الصلة بين استخدام الأراضي التغييرات وثندرستورم باترن

How Land Use Changes Reshape Thunderstorm Activity

إن المشهد المحيط بنا ليس خلفية سلبية للطقس، إذ تتسع المدن وتتسع الغابات وتحل الحقول الزراعية محل الغطاء النباتي الطبيعي، وهذه التعديلات تغير المناخ المحلي بصورة فعالة، ومن أهم آثار تغير استخدام الأراضي تأثيره على أنماط العواصف الرعدية، وتظهر البحوث بصورة متزايدة أن التوسع الحضري وإزالة الغابات والممارسات الزراعية يمكن أن تعدل تواتر العواصف المتناثرة وكثافتها وتوقيتها، ومن الضروري تحسين فهم هذه التوقعات.

وتتكون العواصف الرعدية عندما يرتفع الهواء الدافئ بسرعة وبرود، ويتحول إلى غيوم مكبلونيفوس، وهذه العملية، المعروفة باسم " الوصايا " ، تقودها الاختلافات في درجة الحرارة السطحية، وتوافر الرطوبة، وعدم الاستقرار في الغلاف الجوي، وتؤثر تغيرات استخدام الأراضي تأثيرا مباشرا على هذه العوامل بتغيير كمية الطاقة الشمسية التي يتم استيعابها، ومدى انتشار بخار الماء في الهواء، ومدى تحول الرياح.

The Science of Land-Atmosphere Interactions

ولفهم كيفية تأثير استخدام الأراضي على العواصف الرعدية، يساعد على النظر إلى الفيزياء الأساسية للتبادل بين الغلاف الجوي الأرضي، ولكل سطح ألبيدو فريد (الإنتقائية)، والقدرة الحرارية، والخصوبة، مثلا، الطيف الحرفي المنخفض، والقدرة العالية على تخزين الحرارة، والزجاج الخام الذي يعطل الرياح، والزاوية التي تُعد ببطء، على النقيض، تُمتصّب في الهواء.

وهذه الاختلافات تخلق تفاوتات في درجة حرارة السطح والرطوبة التي تدفع التداولات المحلية، وعندما تكون رقعة من الأرض أدفأ من محيطها، يرتفع الهواء فوقه، ويخلق انخفاضا حراريا يجذب الهواء المبرد من المناطق المجاورة، وإذا كان هذا الهواء التصاعدي يحتوي على كمية كافية من الرطوبة، فإن السحب تشكل الآلية الأساسية وراء الارتباك الذي تحركه الأرض، ولهذا السبب يمكن للمدن والميادين الزراعية والأراضي المبرة أن تؤثر جميعها على تنمية العواصفة.

موازين الطاقة السطحية والتجارب الإيجابية

ويصف ميزان الطاقة السطحية تقسيم الإشعاع الشمسي القادم إلى حرارة معقولة (التي تدفئ الهواء)، والحرارة الخافتة (التي تهتز المياه)، وتخزين حرارة الأرض، وعادة ما تكون للمناظر الطبيعية معدلات أعلى من التبخر، ويعني ذلك أن الطاقة تتحول إلى حرارة متأخّرة، مما يجعل البرودة السطحية وتُطلق بخار الماء في الغلاف الجوي، وعندما تتحول الأرض إلى استخدامات في المناطق الحضرية أو البارنة.

وقد أظهرت الدراسات التي تستخدم البيانات الساتلية والنماذج الجوية أن المناطق الحضرية يمكن أن تزيد من تواتر العواصف الرعدية بعد الظهر بنسبة ١٥-٣٠ في المائة داخل المدينة وهبوطها، وهذه الآلية هي مزيج من تأثير الجزيرة الحرارية، وزيادة التقريب السطحي الذي يعزز التقارب، ووجود ملوثات هوائية يمكن أن تكون نواة للتثبيت السحابي.

التحضر كحكاة عاصفة الرعد

فالمدن ليست مجرد جزر حرارة - بل هي أيضا جزر تقريبية - وتخلق المباني المطلية والهياكل الأساسية الكثيفة احتكاكا يبطئ الرياح القريبة من السطح ويتسبب في تلاقح الهواء، وهذا التقارب، إلى جانب درجات الحرارة الأكثر دفئا، يجعل المناطق الحضرية مناطق ساخنة للمبادرة إلى التكديس، ونتيجة لذلك، فإن العواصف الرعدية أكثر احتمالاً في تشكيلها على المراكز الحضرية وتكث في جميع أنحاء المدينة.

