فهم علوم موجات الحرارة المسببة للسجلات

إن موجات الحرارة هي فترات طويلة من الطقس الساخن المفرط الذي يمكن أن يكون له آثار هامة على الصحة والزراعة والهياكل الأساسية، وفهم العوامل العلمية وراء هذه الأحداث المتطرفة ينطوي على دراسة الجغرافيا الطبيعية والتأثيرات المناخية، وتركيب موجات الحرارة غير العشوائية، ونشأة من تفاعل معقد بين الديناميات الجوية، وخصائص سطح الأرض، والاتجاهات المناخية الطويلة الأجل، ومع استمرار ارتفاع درجات الحرارة العالمية، فقد كثف المجتمع العلمي تركيزه على التنمية.

الجغرافيا المادية ودورها في موجات الحرارة

وتُشكل الجغرافيا المادية كيف تتطور موجات الحرارة وتستمر في مناطق محددة، وتتأثر عوامل مثل ارتفاع مستوى الأراضي، والقرب من أجساد المياه الكبيرة، والتضاريس بأنماط الحرارة المحلية، وتميل المناطق المنخفضة والبيئات الحضرية إلى أن تشهد درجات حرارة أعلى بسبب تأثير الجزيرة الحرارية، حيث تستوعب الخرسانة والفولط، والمباني الطاقة الشمسية وتعيد إشعتها أكثر فعالية من المناظر الطبيعية.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تحجب أو تعيد توجيه الجماهير الجوية، مما يؤثر على توزيع درجات الحرارة، وقد تتعرض المناطق الساحلية لدرجات حرارة معتدلة بسبب تأثير المحيط، بينما تكون المناطق الداخلية أكثر عرضة للظواهر الحرارية الشديدة، وتخلق التشكيلة المحددة للمناظر الطبيعية - الوديان والسهول والأحواض - ظروفاً محلية تؤدي إلى زيادة كثافة الموجات الحرارية أو التخفيف منها.

Urban Heat Island Effect

إن تأثير جزيرة الحرارة الحضرية عامل جغرافي حرج يكثف موجات الحرارة في المدن، حيث تُستبدل المناطق الحضرية عادة النبات الطبيعي بسطح مظلمة وغير صالحة للشرب مثل الطرق وأسطح السقف التي تستوعب كميات أعلى من الإشعاع الشمسي، ويزيد هذا الاستيعاب درجة الحرارة المحلية مقارنة بالمناطق الريفية المحيطة، وفي موجة حرارية يمكن أن يتجاوز الفرق بين درجات الحرارة الحضرية والريفية 10 درجات مئوية (5.6 درجة مئوية) أو أكثر،

كما تؤدي المورفولوجيا الحضرية دورا: إذ يمكن للمباني الطويلة أن تقلل سرعة الرياح، وتحد من تأثير التبريد في حركة الطيران، بينما تزيد حرارة النفايات من المركبات ووحدات تكييف الهواء والعمليات الصناعية ارتفاعا في درجات الحرارة، وقد درست مدن مثل فينيكس وأريزونا وأثينا، اليونان، دراسة واسعة النطاق بالنسبة لديناميات جزر الحرارة الحضرية التي تزيد من آثار موجات الحرارة الإقليمية.

التضاريس وآثار الارتفاع

فالارتفاع يؤثر تأثيرا كبيرا على درجة الحرارة المحلية أثناء موجات الحرارة، إذ أن ارتفاع الارتفاعات العالية عادة ما تكون أكثر برودة بسبب الهواء الضعيف وانخفاض الضغط الجوي، غير أن الوديان والأحواض يمكن أن تحشر هواء دافئ، مما يؤدي إلى تحولات في درجات الحرارة تتفاقم من الأحداث الحرارية، فعلى سبيل المثال، فإن وادي كاليفورنيا المركزي ووادي بو في إيطاليا كثيرا ما يواجه موجات حرارية مكثفة لأن الجبال المحيطة تمنع التداول الجوي، مما يسمح بتجميع هو الجو الساخن.

