التفاعل بين معبد المحيطات وظروف الغلاف الجوي

مقدمة

إن محيطات العالم هي خزان حراري هائل، حيث تستوعب أكثر من 90 في المائة من الحرارة الزائدة التي تحاصرها غازات الدفيئة، ولا تبقى هذه الطاقة المخزنة في وضعها؛ وتتفاعل باستمرار مع الغلاف الجوي، وأنماط الطقس الدافعة، وتشكل المناطق المناخية، وتؤثر على التحولات المناخية الطويلة الأجل، ويُعتبر فهم مدى تأثير كل منها على درجة حرارة المحيطات والظروف الجوية الأخرى أمرا أساسيا لتحسين التنبؤات المناخية والتنبؤ بتغير المناخ الموسم.

وهذه العلاقة ليست منطلقاً واحداً، فبينما تؤثر درجات حرارة المحيطات على الضغط الجوي والريح والهيكل، فإن العمليات الجوية بدورها تغير درجات حرارة سطح البحر من خلال التبادل الحرفي، والخلط بين الرياح، والغطاء السحابي، والنتيجة هي نظام مقترن بشدة يمكن أن تؤدي فيه التغيرات الصغيرة في أي من المكونات إلى نتائج هامة عبر العالم، وتستكشف هذه المادة الآليات المادية، والأساليب الرئيسية للتغيرات الدقيقة، والسبل التي يُبُب تغير المناخ.

The Physical Basis of Ocean-Atmosphere Interaction

إن الانقلاب بين المحيط والغلاف الجوي ينطوي على تبادل الطاقة، إذ إن الإشعاع الشمسي يدفئ سطح المحيط، ولا سيما في المناطق المدارية، ويخلق طبقة من المياه الحارة التي يمكن أن تكون مائية في عمق مئات الأمتار، وهذا الماء الدافئ يُطلق الحرارة ويُرطب في الغلاف الجوي من خلال التبخر، ويتوقف معدل التبخر على درجة حرارة سطح البحر وسرعة الرياح ورطوبة، مع ارتفاع حرارة الماء.

وفي الوقت نفسه، يمارس الغلاف الجوي قوات على المحيط، فالضغوط الشتوية تولد تيارات سطحية، وترتفع وتخلط وتعيد توزيع الحرارة رأسيا وأفقيا، وعندما تمسح الجماهير الهوائية الباردة مياه أدفأ، فإنها تستخرج الحرارة وتبريد المحيط وتستقر طبقة الحدود البحرية، وعلى العكس من ذلك، فإن الهواء الدافئ فوق المياه المبردة يمكن أن يؤدي إلى ضباب وظروف مستقرة، وهذا التبادل على طريقين يشكل الأساس لجميع الظواهر المناخية الرئيسية.

إن الانقلاب أقوى في المناطق المدارية حيث يكون المحيط أدفأ والغلاف الجوي الأكثر نشاطا، غير أن المناطق الوسطى والأعمدة تشهد أيضا تفاعلات هامة، لا سيما من خلال مسارات العواصف وديناميات الجليد البحري، ويتطلب الفهم الكامل النظر إلى النطاقات الإقليمية والعالمية على السواء.

العوامل المؤثرة في درجة حرارة المحيطات

الرواسب الشمسية ودورات الموسم

وتوفر الشمس مدخلات الطاقة الأولية، فالتغيرات في الزوايا الشمسية وطوال النهار والغطاء السحابي تخلق دورات موسمية في درجة حرارة سطح البحر، وفي المناطق الاستوائية، يكون النطاق السنوي صغيرا؛ وفي خطوط العرض الأعلى، يمكن أن يكون الفرق بين الصيف والشتاء أكثر من 10 درجات مئوية.

المحيطات

فالتيار يعمل مثل أحزمة النقل الكواكبي، ونقل المياه الدافئ من خط الاستواء إلى الأعمدة والمياه الباردة من المناطق القطبية إلى المناطق المدارية، كما أن مجرى الخليج وتيار كوروشيو مثالان معروفان تماما، وهذه التيارات لا تعيد فقط توزيع الحرارة بل تؤثر أيضا على المناطق الساحلية المرتفعة حيث ترتفع المياه الباردة الغنية بالمغذيات إلى سطح البحر وتبرد درجات الحرارة المحلية وتدعمها.

Atmospheric Forcing

فالأنماط الريحية ونظم الضغط وطرق العواصف تُعدل درجة حرارة المحيطات، وتقود الرياح التجارية التيارات الاستوائية، بينما تؤثر الويلات على محيطات خط العرض المتوسط، وأثناء أحداث الرياح القوية، تُحدث خليط سطح المحيط، وتُرفع المياه أكثر برودة إلى السطح، وهي عملية معروفة باسم التدنيس، بالإضافة إلى التهرب والارتطام بالحركة العمودية، مما يؤثر بدوره على ضائقة النقل الكثيفية.

