الطقس والمناخ

تعريف الطقس والمناخ

للمناخ والطقس تأثير كبير على حياة الإنسان وصحته وغذائه. يعرف (الطقس Weather) بالظروف المتقلبة للغلاف الجوي المحيط بالأرض، والمتمثلة بدرجة الحرارة والرياح والهطول والغيوم وغيرها. وينجم (الطقس) من التطور والتخافت السريعين لأنظمة الطقس مثل الضغط المرتفع والمنخفض عند ارتفاع متوسط عن سطح الأرض، مع ما يتعلق بهما من جبهات هوائية وأمطار وأعاصير. وهناك قابلية محدودة للتنبؤ بالطقس. ويمكن التنبؤ بأنظمة الحمل المتوسطة خلال ساعات فقط، أما السيكلونات المتزامنة فيمكن التنبؤ بها لأيام أو أسابيع. وبعد أسبوع أو أسبوعين يصبح التنبؤ بالطقس غير ممكن.(2)

أما (المناخ climate) فهو يمثل الحالة المتوسطة للطقس واختلافه على مدى فترة زمنية محددة، ومنطقة جغرافية معينة. ويقسم التصنيف الكلاسيكي للمناخ الأرض إلى مناطق مناخية متباينة. ويختلف المناخ من منطقة لأخرى بحسب خط العرض والبعد عن البحر والغطاء النباتي ووجود الجبال أو عناصر جغرافية أخرى. كما أنه يختلف من فصل لآخر ومن سنة لأخرى ومن عقد لآخر، أو على مدى زمني أطول مثل العصر الجليدي. ويعبر إحصائياً عن التغيرات الهامة التي تطول لعقود أو أكثر بـ (التغير المناخي climate change).

ويمكن التنبؤ جزئياً بتغيرات المناخ الناجمة عن قوى خارجية، وخاصة على المستوى الإقليمي أو العالمي. وبما أن إصدار الإنسان لغازات الدفيئة ناجم عن قوة خارجية، لذا يمكن التنبؤ بالتغير المناخي الناجم عنها. ولكن القدرة على ذلك تظل محدودة بسبب عدم القدرة على التنبؤ بالتغير السكاني والنمو الاقتصادي والتطور التقني.

  تقاس متحولات المناخ بدرجة الحرارة، وشدة الرياح القريبة من الأرض، وكميات الهطول وأنواعه، ونوع الغيوم، ومقدار الإشعاع الشمسي. ويتأثر المناخ بدوران الغلاف الجوي وتفاعله مع تيارات المحيطات ومع سطح الأرض وخصائصه كالنباتات ورطوبة التربة. ويعتمد المناخ ككل على تركيب الغلاف الجوي، والإشعاع الشمسي، والانفجارات البركانية. ولذا يجب معرفة عناصر النظام المناخي بما في ذلك ديناميكية الغلاف الجوي، وتركيبه والمحيطات وتضاريس الأرض والقبعات الجليدية.

 

 

 

النماذج المناخية Climate Models

تستخدم النماذج المناخية لدراسة النظم المناخية، والتغيرات الطبيعية، وتلك التي يتسبب الإنسان بها. وتعتبر نماذج الدوران العام للغلاف الجوي، والدوران العالمي للمحيطات، الأكثر تعقيدا" بين النماذج المناخية. وتعرف النماذج المناخية على أنها (قوانين فيزيائية تصف ديناميكية الجو والمحيطات، بعلاقات رياضية). وبما أن هذه العلاقات غير خطية،  لذا يجب حلها رقمياً بالتقانات المعروفة. وتحل النماذج الجوية الحالية على ثلاثة أبعاد: أفقياً حتى 250 كم، وشاقولياً حتى ارتفاع 10-30م. كما تحل نماذج المحيطات، أفقياً على مدى  125-250كم، وشاقولياً على ارتفاع 200-400م. ويدرس تأثير الزمن عليها، بأخذ وحدة زمنية مقدارها 30 دقيقة. وهناك نماذج مناخية (للغلاف الجوي - سطح الأرض)، تدخل فيها المعلقات ودورة الكربون وتأثير غازات الدفيئة، وبالتالي فهي أكثر تعقيداً. ولكن التطور في تقانة الحاسوب والبرمجيات، ساعد كثيراً على حل هذه النماذج، واستخدامها. ومن المهم الربط بين الغلاف الجوي والمحيطات، إذ تلعب المحيطات بسعتها الحرارية الكبيرة، دوراً حيوياً في المناخ، وتؤثر على دورة الكربون، وعلى الدورة الهيدرولوجية.

