مستقبل المناخ : ماذا سيكون المناخ في أواخر التاسع عشر والعشرين قرن؟ ما هو التأثير الذي يمكن أن يكون لسياسات الحد من غازات الاحتباس الحراري؟ لمعرفة ذلك ، نستخدم سيناريوهات الانبعاثات ونماذج المناخ. حتى لو بقيت الشكوك ، فنحن نعلم أن درجة الحرارة على سطح الأرض سترتفع في كل مكان تقريبًا. أشارت النماذج الأولى في أواخر الستينيات بالفعل
في يوليو 2015 ، نشر موقع Carbon Brief البريطاني المتخصص في علوم المناخ وسياسات الطاقة ، مسحًا للأدبيات العلمية حول المناخ. طُلب من 36 باحثًا بارزًا ، وجميعهم منخرطون على مستوى عالٍ في صياغة تقارير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ ، تسمية المواد الثلاث التي اعتبروها الأكثر تأثيرًا في دراسة تغير المناخ. المنشور الأكثر اقتباسًا هو مقال بقلم سيوكورو مانابي وريتشارد ويذرالد نُشر في مجلة علوم الغلاف الجوي . المقال يعود إلى عام 1967!
جدول المحتويات
قصة قديمة
ماذا يقول هذا المقال؟ وكان واحدا من أول من تقديم نموذج على الحاسوب من مناخ الأرض (مع الأخذ بعين الاعتبار تأثير بخار الماء) واستكشاف الآثار المترتبة على زيادة في تركيز في الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكربون، أو التعاون 2 (في هذه الحالة مضاعفة) ، على درجة الحرارة. يتوقع زيادة … 2 درجة مئوية. منذ ذلك الوقت ، تقدمت النماذج الرقمية للمناخ بشكل مطرد في فهم تطوره كدالة لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
إقرأ أيضا:ماهو غاز البروبان؟قبل تفصيل حالة الفن في هذا المجال ، والإشارة إلى أنه بالإضافة إلى Syukuro Manabe و Richard Wetherald ، كان الرواد في هذا المجال على حق ، دعونا نرصد بعض المراحل التاريخية للبحث حول تأثير الاحتباس الحراري. في الواقع ، إن ثاني أكسيد الكربون ، الضروري لنمو النبات ، له أيضًا خاصية الحفاظ على كوكب الأرض عند درجة حرارة سمحت بتطور الحياة كما نعرفها. كان التأثير على درجة الحرارة هذه للغازات التي تمتص الأشعة تحت الحمراء ، مثل ثاني أكسيد الكربون ، موضوعًا للبحث لمدة قرنين من الزمان.
مستقبل المناخ : الفرنسي جوزيف فورييه (1768-1830) أول من حدد المبادئ الأساسية
كان الفرنسي جوزيف فورييه (1768-1830) أول من حدد المبادئ الأساسية التي تحكم درجة حرارة سطح الأرض ، ولا سيما الأنماط المختلفة لانتقال الحرارة بين الأرض وبيئتها ، واقترح أن يتم التحكم في هذه التبادلات بواسطة الغلاف الجوي: هذا هو أساس ما سمي لاحقًا “بتأثير الاحتباس الحراري”. ثم الايرلندي جوزيف تيندال (1820-1893) قياس امتصاص الأشعة تحت الحمراء بواسطة الغازات المختلفة في الغلاف الجوي و، في عام 1863، حدد الدور المهيمن الذي تلعبه بخار الماء و شارك 2 .
في أواخر القرن التاسع عشر، والسويدي سفانتي أرينيوس (1859-1927) سعى لشرح أسباب التقلبات المناخية الماضية، وكان أول من نظر في تغير المناخ نتيجة للنمو انبعاثات المشارك 2 إنسي وهذا هو، المنبعث من الأنشطة البشرية . وقال انه يحسب أن درجة الحرارة على سطح الأرض سترتفع بنسبة 4-5 درجة مئوية لمدة مضاعفة تركيز في الغلاف الجوي المشارك 2 .
