How Ocean Temperature Drives Weather and Climate

إن محيطات العالم تغطي أكثر من ٧٠ في المائة من سطح الأرض وتعمل كمستودع حراري واسع النطاق، وتخزن وتعيد توزيع الطاقة التي تشكل الطقس والمناخ العالميين، بل إن التغيرات الخفية في درجة حرارة المحيطات يمكن أن تتحول عبر الغلاف الجوي، وتؤثر على كل شيء من العواصف الرعدية المحلية إلى أنماط مناخية واسعة النطاق مثل العلاقة بين النينيو والجنوب.

وتنظم درجات حرارة المحيطات كمية الرطوبة التي يمكن أن تصمد فيها الغلاف الجوي، وتحدد أين تشكل نظم العواصف، وتؤثر على كثافتها ومدتها، وبما أن الكوكب يدفأ بسبب زيادة انبعاثات غازات الدفيئة، فإن المحيطات تستوعب أكثر من 90 في المائة من الحرارة الزائدة التي تحاصرها هذه الغازات، وتعمل كعازف، ولكنها تؤدي أيضا إلى تغيرات عميقة في الديناميات الجوية، وتؤثر هذه التغيرات على الأحوال الجوية في كل قارة، وتغير أنماط سقوط الأمطار، وطرق العواصف، ودرجات الحرارة القصوى.

ما الذي يحدد درجة حرارة المحيط؟

ودرجة حرارة المحيطات متغيرة للغاية عبر مختلف المناطق والأعماق، متأثرة بتفاعل معقد بين العوامل، بما في ذلك خط العرض، وتيار المحيطات، والظروف الجوية، والملامح الجغرافية، ويمكن أن تتراوح درجات الحرارة السطحية بين ما يقرب من التجميد في المناطق القطبية ونحو 30 درجة مئوية في البحار الاستوائية، وتقل درجة الحرارة عادة إلى عمق في منطقة تعرف باسم خط الحرارة، التي تعمل كعائق أمام الخلط الرأسي.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على درجة حرارة المحيطات

  • Solar radiation:] The sun is the primary source of heat for the oceans. Tropical regions receive the most direct solar energy, warming surface waters significantly, while polar regions receive less, leading to colder ocean temperatures.
  • Ocean currents:] These large-scale flows transport warm water from the equator towards the poles and bring cold water back toward the equator. For example, the Gulf Stream carries warm water from the Caribbean to the North Atlantic, moderating climates in Western Europe, while the Humboldt Current brings cold, nutrient-rich waters along the west coast.
  • Atmospheric conditions:] Wind speed, air temperature, humidity, and cloud cover influence how much heat is exchanged between the ocean and atmosphere. powerful winds can enhance evaporation and cooling, while cool conditions allow for greater solar heating.
  • Geographical features:] Coastal topography, sea ice presence, and ocean upwelling zones modify local temperatures. Upwelling brings cold, nutrient-rich water from the deep ocean to the surface, often cooling coastal waters, as seen off the coast of California and Peru.

وهذه العوامل تتضافر لتكوين مستويات حرارة متميزة وأنماط إقليمية، فعلى سبيل المثال، تميل شرق المحيط الهادئ القريب من أمريكا الجنوبية إلى أن يكون أكثر برودة من غرب المحيط الهادئ بسبب استمرار تربّي وتأثير تيار همبولت، وهذه التباينات في درجات الحرارة هي عوامل أساسية لظواهر مناخية واسعة النطاق مثل النينيو، مما يعطل أنماط الطقس على الصعيد العالمي.

How Ocean Temperature Influences Weather Systems

المحيط والغلاف الجوي في تبادل مستمر للحرارة والرطوبة، ويتدفق مياه المحيط بشكل أكثر سهولة، ويحقن بخار الماء في الهواء، ويحمل هذا البخار حرارة مطاطية، تُطلق عندما تتحول إلى غيوم وتهطل، وهذا الإطلاق للوقود الحرارية الدوارة في الغلاف الجوي، ويُحرك النظم الجوية ذات النطاقات المختلفة.

Cyclones and Hurricanes

والأعاصير المدارية - بما فيها الأعاصير والأعاصير والأعاصير - التي تستمد طاقتها أساسا من مياه المحيط الحار، ودرجة حرارة سطح البحر التي لا تقل عن ٢٦,٥ درجة مئوية تمتد عبر طبقة عميقة من المحيط، مطلوبة عموما لتكوين وتكثيف هذه العواصف، وتوفر المياه دافئة طاقة حرارية متأخّرة تُضفي على التكتل المكثف وطبيعة الرياح القوية لهذه النظم.

