دال- 1 عمليات المناخ و التغذية المرتدة
تحدد العمليات الواردة في النظام المناخي التقلبية الطبيعية لهذا النظام واستجابته
للاضطرابات مثل زيادة تركيزات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي. وهناك الكثير من
عمليات المناخ الأساسية المهمة معروفة بصورة جيدة ويجري إدخالها في النماذج بطريقة
جيدة للغاية. وتضخم عمليات التغذية المرتدة (التغذية المرتدة الموجبة) أو تخفض
(التغذية المرتدة السالبة) التغييرات في الاستجابة للاضطرابات الأولية ومن ثم فهي
مهمة جدا للمحاكاة الدقيقة لتطور المناخ.
بخار الماء
ثمة تغذية مرتدة كبيرة تتسبب في الاحترار الكبير الذي تتنبأ به نماذج المناخ
استجابة لزيادة في ثاني أكسيد الكربون هي الزيادة في بخار الماء في الغلاف الجوي.
فالزيادة في درجة حرارة الغلاف الجوي تزيد من قدرته على الاحتفاظ بمائه. غير أنه
بالنظر إلى أن معظم الغلاف الجوي ليس مشبعا بالقدر الكافي، فإن ذلك لا يعني تلقائيا
أن يزيد بخار الماء في حد ذاته. ففي إطار الطبقة الحدودية (الكيلو متر أو الكيلو
مترين الأدنى في الغلاف الجوي تقريبا)، يزيد بخار الماء مع زيادة درجة الحرارة.
أما في طبقة التروبوسفير الحرة فوق طبقة الحدود، حيث تحظى تأثيرات الدفيئة على
بخار المياه بأكبر قدر من الأهمية، فإن التحديد الكمي للوضع أكثر صعوبة. فكمية
بخار الماء المرتدة، على النحو المستمد من النماذج الحالية، تبلغ ضعف الاحترار
تقريبا الذي كان يمكن أن ينتج من بخار الماء الثابت. وقد أحدثت تحسينات كبيرة منذ
تقرير التقييم الثاني في معالجة بخار الماء في النماذج على الرغم من أن إعاقة الرطوبة
من السحب ظلت محاطة بعدم اليقين، وتوجد اختلافات بين توزيع بخار الماء النموذجية
وتلك المرصودة. والنماذج قادرة على محاكاة أقاليم الرطوبة وتلك الجافة للغاية المرصودة
في المناطق المدارية وشبه المدارية والكيفية التي تنص و بها مع تعاقب الفص!ول ومن
سنة لأخرى. غير أن ذلك رغم ما يبعثه من اطمئنان، لا يوفر وفقا للكميات المرتدة
على الرغم من أن مجموعة الشواهد تحبذ بخار الماء المرتد في سماء صافية وإيجابية
من الحجم المماثل لذلك الذي وجد في ا لمحاكاة.
السحب
كما كان الحال في تقرير التقييم الأول للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ
في 1990، فإن من المرجح أن أكبر قدر من عدم اليقين في إسقاطات المستقبل المعنية
بالمناخ ينشأ عن السحب وتفاعلها مع الإشعاع. فبوسع السحب أن تمتص وأن تعكس الإشعاع
الشمسي (ومن ثم تبريد السطح) وأن تمتص إشعاعات الموجة الطويلة وأن تصدرها (ومن
ثم تتسبب في احترار السطح). ويتوقف التنافس بين هذه التأثيرات على ارتفاع السحب
وكثافتها وخصائصها الإشعاعية. وتتوقف خصائص السحب الإشعاعية وتطورها على توزيع
بخار الماء في الغلاف الجوي، وقطران الماء، وجسيمات الجليد وهباء الغلاف الجوي
وكثافة السحب. وقد تحسن الأساس الفيزيائي لعملية وضع معايير السحب بدرجة كبيرة
في النماذج من خلال إدراج تمثيل كبير للخصائص الفيزيائية الصغيرة للسحب في معادلة
توازن مياه السحب على الرغم من أنه يظل هناك عدم يقين كبير. وتمثل السحب مصدرا
كبيرا للأخطاء المحتملة في محاكاة المناخ. ومازال احتمال تقليل النماذج من شأن
الامتصاص الشمسي المنتظم في السحب مسألة موضع جدل. فعلامة كمية السحب المرتدة الصناعية
مازالت مسألة يحيط بها عدم اليقين، وتعرض مختلف النماذج امتدادات كبيرة لهذه المسألة.