وعلى النقيض من ذلك، قد تشهد المناطق الجبلية زيادات في درجات الحرارة أكثر اعتدالا خلال موجات الحرارة، ولكنها تواجه مخاطر فريدة مثل البطيخ المتسارع، مما قد يعطل إمدادات المياه ويزيد من خطر إطلاق النار البري، وفهم هذه التأثيرات الطبوغرافية أمر أساسي للتنبؤ بسلوك موجات الحرارة على النطاقات المحلية.

Proximity to Large Water Bodies

وتعاني أجسام المياه الكبيرة مثل المحيطات والبحيرات من درجات حرارة متوسطة لأن حرارة المياه وبردها أبطأ من البر، وتعاني المناطق الساحلية عادة من درجات حرارة نهارية أكثر برودة ودرجات حرارة ليلية أكثر دفئا مقارنة بالمواقع الداخلية في نفس خط العرض، ويمكن أن يوفر هذا التأثير المعتدل، أثناء موجات الحرارة، الإغاثة للمجتمعات الساحلية، وإن كان قد يكون أقل فعالية إذا تحولت أنماط الرياح.

كما أن درجات الحرارة السطحية في البحر تؤدي دورا حاسما في ديناميات موجات الحرارة، إذ يمكن أن تسخن مياه المحيط المدفأة الهواء السافر، مما يزيد من إمكانية تطور موجات الحرارة على طول السواحل واستمرارها، وقد أظهرت موجة الحرارة البحرية التي أثرت على شمال شرق المحيط الهادئ من عام 2013 إلى عام 2016، المعروفة باسم " بلوب " ، كيف يمكن أن تؤدي درجات الحرارة السطحية البحرية الدافئة المستمرة إلى تضخ أمواج موجات حرارية في المناطق الساحلية في المناطق الساحلية مثل منطقة المحيط الهادئ الشمالية الغربية.

Climate Factors Contributing to Heat Waves

وقد زاد تغير المناخ من تواتر وشدة موجات الحرارة على الصعيد العالمي، حيث إن ارتفاع تركيزات غازات الدفيئة يضخ مزيدا من الحرارة في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات حرارة خط الأساس، مما يهيئ الظروف المؤدية إلى حدوث أحداث حرارية أكثر حدة وطويلة، كما أن الأدلة العلمية التي تربط بين تغير المناخ الذي يسببه الإنسان وتكثيف موجات الحرارة قوية وموثقة جيدا من جانب منظمات مثل الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ.

وتشمل العوامل المناخية الأخرى أنماط التداول الجوي، مثل النظم العالية الضغط، التي يمكن أن تحبس الهواء الدافئ على المناطق لفترات طويلة، وتمنع هذه النظم من دخول موجات الحرارة المبردة وتكثيفها، ويمكن أن تؤدي التغيرات في سلوك تيار الطائرات، التي تتأثر بتضخيم القطب الشمالي، إلى توقف أنماط الطقس، مما يؤدي إلى حدوث أحداث حرارية أطول في المناطق الوسطى.

تركيزات غازات الدفيئة والتحرير الإشعاعي

والعامل الرئيسي للاحترار الطويل الأجل هو زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون والميثان وغازات الدفيئة الأخرى في الغلاف الجوي، ففي عام 2023، بلغت مستويات ثاني أكسيد الكربون أكثر من 420 جزءاً في المليون، وهو مستوى لم يُنظر إليه بعد في ملايين السنين، وهذا الأثر المحسن للاحتباس الحراري يزيد من الإشعاع الذي يمتد على الموجات الطويلة، ويرفع متوسط درجات الحرارة العالمية ويحول خط الأساس الذي تقاس عليه موجات الحرارة.

كما أن الإكراه الإشعاعي من غازات الدفيئة يؤثر أيضا على الاستقرار في الغلاف الجوي، الذي يمكن أن يؤثر على تكوين واستمرار نظم الضغط العالي التي تتسم بها موجات حرارية كثيرة، ومع دفء الغلاف الجوي، تزداد قدرتها على تحمل الرطوبة، وتزيد الرطوبة إلى ظروف موجة الحرارة، وتجعلها أكثر خطورة بالنسبة لصحة الإنسان.

