إن أنماط الطقس العالمية ليست ظواهر عشوائية؛ فهي ناتجة عن تفاعل معقد بين القوى الطبيعية والنفوذ البشري الذي يعمل عبر مختلف النطاقات المكانية والزمنية، ففهم الأسباب الكامنة وراء هذه الأنماط وتقلبها أمر أساسي للتنبؤ بالطقس، والإعداد للظواهر المناخية المتطرفة، والفهم للآثار الأوسع لتغير المناخ، ومن التداول الواسع النطاق للغلاف الجوي إلى التحولات الفرعية في درجات حرارة المحيطات، فإن عوامل كثيرة تجمع بينها وبين إنتاج المناخ اليومي.

سائقو الدراجات العالمية

الطاقة الأساسية التي تُعطي الطقس من الشمس لكن كيف يتم توزيع الطاقة واستيعابها وإعادة توزيعها بواسطة نظم الأرض تحدد الأنماط التي نراقبها

الإشعاع الشمسي وأثر غرينهاوس

الإشعاع الشمسي هو محرك مناخ الأرض الشمس تولد حوالي 342 واط لكل متر مربع من الطاقة إلى قمة الغلاف الجوي، ولكن ليس كل ذلك يصل إلى السطح، والأكسيدات، والغازات الجوية، والغازات الجوية تعكس أو تستوعب أجزاء من هذه الطاقة، الجزء الذي يُستَمَد يدفئ الأرض والمحيطات، الذي يُحدث إشعاعاً عالياً،

كما أن التغير في الناتج الشمسي، وإن كان صغيرا، يؤدي دوراً، كما أن دورة الأشعة الشمسية التي تمتد 11 عاماً تنتج تغيرات طفيفة في الإشعاع الشمسي (نحو 0.1 في المائة). وفي حين أن التأثير المباشر على الطقس متواضع، فإن بعض البحوث تشير إلى أن التباينات فوق البنفسجية يمكن أن تؤثر على درجات الحرارة في الستراتوسفيرية، ومن خلال الاتصالات عن بعد، تؤثر على أنماط الطقس السطحية في بعض المناطق.

نظم التداول في الغلاف الجوي

إن التدفئة غير المتساوية لسطح الأرض بواسطة الشمس تقود إلى التداول الجوي العالمي، وهواء الحرب قرب خط الاستواء، وخلق ضغط منخفض، وتحرك نحو القطبين على ارتفاع عال، وهى تبرد وتغرق حوالي 30 درجة، وتشكل مناطق ضغط عالية شبه مدارية، وهذه الخلية الأساسية للتداول، المعروفة باسم خلية هادلي، مسؤولة عن التجارة الريحية وخط الاستوائي.

وفي الحدود بين هذه الخلايا، تشكل مسارات الطائرات النفاثة - أضلاع الرياح السريعة على ارتفاعات تناهز 10-15 كيلومتراً، وتؤدي تدفقات الطائرات دوراً حاسماً في نظم الطقس المتحركة، وفصل الهواء القطبي البارد عن الهواء الدافئ دون المداري، ويختلف موقعها وقوامها مع مواسم ويمكن أن تتأثر بأنماط ضغط واسعة النطاق مثل تيار القطب الشمالي.

المحيطات

تُغطي المحيطات أكثر من 70 في المائة من سطح الأرض ولديها قدرة هائلة على تخزين الحرارة ونقلها، وتيارات السطح، التي تُحرك بالرياح وتناوب الأرض، تنقل المياه الدافئ من المناطق المدارية نحو القطبين وتُعيد المياه الباردة من خطوط العرض المرتفعة إلى خط الاستواء، فعلى سبيل المثال، تحمل ماء دافئ من خليج المكسيك عبر المحيط الأطلسي، وتُعدّل المناخ في غرب أوروبا درجة الحرارة، دون ذلك.