كما تنشأ حالات عدم اليقين الأخرى من عمليات التهطال وصعوبة محاكاة الدورة النهارية
وكميات التهطال ووتيرته بصورة سليمة.
الستراتوسفير
لقد تزايد الإدراك بأهمية طبقة الستراتوسفير في النظام المناخي بسبب التغييرات
في هيكلها، والاعتراف بالدور الحيوي للعمليات الإشعاعية والدينامية. فالجانب
الرأسي من التغير في درجة الحرارة في الغلاف الجوي، بما في ذلك الستراتوسفير يعد
مؤشرا هاما في دراسات الرصد والعزو. فمعظم الانخفاض المرصود في درجات حرارة طبقة
الستراتوسفير الدنيا كانت نتيجة لنقص الأوزون الذي يعتبر "ثقب الأوزون"
في منطقة القطب الجنوبي جزءا منها. وليس بفعل زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون.
والموجات التي تنشأ في طبقة التروب وسفير يمكن أن تستنبت في الستراتوفير حيث يجري
امتصاصها. ولذا، فإن التغييرات في الستراتوسفير تحدث حيثما وأينما امتصت هذه الموجات،
وقد تمتد التأثيرات هبوطيا لتصل إلى طبقة التروبوسفير. وتؤدي التغييرات في الإشعاع
الشمسي، وأساسا الأشعة فوق البنفسجية- إلى تغييرات في الأوزون مستحثة بطرق كيماوية
ضوئية ومن ثم تغير معدلات احترار الستراتوسفير مما يؤدي إلى تغيير الدوران في التروبوسفير.
وتزيد القيود المتعلقة بالتحليل والانخفاض النسبي في مستوى تمثيل بعض عمليات الستراتوسفير
من عدم اليقين في النتائج النموذجية.
المحيطات
حدثت تحسينات كبيرة في وضع نماذج عمليات المحيطات وخاصة انتقال الحرارة. وكانت
هذه التحسينات التي اقترنت بزيادة التحليل، هامة في الحد من الحاجة إلى تعديل التدفقات
في النماذج والخروج بمحاكاة واقعية لأنماط الدورات الطبيعية واسعة النطاق وتحسين
محاكاة ظاهرة النينيو و (انظر الإطار 4).
فالتيارات المحيطة تحمل الحرارة من المناطق المدارية إلى خطوط العرض القطبية. فالمحيطات
تتبادل الحرارة والماء (من خلال البخار والأمطار وثاني أكسيد الكربون مع الغلاف
الجوي. ونظرا لضخامة كتلة المحيطات وقدرتها ا لحرارية المرتفعة، فإنها تبطئ من
تغير المناخ وتؤثر في النطاقات الزمنية للتقلبية في نظام الغلاف الجوي- المحيطات.
وقد أحرز تقدم كبير في فهم عمليات المحيطات ذات الصلة بتغير المناخ. فالزيادة في
التحليل فضلا عن تحسين التمثيل (وضع المعايير) للعمليات الهامة على مستوى الشبكات
الفرعية (مثل الدوامات ذات النطاق المتوسط) زادت من واقعية المحاكاة. غير أنه مازال
هناك عدم يقين كبير إزاء تمثيل العمليات الصغيرة النطاق مثل التدفقات الزائدة (التدفقات
من خلال قنوات ضيقة مثل بين غرينلاند وايسلندا)، والتيارات الحدودية الغربية [أمثل
التيارات الضيقة واسعة النطاق على طول الخطوط الساحلية] حاملة الحرارة والمختلطة.