إقرأ أيضا:أفضل الأفلام العالميةعلى مدى عقود، وقد أظهرت قياسات أكثر دقة من أي وقت مضى أن درجة حرارة سطح الأرض في تزايد مستمر في جميع المناطق تقريبا ولم يعد هناك أي شك: السبب هو انبعاث متزايدة من الغازات المسببة للاحتباس الحراري منذ بداية العصر الصناعي، وتركيز التعاون 2 يقترب حاليا من مستويات لم تصل إلى مليون سنة. لفهم أفضل ، دعنا نلقي نظرة على ماهية تأثير الاحتباس الحراري.
تستند هذه الظاهرة إلى مبدأ فيزيائي بسيط:
تستند هذه الظاهرة إلى مبدأ فيزيائي بسيط: لكي تكون درجة حرارة الجسم ثابتة ، يجب أن يكون توازن الطاقة صفراً ، أي أن الطاقة المنبعثة يجب أن توازن الطاقة المستلمة. تستقبل الأرض كل طاقتها من الشمس في نطاق طول موجي (0.4 إلى 3 ميكرومتر) يتضمن ، من بين أشياء أخرى ، الطيف المرئي. الغلاف الجوي شفاف بشكل أساسي للإشعاع الشمسي. ينعكس جزء (30٪) ، والباقي تمتصه الأرض فتصدر إشعاعات في نطاق ذي أطوال موجية أطول (من 4 إلى 100 ميكرومتر) ، الأشعة تحت الحمراء.
تخطيطي، ويرجع ذلك إلى خاصية لبعض الغازات في الغلاف الجوي (ظاهرة الاحتباس الحراري أساسا بخار الماء، و شارك 2 والميثان) من امتصاص الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الأرض. يؤدي هذا إلى تسخين الغلاف الجوي ، والذي بدوره يعيد إصدار الإشعاع في جميع الاتجاهات ، وبالتالي أيضًا نحو الأرض ، مما يزيد من ارتفاع درجة حرارته ، ويستمر تبادل الإشعاع حتى الوصول إلى توازن جديد.
إقرأ أيضا:فوائد السرغوممستقبل المناخ : تأثير الدفيئة المتزايد
في حين أن الإشعاع المنبعث من الأرض هو إشعاع جسم عند درجة حرارة -20 درجة مئوية ، فإن متوسط درجة حرارة سطح الأرض يقترب من 15 درجة مئوية: يرجع هذا الاختلاف إلى تأثير الاحتباس الحراري. إذا تغير تكوين الغلاف الجوي أو الانعكاسية ، فإن توازنه الإشعاعي يتغير وبالتالي تتغير درجة حرارة سطح الأرض. على سبيل المثال، وحرق الوقود الأحفوري تنبعث CO 2وهذا يؤدي إلى زيادة تأثير الاحتباس الحراري وبالتالي زيادة درجة الحرارة. من ناحية أخرى ، أثناء الثوران البركاني ، تعكس الكمية الكبيرة من الجزيئات الصغيرة المرسلة في الغلاف الجوي جزءًا من الإشعاع الشمسي إلى الفضاء ، مما يؤدي إلى تأثير التبريد. مدة بقاء هذه الهباء الجوي (الغبار المعلق) هي على الأكثر بضع سنوات بينما مدة بقاء ثاني أكسيد الكربون عدة مئات من السنين.
إذا كانت هذه المبادئ بسيطة ، فإن حساب هذه الاضطرابات المختلفة يكون أكثر تعقيدًا. يتكون نظام الأرض من العديد من العناصر (الغلاف الجوي ، المحيطات ، الكتل القارية ، إلخ) ، تحكم نفسها بظواهر معقدة (الرياح ، دوران المحيطات ، إلخ) وتتفاعل بطرق متنوعة. الاضطراب المطبق على عنصر ما له تأثير أيضًا على عنصر آخر وينعكس في المقابل على العنصر الأولي: إنه “تغذية مرتدة”.