الدوريات الجوية والبلوك

إن النظم العالية الضغط أو المعاكسة للدوافع هي ذات أهمية أساسية في تطوير موجات الحرارة، وهذه النظم تشمل الهواء الهابط الذي يضغط ويدفئ بشكل صبغي، ويوقف تكوين السحابة ويتيح أقصى قدر من الإشعاع الشمسي الوصول إلى السطح، وعندما تصبح هذه النظم ظاهرة ثابتة - وهي ظاهرة معروفة بقطع الغلاف الجوي - يمكن أن تستمر لأسابيع، مما يتسبب في موجات حرارية طويلة.

وكثيراً ما ترتبط أنماط التكتل الجوي بالتغيرات في مجرى الطائرات، وتدفق الطائرات، وسلسلة الهواء السريعة الحركة في الغلاف الجوي العلوي، التي تُعد عادة نظم طقس البخار، وتغير المناخ يُغير سلوك تيار الطائرات، مما يجعلها أكثر عرضة للتوقف والتوقف في الطرق التي تغلق الهواء الساخن على مناطق معينة، وتقترح البحوث أن تضخم القطب الشمالي - سرعة الاحترار في القطب الشمالي مقارنة بالمتوسط العالمي للتدفقات.

تيار المحيط وخط سطح البحر

إن تيارات المحيطات تعيد توزيع الحرارة حول الكوكب وتؤثر على المناخات الإقليمية، ويمكن أن تهيئ الأورام في درجات حرارة سطح البحر ظروفا مواتية للموجات الحرارية، مثلا، يمكن أن تؤثر ظاهرة النينيو - الجنوب في تردد الموجات الحرارية وكثافةها في أجزاء كثيرة من العالم، وخلال أحداث النينيو، تتحول المياه الدافئة في المحيط الهادئ المداري شرقا، وتتغير في حركة الحرارة العالمية في الغلاف الجوي وفي كثير من الأحيان.

وقد أصبحت موجات الحرارة البحرية نفسها أكثر شيوعا وشدّة، مع ما يترتب على ذلك من آثار بالنسبة للمناطق المتاخمة، وعندما تكون درجات الحرارة السطحية في البحر دافئة بشكل غير عادي، يصبح الهواء الدافئ أكثر رطوبة، مما يمكن أن يتغذى في موجات الحرارة الأرضية، وقد سبق موجة الحرارة الأوروبية لعام 2003 التي أسفرت عن عشرات الآلاف من الوفيات الزائدة درجات الحرارة السطحية في البحر الأبيض المتوسط وشمال المحيط الأطلسي.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على شدة موجة الحرارة

  • Atmospheric pressure systems] that create stable, high-pressure conditions, preventing cooler air from mixing in and allowing temperatures to build day after day.
  • Land use changes] such as Urban, deforestation, and agricultural expansion, which increase heat retain and reduce evaporative cooling from vegetation.
  • Sea surface temperatures] that influence regional climate patterns and can amplify terrestrial heat waves when anomalies are present.
  • Global climate change] leading to overall warmer temperatures, which increases the probability that any given heat wave will be more intense and longer lasting.
  • Soil moisture deficits] that reduce evaporative cooling, creating a feedback cycle where dry soils exacerbate heat and heat further dries soils.
  • Aerosol pollution] that can either mask or amplify warming depending on particle type and distribution, add complexity to heat wave predictions.

قياس ووصف موجات الحرارة

وتُعرَّف موجات الحرارة باستخدام مقاييس مختلفة تجمع بين عتبات درجات الحرارة ومدتها ومدتها والجغرافيا، وتُعرِّف المنظمة العالمية للأرصاد الجوية موجة حرارية بأنها فترة لا تقل عن ثلاثة أيام متتالية، مع تجاوز درجات الحرارة القصوى 90 في المائة المحلية من التوزيع التاريخي، غير أن بلدانا ومناطق مختلفة تستخدم تعاريفها الخاصة استنادا إلى المعايير المناخية المحلية.