فالتيارات الحدودية في عمليات المحاكاة المناخية أضعف وأكثر اتساعا مما هي في الواقع
على الرغم من أن نتائج ذلك على المناخ غير واضحة.
|
الاطار 4: التذبذبات الجنوبية ذات الصلة بظاهرة النينيو
تعتبر التذبذبات الجنوبية ذات الصلة بظاهرة النينيو من أ قوى التقلبات
الطبيعية للمناخ ضمن نطاق زمني متعدد السنوات. وقد طبق مصطلح "النينيو"
أصلا على تيار محيطي دافئ ضعيف يحدث سنويا ويتجه جنوبا على طول ساحل (بيرو)
خلال فترة أعياد الميلاد، ولم يصبح مرتبطا بالاحترار الكبير غير العادي
إلا بعد ذلك. غير أن الاحترار الساحلي يرتبط في كثير من الأحيان بالاحترار
المحيطي الشاذ الأوسع مدى بكثير في اتجاه خط التوقيت الدولي، وكانت هذه
الظاهرة التي تشمل حوض المحيط الهادئ بأكمله هي التي تشكل الصلة مع الأنماط
المناخية العالمية الشاذة. ويطلق على عنصر الغلاف الجوي ذات الصلة "بالنينيو
واسم "التذبذبات الجنوبية". وكثيرا ما يطلق العلماء على ذلك
وصف الظاهرة عندما يجتمع الغلاف الجوي والمحيط معا (التذبذبات الجنوبية
ذات الصلة بهذه الظاهرة).
وهذه التذبذبات ظاهرة طبيعية، وتتوافر شواهد جيدة من عينات الشعب المرجانية
والجليد من العصر الجليدي في منطقة الانديز على أنها مستمرة منذ آلاف السنين.
ونادرا ما تصل الأحوال الخاصة بالمحيطات والغلاف الجوي في المناطق المدارية
للمحيط الهادئ إلى نقاط متوسطة بل تتقلب بعض الشيء بصورة غير منتظمة بين
أحداث النينيو ومرحلة "النينيا" المقابلة التي تتألف من تبريد
المناطق المدارية للمحيط الهادئ مع فترة فاصلة تبلغ نحو ثلاث إلى ست سنوات.
وتستمر أكثر مراحل كل حدث على حدة نحو سنة.
وثمة نمط متميز لدرجة حرارة سطح البحر في المحيط الهادئ يمهد الطريق لأحداث
التذبذبات الجنوبية ذات الصلة بظاهرة النينيو. ومن الجوانب الرئيسية في
هذا المجال "التجمع الدافئ " في المناطق المدارية غربي المحيط
الهادئ حيث توجد أكثر مياه المحيط احترارا في العالم، والمياه الأبرد بدرجة
كبيرة في شرقي المحيط الهادئ واللسان البارد على طول خط الاستواء والذي
يكون في أبرز مظاهره في نحو أكتوبر/ تشرين الأول، وفي أضعف مظاهره في مارس/
آذار. وتقوم الرياح التجارية الشرقية في الغلاف الجوي في المناطق المدارية
بتجميع المياه الدافئة في الغرب لتكوين منحدر صاعد لمستوى سطح البحر على
طول خط الاستواء البالغ 0.60 م من الشرق إلى الغرب. وتدفع الرياح التيارات
المحيطية السطحية، التي تحدد المكان الذي تتجه إليه تدفقات المياه السطحية،
وتتفرق. وهكذا، فإن المياه الأكثر برودة المليئة بالمغذيات تصعد من أسفل
على طول خط الاستواء والسواحل الغربية للأمريكتين مما يوفر الظروف المواتية
لنمو العوالق النباتية والحيوانية ومن ثم توافر الأسماك. ونظرا لأن الحرارة
والعواصف الرعدية تحدث عادة في المياه الدافئة، فإن نمط درجات حرارة سطح
البحر يحدد توزيع الأمطار في المناطق المدارية، ويحدد ذلك بدوره أنماط
الاحترار في الغلاف الجوي من خلال إطلاق الحرارة الكامنة. وتدفع الحرارة
الدوامات الكبيرة التي من نوع الدوامات الموسمية في المناطق المدارية ومن
ثم تحدد الرياح. ويؤدي هذا الترابط القوي بين الغلاف الجوي والمحيطات في
المناطق المدارية إلى آثارة ظاهرة النينيو.