يقال أن ردود الفعل تكون إيجابية عندما يتم تضخيم الاستجابة
يقال أن ردود الفعل تكون إيجابية عندما يتم تضخيم الاستجابة والسلبية بخلاف ذلك. بعض الأمثلة توضح هذه العملية. تتمتع الأسطح الصافية ، وخاصة الجليد والثلج ، بقدرة عاكسة أعلى من الطاقة الشمسية ، تسمى “البياض” مقارنة بالمحيطات أو الغابات. عندما ترتفع درجة الحرارة ، يميل الثلج والجليد إلى الذوبان ، مما يقلل من قدرة السطح على الانعكاس العالي ، مما يؤدي إلى زيادة الطاقة التي يمتصها السطح وبالتالي ارتفاع درجة الحرارة. وبالتالي فإن ردود الفعل من البياض إيجابية ، مثلها مثل بخار الماء. في الواقع ، إذا ارتفعت درجة حرارة الغلاف الجوي ، تزداد الرطوبة (بخار الماء) ، مما يؤدي إلى تكثيف تأثير الاحتباس الحراري.
دعونا نعطي بعض أوامر الحجم. مع الأخذ بعين الاعتبار سوى قوة ماصة من التعاون 2 . ويحسب أن مضاعفة تركيزه من شأنه أن يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة أكبر قليلا من 1 درجة مئوية. مع الأخذ في الاعتبار أيضًا ردود الفعل الإيجابية لبخار الماء ، فإن هذه القيمة قريبة من 2 درجة مئوية. بإضافة تأثير السحب والبياض ، نصل إلى حوالي 3 درجات مئوية.
مستقبل المناخ : في أوائل الخمسينيات
أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، كان العلماء قلقين بشأن زيادة كمية الوقود الأحفوري التي يتم حرقها. في عيونهم، يمكن أن يؤدي إلى تغير في تكوين الغلاف الجوي عن طريق زيادة تركيز الغازات المسببة للاحتباس الحراري، وخاصة تشارك 2 . هذه الظاهرة من شأنها أن تؤدي إلى تغيير في المناخ العالمي في وقت بعيد أو أقل. كانت هذه المخاوف مبررة لأن هذه الغازات ستستمر في الغلاف الجوي بسبب بطء العمليات الطبيعية لأحواض المحيطات .والمحيط الحيوي لامتصاص ثاني أكسيد الكربون . منذ عام 1956، قياسات دقيقة جدا للتركيز في الغلاف الجوي المشارك 2 في ماونا لوا . وهي جزيرة تقع في جنوب المحيط الهادئ ، أظهرت زيادة وصلت إلى 2 جزء في المليون سنويًا والتي ارتفعت من 280 .جزء في المليون في أوقات ما قبل الصناعة إلى 338 جزء في المليون في عام 1980 ، ثم إلى 400 جزء في المليون في عام 2014 لتقييم أسباب .وعواقب الاحتباس الحراري ، من الضروري استخدام النماذج المناخية.
كوكب رقمي
يتمثل أحد أهداف النماذج المناخية في إعادة إنتاج تفاعلات .وتبادلات العناصر المختلفة للكوكب بأقصى قدر ممكن والتي تتمثل في الغلاف الجوي والمحيطات والغلاف الجليدي (الجليد الطافي . والأراضي المغطاة بالثلوج ، والأنهار الجليدية ، وما إلى ذلك) ، المحيط المائي والبر الرئيسي والمحيط الحيوي. وهي محكومة بعمليات فيزيائية وكيميائية تحدث على مستويات مكانية وزمنية مختلفة. بالنسبة للغلاف الجوي والمحيطات ، يتم تمثيل هذه العمليات بواسطة معادلات ميكانيكا الموائع التي تعبر عن حفظ الكتلة والطاقة والزخم. هذه المعادلات غير خطية: يمكن أن يكون حلها عددًا فقط ويتطلب أجهزة كمبيوتر عملاقة قوية جدًا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نظام المناخ فوضوي ، مما يؤدي إلى تقلبات تسمى “التقلبات المناخية الداخلية”. هذا يجعل من الصعب للغاية عزو بعض الحلقات إلى إشارة تغير المناخ أو التقلبية الطبيعية.
مستقبل المناخ : علم الأرصاد
بينما علم الأرصاد هو دراسة “الطقس” في أفق خمسة عشر يومًا على الأكثر. فإن علم المناخ هو دراسة القيم الإحصائية (المتوسطات والاتجاهات) على مدى ثلاثين عامًا من “الطقس” و “الطقس”. النماذج المستخدمة في علم الأرصاد الجوية وعلم المناخ متشابهة ، لأن العمليات المنمذجة هي نفسها ، ولكن استخدامها مختلف تمامًا.
