وابتكر علماء المعهد نموذجا لدراسة العلاقات المتبادلة بين العوامل المناخية، استنادا إلى صيغ تصف العلاقات بين الحيوانات المفترسة والفرائس S
ما هي العلاقة بين كتلة من السحب الناعمة والمتجددة الهواء وقطيع من الغزلان؟ وقد تم مؤخرًا تحويل صيغة رياضية تصف ديناميكيات التجمعات الحيوانية - مثل الغزلان والحيوانات الفرائس التي تتغذى عليها - إلى نموذج يصف العلاقات المتبادلة بين الأنظمة السحابية والأمطار والجزيئات العائمة في الغلاف الجوي التي تسمى الهباء الجوي. قد يساعد هذا النموذج، من بين أمور أخرى، في فهم كيفية تأثير الهباء الجوي الذي يصنعه الإنسان على أنماط المطر.
ومن المعروف أن السحب تساهم بشكل كبير في النظام المناخي، وخاصة السحب الطبقية الركامية البحرية، التي تغطي مساحات واسعة فوق المحيطات شبه الاستوائية، وتبريد الغلاف الجوي عن طريق إعادة جزء من الإشعاع الشمسي إلى الفضاء. وجد الدكتور إيلان كورين من قسم العلوم البيئية وأبحاث الطاقة في كلية الكيمياء بمعهد وايزمان للعلوم والدكتور جراهام فينجولد من مختبر أبحاث الأرض التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) في كولورادو أن الصيغ المستخدمة في نماذج دورات المفترس والفريسة في العالم الحي مناسب أيضًا لدورات المطر السحابي: تمامًا مثل التجمعات المفترسة والملتهمة التي تنمو وتتقلص على حساب بعضها البعض، كذلك يفرغ المطر السحاب، وتعود وتمتلئ عندما ينتهي المطر. بالإضافة إلى ذلك، مثلما يؤثر توفر العشب على حجم القطيع، فإن التوافر النسبي للهباء الجوي - "البذور" التي تشكل السحب عندما تتكثف قطرات الماء حولها - يؤثر على أشكال السحب. ويؤدي وجود كمية أكبر من الجسيمات في الهواء إلى إنتاج المزيد من القطرات، ولكن هذه القطرات أصغر، لذا تظل مرتفعة على شكل سحب، بدلاً من سقوطها على شكل أمطار.
وفي بحثهما السابق، نظر الدكتور فينجولد والدكتور كورين عن كثب في أنظمة الركام الطبقي البحري، واكتشفا تقلبات في الخلايا السحابية مع تدفق الهواء العمودي. وفي الدراسة الحالية، عاد العلماء إلى البيانات التي تم جمعها، ونظروا إليها "بإشراف"، بهدف محاولة التحقق مما إذا كانت الصيغة العامة يمكن أن تكشف شيئا عن هذه الأنظمة. وباستخدام ثلاث صيغ فقط، طوروا نموذجًا يوضح أن ديناميكيات السحب والمطر تحاكي ثلاثة أنماط معروفة للعلاقة بين المفترس والفريسة. مثل الأسود والغزلان، يمكن أن تتأرجح السحب والمطر بطريقة زمنية، حيث تتبع دورة المطر "المفترسة" تطور السحب وتتأخر قليلاً عنها. والاحتمال الآخر هو الوصول إلى نوع من حالة التوازن، حيث يكون معدل تجدد السحب هو نفس المعدل الذي يقلل به المطر. الاحتمال الثالث هو الفوضى - الانهيار الذي يحدث عندما "يفيض" عدد الحيوانات المفترسة، وهو ما يعادل الحالة التي تدمر فيها الأمطار الغزيرة النظام السحابي.
ووفقا للنموذج، فإن التغير في كمية الهباء الجوي في النظام قد يسبب تحولات حادة بين الحالات الثلاث. يوضح النموذج أن هناك سيناريوهين لتكوين الظروف للأنماط المستقرة، وأنهما موجودان على طرفي مقياس كمية الهباء الجوي. في السيناريو الأول، يؤدي انخفاض مستويات الهباء الجوي إلى تكوين السحب التي يعتمد تطورها إلى حد كبير على تركيزات الهباء الجوي. في السيناريو الثاني، تؤدي المستويات العالية من الهباء الجوي إلى خلق حالة التشبع. وفي هذه الحالة تعتمد السحب على الظروف البيئية الأولية فقط.
يقول الدكتور كورين: «إن استخدام هذا النهج المنهجي قد يفتح نافذة جديدة يمكننا من خلالها رؤية وفهم العلاقات المعقدة بين السحب والأمطار والهباء الجوي بشكل أفضل أثناء تكوين الأنظمة. إن القدرة على النظر إلى الصورة الكبيرة ستساعدنا على فهم كيف يؤدي التغير في تركيزات الهباء الجوي - التي تنشأ نتيجة للنشاط البشري - إلى تغيرات في أنماط المناخ.