تحت السطح، حزام النقل العالمي، المعروف أيضاً بـ "الإنتشار الحراري" يتضمن تكوين المياه العميقة في شمال الأطلسي وحول أنتاركتيكا، هذا التباطؤ في حركة المياه يوزع الحرارة والمغذيات على جميع أحواض المحيطات،

التضاريس وتوزيع الأراضي

الملامح الفيزيائية لسطح الأرض تعدل بقوة التداول الواسع النطاق، وسلاسل الجبال ترتفع وتبرد وتطلق الرطوبة على المنحدرات الأمامية، وتخلق ظلال الأمطار على جانب الجبال، وهيملايا وبلاط التبت هي ذات أهمية حاسمة في قيادة المروحية الآسيوية بتدفئة الغلاف الجوي العلوي خلال الصيف وترسيخ نظام ثابت منخفض الكبس.

كما أن توزيع القارات والمحيطات يخلق تناقضات في الضغط الموسمي، حيث تدفّق حرارة الأراضي وتبرد بسرعة أكبر من المياه، مما يؤدي إلى تطوير التداولات الموسمية في مناطق مثل جنوب آسيا وغرب أفريقيا واستراليا، وتصبح الأرض أدفأ من المحيط المحيط، حيث ترسم في الهواء الرطب الذي يجلب أمطاراً غير عادية، وفي الشتاء، تحدث النظم العكسية، وتنتج ظروفاً جافة، وهذه المتناقضات بين الأرض وبينها، هي أساسية في فهمها.

Natural Climate Variability Mechanisms

وحتى بدون تأثير بشري، فإن أنماط الطقس تتفاوت بشكل كبير في النطاقات الزمنية من شهور إلى عقود، إذ أن العديد من التذبذبات الطبيعية والظواهر تُعدل السلوك العام إلى العام، ونحو العقد، في النظام المناخي.

El Niño —Southern Oscillation (ENSO)

إن التدفق الطبيعي الأكثر بروزاً في المناخ، الذي يحدث كل سنتين إلى سبع سنوات، وخلال الظروف المحايدة، تهب الرياح التجارية غرباً عبر المحيط الهادئ الاستوائية، وتغلي المياه الدافئ في الحوض الغربي، وتضعف هذه الرياح، وتسمح بالماء الدافئ إلى شرق أمريكا الجنوبية، وهذا يغيّر موقع الانتصاب العميق، ويخلّف أنماط الطقس على الصعيد العالمي.

The Pacific Decadal Oscillation (PDO)

ويعتبر قانون منع التمييز بين السفن نمطا أطول مدى من تقلبات درجات حرارة سطح البحر في شمال المحيط الهادئ، حيث تمتد المراحل من 20 إلى 30 سنة، وتميز مرحلة إيجابية من هذا النوع درجات الحرارة الأكثر دفئا من حيث المتوسط على طول الساحل الغربي لأمريكا الشمالية، ودرجات الحرارة الأكثر برودة في وسط شمال المحيط الهادئ، ويؤثر هذا النمط على تواتر وحدود أحداث النينيو ولانيا، فضلا عن مسار العواصف في المحيط الهادئ.

شمال الأطلسي

ويصف هذا النظام الفرق بين مستوى الضغط في أيسلندا المنخفض والعالي الأزوري، ويشير مؤشر إيجابي للناموس إلى ارتفاع درجة الضغط، مما يؤدي إلى ريح أقوى في جميع أنحاء المحيط الأطلسي، مما يؤدي عادة إلى فصل الشتاء البسيط والمبلل في شمال أوروبا وإلى ظروف الجفاف في منطقة البحر الأبيض المتوسط، ويضعف الناموسيات السلبية في المنطقة الغربية، ويسمح بانسكاب الهواء في المنطقة القطبية الشمالية في أوروبا وفي شرق أمريكا الشمالية، مما يتسبب في فترات شتاء قاسية.

مادن - جوليان أوسيلشن (MJO)

إن منظمة " إم جي أو " هي اضطرابات مدارية تدور شرقا حول العالم، وتمتد فترة 30 إلى 60 يوما، وتتجلى في منطقة كبيرة من الأمطار والوصايا المعززة، تليها عمليات الاغتيال المكبوتة، ويمكنها، مع تحركات منظمة الطيران المدني، أن تشعل أو تحجب أمطاراً من الرياح الموسمية، وأن تؤثر على تكوين الأعاصير الاستوائية، وأن تغير وضع تيار الطائرات في التنبؤات الفرعية المتوسطة المدى في فترات العرض الفرعية المتوسطة.