يمكن باستخدام النماذج المناخية، معرفة التغير في المناخ نتيجة للأنشطة الحالية، والتنبؤ به مستقبلاً. ويمكن مقارنة النتائج التي تعطيها هذه النماذج، مع التغيرات المقاسة  فعلاً بأجهزة الرصد، مما يحدد دقة هذه النماذج. ويمكن تشغيل النماذج المناخية بشروط أخرى، مثل (العصر الجليدي). وهناك طريقة تدعى بطريقة التوازن Equilibrium حيث يضاعف تركيز ثنائي أكسيد الكربون مثلاً، ويشغل النموذج ليصل إلى التوازن من جديد. وتمثل الفروق بين تغيرات المناخ في الحالتين، التغير الذي ينجم عن مضاعفة تركيز ثنائي أكسيد الكربون. لكن هذه الطريقة، لا تعطينا معلومات عن تغير المناخ بالنسبة للزمن. أما الطريقة الثانية فتدعى بالطريقة الانتقالية Transient، التي أصبحت أكثر استخداماً مع تطور الحواسب والبرمجيات. يجبر النموذج في هذه الطريقة، على أخذ سيناريوهات لتغير تركيز غازات الدفيئة، أو المعلقات أو غيرها، بالنسبة للزمن. والفرق بين الطريقتين هو أن الطريقة الثانية تعطي التغيرات المناخية بالنسبة للزمن. وقد طورت هذه النماذج من قبل المنظمة الحكومية لتغير المناخ IPC، بحسب سيناريوهات زيادة النمو السكاني، وتغير النشاط الاقتصادي، واستخدام الطاقة. ويمكن تشغيل النموذج على سيناريو مفترض، مثل ارتفاع تركيز غازات الدفيئة، ثم ثباته. وتشير كل النماذج المستخدمة إلى ارتفاع في متوسط درجة الحرارة، وإلى حدوث تغيرات في كميات الهطول، تختلف من منطقة لأخرى.

إن الأنظمة المعقدة غير الخطية التي استخدمت في الستينات من القرن الماضي، لها تنبؤ محدود على الرغم من أن العلاقات الرياضية التي تصف التطور الزمني للمناخ، هي علاقات حتمية. وتعتمد هذه الأنظمة على عوامل عديدة. ومن الممكن التنبؤ بعض الشيء بالتغيرات الداخلية الناجمة عن الديناميكية العشوائية للنظام المناخي. كما يمكن التنبؤ بدورات الحر والبرد الناجمة عن تغير في محور دوران الأرض. وهناك أيضا التنبؤ بالتغيرات الناجمة عن ثورات البراكين. إن التغيرات الناجمة عن تغير تركيز غازات الدفيئة قابلة للإرجاع. وبصورة عامة، فإن التنبؤ بالمناخ العالمي أكثر دقة، من التنبؤ بالمناخ الإقليمي أو المحلي.

لقد تحسنت الثقة في قدرة هذه النماذج على التنبؤ بالمناخ في المستقبل للأسباب التالية:

- تحسن فهم العمليات المناخية وتمثيلها في النماذج المناخية، بما في ذلك دور بخار الماء وديناميكيات الجليد البحري، وانتقال حرارة المحيطات.