وخلال هذه الظاهرة، تتحرك المياه الدافئة من المناطق المدارية الغربية
في المحيط الهادئ نحو الشرق أثناء ضعف الرياح التجارية وحدوث تحولات في
نمط الرواصف المطيرة مما يؤدي إلى زيادة اضعاف الرياح التجارية ومن ثم
تعزيز التغييرات في درجة حرارة البحر. وينخفض مستوى سطح البحر في الغرب،
إلا أنه يرتفع في الشرق بمقدار كبير يصل إلى 0.25 متر مع اندفاع المياه
الدافئة نحو الشرق على طول خط الاستواء. غير أن التغييرات في الدوران في
الغلاف الجوي لا تقتصر على المناطق المدارية، بل تمتد عالميا وتؤثر في
التيار المتدفق ومسارات العواصف في منتصف خطوط العرض. وتحدث أنماط معاكسة
تقريبا خلال مرحلة النينيا المقابلة لهذه الظاهرة.
وتؤدي التغييرات المرتبطة بالتذبذبات الجنوبية ذات الصلة بظاهرة النينيو
إلى إحداث تباينات كبيرة في الطقس والمناخ حول العالم من سنة لأخرى. ولهذه
التباينات تأثيرات عميقة على البشرية والمجتمع بالنظر إلى ما يرتبط بها
من جفاف وفيضانات وموجات حارة وغير ذلك من التغييرات التي يمكن أن تحدث
اضطرابات شديدة في الزراعة ومصايد الأسماك والبيئة والصحة والطلب على الطاقة
ونوعية الهـواء وتغير أيضا من مخاطر الحرائق. كما تضطلع التذبذبات الجنوبية
ذات الصلة بظاهرة النينيو و بدور بارز في وضع نماذج تبادلات ثاني أكسيد
الكربون مع الغلاف الجوي. وتتوقف عمليات التصاعد المعتادة للمياه الباردة
الغنية بالمغذيات والغنية بثاني أكسيد الكربون خلال النينيو.
|
الكريوسفير
يستمر تمثيل عمليات الجليد البحري في التحسن بعد أن أصبح العديد من النماذج
المناخية يشتمل الآن على معالجات فيزيائية لدينامية الجليد. وما زال تمثيل
عمليات الجليد الأرضي في نماذج المناخ العالمية في بدايته. وتتألف طبقة الكريوسفير
من تلك المناطق في الأرض التي تغطيها الثلوج والجليد بصورة موسمية أو دائمة. والجليد
البحري مهم حيث يعكس كميات من أشعة الشمس القادمة تزيد عما يفعله سطح البحر (أي
أن له بياض أعلى) كما أنه يحمي البحر من أن يفقد الحرارة في فصل الشتاء. ولذا،
فإن فقد الجليد البحري يعطي تغذية مرتدة إيجابية لاحترار المناخ عند خطوط العرض
القطبية. وعلاوة على ذلك، فإنه نظرا لأن جليد البحر يحتوي على أملاح تقل عن تلك
الموجودة في مياه البحر، فإنه عندا يتكون يزيد المحتوى الملحي (الملوحة) وكثافة
الطبقة السطحية في المحيط. ويزيد ذلك من تبادل الماء مع الطبقات الأعمق من المحيط
مما يؤثر في دوران المحيط. ويؤدي تكوين الجبال الجليدية وذوبان الأجراف الجليدية
إلى إعادة المياه العذبة من اليابسة ‘لى المحيطات. ومن ثم فإن التغييرات في معدلات
هذه العمليات يمكن أن يؤثر في دوران المحيطات من خلال تغيير الملوحة السطحية. وللثلوج
بياض أعلى من سطح اليابسة. ومن ثم فإن نقص الغطاء الثلجي يؤدي إلى تغذية بياضية
مرتدة موجبة مماثلة على الرغم من أنها أضعف من الجليد البحري. ويجري في بعض النماذج
المناخية إدخال تقلبية الخطط الثليجية والنطاق دون الشبكي المطردة التعقيد في الغطاء
الجليدي وكثافته مما يمكن أن يؤثر بصورة كبيرة في البياض وتبادلات الغلاف الجوي
والمحيط.