وتشير البحوث إلى أن ارتفاع درجة الحرارة في المحيطات إلى أقصى حد ممكن بالنسبة لكل درجة مئوية، حيث ترتفع كثافة الأعاصير المدارية بنسبة تتراوح بين 3 و 5 في المائة تقريبا، كما تزيد المحيطات المحاربة من محتوى الرطوبة داخل العواصف، مما يؤدي إلى ارتفاع الأمطار وزيادة مخاطر الفيضانات أثناء سقوطها، وعلى سبيل المثال، فإن إعصار هارفي في عام 2017 قد توقف عن تكساس، مما أدى إلى سقوط الأمطار التي تفرزها مياه خليج المكسيك التي تدفأ بشكل غير عادي، مما أدى إلى حدوث أضرار في الفيضانات.

وثمة اتجاه آخر ناشئ هو الهجرة القطبية لأشد الأعاصير المدارية حدة، المرتبطة بالمناطق التي تتحول فيها درجة حرارة المحيطات.() وقد شهدت دراسة 20 منشورة في الطبيعة ] تحولاً جذرياً على مدى العقود الأخيرة، مما يشير إلى أن المناطق التي كانت أقل تأثراً بالعواصف القوية قد تواجه مخاطر متزايدة مع استمرار دفء المحيطات.

أنماط التهطال والجفاف

ارتفاع معدلات التبخر في محيطات الحرب في جميع أنحاء العالم، مما يثري الغلاف الجوي بالرطوبة التي يمكن أن تكثف سقوط الأمطار في بعض المناطق، مع تسبب الجفاف في مناطق أخرى، ويتوقف التوزيع المكاني لهذه التغيرات على التفاعلات المعقدة بين شذوذ درجة حرارة المحيطات وأنماط التداول في الغلاف الجوي.

ومن الأمثلة الرئيسية على ذلك دورة النينيو - جنوبي التذبذب، حيث تدفأ شرق المحيط الهادئ في منطقة شرق المحيط الهادئ بعد المتوسط، حيث تتحول مياه المحيط الهادئ المتدفقة وتبدل أحزمة الأمطار، مما يؤدي عادة إلى زيادة التهطال في جنوب الولايات المتحدة وبيرو، ويتسبب في حالات الجفاف في إندونيسيا وأستراليا وأجزاء من جنوب شرق آسيا.

كما أن دفء المحيطات في الأجل الطويل يزيد من حدة التهطال في العالم، ووفقا لتقرير التقييم السادس للجنة البلدان النامية غير الساحلية، فإن أحداث التهطال الشديد قد أصبحت أكثر تواترا وشدّة في معظم المناطق البرية، ويعزى ذلك إلى حد كبير إلى زيادة الرطوبة الجوية من المحيطات الأكثر دفئا، وفي الوقت نفسه، تشهد بعض المناطق دون المدارية ومنطقة البحر الأبيض المتوسط التي تشهد تغيرات في درجة الحرارة المرتفعة.

الأنهار الجوية والعواصف المتوسطة

وتؤدي درجات حرارة المحيطات دورا حاسما في تشكيل تيار الطائرات - وهو التيار الريحي العالي الارتفاع الذي يرشد نظم الطقس في منتصف خط العرض، وعندما تدفئ المنطقة القطبية الشمالية بسرعة أكبر من المدارات، وهي عملية معروفة بتضخم المنطقة القطبية الشمالية، فإن الفرق في درجات الحرارة بين هذه المناطق يتناقص، وهذا يضعف مسار الطائرات ويسبب له مزيدا من السوء، مما يؤدي إلى أنماط حرارة مستمرة وشديدة مثل موجات الأمطار الطويلة.

إن الممرات الضيقة التي تنقل كميات كبيرة من الرطوبة شديدة الحساسية لدرجة حرارة المحيطات، ودرجات الحرارة السطحية في البحر تزيد من قدرة هذه الأنهار الجوية على التبخير في المياه، مما أدى إلى تهطال أكثر حدة وطولاً عند هبوطها، وعلى سبيل المثال، فإن سقوط الأمطار في كاليفورنيا خلال فترة الانتعاش من الجفاف في شتاء 2016-2017 كان مدفوعاً بسلسلة من الأنهار القوية في الغلاف الجوي.

درجة حرارة المحيطات في المناخ المتغير

وقد زادت الأنشطة البشرية، ولا سيما حرق الوقود الأحفوري، من تركيزات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، مما أدى إلى ارتفاع حرارة المحيطات بسرعة، ومنذ السبعينات، استوعب المحيط نحو 93 في المائة من الطاقة الحرارية الإضافية التي تحاصرها غازات الدفيئة، مما أدى إلى تخفيف الاحترار الجوي، ولكنه يسبب تغيرات كبيرة في الأحوال المحيطية، ويمتد هذا الاحترار من السطح إلى طبقات أعمق بمرور الوقت، مما يعطل تداول المحيطات والكيمياء والنظم الإيكولوجية.

