البروفيسور تيفاني شو، أستاذة، قسم علوم الأرض، جامعة شيكاغو
نصف الكرة الجنوبي منطقة مضطربة للغاية. وُصفت الرياح عند خطوط العرض المختلفة بأنها "عاصفة أربعون درجة"، و"عاصفة خمسون درجة"، و"صارخة ستين درجة". ويصل ارتفاع الأمواج إلى 78 قدمًا (24 مترًا).
كما نعلم جميعًا، لا شيء في نصف الكرة الشمالي يضاهي العواصف والرياح والأمواج العاتية في نصف الكرة الجنوبي. لماذا؟
في دراسة جديدة نشرت في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، اكتشفنا أنا وزملائي السبب وراء شيوع العواصف في نصف الكرة الجنوبي أكثر من نصفها الشمالي.
من خلال الجمع بين العديد من خطوط الأدلة المستمدة من الملاحظات والنظرية ونماذج المناخ، تشير نتائجنا إلى الدور الأساسي الذي تلعبه "الأحزمة الناقلة" المحيطية العالمية والجبال الكبيرة في نصف الكرة الشمالي.
نُظهر أيضًا أنه مع مرور الوقت، ازدادت شدة العواصف في نصف الكرة الجنوبي، بينما لم تزد شدة العواصف في نصف الكرة الشمالي. وهذا يتوافق مع نماذج المناخ المُستخدمة لنمذجة الاحتباس الحراري العالمي.
وتكتسب هذه التغييرات أهمية كبيرة لأننا نعلم أن العواصف الأقوى يمكن أن تؤدي إلى تأثيرات أكثر شدة مثل الرياح الشديدة ودرجات الحرارة والأمطار.
لفترة طويلة، أُجريت معظم عمليات رصد الطقس على الأرض من اليابسة. وقد وفّر هذا للعلماء صورة واضحة عن العواصف في نصف الكرة الشمالي. أما في نصف الكرة الجنوبي، الذي يُغطي حوالي 20% من مساحة اليابسة، فلم نحصل على صورة واضحة عن العواصف إلا مع توفر رصدات الأقمار الصناعية في أواخر سبعينيات القرن الماضي.
من خلال عقود من المراقبة منذ بداية عصر الأقمار الصناعية، نعلم أن العواصف في نصف الكرة الجنوبي أقوى بنسبة 24 في المائة من تلك الموجودة في نصف الكرة الشمالي.
ويظهر ذلك في الخريطة أدناه، التي تُظهر متوسط ​​شدة العواصف السنوية المرصودة في نصف الكرة الجنوبي (أعلى)، ونصف الكرة الشمالي (وسط) والفرق بينهما (أسفل) من عام 1980 إلى عام 2018. (لاحظ أن القطب الجنوبي يقع في أعلى المقارنة بين الخريطتين الأولى والأخيرة).
تُظهر الخريطة استمرار ارتفاع شدة العواصف في المحيط الجنوبي في نصف الكرة الجنوبي، وتركيزها في المحيطين الهادئ والأطلسي (المظللين بالبرتقالي) في نصف الكرة الشمالي. وتُظهر خريطة الفرق أن العواصف أقوى في نصف الكرة الجنوبي منها في نصف الكرة الشمالي (المظللين بالبرتقالي) عند معظم خطوط العرض.
على الرغم من وجود العديد من النظريات المختلفة، لا أحد يقدم تفسيرا نهائيا للاختلاف في العواصف بين نصفي الكرة الأرضية.
يبدو اكتشاف الأسباب مهمةً صعبة. كيف نفهم نظامًا معقدًا كهذا يمتد لآلاف الكيلومترات كالغلاف الجوي؟ لا يمكننا دراسة الأرض بدقة. لكن هذا تحديدًا ما يفعله العلماء الذين يدرسون فيزياء المناخ. نطبق قوانين الفيزياء ونستخدمها لفهم غلاف الأرض الجوي ومناخها.