How the Urban Heat Island Enhances Convection

إن أثر جزيرة الحرارة الحضرية موثق جيدا، ففي ليلة واضحة هادئة، يمكن أن تكون درجة الحرارة في مركز المدينة أكثر حرارة من المناطق الريفية المحيطة بحوالي ٥-١٠ درجة مئوية، وهذا الفرق في درجة الحرارة أكثر وضوحا خلال ساعات المساء ومساحتها، ولكنه مستمر في النهار، ولا سيما في المناطق المكتظة، وعندما يوفر نظام طقس واسع النطاق قدرا كافيا من الرطوبة وعدم الاستقرار في الغلاف الجوي، فإن مؤشر الطوارئ في العالم الخارجي يؤدي إلى حدوث تطور.

فعلى سبيل المثال، تبين من دراسة أجريت في منطقة سانت لويس الكبرى أن العواصف الصيفية كانت أكثر تواتراً من مثيلتها في المدينة بنسبة تتراوح بين 15 و20 في المائة على الأراضي الزراعية المتاخمة، ويعزى هذا التعزيز إلى مزيج من التدفئة الحرارية، وزيادة التقارب بين سحب المباني، وإطلاق الرطوبة من الري الحضري، وأفيد عن نتائج مماثلة بالنسبة لمدن مثل أطلنطا وهوستننغ وبيجين، حيث توجد مناطق حضرية ذروة متميزة.

عمليات الهباء والتمهيد في المناطق الحضرية

كما أن المناطق الحضرية، بالإضافة إلى الآثار الحرارية والميكانيكية، تُنتج كميات كبيرة من الجسيمات المحتوية على الهباء الجوي من المركبات والصناعة والبناء، وهذه الجسيمات تعمل كنواة للتثبيت السحابي، وبأعداد كافية يمكن أن تغير الفيزياء الدقيقة السحابية، وفي البيئات الحضرية الملوثة، تميل السحب إلى أن تكون فيها قطرات أكثر من قطرات صغيرة، مما يؤدي إلى تأخير زيادة الأمطار، مما يسمح بزوعها.

غير أن الأثر ليس مستقيما دائما، ففي بعض الحالات، يمكن أن تؤدي التركيزات العالية للهيروسول إلى قمع التهطال عن طريق خلق عدد كبير من السهول الصغيرة جدا بحيث لا يمكن تضاؤلها بكفاءة، ويتوقف الأثر الصافي على المناخ الخلفي وتوزيع الهباء الجوي وكمية الرطوبة المتاحة، ومع ذلك، فإن مجموعة متزايدة من الأدلة تشير إلى أن المناطق الحضرية تعدل بصورة منهجية سلوك الرعد، مما يجعل العواصف أكثر كثافة وأكثر احتمالا.

إزالة الغابات وقطعة الطين المتحركة

وإذا كان التوسع الحضري يميل إلى تعزيز العواصف الرعدية، فإن إزالة الغابات كثيرا ما يكون لها أثر أكثر دقة، فالغابات تؤدي دورا حاسما في دورة المياه من خلال إعادة تدوير الرطوبة من التربة إلى الغلاف الجوي من خلال التحول، وهذا الرطوبة تغذي التكوين الغيومي وتحافظ على التهطال، وعندما تُزال الغابات، يُقطع مسار إعادة التدوير هذا، مما يقلل من توافر بخار الماء للعواصف المتناغمة.

انخفاض الإجلاء والتدفئة في الغلاف الجوي

وفي حوض الأمازون، ارتبطت إزالة الغابات بانخفاضات في التهطال في الفضاء الجاف وطول موسم الجفاف، وتبين البحوث التي تستخدم ملاحظات السواتل ونماذج المناخ أن الاستعاضة عن الغابات المدارية بالمراعي أو الأراضي الزراعية تقلل من التبخر بنسبة ٣٠-٥٠ في المائة، ويؤدي هذا الانخفاض في تدفق الرطوبة إلى انخفاض الغطاء السحابي، وانخفاض هطول الأمطار، وانخفاض نشاط الرعد في المنطقة.