- تحاكي بعض النماذج الحديثة المناخ الحالي بشكل مرض، دون حاجة لتعديلات التدفقات الحرارية والمائية في السطح الفاصل بين الجو والمحيطات التي استخدمت في النماذج السابقة.

- أظهرت عمليات المحاكاة التي تتضمن تقديرات للتأثيرات الطبيعية والبشرية على المناخ،  تغيرات كبيرة رصدت في درجة حرارة الهواء السطحي، خلال القرن العشرين. ويمكن استخدام هذا الاتساق بين النماذج والقياسات، لإعطاء صورة عن معدلات الاحتباس الحراري خلال العقود المقبلة في إطار سيناريو معين للإصدارات الغازية.

- تحسنت بعض جوانب محاكاة النماذج لظاهرة التذبذبات الجنوبية ذات الصلة بظاهرة النينو والرياح الموسمية في شمال الأطلسي، فضلاً عن بعض الفترات المناخية السابقة.

سيناريوهات المناخ Climate Scenarios

السيناريو مجموعة من الشروط التي تمثل ظروفاً مستقبلية مختلفة. وتستخدم السيناريوهات في أحيان كثيرة لتقدير النتائج المحتملة في المستقبل، واستعداد الأفراد والمؤسسات لها، أو استجابتهم إليها. على سبيل المثال، يستخدم رجال الأعمال السيناريوهات لتقرير ما إذا كانت بعض الاستراتيجيات مناسبة أم لا.(10)

وفي مجال المناخ تستخدم السيناريوهات بسبب حالة عدم التأكد الكبيرة في تغير المناخ على المستوى الإقليمي. ويعنى بالمناخ الإقليمي، المناخ على مستوى شبه قارة، أو على مستوى منطقة أو بلد. وعلى الرغم من أن درجة الحرارة سترتفع في مناطق عديدة من العالم، إلا أن تغيرات هامة في المناخ كالهطول، غير مؤكدة في كثير من المناطق. وحتى في حالة معرفة اتجاه التغير المناخي تظل هناك درجة من عدم التأكد في شدته ومداه وتوقيته والاتجاه الذي سيسلكه. ولذا تساعدنا السيناريوهات في فهم تغير المناخ الإقليمي واستجابة الأنظمة البيئية له. يجب أن تلتزم السيناريوهات بالمعايير التالية:

 أن تتسق مع ما نعرفه عن التأثير البشري على المناخ.

أن تتسق داخلياً، أي أن تكون التغيرات مفهومة فيزيائياً.

إن أفضل طريقة للتأكد من صحة السيناريوهات هي تأكيدها من قبل خبراء المناخ الإقليميين بحسب التغيرات الملحوظة والمقاسة فعلاً. ومن أجل استخدام السيناريوهات لتقدير درجة التأثر، والتأقلم مع المتغيرات المناخية، يجب الأخذ بعين الاعتبار تلك المتغيرات التي تؤثر فيها زمانياً ومكانياً. وقد يتطلب ذلك بيانات يومية، أو خلال اليوم الواحد ضمن حيز مكاني كمزرعة مثلاً. ومن المهم أن نعرف أن السيناريوهات الإقليمية، ليست للتنبؤ بالمناخ في المستقبل، وإنما لتقدير تأثير الإنسان على المناخ، وكيفية تأثر النظم البيئية الأخرى بذلك. ويمثل الشكل (5) كيفية استخدام النماذج المناخية للحصول على سيناريو تغير مناخي، واستخدامه لمعرفة التأثر به، والتأقلم معه.

تبدأ العملية بتحديد المتطلبات. ويتعلق هذا بطبيعة الأسئلة التي تحدد من قبل الجهات المعنية. ثم تحدد المتغيرات المناخية الضرورية واللازمة. ويجب هنا اعتبار المتغيرات المناخية التي يؤدي تغيرها إلى التأثير على النظام المدروس. لقد قيمت المنظمة الحكومية لتغير المناخ IPCC المعرفة الحالية عن التغير المناخي وتأثيراته، وكيفية تخفيفه أو تخفيف انبعاثات غازات الدفيئة.

