا في منطقة خط عرض 500؛ وهذا أيضًا هو السبب الذي يجعل أمريكا الشمالية أكثر برودة من المناطق المقابلة لها في أوروبا. ومع ذلك، حتى وقت قريب لم تكن معروفة ما هي الآليات الفيزيائية التي تولد هذا الاتجاه نحو الشمال. قامت الدكتورة تاليا تامارين، من مجموعة البروفيسور يوهاي كاسبي في قسم علوم الأرض والكواكب، بحل هذا اللغز كجزء من أطروحتها للدكتوراه - من خلال تبني وجهة نظر لاغرانج (التي سميت على اسم جوزيف لويس لاغرانج، عالم الرياضيات الإيطالي في القرن العشرين). القرن العشرين -18).

"بالنسبة لأولئك الذين تساءلوا، على سبيل المثال، لماذا يتحدث البريطانيون في كثير من الأحيان عن الطقس، فإن الجواب هو أنه ليس من قبيل الصدفة: لندن الرمادية تقع في عمق عين (مسار) العاصفة، وبالتالي - الشتاء أو الصيف - ولا ينصح بالخروج من المنزل بدون مظلة"

ما هو نهج جرانج وكيف يختلف عن المنظور الديناميكي المقابل؟ رجل يقود سيارته على الطريق السريع عندما تهب عاصفة فوقه. تتحرك المركبة التي يقودها والعاصفة في نفس الاتجاه وبنفس السرعة، فتستمر العاصفة في هطول المطر عليه طوال الرحلة. أثناء القيادة يمر السائق بأشخاص واقفين على جانب الطريق: وبينما هو يسابق الريح تمر عليهم العاصفة وتهطل أمطارها وتستمر. منظور السائق هو منظور لاغرانج - منظور العاصفة نفسها، في حين أن منظور الناس على طول الطريق هو أويلريان (سمي على اسم ليونارد أويلر، عالم الرياضيات السويسري في القرن الثامن عشر). تحظى وجهة نظر أويلر بقبول أكبر في دراسة المناخ، لأنها تسمح بإنتاج إحصاءات لفترات طويلة من الزمن. في المقابل، فإن وجهة نظر لاغرانج فردية فيما يتعلق بكل عاصفة، وتتطلب تتبعًا معقدًا للديناميكيات المتغيرة لكل عاصفة في الزمان والمكان.

ولتفسير اتجاه العواصف نحو القطبين، قام الدكتور تامارين ببناء نموذج رياضي يجمع بين وجهتي النظر، ويحل معادلات التدفق في الغلاف الجوي؛ وتستغرق هذه الحسابات، التي يتم إجراؤها في نظام كمبيوتر متوازي، عدة أيام. ويوضح البروفيسور كاسبي: "كانت هناك عدة طرق لفحص مسارات العاصفة؛ على سبيل المثال، استخدام نماذج المناخ الكاملة. ولكن من الصعب استنتاج السبب والنتيجة من هذه النماذج: ترى الوضع النهائي - حيث يوجد المزيد من العواصف وحيث يوجد عدد أقل من العواصف - ولكن من الصعب استنتاج سبب وكيفية تطورها في الزمان والمكان. من ناحية أخرى، يمكنك النظر إلى العواصف الفردية وتحليلها، ولكن هذا نظام فوضوي وصاخب، وهناك اعتماد قوي على الظروف الأولية - حيث لا توجد عاصفة مثل العاصفة السابقة. قامت تاليا بدراسة نموذج التدفق المجرد، وربطته بخوارزمية تتبع العواصف، وأجرت تحليلًا رياضيًا مكّنها من فهم العمليات الفيزيائية التي تتحكم في مسارات العواصف. يتيح النموذج المجرد إنشاء متوسطات لآلاف العواصف، وبالتالي التخلص من الاعتماد على الظروف الأولية. إن تفرد الطريقة التي طورتها تاليا هو أنها تسمح لنا بفهم نوعي للآليات الفيزيائية التي تتحكم في حركة العواصف نحو القطبين، وكذلك التقييم الكمي للتغيرات المتوقعة في مسارات العواصف بسبب الاحتباس الحراري.

وفي الدراسة الحالية، ذهبت الدكتورة تامارين إلى أبعد من ذلك، حيث قامت بدمج النتائج التي توصلت إليها في نماذج معقدة لتغير المناخ. هكذا اكتشفت أنه بصرف النظر عن التحول في موقع تشكل العواصف المتوقعة بسبب الاحتباس الحراري، فإن ديناميكيات العواصف نفسها باتجاه الشمال ستصبح أقوى بسبب اشتداد العمليتين المؤثرتين عليها. تتعلق إحدى العمليات بالبنية الرأسية للرياح: الشرط الضروري لتكثيف العاصفة المطيرة الإعصارية هو حدوث تيارات معينة في الجزء العلوي. وأكدت الدكتورة تامارين في دراستها السابقة أن هذه التيارات في بروم تدفع العاصفة نحو القطبين. وبعبارة أخرى، فإن الهيكل الذي يسمح للعاصفة بالنمو هو أيضًا الذي يحولها حتماً نحو الشمال. ومع ظاهرة الاحتباس الحراري، من المتوقع أن تكون هذه التيارات أقوى، وكذلك التحويل. وتتعلق العملية الثانية بالرطوبة وإطلاق حرارة الكبسولة. يوضح الدكتور تامارين: "نظرًا لأن الأعاصير تدور عكس اتجاه عقارب الساعة، فإن الهواء شرق مركزها يتحرك شمالًا، وهو أكثر دفئًا ورطوبة". "هذه العملية تجذبهم نحو الشمال الشرقي. ومع ظاهرة الاحتباس الحراري، سوف يحتوي الهواء على المزيد من الرطوبة، وبالتالي فإن الجاذبية ستكون أقوى."

بالفيديو: محاكاة لتركيز بخار الماء في الغلاف الجوي للأرض. المصدر: المركز الوطني للبحوث الزراعية

تتنبأ نماذج تغير المناخ بتحول قدره درجتين (خط العرض) لكل أربع درجات (دفء) زيادة في درجة الحرارة العالمية (سيناريو قد يستمر لمدة تصل إلى 100 عام). إن ديناميات العواصف الموصوفة في الدراسة هي المسؤولة عن متوسط ​​التحول بدرجة واحدة، في حين أن التحول في موقع تشكل العواصف مسؤول عن درجة أخرى. لكن يبدو أن درجتين من خط العرض خلال 100 عام يمثلان تحولًا بسيطًا. يوضح البروفيسور كاسبي: "صحيح أن درجة أو درجتين تبدو كبيرة بعض الشيء، ولكن عندما يتعلق الأمر بمتوسط ​​المناخ لخط العرض، فإن حتى التغيير بمقدار عُشر الدرجة قد يكون دراماتيكيًا. وكما تتذكرون فإن إسرائيل كلها أربع درجات. وإذا انتقل مناخ ديمونة، على سبيل المثال، إلى بئر السبع، فهذا أمر مهم للغاية".

للمزيد حول هذا الموضوع على موقع العلوم:

• وقد ساهم الاحتباس الحراري في زيادة عدد وشدة الأعاصير
• الصيف أكثر سخونة - وليس فقط ما نعتقده
• أسئلة لمستقبل البشرية: كيف سيغيرنا تغير المناخ؟