وحدة مياه المحيطات وميزانية الطاقة

وفي حين أن درجة حرارة سطح البحر توفر صورة سريعة من حرارة المحيطات، فإن المحتوى الحراري للمحيطات يوفر تدبيرا أكثر شمولا من خلال المحاسبة على الحرارة المخزنة من السطح إلى آلاف الأمتار، وقد حدث معظم الاحترار حتى الآن في أعلى 700 متر، ولكن المياه العميقة تدفأ أيضا، ويمكن أن تُطلق الحرارة المخزنة تدريجيا إلى الغلاف الجوي، مما يؤثر على تقلبات المناخ على مدى عدة سنوات.

ويؤدي ارتفاع محتوى حرارة المحيطات إلى إذكاء عواصف أقوى، وتأخير استعادة الجليد البحري في المنطقة القطبية الشمالية، ويغير حزام النقل العالمي للمحيطات الذي تحركه الكثافة، المعروف أيضاً باسم تداول حراري - الذي يعيد توزيع الحرارة حول الكوكب، ويمكن أن تحدث تغيرات في هذا التداول آثاراً كبيرة على المناخ الإقليمي، مثل الظروف الأكثر برودة في أجزاء من أوروبا على الرغم من الاتجاهات العالمية في الاحترار.

الأثر على النظم الإيكولوجية البحرية

وتُعد الكائنات البحرية مصممة بدقة إلى مستويات حرارة معينة، وتُجبر درجات الحرارة المرتفعة في المحيطات على نقل العديد من الأنواع الجغرافية إلى الأعمدة بمعدلات متوسطة تبلغ عشرات الكيلومترات في كل عقد، وتعطل هذه الهجرة الشبكات الغذائية القائمة، ومصائد الأسماك، والأنماط التنوع البيولوجي، وتتحدى قدرة النظم الإيكولوجية البحرية والمجتمعات المحلية التي تعتمد عليها.

الشعاب المرجانية من بين أكثر النظم الإيكولوجية ضعفاً في تغيرات الحرارة عندما تتجاوز درجات حرارة المحيطات الحد الأقصى الطبيعي في الصيف بمقياس 1-2 درجة مئوية لعدة أسابيع، تطرد المرجان طحالبها المتلازمة (الزوكستانتيل) في مواجهة إجهاد يعرف باسم التبيض، وبدون هذه الطحالب، تفقد المرجان مصدر الطاقة الأولية و اللون، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى انتشار الوفيات إذا استمرت ظروف الإجهاد في العالم 2016.

كما أن المياه المشتعلة تقلل من مستويات الأكسجين المبتذلة لأن تقلل درجة حرارة الأوكسجين، وتقترن بزيادة التضخيمات التي تحد من الخلط الرأسي، مما يؤدي إلى توسيع المناطق الدنيا للأكسجين و " المناطق الميتة " التي تكافح فيها الحياة البحرية من أجل البقاء، مما يهدد الأرصدة السمكية وصحة النظام الإيكولوجي.

مستوى سطح البحر

ويسهم ارتفاع درجات حرارة المحيطات في ارتفاع مستوى سطح البحر من خلال آليتين رئيسيتين هما: التوسع الحراري وذوبان صحائف الجليد الأرضية والمعالم الجليدية، حيث يدفأ مياه البحر، يوسع ويشغل مزيدا من عملية الحجم، المسؤولة عن نحو ثلث ارتفاع مستوى سطح البحر العالمي الملاحظ، وبالإضافة إلى ذلك، يعجل ارتفاع مياه المحيطات الحارة بزراعة صفائح الجليد في غرينلاند وأنتاركتيكا، ويزيد من ارتفاع مستويات سطح البحر.

وتشهد المجتمعات الساحلية في جميع أنحاء العالم زيادة في الفيضانات والتحات وتطفل المياه المالحة في طبقات المياه العذبة، بل إن ارتفاع مستوى سطح البحر المتواضع يضاعف من الطفرة في العواصف الساحلية، مما يجعل العواصف الساحلية أكثر تدميرا، وفي ظل سيناريوهات عالية الانبعاثات، يمكن أن يرتفع مستوى سطح البحر العالمي بين 0.6 إلى 1.1 متر بحلول عام 2100، مع التوسع الحراري والثلج الذي يسهم إسهاما كبيرا في ذلك وفقا لـ .