الإرتفاعات البركانية وتأثيرها

(ب) إن الانفجارات البركانية الرئيسية تصيب ثاني أكسيد الكبريت في أعماق الستراتوسفير، حيث تشكل هوباء الكبريت الذي يعكس ضوء الشمس إلى الفضاء، مما يقلل من كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطح الأرض، ويبرد الكوكب مؤقتاً، وقد أدى انفجار موناتوبوبو في عام 1991 إلى انخفاض درجات الحرارة العالمية بمقدار 0.5 درجة مئوية خلال سنتين، وقد تؤدي آثار التبريد هذه إلى تعطيل أنماط الطقس.

الاختلاف الشمسي وسلسلة الزهرة

بينما الطاقة الإجمالية من الشمس ثابتة نسبياً، تغيرات طفيفة خلال الدورة الشمسية الـ 11 تنتج آثاراً قابلة للقياس على الغلاف الجوي العلوي، درجة حرارة ورياح الستراتوسفير تستجيب للتغيرات في الإشعاع فوق البنفسج، وهذه الإشارات يمكن أن تتحول إلى تأثيرات منخفضة على أنماط الطقس في الغلاف الجوي، خاصة خلال الشتاء في نصف الكرة الشمالي،

التغييرات البشرية المحفزة إلى أنماط الطقس

وقد أصبحت الأنشطة البشرية قوة هامة في تشكيل أنماط الطقس، وقد أدى حرق الوقود الأحفوري، وتغير استخدام الأراضي، وانبعاث الملوثات إلى تغيير توازن الطاقة وتكوين الغلاف الجوي، مع ما يترتب على ذلك من عواقب متزايدة الوضوح في حالات الطقس القصوى.

ورشة الحرب العالمية وذرة الظواهر العتيقة

(أ) تغير المناخ الذي يُعزى إلى الإنسان يدفئ الكوكب، الذي يزيد من قدرة الغلاف الجوي على تحمُّل المياه بنسبة 7 في المائة في كل درجة من درجات الحرارة، ويعزز هذا كثافة أحداث سقوط الأمطار الغزيرة، حيث يتوافر المزيد من الرطوبة للعواصف، كما توفر المحيطات المحاربة مزيداً من الطاقة للأعاصير المدارية، مما يؤدي إلى ارتفاع نسبة الأعاصير من الفئة 4 و5 مرات.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يغير الاحترار سلوك مسارات الطائرات والدوائر القطبية، وتشير بعض الأدلة إلى أن سرعة الاحترار في القطب الشمالي تضعف مسار الطائرات، مما يجعلها أكثر رطوبة ويعرض للتركيب، مما يمكن أن يطيل موجات الحرارة أو التعاويذ الباردة، وفي حين أن هذا لا يزال مجالاً للبحث النشط، فإن الصلة بين التضخم في القطب الشمالي وطقس التمريض في المحيط الهضمي تدعمها دراسات عديدة.

جزر الحرارة الحضرية وميكرونيات

وتخلق المدن أنماطاً مناخية محلية خاصة بها، حيث تستوعب المباني وتعيد ضخ الحرارة أكثر من السطح الطبيعي، مما يزيد درجات الحرارة الحضرية بدرجات عديدة مقارنة بالمناطق الريفية المحيطة، ويمكن أن يكثف هذا التأثير في المناطق الحضرية الحرارية ويزيد درجات الحرارة الليلية، ويعدل أنماط الرياح المحلية، كما أن الهياكل الحضرية تعطل تدفق الهواء، ونموية المبيدات الصناعية والمركبات التي يمكن أن تغير التكوين السحابي والتنبؤات.

الأيروسولات والتلوث الجوي

إن الهباء الجوي - الجسيمات الصغيرة التي تعطل في الهواء - يمكن أن يكون دافئا أو باردا في الغلاف الجوي تبعا لممتلكاتها، كما أن الأيروسولات الكبريتية الناجمة عن احتراق الوقود الأحفوري )لا سيما الفحم( تعكس ضوء الشمس، مما يؤدي إلى إحداث تهدئة تخفي غازات الدفيئة جزئيا، ويستوعب الكربون الأسود )المعادن( ضوء الشمس ويدفئ الغلاف الجوي، كما أن الإيروسولات تؤدي إلى زيادة عدم التيقية في العمر.