من أشهر الأمثلة على هذا النهج العمل الرائد للدكتور شورو مانابي، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء لعام ٢٠٢١ "لتوقعاته الموثوقة للاحتباس الحراري". تستند تنبؤاته إلى نماذج فيزيائية لمناخ الأرض، تتراوح من أبسط نماذج درجات الحرارة أحادية البعد إلى النماذج ثلاثية الأبعاد كاملة. يدرس هذا العمل استجابة المناخ لارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من خلال نماذج متفاوتة التعقيد الفيزيائي، ويرصد الإشارات الناشئة عن الظواهر الفيزيائية الكامنة.
لفهم المزيد من العواصف في نصف الكرة الجنوبي، جمعنا العديد من الأدلة، بما في ذلك بيانات من نماذج مناخية فيزيائية. في الخطوة الأولى، ندرس الملاحظات من حيث كيفية توزيع الطاقة عبر الأرض.
لأن الأرض كروية الشكل، فإن سطحها يتلقى الإشعاع الشمسي منها بشكل غير متساوٍ. تُستقبل معظم الطاقة وتُمتص عند خط الاستواء، حيث تضرب أشعة الشمس السطح بشكل مباشر. في المقابل، تتلقى الأقطاب التي يسقط عليها الضوء بزوايا حادة طاقة أقل.
أظهرت عقود من الأبحاث أن قوة العاصفة تنبع من هذا الاختلاف في الطاقة. وبصورة أساسية، تُحوّل الطاقة "الساكنة" المُخزّنة في هذا الاختلاف إلى طاقة "حركية". ويحدث هذا التحول من خلال عملية تُعرف باسم "عدم الاستقرار الباروكليني".
يشير هذا الرأي إلى أن ضوء الشمس الساقط لا يُفسر العدد الأكبر من العواصف في نصف الكرة الجنوبي، لأن كلا نصفي الكرة الأرضية يتلقيان الكمية نفسها من ضوء الشمس. بل إن تحليلنا الرصدي يُشير إلى أن اختلاف شدة العواصف بين الجنوب والشمال قد يُعزى إلى عاملين مختلفين.
أولاً، نقل طاقة المحيطات، والذي يُشار إليه عادةً باسم "الحزام الناقل". يغوص الماء بالقرب من القطب الشمالي، ويتدفق على طول قاع المحيط، ويرتفع حول القارة القطبية الجنوبية، ثم يعود شمالاً على طول خط الاستواء، حاملاً معه الطاقة. والنتيجة النهائية هي انتقال الطاقة من القارة القطبية الجنوبية إلى القطب الشمالي. وهذا يُحدث تبايناً أكبر في الطاقة بين خط الاستواء والقطبين في نصف الكرة الجنوبي مقارنةً بنصف الكرة الشمالي، مما يؤدي إلى عواصف أشد في نصف الكرة الجنوبي.
العامل الثاني هو الجبال الشاهقة في نصف الكرة الشمالي، والتي، كما أشار بحث مانابي السابق، تُخفف من حدة العواصف. تُحدث التيارات الهوائية فوق السلاسل الجبلية الشاسعة ارتفاعات ومنخفضات ثابتة، مما يُقلل من كمية الطاقة المتاحة للعواصف.
مع ذلك، لا يكفي تحليل البيانات المُلاحظة وحده لتأكيد هذه الأسباب، نظرًا لكثرة العوامل المؤثرة والمتفاعلة في آنٍ واحد. كما لا يُمكننا استبعاد أسبابٍ مُحددة لاختبار أهميتها.
وللقيام بذلك، يتعين علينا استخدام نماذج المناخ لدراسة كيفية تغير العواصف عند إزالة عوامل مختلفة.
عندما قمنا بتسوية جبال الأرض في المحاكاة، انخفض الفرق في شدة العواصف بين نصفي الكرة الأرضية إلى النصف. وعندما أزلنا الحزام الناقل للمحيط، اختفى النصف الآخر من الفرق في شدة العواصف. وهكذا، ولأول مرة، نكشف عن تفسير ملموس للعواصف في نصف الكرة الأرضية الجنوبي.
