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 الحرارية تعكس أو تستوعب أجزاء من هذه الطاقة، الجزء الذي يُستحوذ على الأرض والمحيطات، والذي يُحدث إشعاعاً عالياً، ويُحدث غازات الاحترار العالمي مثل الماء.

كما أن التغير في الناتج الشمسي، وإن كان صغيرا، يؤدي دوراً، كما أن دورة الأشعة الشمسية التي تمتد 11 سنة 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 السطحي في بعض المناطق.

نظم الدائرة الجوية

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، وتبرد وتغرق حوالي 30 درجة، وتشكل مناطق ضغط عالية شبه مدارية، وهذه الخلية الأساسية للتداول، المعروفة باسم خلية هادلي، مسؤولة عن الرياح التجارية وحزمة الأمطار الاستوائية.

وفي الحدود بين هذه الخلايا، تشكل موجات الطائرات النفاثة - أضلاع الرياح السريعة على ارتفاعات تناهز 10-15 كيلومتراً، وتؤدي تدفقات الطائرات دوراً حاسماً في نظم الطقس المتحركة، وتفصل الهواء القطبي البارد عن الهواء الدافئ، ويختلف موقعها وقوامها مع المواسم ويمكن أن تتأثر بأنماط الضغط الكبيرة 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 تقودها الرياح وتناوب الأرض، تنقل المياه الدافئ من المناطق المدارية نحو القطبين وتعيد المياه الباردة من خطوط العرض المرتفعة إلى خط الاستواء، فعلى سبيل المثال، تحمل موجة مياه دافئة من خليج المكسيك عبر المحيط الأطلسي، وتضع المناخ في غرب أوروبا درجة الحرارة دون ذلك.

تحت السطح، حزام النقل العالمي المعروف أيضاً بـ "دورة حرارة البحر" يتضمن تكوين المياه العميقة في شمال الأطلسي وحول أنتاركتيكا، هذا التباطؤ في حركة المياه يوزع الحرارة والمغذيات على جميع أحواض المحيطات، التغيرات في التيارات المحيطية يمكن أن تحدث آثاراً بعيدة المدى على الطقس، على سبيل المثال، تباطؤ في منطقة التقلبات البحرية في المحيط الأطلسي يمكن أن يؤدي إلى أنماط تهدئة

التضاريس وتوزيع الأراضي

الملامح الفيزيائية لسطح الأرض تعدل بقوة التداول الواسع النطاق، وسلاسل الجبال ترتفع وتبرد وتطلق الرطوبة على المنحدرات الأمامية، وتخلق ظلالاً مطرية على جانب الجبال، وهيملايا وبلاط التيبت هي 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 تدفأ الأراضي وتبرد بسرعة أكبر من المياه، مما يؤدي إلى تطوير التداولات الموسمية في مناطق مثل جنوب آسيا وغرب أفريقيا وأستراليا، وتصبح الأرض أدفأ خلال الصيف من المحيط المحيط، حيث ترسم في الهواء الرطب الذي يجلب أمطارا مروعة، وفي الشتاء، تحدث النظم العكسية، وتنتج ظروفا جافة، وهذه التناقضات البرية أساسية في التفاهم الإقليمي.

Natural Climate Variability Mechanisms

وحتى بدون تأثير بشري، فإن أنماط الطقس تظهر تفاوتا كبيرا في النطاقات الزمنية من شهور إلى عقود، إذ أن العديد من الأوهام الطبيعية والظواهر تُقلل من سلوك النظام المناخي الذي يمتد من سنة إلى أخرى، ومن عقد إلى أخرى.

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 الحارة في الحوض الغربي، وتضعف هذه الرياح، وتسمح بالماء الدافئ شرقاً نحو أمريكا الجنوبية، وهذا يغيّر موقع الانتصاب العميق، ويعطل أنماط الطقس على الصعيد العالمي.

The Pacific Decadal Oscillation (PDO)

ويعتبر قانون منع التمييز العنصري 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 مراحل هذا القانون درجات حرارة أعلى من المتوسط على طول الساحل الغربي لأمريكا الشمالية، ودرجات حرارة أكثر برودة في وسط شمال المحيط الهادئ، ويؤثر هذا النمط على تواتر وشدة أحداث النينيو ولانيا، فضلا عن تغيرات في إنتاجية المحيط الهادئ.

شمال الأطلسي

ويصف هذا النظام الفرق بين مستوى الضغط الأيسلندي المنخفض والعالي الأزوري، ويشير مؤشر إيجابي للناموسيات النووية إلى ارتفاع درجة الضغط، مما يؤدي إلى ريح أقوى في جميع أنحاء المحيط الأطلسي، مما يؤدي عادة إلى فصل الشتاء المميت والرطب إلى شمال أوروبا وإلى ظروف الجفاف في البحر الأبيض المتوسط، ويضعف الناموسيات السلبية في المنطقة القطبية الشمالية، ويسمح بانسكاب الهواء في أوروبا وشرق أمريكا الشمالية، مما يتسبب في فترات شتاء قاسية.

Madden —Julian Oscillation (MJO)

إن منظمة " إم جي أو " هي اضطراب استوائي يمتد شرقا حول العالم بفترة تتراوح بين 30 و60 يوما، وهي تتجلى كمنطقة كبيرة من الأمطار والوصايا المعززة، تليها عمليات الاغتيال المكبوتة، ويمكنها، مع تحركات منظمة الطيران المدني الدولي، أن تشعل أو تحجب أمطاراً من الرياح الموسمية، وأن تؤثر على تكوين الأعاصير المدارية، وأن تغير وضع تيار الطائرات في التنبؤات الفرعية المتوسطة المدى.