الشكل (5) خطوات تطوير سيناريو تغير المناخ(11)

ويلخص الجدول (1) المعلومات المتوفرة حالياً عن التغيرات المناخية الناجمة عن زيادة تركيز غازات الدفيئة.

البيانات الملاحظة للمناخ:

من أولى خطوات إنشاء السيناريو، تمييز المتغيرات المناخية ذات العلاقة بالنسبة للزمان والمكان أو القطاع المعتبر. ولإنشاء سيناريو لهذه المتغيرات، لا بد من توفر بيانات عن هذه المتغيرات، إما برصدها وتسجيلها، أو باستنتاجها من نموذج مناخي. و تتوفر هذه البيانات من المؤسسة المسؤولة عن رصد المناخ في البلد المعتبر. وتتوفر بيانات مناخية عن المناخ العالمي من مركز توزيع البيانات التابع لل IPCC، الذي يحتوي على بيانات مرصودة بما في ذلك:

الجدول (1) التغيرات المناخية الناجمة عن زيادة تركيز غازات الدفيئة.(11)

المتغير المناخي        التغير  درجة التأكد

ارتفاع سطح البحر     تسارع في متوسط ارتفاع سطح البحر يتوقع أن يرتفع بمعدل 0.1-0.9 م بحلول 2100     مؤكد تقريباً

ارتفاع درجة الحرارة   يتوقع أن تزداد بـ 1.4- 5.8 م بحلول 2100. لكن الزيادة تختلف من منطقة لأخرى. المناطق عند خطوط العرض العليا والبعيدة عن البحار أكثر تأثراً     

محتمل

تغير الهطول   الاتجاه غير مؤكد عموماً. ربما يزداد الهطول عند خطوط العرض العليا وخط الاستواء. وقد تشهد  منطقة البحر الأبيض المتوسط انخفاضاً فيه.

- التغيرات في مناطق أخرى غير أكيدة      

تأكد منخفض

شدة ذروة الهطول      ستزداد في المعدل. لكن هذا لا يعني أن جميع حوادث الهطول ستكون أشد مما مضى        محتمل كثيراً

الجفاف         سيزداد الجفاف في معظم المناطق داخل القارات أو وسطها خلال الصيف     محتمل

شدة الفيضانات ستزداد في معظم المناطق      محتمل

رياح استوائية عاصفة  تزداد في بعض المناطق       محتمل

* سيتأثر مستوى البحر في بعض المناطق بهبوط محلي لقاع البحر أو بارتفاعه

1- متوسط التغيرات المناخية للفترة 1961-1990 على شبكة بيانات عالمية 0.5° H 0.5

2- المتوسط على مدى 10 سنوات على شبكة 0.5° H 0.5 من عام 1901 وحتى عام 1990

3- المتوسط لفترة 30 سنة على شبكة 0.5° H 0.5 للفترات 1901-1930 والفترة 1931-1960 و 1961-1990.

4- بيانات مرئية على شبكة 0.5° H 0.5 لمدة 10 سنوات و 30 سنة.

وبالإضافة إلى ذلك تتوفر بيانات في المعهد الدولي للتنبؤ والمناخ IRT، وفي مركز المعلومات المناخية الأمريكي.