Ocean Heat Content vs. Sea Surface Temperature

ومن المهم التمييز بين درجة حرارة سطح البحر ومحتوى حرارة المحيط (OHC) ولا تُتخذ تدابير المقياس الأعلى إلا لمتر المحيط، بينما تُدمج درجة الحرارة في أعماق المحيطات، وتُسخن مخازن المحيطات الأعمق على نطاقات زمنية تمتد إلى سنتات، وقد استوعبت معظم الحرارة الزائدة عن الاحترار العالمي بواسطة ارتفاع 700 متر من المحيط، مما يجعل من الأوسمانيوم - أموا - ثاني أكسيد الكربون مؤشراً أقوى من تغير المناخ.

How Ocean Temperature Shapes Weather and Climate

الهراكين والمنحدرين من المناطق الاستوائية

فالمياه البحرية المشتعلة هي الوقود الرئيسي للأعاصير المدارية، إذ تتطلب البؤر ارتفاعاً أعلى من ٢٦ درجة مئوية )٧٩ درجة شرقاً( لتشكل وتكثف، كما أن المياه، والرطوبة الأكثر دفئاً، والماء الأكثر تهوية، والمتوافر لتوليد الطاقة في تداول العاصفة، ويمكن أن تزيد الزيادة في درجة حرارة المحيط من الكثافة المحتملة لإعصار بنسبة ٥ في المائة أو أكثر.

غير أن الأعاصير تبرد سطح المحيط أيضاً حيث أنها ترتعش مياهاً أكثر عمقاً وتبريداً، ويمكن أن تؤدي هذه التغذية المرتدة ذاتياً إلى الحد من كثافة العواصف مؤقتاً، ولكن مع دفء المحيطات بسبب تغير المناخ، يصبح تأثير التبريد أقل فعالية، مما يسمح للعواصف بأن تحافظ على قوة أكبر لفترات أطول.

نظم شهرية

فالمونات تنعكس في المواسم في أنماط الرياح التي تنجم عن تناقضات درجة حرارة الأرض، إذ أن درجات الحرارة في المحيط المائي حول المحيط الهندي، وخليج البنغال، وبحر الصين الجنوبي توفر الرطوبة اللازمة للأمطار الموسمية، وأن أنماطاً من الأشعة فوق البنفسجية، مثل تلك المرتبطة بديبلوم المحيط الهندي، يمكن أن تؤدي إلى الجفاف أو الفيضانات في المناطق التي تعتمد على مونسون.

فصيلة الأشعة المتوسطة

وتؤثر شذوذات درجة حرارة المحيطات على مسارات الطائرات والعواصف في خطوط العرض الوسطى، مثلا، يمكن لبقعة دافئة في شمال الأطلسي أن تغير موقع تيار الطائرات وتواتر أنماط الغلق، مما يؤدي إلى تعاويذ باردة أو موجات حرارية فوق أوروبا، كما أن تصيب حركة التخصيب في المحيط الهادئ بأنماط الطقس في أمريكا الشمالية عن طريق نقل التداول في الغلاف الجوي المنخفض وفي المناطق ذات الصلة.

Seasonal Climate Predictions

ونظرا لأن درجة حرارة المحيطات تتغير ببطء أكبر من الغلاف الجوي، فإن الشذوذات في المنطقة القطبية الجنوبية يمكن أن تكون تنبؤات للمناخ الموسمي، وتستخدم النماذج ملاحظات SST إلى التنبؤ بدرجات الحرارة، والتهطال، بل وربما تكون احتمالات حدوث أحداث متطرفة قبل ذلك بشهر، وتتوقف مهارة التنبؤات الموسمية اعتمادا كبيرا على تمثيل حالة المحيط بدقة وعلى انقلابها مع الغلاف الجوي.

Major Ocean-Atmosphere Climate Modes

El Niño-Southern Oscillation (ENSO)

(أ) إنَّ الريح التجارية تضعف، خلال حدث النينيو، حيث تتحول المياه الدافئة إلى شرق المحيط الهادئ الاستوائية، وهذا يغيِّر أنماط الاحتواء، مما يؤدي إلى زيادة سقوط الأمطار في شرق المحيط الهادئ وحالات الجفاف في غرب المحيط الهادئ وأجزاء من آسيا، وعلى النقيض من ذلك، تعزز حركة الرياح التجارية وتجلب مياهاً أكثر برودة إلى شرق المحيط الهادئ.