ولوحظت أنماط مماثلة في جنوب شرق آسيا ووسط أفريقيا، حيث أدى تطهير الغابات على نطاق واسع إلى تقليص تواتر العواصف الرعدية بعد الظهر خلال الموسم الرطب، ولا يؤدي فقدان التغذية المرتدة إلى الحد من سقوط الأمطار كليا فحسب، بل أيضا إلى تغيير توقيت العواصف، وتأخير ظهورها وجعلها أقل موثوقية.

التسخين السطحي وأجهزة التخريب المحلية

وفي حين أن إزالة الغابات تقلل عموما من الرطوبة، فإنها تزيد أيضا من الطلاء السطحي وتخفض قدرة التخزين الحراري في بعض الحالات، مما قد يخلق ظروفا متناقضة للثأر المحلي، وفي المناطق التي تتحول إلى محاصيل نباتية منخفضة، ترتفع الحرارة السطحية بسرعة أكبر خلال اليوم، ويمكن أن يؤدي هذا التدفئة المعقولة إلى تركيبات حرارية قوية، حتى في غياب محركات غزيرة.

ففي جنوب الأمازون، على سبيل المثال، وجدت بعض الدراسات أن البقع المزروعة يمكن أن تشعل العواصف الرعدية في أيام لا تزول فيها الغابات المحيطة، والآلية هي أن حرارة الأراضي المطهرة أسرع، وتنتج طبقة حرارية قوية تؤدي إلى تداول محلي، غير أن هذه العواصف غالبا ما تنتج أقل من الأمطار من العواصف التي تولدها الغابات، لأن الكتلة الجوية لها إجهاد أقل من حيث الإجهاد الناجم عن المياه.

الزراعة في استخدام الأراضي وتغيير العواصف

وتقع المناظر الزراعية في مكان ما بين الأراضي الحضرية والأرض الحرجية من حيث تأثيرها على العواصف الرعدية، وتعاني الأراضي الكروبولوجية عموماً من تقلب في التهرب من الغابات، ولكن معدلات أعلى من السطح المعبد، كما أن لها دورات موسمية متميزة - تربة في الربيع، وغطاء في الصيف، ورطوبة في الخريف مما يحفز تأثيرها على التكتل.

فالزراعة المروية حالة خاصة، ففي المناطق القاحلة وشبه القاحلة، يمكن أن تؤدي إضافة المياه عن طريق الري إلى زيادة كبيرة في الرطوبة المحلية ودرجات الحرارة السطحية الأدنى، مما يؤدي إلى حدوث أثر " جزيرة كول " خلال اليوم، مما يقلل من احتمال حدوث حرائق، غير أن الرطوبة الزائدة في الغلاف الجوي يمكن أن تغذي العواصف التي تشكل في أماكن أخرى، مما يزيد من هطول الأمطار في المنطقة المروية.

وعلى العكس من ذلك، فإن تحويل الأراضي العشبية الطبيعية إلى زراعة الأراضي الجافة (دون الري) يمكن أن يزيد الطلاء السطحي ويقلل من التهرب مما يؤدي إلى نشاط أقل تساهلاً، وفي منطقة الساحل في أفريقيا، يرتبط التخلي عن السافانا الخشبية لأغراض الزراعة التي تغذيها الأمطار بانخفاض في تردد العواصف الرعدية على مدى العقود العديدة الماضية.

التغيرات في توقيت العاصفة والتواتر

ولا تؤثر التغيرات في استخدام الأراضي فقط على ما إذا كانت استمارات العواصف تتغير أيضا عندما تُشكّل، فالمناطق الحضرية تتحول ذروة النشاط الملتوي من منتصف الظهر إلى وقت لاحق من اليوم، لأن البيئة المبنية تخزن الحرارة التي تُطلق ببطء، وعلى النقيض من ذلك، فإن المناطق الملغزة كثيرا ما ترى ذروة من الاختراق، لأن حرارة السطحية المعرضة وتبرد بسرعة أكبر.

وهذه التحولات في التوقيت لها عواقب عملية، ففي المدن، يمكن أن يزيد توقيت العواصف اللاحقة من خطر الفيضانات الوشيكة لأن العواصف تحدث بعد أن تسخن الأرض طوال اليوم، مما يزيد من احتمالات الأمطار الغزيرة إلى أقصى حد، كما يمكن أن يعطل مسارات المساء والأنشطة الخارجية، وفي المناطق الزراعية، يمكن أن تؤثر التحولات في توقيت العواصف على نمو المحاصيل، لا سيما عندما تحدث العواصف خلال مراحل الإنجاب الحساسة.