أنواع سيناريوهات التغير المناخي(12)

هناك عدة أنواع من سيناريوهات تغير المناخ

1- سيناريوهات التغير الاعتباطي للمناخ Arbitrary Change

هي تغيرات في المتحولات الرئيسة المختارة، لاختبار حساسية نظام ما، لتغيرات محتملة في المناخ. وغالباً ما تكون على شكل تغيرات سنوية منتظمة في المتحولات، مثل درجة الحرارة، وكميات الهطول. ومثال على ذلك تغير 1 أو 2 أو 3 م° في درجة الحرارة مع عدم تغير الهطول أو مع تغير بنسبة 10% و 20% فيه. ويمكن أيضاً افتراض تغيرات مختلفة لفصول مختلفة. وتفيد هذه السيناريوهات في اختبار حساسية النظم للتغير في متحولات منفردة. ويجب اختيار تغيرات مطابقة للتغيرات المناخية. ويتم ذلك بالتشاور مع خبراء المناخ المحليين و فحص تقديرات التغيرات المحلية من النماذج المناخية.

2- سيناريوهات التغير المناخي المماثلة Analogue Change

يمكن استنتاج المناخ المماثل، أو المناخ القديم، من بيانات سابقة مسجلة لهذا المناخ، أو من إعادة بناء هذا المناخ. و يتألف السجل الآلي غالباً من سجل من البيانات اليومية، أو خلال اليوم الواحد، لحالة الطقس على مدى عدة عقود. وتتميز هذه السجلات بأنها مأخوذة من كل محطة رصد مناخي، وبالتالي فهي تعطي صورة أكثر مصداقية من النماذج المناخية. كما أن المعلومات تسجل يومياً أو خلال اليوم. وتعكس هذه البيانات أيضاً حالات الطقس العنيفة وتغيراتها. ومن المحتمل أنها تحتوي على درجات حرارة أبرد من المتوسط، للظروف المناخية في المستقبل. ولكن عدد المحطات قليل في مناطق عدة وخاصة في أفريقيا، كما أن البيانات ناقصة. ويمكن لبناء نماذج مناخية قديمة، العودة مئات بل آلاف السنين إلى الوراء. وتدعى العملية إعادة بناء، لأنها تعتمد على بيانات غير مباشرة، مثل حلقات الأشجار، ولب طبقات الجليد. وتتميز هذه عن السجلات، بأنها تعطي فترات زمنية أطول، تتضمن فترات قد يكون فيها اختلاف الدفء أو البرودة أو الجفاف أكبر. ومن مساوئها أنها تحتوي على أخطاء في تقدير المناخ القديم، وتفتقر على الدقة الزمنية، حيث تكون البيانات على مدى فصل، أو سنة، وعدم شمول تغطيتها.

3- سيناريوهات مبنية على نماذج مناخية  Climate model based

تعرف النماذج المناخية بأنها (تمثيل رياضي للمناخ). وبالرغم من حالة عدم التأكد، إلا أنها تمكننا من معرفة التغير المناخي الناجم عن الإنسان. وهناك نماذج للمناخ الإقليمي، وأخرى للمناخ العالمي. وتتراوح نماذج المناخ العالمية بين البسيطة ذات البعد الواحد، إلى الأكثر تعقيداً مثل نماذج الدوران العامة. ويمثل هذا النموذج الجو والمحيطات، وتفاعلهما مع بعضهما بعضاً، ومع سطح الأرض. وتمثل التغيرات على النطاق الإقليمي بشبكة على عدة مئات الكيلومترات. ويقدم النموذج متوسط التغير فقط لكل صندوق في الشبكة، علماً أن المناخ الحقيقي يختلف بشكل كبير، ضمن الصندوق الواحد.

مثلت نماذج الدوران العام في التسعينات ظروفاً حالية، وثابتة في المستقبل، في حالة تضاعف تركيز ثنائي أكسيد الكربون. ومنذ ذلك الوقت طورت نماذج دوران عام (انتقالية) تسمح بتمثيل تغير المناخ بدلالة الزمن. هذه النماذج مزدوجة بمعنى أنها تمثل الجو والمحيطات وتفاعلاتهما أيضاً، وتدعى بـ (نماذج التدوير العام للجو والمحيطات). ويمكن الحصول على بعض هذه النماذج من مركز توزيع البيانات التابع للمنظمة الحكومية لتغير المناخ IPCC.