سطح اليابسة
تشير البحوث بالنماذج التي تتضمن أحدث أنواع التمثيل الخاصة بسطح اليابسة إلى
أن التأثيرات المباشرة لزيادة ثاني أكسيد الكربون على فيزيولوجية النباتات قد تؤدي
إلى خفض نسبي في التبخر الناتج فوق القارات المدارية مع ما يرتبط بذلك من زيادة
احترار المناطق الجافة عما كان متوقعا لتأثيرات الحترار الناجم عن الاحتباس الحراري
التقليدي. وتوفر التغيرات في سطح اليابسة تغذية مرتدة هامة حيث ستؤثر التغيرات
في سطح اليابسة (مثل ارتفاع درجة الحرارة، والتغيرات في التهطال، والتغييرات في
الحرارة الإشعاعية الصافية، والتأثيرات المباشرة لثاني أكسيد الكربون) في حالة
سطح اليابسة (مثل رطوبة التربة والبياض والخشونة والغطاء النباتي) ويمكن تحديد
عملية تبادل الطاقة وقوة الدفع والمياه والحرارة والكربون بين سطح اليابسة والغلاف
الجوي في النماذج في صورة دالات لنوع وكثافة الغطاء النباتي المحلي وعمق الخصائص
الفيزيائية للتربة – وكلها تستند إلى قواعد بيانات سطح اليابسة التي تحسنت بعد
استخدام رصدات التوابع الاصطناعية. وقد استخدم التقدم المحرز مؤخرا في فهم التمثيل
الضوئي للغطاء النباتي واستخدام المياه في تجميع الطاقة الأرضية والمياه ودورات
الكربون ضمن جيل جديد من وضع المعايير الخاصة بسطح اليابسة والذي اختير في ضوء
الرصدات الميدانية ونفذ في عدد قليل من نماذج الدوران العامة مع تحسينات ملحوظة
في محاكاة تدفقات الغلاف الجوي واليابسة. غير أنه مازالت هناك مشكلات كبيرة يتعين
حلها في مجالات عمليات رطوبة التربة وتنبؤات انسياب المياه، وتغيير استخدام الأراضي
ومعالجة التباين بين الثلوج والنطاق الشبكي الفرعي.
ويكمن أن تؤثر التغييرات في غطاء سطح اليابسة في المناخ العالمي بعدة طرق. فقد
حددت إزالة الغابات على نطاق واسع في المناطق المدارية الرطبة (مثل أمريكا الجنوبية
وإفريقيا وجنوب شرق آسيا) على أنها أهم عملية جارية على سطح اليابسة حيث أنها
تخفض من التبخر وتزيد من درجة حرارة السطح. وقد توصلت معظم النماذج إلى هذه النتائج.
غير أن هناك عدم يقين واسع النطاق ما زال مستمرا بشأن التأثيرات الكمية لإزالة
الغابات على نطاق واسع على الدورة الهيدرولوجية وخاصة فوق الأمازون.
دورة الكربون
أدت التحسينات الأخيرة في نماذج دورة كربون اليابسة والمحيطات المستندة إلى
العمليات وتقييمها في ضوء الرصدات إلى زيادة الثقة في استخدامها في دراسات سيناريو
المستقبل. فثاني أكسيد الكربون الطبيعي يدور طبيعيا بسرعة بين الغلاف الجوي
والمحيطات واليابسة، غير أن إزالة اضطرابات ثاني أكسيد الكربون التي يضيفها النشاط
البشري من الغلاف الجوي تأخذ فترة أطول. ويرجع ذلك إلى العمليات التي تحد من المعدل
الذي يمكن أن تزيد به المخزونات الأرضية والمحيطية من الكربون. وتأخذ المحيطات
ثاني أكسيد الكربون بشري المنشأ نتيجة لارتفاع درجة ذوبانه (نتيجة لطبيعة الكيمياء
الكربونية) إلا أن معدل الامتصاص تحده السرعة المحدودة للخلط العمودي. وتأخذ النظم
الإيكولوجية الأرضية ثاني أكسيد الكربون بشري المنشأ من خلال العديد من الآليات
المحتملة مثل إدارة الأراضي وتخصيب ثاني أكسيد الكربون (زيادة نمو النباتات نتيجة
لزيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي) وزيادة مدخلات النيتروجين نتيجة
للأنشطة البشرية.