وبما أن العواصف ترتبط بتأثيرات اجتماعية شديدة مثل الرياح الشديدة ودرجات الحرارة وهطول الأمطار، فإن السؤال المهم الذي يتعين علينا الإجابة عليه هو ما إذا كانت العواصف المستقبلية ستكون أقوى أم أضعف.
احصل على ملخصات مختارة لجميع المقالات والأوراق البحثية الرئيسية من كاربون بريف عبر البريد الإلكتروني. تعرّف على المزيد حول نشرتنا الإخبارية هنا.
احصل على ملخصات مختارة لجميع المقالات والأوراق البحثية الرئيسية من كاربون بريف عبر البريد الإلكتروني. تعرّف على المزيد حول نشرتنا الإخبارية هنا.
يُعدّ توفير تنبؤات مبنية على نماذج مناخية أداةً أساسيةً في إعداد المجتمعات لمواجهة آثار تغير المناخ. وتشير دراسة جديدة إلى أن متوسط ​​عواصف نصف الكرة الجنوبي ستزداد شدةً مع نهاية القرن.
على العكس من ذلك، من المتوقع أن تكون التغيرات في متوسط ​​الشدة السنوية للعواصف في نصف الكرة الشمالي معتدلة. ويعود ذلك جزئيًا إلى التأثيرات الموسمية المتنافسة بين الاحترار في المناطق الاستوائية، الذي يزيد من قوة العواصف، والاحترار السريع في القطب الشمالي، الذي يضعفها.
ومع ذلك، يتغير المناخ هنا والآن. فعندما ننظر إلى التغيرات التي حدثت على مدى العقود القليلة الماضية، نجد أن العواصف المتوسطة أصبحت أكثر شدة على مدار العام في نصف الكرة الجنوبي، بينما كانت التغيرات في نصف الكرة الشمالي ضئيلة، وهو ما يتوافق مع توقعات نماذج المناخ خلال الفترة نفسها.
مع أن النماذج تُقلل من أهمية الإشارة، إلا أنها تُشير إلى حدوث تغيرات للأسباب الفيزيائية نفسها. أي أن تغيرات المحيط تزيد من العواصف لأن الماء الدافئ يتحرك نحو خط الاستواء، بينما تصعد المياه الباردة إلى السطح حول القارة القطبية الجنوبية لتحل محلها، مما يُؤدي إلى تباين أكبر بين خط الاستواء والقطبين.
في نصف الكرة الشمالي، يتم تعويض التغيرات المحيطية بفقدان الجليد البحري والثلوج، مما يتسبب في امتصاص القطب الشمالي لمزيد من ضوء الشمس وإضعاف التباين بين خط الاستواء والأقطاب.
إن الحصول على الإجابة الصحيحة أمرٌ بالغ الأهمية. سيكون من المهم للأعمال المستقبلية تحديد سبب انخفاض تقدير النماذج للإشارة المرصودة، ولكن من المهم بنفس القدر الحصول على الإجابة الصحيحة للأسباب الفيزيائية الصحيحة.
شياو، ت. وآخرون (2022) العواصف في نصف الكرة الجنوبي بسبب التضاريس ودوران المحيطات، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية، doi: 10.1073/pnas.2123512119
احصل على ملخصات مختارة لجميع المقالات والأوراق البحثية الرئيسية من كاربون بريف عبر البريد الإلكتروني. تعرّف على المزيد حول نشرتنا الإخبارية هنا.
احصل على ملخصات مختارة لجميع المقالات والأوراق البحثية الرئيسية من كاربون بريف عبر البريد الإلكتروني. تعرّف على المزيد حول نشرتنا الإخبارية هنا.
نُشر بموجب رخصة المشاع الإبداعي. يُسمح بإعادة إنتاج المادة غير المعدّلة بالكامل للاستخدام غير التجاري مع إضافة رابط لمجلة "كاربون بريف" ورابط للمقالة. يُرجى التواصل معنا للاستخدام التجاري.