سيناريوهات الإصدار للمنظمة الحكومية لتغير المناخ IPCC  (SRES):

تصف سيناريوهاتA1   مستقبلاً من النمو الاقتصادي السريع جداً، وزيادة في النمو السكاني في العالم، يصل إلى ذروته مع منتصف القرن الحادي والعشرين، ثم ينحدر بعد ذلك، وإدخال تقانات جديدة أكثر كفاءة. ويعتمد السيناريو على فرضية التقارب بين المناطق المختلفة من العالم، من حيث بناء القدرات، وزيادة التفاعل الثقافي والاجتماعي، وانخفاض كبير في التفاوت في الدخل. وتنقسم سيناريوهات A1 إلى 3 مجموعات، تصف اتجاهات لبدائل استخدام الطاقة في المستقبل. سيناريوA1FI  لاستخدام كثيف للوقود الأحفوري، و A1T  لمصادر طاقة غير أحفورية، و A1B لتوازن بين مصادر الطاقة، وعدم اعتماد كبير على أي منها. أما سيناريوهات A2 فتصف عالماً شديد التباين، يفترض الاعتماد الذاتي، والحفاظ على الهوية المحلية. وتقترب معدلات التكاثر السكاني من بعضها في كل المناطق ببطء شديد، مما يؤدي إلى تزايد سكاني مستمر. أما التنمية الاقتصادية فهي مختلفة بحسب المناطق، و يكون نمو دخل الفرد والتقدم التقني أبطأ من السيناريوهات الأخرى. أما سيناريوهات B1  فتصف عالماً يقترب من بعضه بعضاً بعدد السكان ذاته، الذي يصل إلى ذروته في منتصف القرن الحادي والعشرين، ثم يتناقص كما في A1 مع تغير سريع في البنى الاقتصادية، نحو مجتمع الخدمات والمعلوماتية، وانخفاض في استهلاك المواد، وإدخال تقانات نظيفة، ذات كفاءة عالية. وهناك تأكيد على حلول عالمية للتنمية المستدامة الاجتماعية والاقتصادية والبيئية، بما في ذلك تحسين العدالة الاجتماعية، ولكن بدون مبادرات بيئية إضافية. وتفترض سيناريوهات B2 عالماً يؤكد على الحلول المحلية للاستدامة البيئية والاقتصادية والاجتماعية. وهو عالم يزداد فيه السكان باستمرار، بمعدل أقل من A2 وبمعدل متوسط من التنمية الاقتصادية وبتغير تقني أقل سرعة، ولكنه أكثر تنوعاً من B1 و A1. وبينما يتوجه السيناريو إلى حماية البيئة والعدالة الاجتماعية، فإنه يركز أيضاً على الحلول المحلية والإقليمية. ولا يتضمن أي من هذه السيناريوهات تنفيذ الالتزامات المحددة في بروتوكول كيوتو، للحد من غازات الدفيئة. ويمثل الجدول (2) نموذجاً عن هذه السيناريوهات.

الجدول (2) متوسط ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض ومستوى سطح البحر(10)

بحسب سيناريوهات الإصدار للمنظمة الحكومية لتغير المناخ IPCC  (SRES)

             تغير درجة الحرارة                                 ارتفاع سطح البحر

2090-2099 مقارنة بـ1980-1999 م0     2090-2099 مقارنة بـ1980-1999 متر                   

الحالة    أفضل تقدير        المجال المحتمل   مجال النموذج المحتمل

تراكيز عام 2000 الثابت  0.6      0.39    غير متوفر

سيناريو B1      1.8      1.1-2.9           0.18-0.38

سيناريو A1T  2.4      1.4-3.8           0.20-0.45

سيناريو B2      2.4      1.4-3.8           0.20-0.43

سيناريو A1B  2.8      1.7-4.4           0.21-0.48

سيناريو A2      3.4      2.0-5.4           0.23-0.51

سيناريو A1F1            4.0      2.4-6.4           0.26-0.59