مؤشرات موجة الحرارة

وتستخدم عدة مؤشرات لقياس مدى شدة الموجات الحرارية وتقييم المخاطر الصحية، ويجمع مؤشر الحرارة، الذي وضعته الإدارة الوطنية لدراسة المحيطات والغلاف الجوي، بين درجة الحرارة والرطوبة لتقدير درجة الحرارة مثل درجة الحرارة، ويُعد مؤشر بلب غلوبي للتوترات، قياسا أكثر شمولا يُحسب درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح والإجهاد المهني، ولا سيما الإشعاع الشمسي.

وتشمل المؤشرات الأخرى، مثل مفاعل الحرارة الزائد المستخدم في أستراليا، درجات الحرارة اليومية والمناخية لتحديد كثافة الموجات الحرارية، ويتيح مؤشر خط العرض في موجات الحرارة مقارنة موجات الحرارة عبر مختلف المناخات بتوحيد الشذوذ في درجة الحرارة، وتساعد هذه الأدوات الباحثين على تتبع الاتجاهات عبر الزمن وعلى إيصال المخاطر إلى الجمهور.

نظم التصنيف

وكثيرا ما تصنف موجات الحرارة بالكثافة والأثر المحتمل، وتستخدم الدائرة الوطنية للطيور التابعة للرابطة نظاما للمخاطر الحرارية يصنف الأحداث من شدة إلى أقصى حد على أساس شذوذ درجات الحرارة والعواقب المتوقعة، وفي أوروبا، يستخدم نظام المراقبة الصحية الحرارية التابع لمكتب الميثان أربعة مستويات إنذار تتراوح بين التأهب الصيفي والطارئ الوطني، وتدعم نظم التصنيف هذه الإنذار المبكر والاستجابة الصحية العامة.

التغير الإقليمي في موجة الحرارة

وتختلف موجات الحرارة اختلافا كبيرا بين مختلف المناطق بسبب الجغرافيا المحلية، والمناطق المناخية، وتغطية الأراضي، فالمنطقة الاستوائية مثلا تشهد درجات حرارة عالية في مدار السنة، ولكن موجات الحرارة يمكن أن تدفع الظروف إلى ما يتجاوز حدود التسامح البشري، وفي الشرق الأوسط وجنوب آسيا، فإن الجمع بين الحرارة الشديدة والرطوبة العالية يخلق ظروفا تتجاوز عتبة البقاء البشري خلال حلقات مثل موجة الحرارة الهندية لعام 2015، التي تسببت في وفاة الآلاف.

وفي المناطق المعتدلة مثل أوروبا وأمريكا الشمالية، كثيرا ما ترتبط موجات الحرارة بأنماط التكتل الجوي ويمكن أن تكون أكثر تنوعا في الكثافة، وقد أظهرت موجة الحرارة الشمالية الغربية في المحيط الهادئ، التي تحطمت السجلات بدرجات عدة، أن المناطق التي تسودها مناخات صغيرة هي مناطق معرضة للظواهر الحرارية الشديدة، بينما يمكن أن تؤدي الحرارة الجافة للصحاري، كما هو الحال في جنوب غرب الولايات المتحدة والصحراء، إلى ارتفاع حرارة، 122 درجة حرارة، إلى درجة حرارة، إلى درجة حرارة، وهي تتجاوز 50 درجة مئوية.

مواصفات الحرارة في القطب الشمالي والعالي

وتتصل موجات الحرارة في القطب الشمالي بشكل خاص لأنها تعجل بالهبوط الجليدي وثبات البرموفر، وتطلق الكربون المخزن والميثان الذي يزيد من تفاقم الاحترار العالمي، وتدفأ المنطقة القطبية الشمالية بسرعة 4 مرات تقريباً من المتوسط العالمي منذ عام 1979، وهي ظاهرة معروفة بتكاثر المنطقة القطبية الشمالية، وترتفع كثافة الحرارة في هذه المنطقة، مثل موجة الحرارة السيبرية لعام 2020 التي تتجاوز 100 درجة شرقاً (38 درجة مئوية).

The Impact of Climate Change on Future Heat Waves

وتُظهر نماذج المناخ باستمرار أن موجات الحرارة ستزداد تواتراً، وأكثر كثافة، وأطول فترة في العقود القادمة، وفي ظل سيناريو مرتفع الانبعاثات، يمكن للمناطق التي تمر حالياً بموجة حرارية واحدة في العقد أن تشهد حدوث هذه الأحداث عدة مرات في السنة بحلول نهاية القرن، وحتى في ظل سيناريوهات التخفيف العدوانية، فإن بعض الاحترار الإضافي أمر لا مفر منه، مما يعني أن خطر موجة الحرارة سيستمر في الارتفاع.