برمجيات التغذوية: كيف تغير نظم الطقس

والتفاعل بين درجات حرارة المحيطات ونظم الطقس هو تفاعلي ذو اتجاهين، مع تغير أنماط الغلاف الجوي التي تعود إلى التأثير على ظروف المحيطات، ويمكن أن تؤدي هذه الحلقات إلى زيادة أو تخفيف اتجاهات الاحترار وتعقيد التنبؤات المناخية.

  • Cloud feedback:] Warmer oceans may increase cloud formation in some areas, reflecting sunlight and reducing solar heating. In other regions, reduced cloud cover permits more solar radiation to warm the ocean surface, accelerating warming.
  • خلط محركه وقود: ] أقوى وأكثر تواتراً عواصف تحلق المياه السطحية، وتخلط المياه العميقة المبردة والمغذية إلى أعلى، ويمكن أن يقلل مؤقتاً درجات الحرارة السطحية في البحر، وأن يعزز أيضاً الإنتاجية البحرية عن طريق إمداد المغذيات.
  • Ice-albedo feedback:] Melting Arctic sea ice exposes darker open waters that absorb more sunlight than reflective ice, further warming the ocean and accelerating ice loss in a reinforcing cycle.

ولا تزال هذه التعليقات المعقدة تشكل مجالات نشطة من مجالات البحث العلمي، مع التأكيد على الحاجة إلى الرصد المستمر للمحيطات والغلاف الجوي، إلى جانب وضع نماذج متقدمة لتحسين التنبؤات المناخية والطقسية.

الاستراتيجيات الرامية إلى التخفيف من آثار تغيرات درجة الحرارة في المحيطات

وتتطلب معالجة مسألة دفء المحيطات تخفيف انبعاثات غازات الدفيئة والتكيف مع التغيرات التي يجري بالفعل، وتمتد الجهود من مبادرات السياسات العالمية إلى إجراءات المجتمع المحلي الرامية إلى الحفاظ على قدرة النظم الإيكولوجية على التكيف وحماية الفئات السكانية الضعيفة.

تخفيض الانبعاثات والانتقال إلى الطاقة النظيفة

ويتوقف تباطؤ الاحترار في المحيطات على خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والميثان وغازات الدفيئة الأخرى، كما أن انتقال نظم الطاقة من الوقود الأحفوري إلى مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية والريحية والنووية والطاقة الكهرمائية أمر بالغ الأهمية، كما أن تحسين كفاءة الطاقة وكهربة النقل والاستخدام المستدام للأراضي وإعادة التحريج تؤدي أيضاً أدواراً رئيسية في خفض الانبعاثات العالمية واستقرار النظم المناخية.

تعزيز القدرة على التكيف الساحلي

وتواجه المجتمعات الساحلية مخاطر متزايدة من ارتفاع مستوى سطح البحر، والعواصف القوية، والفيضانات، وتشمل استراتيجيات التكيف بناء الجدران البحرية والحواجز التي ترتفع فيها العواصف، وإعادة العوازل الطبيعية مثل غابات المانغروف والأراضي الرطبة التي تستوعب الطاقة الموجية، وارتفاع الهياكل الأساسية، وتحسين نظم تصريف المياه وإدارة الفيضانات، وفي بعض الحالات، التراجع المنظم عن أكثر المناطق ضعفا، ويعزز تكامل المعارف التقليدية وإشراك المجتمعات المحلية فعالية هذه التدابير.

حماية النظم الإيكولوجية البحرية وتجديدها

فالنظم الإيكولوجية البحرية الصحية أكثر مرونة من حيث درجة الحرارة وتوفر خدمات حيوية مثل عزل الكربون وحماية السواحل ودعم مصائد الأسماك، كما أن الحد من الضغوط المحلية - مثل الصيد المفرط والتلوث وتدمير الموائل - أمر ضروري للتكيف مع المعونة، وإنشاء مناطق محمية بحرية، لا سيما المناطق التي تشمل المناطق التي لا تزال فيها الظروف مستقرة نسبيا، يوفر ملاذات آمنة للأنواع الضعيفة.

التعاون والرصد على الصعيد الدولي

ونظرا لأن تغيرات درجة حرارة المحيطات تؤثر على العالم بأسره، فإن التعاون الدولي أمر حاسم، إذ أن مبادرات مثل النظام العالمي لرصد المحيطات وبرنامج آرغو تنشر شبكات من العوامات والسواتل المستقلة لرصد درجة حرارة المحيطات والملوحة والتيارات باستمرار، وتتقاسم البيانات وتنسيق السياسات المناخية من خلال منابر مثل اتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ تعزز الاستجابات العالمية لدفء المحيطات وآثاره.