Pacific Decadal Oscillation (PDO)

ويعتبر قانون منع التمييز بين الجنسين نمطاً طويلاً من تقلبات المناخ في المحيط الهادئ، يتحول بين المراحل الدافئة والرائعة كل 20 إلى 30 سنة، ويؤثر على المسارات العلمية في شمال المحيط الهادئ ويقلل من آثاره، ويميل قانون منع التمييز بين الجنسين إلى تعزيز الظروف الشبيهة بالنينيو، بينما تعزز مرحلة باردة الأنماط الشبيهة بالنينا، كما يؤثر قانون منع التمييز بين الجنسين على حركة السلمون في أنحاء أمريكا الساحلية والنهار.

أطلانتيك

وتصف المنظمة التغيرات في منطقة المحيط الأطلسي الجنوبي على نطاق الحوض في شمال الأطلسي التي تهتز أكثر من 60 إلى 80 سنة، وترتبط مرحلة دافئة من المنظمة البحرية الدولية بمواسم أعاصير الأطلسي الأكثر نشاطا، وزيادة سقوط الأمطار على منطقة الساحل في أفريقيا، وصيفات أكثر دفئا في أوروبا، ويعزى الاحترار الأخير لشمال المحيط الأطلسي جزئيا إلى تحول نحو مرحلة دافئة من مراحل المنظمة البحرية الدولية، ولكنه يؤثر أيضا على تغير المناخ الاصطناعي واله.

المحيط الهندي

The IOD is a coupled ocean-atmosphere phenomenon in the Indian Ocean, with positive and negative stages. During a positive IOD, the eastern Indian Ocean is cooler and the western part warmer, often causing drought in Indonesia and Australia while flooding East Africa. The negative IOD has the counter effects. The IOD often interacts with ENSO, and these interactions can amplify or suppress local climate impacts. [FLT details]

قياس ورصد درجة حرارة المحيطات

وتعد القياسات الدقيقة لدرجات حرارة المحيطات ضرورية لفهم هذه التفاعلات، وتشمل شبكة الرصد الحديثة السواتل، والبويات العائمة (عوامات آرغو)، والبويات المزروعة (صفيفة تايو/تريتون في المحيط المداري)، والدراسات الاستقصائية القائمة على السفن، بل وحتى الجلاد المستقل.

وقد أدى برنامج آرغو، الذي يتألف من نحو 000 4 عوامة ذات دفع حر، إلى ثورة قدرتنا على رصد محتوى حرارة المحيطات، وكل عوامة تُظهر عادة كل 10 أيام، وترسل بيانات عبر السواتل، وقد كشفت هذه الشبكة أن المحيط العلوي قد دفأ باطراد على مدى العقود الماضية، مع معدل الاحترار المتسارع. Find out more about the Argo program.]

Climate Change and the Changing Interplay

حرارة المحيطات

إن تغير المناخ الذي تحركه البشرية يدفئ المحيط بمعدل غير مسبوق، حيث استوعبت مستويات الحرارة في أعلى عام 2000 أكثر من 350 زيتاجول من الحرارة منذ الخمسينات، أي ما يعادل مئات البلايين من سنوات محطات توليد الطاقة، وهذا الاحترار ليس موحدا: فبعض المناطق، مثل شمال المحيط الأطلسي والمحيط الجنوبي، تدفأ بسرعة أكبر من غيرها، وتعني المحيطات المحاربة طاقة أكثر توافرا للعواصف، والنظم الإيكولوجية البحرية المتغيرة، وتقلبات التيار.

مستوى سطح البحر

ويساهم الاحترار في ارتفاع مستوى سطح البحر في المقام الأول من خلال التوسع الحراري، حيث يتسع نطاق المياه ويرفع من مستويات سطح البحر، كما تذوب صحائف الجليد في غرينلاند وفي أنتاركتيكا بسبب دفء مياه المحيطات مما يقلل من حوافها، ويعود التوسع الحراري إلى ارتفاع في مستوى سطح البحر تقريبا، بينما يرتفع الباقي من الثلج، ويزيد من تفاقم الفيضانات والتحات الساحلي.

التصحيح المحيطي

كما أن ثاني أكسيد الكربون نفسه الذي يدفئ الغلاف الجوي يذوب في مياه البحر، ويشكل حامض الكربون، ويخفض درجة الحرارة في المحيط، يقلل من توافر الأويون الكربونية التي تحتاج إليها المرجان، والسمك المسيل، والخلاط، مما يعطل شبكة الأغذية البحرية ويمكن أن يغذي النظام المناخي، وعلى سبيل المثال، فإن انخفاض إنتاجية النباتات يمكن أن يغير من قدرة المحيطات على استيعاب ثاني أكسيد الكربون.