وقد أحرزت علوم الإسناد تقدما كبيرا، مما أتاح للباحثين تحديد كمي لحجم تغير المناخ الذي ساهم في أحداث محددة للموجات الحرارية، وعلى سبيل المثال، أظهرت الدراسات أن موجة الحرارة الأوروبية لعام 2019 قد أُجريت على الأقل 10 مرات أكثر، وأكثر حرارة ب 1.5 درجة مئوية بسبب تغير المناخ بسبب الإنسان، وتوفر دراسات الإسناد هذه أدلة قوية على الصلة بين انبعاثات غازات الدفيئة والحرارة الشديدة.

ووفقاً لتقرير التقييم السادس الصادر عن الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ، فإن تواتر وشدة الأحداث الشديدة الحرارة قد زادا بشكل لا لبس فيه في معظم المناطق البرية منذ الخمسينات، وسيستمر هذا الاتجاه، ويؤكد التقرير أن الحد من الاحترار العالمي إلى 1.5 درجة مئوية من شأنه أن يقلل بدرجة كبيرة من حدة موجات الحرارة في المستقبل مقارنة بمساحة 2 درجة مئوية أو بمسار أعلى للاحترار.

استراتيجيات التخفيف والتكيف

وتتطلب معالجة المخاطر المتزايدة التي تنطوي عليها موجات الحرارة نهجاً ذا شقين: التخفيف من حدة تغير المناخ والتكيف معه لحماية المجتمعات المحلية من الآثار التي يجري بالفعل، ومن جانب التخفيف، فإن الحد من انبعاثات غازات الدفيئة من خلال الطاقة المتجددة، وكفاءة الطاقة، وتغيرات استخدام الأراضي أمر أساسي لبطء اتجاه الاحترار، إذ أن أهداف اتفاق باريس توفر إطاراً، ولكن الالتزامات الوطنية الحالية غير كافية لتحقيق هدف 1.5 درجة مئوية.

وتكتسي استراتيجيات التكيف أهمية حاسمة في إدارة مخاطر موجات الحرارة في الأجل القريب، إذ أن تدابير التخطيط الحضري مثل السقف الأخضر، والرصفات الباردة، وزيادة الغطاء الشجري يمكن أن تقلل من تأثيرات الجزر الحرارية الحضرية وتقل درجات الحرارة في المدن، كما أن نظم الإنذار المبكر التي تجمع بين التنبؤات الجوية والتراسل في مجال الصحة العامة تساعد المجتمعات المحلية على الاستعداد للظواهر الحرارية، كما أن مراكز التبريد، وخطط العمل المتعلقة بالصحة الحرارية، والتواصل الموجه إلى الفئات السكانية الضعيفة، بما فيها، بمن فيهم المسنين، والعاملون الذين يعانون من حالات الوفاة في الخارج.

ويمكن أن تؤدي مدونات البناء التي تتطلب استراتيجيات التبريد السلبية، مثل التصفح التخديري والتهوية الطبيعية، إلى الحد من الاعتماد على تكييف الهواء الكثيف للطاقة، كما أن تعزيز شبكات الطاقة ضروري لمنع حالات انقطاع الكهرباء أثناء فترات الذروة عند وجود هياكل أساسية للإجهاد في موجات الحرارة. NOA]() توفير موارد قيمة لرصد الموجات الحرارية والاستجابة لها.

ويعجل التعاون الدولي في مجال البحث والتأهب في موجات الحرارة، من خلال المنظمة العالمية للأرصاد الجوية ] و] الدراسات التي تخضع لاستعراضات أكثر ]، بتبادل المعارف وتحسين قدرات التنبؤات، وبما أن موجات الحرارة المحطمة للسجلات تصبح أكثر شيوعا، فإن إدماج النظم الجغرافية المادية وعلوم المناخ سيكون أمرا حاسما في وضع استجابات فعالة.