تعتمد دقة النماذج الرقمية على تقسيم ثلاثي الأبعاد للكوكب ، “الشبكة”. يختلف حجم الشبكة ، أفقيًا ، من بضع مئات إلى بضع عشرات من الكيلومترات للأكثر دقة ، وعموديًا ، من بضع مئات إلى بضع عشرات من الأمتار. تعيد النماذج حساب المتغيرات وفقًا لخطوة زمنية تتراوح من 30 دقيقة إلى بضع دقائق ، وعلى فترات طويلة تمتد مئات السنين. يجب تمثيل الظواهر ذات المقياس الأصغر من الشبكة (عاصفة رعدية ، سحابة منخفضة ، هطول الأمطار ، إلخ) بطريقة تقريبية.
بدأت الدراسات الكمية باستخدام النماذج في نهاية الستينيات
بدأت الدراسات الكمية باستخدام النماذج في نهاية الستينيات ولم تأخذ في الاعتبار سوى الظواهر الجوية في التفاعل مع السطح القاري. في السبعينيات ، بدأ تضمين الظواهر المحيطية في هذه النماذج ، مما جعل من الممكن تنفيذ الإسقاطات المناخية الأولى. يمكن الآن إعادة فحص نتائج النمذجة الأولى هذه بعد فترة طويلة بما يكفي لتقييم صحتها حيث لم تكن درجة الحرارة في ذلك الوقت قد زادت بما يكفي لدعم نتائجها. عندما قمنا بتركيب الإسقاطات المنشورة عام 1981 على منحنى متوسط درجة الحرارة العالمية الذي لوحظ منذ ذلك الحين ، فمن اللافت للنظر أن درجات الحرارة المرصودة قد تطورت بطريقة قريبة جدًا من نتائج النماذج الأولى.
منذ ذلك الوقت الرائد ، تم تحسين النماذج بشكل كبير. يتم أخذ المزيد من. الظواهر في الاعتبار ونمذجتها بشكل أكثر دقة بفضل الأعمال العديدة التي تم تنفيذها ، سواء في النمذجة أو في الملاحظة. من الأفضل أخذ تأثيرات السحب ، والهباء الجوي ، ودوامات المحيطات أو التفاعلات مع المحيط الحيوي في الاعتبار. تعد سلسلة .الملاحظات في البيئات المختلفة (بواسطة الأقمار الصناعية والعوامات المحيطية وما إلى ذلك) أطول ، مما يجعل من الممكن تقييم جودة النماذج وعيوبها بشكل أفضل. أصبحت أجهزة الكمبيوتر أكثر قوة ، مما يجعل من الممكن تقليل حجم الشبكات.
تأتي مصداقية النماذج من قدرتها على إعادة إنتاج الخصائص. الرئيسية للمناخ الماضي وتنوعه: لقد أتاح التقدم المنهجي إمكانية تحسين المقارنة بين نتائج النماذج والملاحظات الحديثة (على سبيل المثال للتوزيع الرأسي. للسحب أو tracers في المحيط) أو أقدم بكثير وتميز المناخ القديم.
مستقبل المناخ : قارن لفهم
يتطلب التنبؤ بكيفية تطور المناخ في المستقبل وضع افتراضات .حول تطور الاضطرابات الطبيعية والأنشطة البشرية (بشكل أساسي استخدام الوقود الأحفوري وإزالة الغابات). تعتمد هذه الأنشطة .على الديموغرافيا والتغيرات في الأنظمة التقنية والاجتماعية والاقتصادية ، والتي يستحيل التنبؤ بها ، والأهم من ذلك ، على المدى الطويل. لا تؤخذ الاضطرابات الطبيعية في الاعتبار في النتائج المعروضة هنا ، لأنها عابرة (بركانية) ولا يمكن التنبؤ بها. تتكون الطريقة أولاً وقبل كل شيء في وصف الرؤى المتناقضة للمستقبل المحتمل ، “السيناريوهات” . على أساس الفرضيات المعقولة حول .هذه التحولا.ت وفي استنتاج مسارات انبعاثات غازات الاحتباس الحراري منها والتي هي بيانات “