المدافع البحرية

وتمتد موجات الحرارة البحرية إلى فترات عالية للغاية تستمر فيها فترات طويلة جداً منذ أيام إلى أشهر، وقد أصبحت أكثر تواتراً وشدّة بسبب تغير المناخ، وتشمل الأحداث البارزة " البلوب " في الفترة 2013-2015 في شمال المحيط الهادئ، و " الموجات الحرارية " التي تمتد من 2019 إلى 20 في شرق أستراليا، وتتسبب هذه المركبات في تبيضاض المرجان، وقتل الأسماك، والتحولات في توزيع الأنواع.

رداء التغذية

كما أن العديد من حلقات التغذية المرتدة تزيد من الانقلاب المحيطي للغلاف الجوي في ظل تغير المناخ، إذ أن الاحترار مثلا يقلل من قدرة ثاني أكسيد الكربون على تحمل مياه البحر، مما يعني أن المحيط يستوعب جزءا أصغر من الانبعاثات، ويترك المزيد في الغلاف الجوي، كما أن المياه المطيرة تصبح أكثر تداخلا، ويقلل من الخلط الرأسي، ويعرض المغذيات على النظم الإيكولوجية السطحية، مما يمكن أن يقلل من الإنتاجية البيولوجية ويقلل من قدرة المحيطات على إزالة الكربون من البيئة.

وثمة تردد هام آخر ينطوي على فقدان الجليد البحري، حيث إن الجليد البحري في القطب الشمالي مكشوف، ويمتص المحيطات أكثر من ضوء الشمس، ويزيد من دفء المحيطات ويعجل بفقدان الجليد، وهذه الآلية، التي تسمى " التغذية المرتدة " ، قوية بشكل خاص في القطب الشمالي وتؤثر على أنماط التداول في الغلاف الجوي العالمي، بما في ذلك مسار الطائرات.

الآثار المترتبة على المستقبل

وسيستمر تطور التفاعل بين درجة حرارة المحيطات والظروف الجوية في الغلاف الجوي مع دفء الكوكب، وتشمل الشواغل الرئيسية حدوث حالات جوية أكثر تطرفاً - خاصة أعاصير أقوى، وموجات حرارية أطول، وهبوط الأمطار بدرجة أكبر - فضلاً عن التحولات في توقيت الريح وشدته، وستواجه المجتمعات الساحلية تهديدات مشتركة من ارتفاع مستوى سطح البحر، وتدفقات العواصف، والموجات الحرارية البحرية.

ويجب أن تمثل استراتيجيات التكيف تغير المحيطات، ويمكن أن تساعد تحسين نظم المراقبة، ونماذج المناخ الأكثر دقة، والتنبؤات الموسمية الأفضل المجتمعات على الإعداد، ويمكن أن تؤدي الحلول القائمة على الطبيعة، مثل استعادة غابات المانغروف، والعناق البحرية، والشعاب المرجانية، إلى إزالة بعض الآثار، مع دعم التنوع البيولوجي وتخزين الكربون، كما أن خفض انبعاثات غازات الدفيئة يظل الخطوة الأساسية للحد من شدة التغيرات المقبلة.

وبالنسبة لصانعي السياسات والمخططين، فإن فهم العلاقة بين المحيط والغلاف الجوي أمر حاسم، فالمقررات المتعلقة بالموارد المائية والزراعة والحد من مخاطر الكوارث والهياكل الأساسية تتطلب إدماج معلومات المحيطات في عملية صنع القرار. [(FLT:0]) ويقدم آخر تقرير للفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ (AR6) تفاصيل واسعة عن التفاعلات بين المحيطات والمناطق الساحلية .

خاتمة

فالمحيط والغلاف الجوي مقفلان في شراكة دينامية تُشكل كل منطقة من مناطق الطقس والمناخ على الأرض، وحرارة المحيطات تُسبب التبخر والعواصف الوقودية، وترسي أنماط المناخ الواسعة النطاق مثل الشبكة العالمية للتوحيد القياسي للطبيعة، وتحول الغلاف الجوي سطح المحيط من خلال الرياح، والتدفقات الحرارية، ومدخلات المياه العذبة، ويكثف تغير المناخ هذه التفاعلات، مع ما يترتب على ذلك من آثار عميقة على النظم الإيكولوجية والاقتصادات والمجتمعات في جميع أنحاء العالم.

إن مواصلة البحث والرصد والتعاون الدولي أمر أساسي لتعميق فهمنا لهذا التفاعل، وبتحسين معرفتنا، يمكننا أن نتوقع على نحو أفضل التغيرات، ونقلل المخاطر، ونبني القدرة على التكيف في عالم دافئ، فالحالة الحرارية للمحيطات هي أداة تشخيص ودافع للمناخ الذي يستدعي اهتماماً دقيقاً في سعينا إلى تطهير مستقبل غير مؤكد.