الإرتفاعات البركانية وتأثيرها

بالإضافة إلى أن الانفجارات البركانية الرئيسية تصيب ثاني أكسيد الكبريت في أعماق الستراتوسفير حيث تشكل هوباء الكبريت الذي يعكس ضوء الشمس في الفضاء، مما يقلل من كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطح الأرض، ويبرد الكوكب مؤقتاً، وقد أدى انفجار مونتوبو في عام 1991 إلى انخفاض درجات الحرارة العالمية بمقدار 0.5 درجة مئوية خلال سنتين.

SWSWA

بينما الطاقة الإجمالية من الشمس ثابتة نسبياً، تغيرات طفيفة خلال الدورة الشمسية الـ11 سنة تنتج آثاراً قابلة للقياس على الغلاف الجوي العلوي، درجة حرارة ورياح الستراتوسفير تستجيب للتغيرات في الإشعاع فوق البنفسجي، وهذه الإشارات يمكن أن تتحول إلى تأثير على أنماط الطقس التروبوسفيرية، 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 الشديدة.

ورشة الحرب العالمية وأشعة الشمس

(أ) تغير المناخ الذي يسببه الإنسان يدفئ الكوكب، الذي يزيد من قدرة الغلاف الجوي على تحمُّل المياه بنسبة 7 في المائة لكل درجة مئوية من الاحترار، مما يزيد من كثافة أحداث سقوط الأمطار الغزيرة، حيث أن هناك المزيد من الرطوبة المتاحة للعواصف، كما أن المحيطات توفر طاقة أكبر للأعاصير المدارية، مما يؤدي إلى ارتفاع نسبة الأعاصير من الفئة 4 إلى 5 أعاصير.()

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 للتمطي، 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 تدعمها دراسات عديدة.

جزر الحرارة الحضرية والميكرويفات

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، كما أن الانبعاثات الصناعية والمركباتية تزيد من سرعة التكديس، مما يمكن أن يغير تكوين السحابي وسرعات.

الأيروسولات والتلوث الجوي

ويمكن أن تؤدي الهباء الجوي - الجسيمات الصغيرة التي يتم وقفها في الهواء - إما إلى الدفء أو التبريد في الغلاف الجوي تبعا لممتلكاتها، كما أن الهباء الهباء الناجم عن الكبريت من الاحتراق في الوقود الأحفوري (وبخاصة الفحم) يعكس ضوء الشمس، وينتج أثرا مبردا يخفي جزئيا الاحترار بالغاز الدافئ، ويستوعب الكربون الأسود (المعادن) ضوء الشمس ويدفئ الغلاف الجوي، كما يؤدي إلى زيادة عدم التيق الإشعاعي.

إزالة الغابات وتغير استخدام الأراضي

ويؤدي إزالة الغابات وتحويل الأراضي إلى الزراعة أو المدن إلى تغيير الطلاء السطحي والتقريب والتبخر، كما أن إزالة الغابات في الأمازون تقلل من سقوط الأمطار الإقليمية 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 فيها الإنسان تؤدي إلى أنماط مناخية متميزة في مختلف أنحاء العالم، فهم هذه المظاهر الإقليمية أمر حاسم بالنسبة للتأهب والتكيف.

مونسونز وريناز الموسمية

إن مونسون من أهم النظم الجوية بالنسبة لمليارات الناس، إذ إن موسون الصيف الآسيوي يحركه التناقض الحراري بين طلاء التبت المسخن والمحيط الهندي، الذي يتفاقم من جراء تناقض الأرض - البحر، ويرتبط تفاوت الرياح الموسمية ارتباطاً وثيقاً بظاهرة " إنسو " ، حيث كثيراً ما يكبح النينيو سقوط الأمطار الموسمية، بينما ترتفع معدلات الجفاف في لانيا.

الهراكين والمنحدرين من المناطق الاستوائية

فالعاصف المدارية تستمد الطاقة من مياه المحيط الحارة، 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 أنماط شاسعة.

الجفاف وحوادث المياه الحرارية

ويمكن أن تؤدي نظم الضغط المرتفعة المستمرة، التي كثيرا ما ترتبط بأنماط وقف إطلاق النار 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 للهواء المقلي بأن يتدفق إلى وسط المحيط، وفي حين أن دوامة أضعف قد تبدو متناقضة مع الاحترار العالمي، فإن سرعة الاحترار في القطب الشمالي قد تزعج دوامة القطبية بشكل أكثر تواترا، مما قد يؤدي إلى حدوث حالات متكررة من التجمد الشديد والثلج الثقيل، وعواصف الجليدية في أجزاء من أمريكا الشمالية.

النظر إلى الرأس

إن العوامل التي تؤدي إلى تغير المناخ العالمي وتقلبه هي عوامل متداخلة من الدورات الطبيعية والنفوذ البشري، كما أن الطاقة الشمسية، والتداول الجوي، وتيار المحيطات، والطوبية، توفر الإطار الأساسي، بينما تؤدي الظواهر المناخية مثل الانترنيت، وناو، وينماض، إلى تغير دينامي في المجتمعات الموسمية إلى تغيرات في الزمن.