فهم دور الغلاف الجوي للأرض في نظم المناخ

الغلاف الجوي

من حوالي 50 إلى 85 كيلومتراً، يرى الغلاف المائي أن درجات الحرارة تنخفض إلى ما هو منخفض حتى 90 درجة مئوية، حيث تحترق معظم النيازك، وتخلق النجوم، ودينامياتها أقل صلة مباشرة بالمناخ السطحي، ولكن موجات الجاذبية من انفصال الغلاف الجوي الأدنى هنا، مودعة الزخم الذي يؤثر على التداول الواسع النطاق.

الغلاف الجوي والغلاف الجوي

ويستوعب الغلاف الحراري )٨٥-٦٠٠ كيلومترا( الإشعاع فوق البنفسجي والأشعة السينية المتطرفة، مما يتسبب في ارتفاع درجات الحرارة إلى ٠٠٠ ٢ درجة مئوية، رغم أن الهواء ضعيف جدا بحيث لا يزال مقياس الحرارة يشعر بالبرد، ويختفي الغلاف الجوي )على بعد ٦٠٠ كيلومتر( تدريجيا في الفضاء، وهذه الطبقات مهمة في المقام الأول بالنسبة لجر السواتل والنشاط اليوري؛ ولها أدنى تأثير مباشر على المناخ السطحي ولكنها جزء من الطاقة الفضائية.

For a visual and detailed explanation of atmospheric layers, the UCAR Center for Science Education] offers an excellent resource.

The Greenhouse Effect in Detail: Mechanisms and Feedbacks

وكثيرا ما يكون مصطلح " الأثر الظاهري " أكثر تبسيطا، ويتطلب فهما قويا دراسة المحركات الموجية المحددة التي تستوعب فيها الغازات الإشعاع، ودور التغذية السحابية، ومفهوم الإكراه الإشعاعي.

كيف جريت هاوس جرينهاوس تراب هيت

إن الجزيئات الغازية الخضراء لديها أنماط حيوية تسمح لها باستيعاب الصور في أجسام موجية محددة داخل هذا الطيف، فالثانية الثانية مثلاً لديها نطاقات امتصاص قوية حول 15 ميكروميتر، بينما تستوعب البخار المائي عبر نطاق واسع.

التنقيب الإشعاعي

والضغط الإشعاعي هو التغير في تدفق الطاقة في التروبوباس الذي يسببه عامل خارجي، مقيساً بالواتس لكل متر مربع (W/m2).

Key Climate Feedbacks

وتضاعف أو تخفف من درجة الحرارة الأولية، والأهم من ذلك:

• Water Vapor Feedback:] A warmer atmosphere can hold more moisture (Clausius-Clapeyron relation), increasing the greenhouse effect. This is a strong positive feedback.
• Ice-Albedo Feedback:] Warming melts ice and ice, reducing Earth’s reflectionivity and causing more solar absorption. Another positive feedback.
• Cloud Feedback:] Complex and uncertain. Low clouds tend to cool (by reflecting sunlight), while high efficient clouds tend to warm (by trapping heat). How cloud cover and type change with warming is a major source of uncertainty in climate sensitivity estimates.
• Carbon Cycle Feedbacks:] Warming can release carbon from soils and permafrost, or reduce the ocean’s ability to absorb CO2, creating additional positive feedbacks.

وفهم هذه الحلقات المرتدة أمر حاسم للتنبؤ بالاحترار في المستقبل، إذ تدمج نماذج المناخ هذه النماذج، ولكن قوة كل تعقيب تختلف، وبالنسبة للبحوث الحالية بشأن التغذية المرتدة، فإن بوابة NOAA Climate.gov توفر ملخصات ميسرة.

Weather vs. Climate: A Critical Distinction

وفي حين أن المادة الأصلية تمس هذا الأمر، فإن العلاج الموسع له قيمة، ويشير الطقس إلى الحالة القصيرة الأجل للغلاف الجوي - درجة الحرارة، والرطوبة، والطول، والرياح، والوضوح في مكان معين وزمان معينين، ومن ناحية أخرى، فإن المناخ هو المتوسط الطويل الأجل للأحوال الجوية على مدى عقود أو قرون، بما في ذلك المتطرفات الإحصائية.

أمثلة على التمييز

• إن التهجئة الباردة الوحيدة في عالم الاحترار هي الطقس؛ والارتفاع العام في متوسط درجة الحرارة العالمية هو المناخ.
• ويمثل الإعصار الشديد الذي يُحدث هبوطاً حدثاً جوياً؛ فالزيادة في نسبة الأعاصير التي تصل إلى مستوى الفئة 4 أو 5 من الكثافة هي اتجاه مناخي.