Frequency changes are also important. Urbanization generally increases the number of thunderstorm days in and downwind of the city, while deforestation reduces them in the core deforestation zone but may increase them at the edges due to boundary effects. Large-scale land use change, such as the conversion of forest to oil palm plantations in Indonesia, can alter storm tracks and precipitation patterns over hundreds of kilometers.

Implications for Weather Prediction and Climate Adaptation

إن فهمنا للكيفية التي يؤثر بها استخدام الأراضي على العواصف الرعدية يمضي قدما سريعا، ولكن ما زالت هناك تحديات كبيرة، وما زالت نماذج الطقس تكافح لتمثيل التجانس السطحي للأرض على النطاق اللازم لاستخلاص التغيرات التي تحدث في تدفق الرطوبة بسبب المدن أو بسبب إزالة الغابات، ونتيجة لذلك، فإن التوقعات المتعلقة بتوقيت العواصف الرعدية وكثافة أقل دقة في مجالات التغير في استخدام الأراضي بصورة معقدة.

تحسين هذه النماذج يتطلب بيانات سطح الأرض ذات استبانة عالية، وتمثيل أفضل للعمليات دون النطاقات، ومزيد من رصدات رطب التربة، والنباتات، وتدفقات الطاقة السطحية، بعثات ساتلية مثل الوصلات الاقتصادية لوكالة ناسا وسلسلة أجهزة الاستشعار التابعة للإيسا تقدم بيانات قيمة، ولكن هناك حاجة إلى المزيد.

وفيما يتعلق بالتكيف مع المناخ، فإن الرسالة واضحة: تخطيط استخدام الأراضي هو التخطيط المناخي، ويمكن للمدن أن تخفف من تعزيز العواصف الرعدية الحضرية عن طريق إدراج مساحات أخضر، وأسطح مُحدرة، وملامح مائية تقلل من تأثير الجزيرة الحرارية، ويمكن لحفظ الغابات واستصلاحها أن يحافظ على ردود الفعل الرطبة الإقليمية التي تعد حاسمة بالنسبة لصيانة العواصف الرعدية، وفي المناطق الزراعية، يمكن أن تساعد في تثبيت أنماط التهيد.

كما أن للصلة بين استخدام الأراضي والعواصف الرعدية آثار على إدارة مخاطر الفيضانات، وتخطيط إمدادات المياه، وحتى الطاقة المتجددة، فالمزارع الفائزة والشمسية حساسة لأنماط الطقس المحلية، ويمكن أن تؤثر التغييرات في تردد الرعد على تشغيلها وإنتاجها، ومن الضروري فهم هذه التعليقات مع توسيع نطاق البنية الأساسية للطاقة المتجددة.

طريق إلى الأمام

وتعيد تغييرات استخدام الأراضي تشكيل أنماط العواصف الرعدية في جميع أنحاء العالم، مع ما يترتب على ذلك من آثار تتراوح بين الشبهة والدرامات، وتضاعف التحضر، مما يجعل العواصف أكثر تواتراً وشدة في كثير من الأحيان، ومن ناحية أخرى، يقلل التشجير من توافر الرطوبة ويمكن أن يغير التوازن بين تواتر العواصف وكثافة العواصف، وتقع الزراعة في مكان ما بين وجود الري أو عدم وجوده عامل رئيسي.

فالعلم واضح: لا يمكننا فهم العواصف الرعدية أو التنبؤ بها دون محاسبة سطح الأرض، وبما أن التعديلات البشرية على الأرض ستستمر، فإن التغذية المرتدة بين استخدام الأراضي والطقس لن تزداد قوة إلا، إذ إن إدماج هذه المعارف في نماذج الطقس والتخطيط الحضري وإدارة الأراضي سيكون أمرا بالغ الأهمية لبناء القدرة على التكيف في مناخ متغير.

لمزيد من القراءة، انظر لمحة عامة الإدارة الوطنية لدراسة المحيطات والغلاف الجوي عن آثار الطقس الحضري، توجيهات المنظمة العالمية للأرصاد الجوية بشأن التفاعلات بين الغلاف الجوي للأرض، والبحوث المنشورة في مجلة الأرصاد الجوية التطبيقية وعلم الأحياء بشأن تغير استخدام الأراضي والارتقاء بها.