إزالة الغابات وتغير استخدام الأراضي

إن إزالة الغابات وتحويل الأراضي إلى الزراعة أو المدن يغيران الطلاء السطحي والتقريب والتبخر، ويقلل التشجير في الأمازون من سقوط الأمطار على الصعيد الإقليمي لأن أقل رطبة يعاد تدويرها من الغابات إلى الغلاف الجوي، وفي المناطق المعتدلة، يمكن أن يؤدي استبدال الغابات بالمحاصيل إلى زيادة الطلاء، ويؤدي إلى التبريد المحلي، ولكن أيضا إلى الحد من سقوط الأمطار.

الآثار الإقليمية على أنماط الطقس

إن التأثيرات المشتركة للتقلبات الطبيعية والتغييرات التي يتسبب بها الإنسان تؤدي إلى أنماط مناخية متميزة في مختلف أنحاء العالم، فهم هذه المظاهر الإقليمية أمر حاسم بالنسبة للتأهب والتكيف.

الوحوش والمطرات الموسمية

إن الدير الصيفي الآسيوي هو من أهم النظم الجوية بالنسبة لمليارات الناس، إذ أن الفارق الحراري بين طلاء التبت المسخن والمحيط الهندي، الذي يتفاقم من جراء تناقضات الأرض - البحر، ويرتبط تفاوت الريح في الموسم ارتباطاً وثيقاً بظاهرة النينيو، حيث يكبت النينيو في كثير من الأحيان سقوط الأمطار الموسمية، بينما ترتفع لانينا.

الهراكين و المقاطع الاستوائية

إن الأعاصير المدارية تستمد الطاقة من مياه المحيط الحار، فدرجات الحرارة السطحية في البحر تزيد من كثافة العواصف المحتملة، وفي حين أن العدد الإجمالي للأعاصير قد لا يرتفع بدرجة كبيرة، فإن نسبة الأعاصير الكبرى (الفئة 3-5) آخذة في الارتفاع، كما أن مخاطر الارتفاع في العواصف تتفاقم بسبب ارتفاع مستوى سطح البحر، كما أن المناطق مثل شمال الأطلسي وشمال المحيط الهادئ عرضة بشكل خاص للتغييرات في مسارات العواصف الناجمة عن التحولات في الأنماط الكبيرة.

الجفاف وحوادث المياه الحرارية

ويمكن أن تؤدي نظم الضغط المرتفعة المستمرة، التي كثيرا ما ترتبط بأنماط وقف إطلاق الطائرات في مجرى الطائرات، إلى إطالة فترات الطقس الجاف، مما يجعل هذه الأحداث أكثر تطرفا، فعلى سبيل المثال، كان يمكن أن يكون من المستحيل تقريبا أن تكون الموجة الحرارية الشمالية الغربية 2021 في المحيط الهادئ دون الاحترار البشري، كما أن الجفاف يتصاعد أيضا في مناطق مثل منطقة البحر الأبيض المتوسط وأمريكا الشمالية الجنوبية الغربية، بسبب انخفاض معدلات التهطال وزيادة التهرب.

Polar Vortex and Winter Storms

إن دوامة القطب - وهي مجموعة قوية من الرياح المتفشية التي تدور حول القطب الشمالي - يمكن أن تضعف وتسمح لهواء مقلي بأن يتدفق إلى وسط المحيط، وفي حين أن دوامة أضعف قد تبدو متناقضة مع الاحترار العالمي، فإن سرعة دفء المنطقة القطبية قد تزعج دوامة القطبية بشكل أكثر تواترا، مما قد يؤدي إلى حدوث حلقات من التجمد الشديد والثلج الثقيل، ومع ذلك فإن العواصف الجليدية في أجزاء من أمريكا الشمالية.

النظر إلى الرأس

إن العوامل المحركة لأنماط الطقس العالمية وتقلبها ملتوية من دورات طبيعية ومن تأثيرات بشرية، كما أن الطاقة الشمسية، والتداول في الغلاف الجوي، وتيار المحيطات، والطوبية، هي عوامل تشكل الإطار الأساسي، بينما تؤدي الظواهر المناخية المتأصلة مثل الانسو، وناو، وينماض إلى تغيرات دينامية في المجتمعات الموسمية إلى فترات زمنية مديدة.