وكثيراً ما يؤدي الخلط بين هذه الجداول إلى سوء فهم عام، فتغير المناخ لا يؤدي إلى " لأن " كل طقس فردي يتطرف، ولكنه يغير ظروف الخلفية التي تجعل بعض المتطرفين أكثر احتمالاً، وهذا المفهوم معروف بـ ]] علوم الإسناد ، الذي يستخدم نماذج لحساب احتمال أن يكون حدثاً بالغاً قد تأثر بتغير المناخ بسبب الإنسان.

دور التقلب الطبيعي

إن التقلبات المناخية بين النينيو والجنوب، وشمال المحيط الأطلسي، وغيرها من أساليب التقلب الطبيعي تؤدي إلى تقلبات الطقس والمناخ على فترات زمنية تتراوح بين عدة سنوات لإلغاء السلاسل الزمنية، ويمكن لهذه الدورات الطبيعية أن تحجب أو تضخم إشارة الاحترار البشري، فعلى سبيل المثال، يمكن للنينيو القوي أن يدفع درجات الحرارة العالمية إلى تسجيل مستويات عالية، بينما يمكن للنينيما أن تبرد العالم مؤقتاً.

Human Impact on the Atmosphere: Emissions, Aerosols, and Land-Use Changes

وقد بدأت الثورة الصناعية اضطرابات لم يسبق لها مثيل في التركيبة الجوية والممتلكات السطحية، وفي حين تلاحظ المادة الأصلية زيادة الانبعاثات، يجب أن تتضمن نظرة شاملة أنشطة بشرية أخرى.

تركيب الوقود الأحفوري والعمليات الصناعية

وحرق الفحم والزيوت والغاز الطبيعي يُطلق ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز ومجموعة متنوعة من الملوثات الأخرى، وتضيف العمليات الصناعية مثل صناعة الأسمنت ثاني أكسيد الكربون الإضافي، وقد زادت هذه المصادر معاً ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنسبة 50 في المائة تقريباً منذ زمن ما قبل الصناعة، كما أن انبعاثات الميثان من البنى التحتية للنفط والغاز والزراعة ومدافن القمامة قد زادت بأكثر من الضعف.

الزراعة واستخدام الأراضي

كما أن إزالة الغابات، ولا سيما في المناطق المدارية، لا تُطلق الكربون المخزن فحسب بل تُقلل أيضاً من قدرة الكوكب على استيعاب الانبعاثات في المستقبل، والممارسات الزراعية - بما في ذلك زراعة الأرز وإنتاج الماشية وتطبيق الأسمدة - تُعادل الميثان وأكسيد النيتروز، ويتغير التحضر في الطلاء السطحي ودورة المياه، مما يخلق جزراً حرارة حضرية تؤثر على المناخ المحلي.

Aerosols: The Coling Counterpart

إن الأنشطة البشرية تبعث على الجسيمات والغازات السليفة )مثل ثاني أكسيد الكبريت من حرق الفحم( التي تشكل هباءا، وهذه الجسيمات الصغيرة تبعث على شروق الشمس، وتؤثر تأثيرا مبردا يعوض جزئيا دفء الدفيئة، غير أن الأيروسول يؤثر أيضا على تكوين الغيوم ونوعية الهواء وصحة الإنسان، فحيثما تخفض الدول تلوث الهواء لأسباب صحية، فإن تأثير التبريد الناجم عن الأيروسول قد يقل، مما قد يتسارع في تسارع " .

استنفاد الأوزون واستخلاصه في الغلاف الجوي

وقد أدى إطلاق مركبات الكربون الكلورية فلورية وغيرها من المواد المستنفدة للأوزون في القرن العشرين إلى تضاؤل طبقة الأوزون، ولا سيما فوق أنتاركتيكا، وقد نجح بروتوكول مونتريال (1987) في التخلص التدريجي من هذه المواد الكيميائية، وطبقة الأوزون تتعافى الآن ببطء، ويتغير استنفاد الأوزون في درجات الحرارة في الغلاف الجوي ويمكن أن يؤثر على أنماط التداول في الغلاف الجوي، مما يؤثر على المناخ.

الاستنتاج: علم الغلاف الجوي كمؤسسة للعمل

إن مناخ الأرض نظام معقد ومتفاعل يحكم سلوكه الطقس اليومي والمناخ الطويل الأجل، إذ إن الفهم العميق لتكوينه وطبقاته وتوازنه في الطاقة وآليات التغذية المرتدة ليس مجرد عملية أكاديمية، بل هو الأساس العلمي الذي يقوم عليه وضع السياسات وتوجيه استراتيجيات التكيف ودفع جهود التخفيف، ونظراً لأن تركيزات غازات الدفيئة لا تزال تتزايد، فإن الغلاف الجوي يستجيب بطرق تزداد فهماً جيداً، ولكن لا يزال يكتنفها عدم اليقين، ولا سيما على نطاقات البحث الإقليمية.