Regional increases in tornadic activity through midcentury due to global warming

لطالما كانت السماء فوق الغرب الأوسط والجنوب الشرقي للولايات المتحدة مسرحاً للطقس القاسي، حيث يصطدم الهواء الدافئ والرطب القادم من خليج المكسيك بالهواء الأبرد والأكثر جفافاً لتغذية العواصف الرعدية القوية. وأحياناً، تتحول هذه العواصف إلى أعاصق قمعية، وهي عبارة عن مخاريط عنيفة من الرياح يمكنها تدمير المجتمعات. ولعقود من الزمن، راقب العلماء السجل التاريخي لهذه الأحداث، ولاحظوا تحولاً محيراً: فبينما انخفض إجمالي عدد الأيام التي شهدت إعصاراً واحداً على الأقل، زاد عدد الأيام التي شهدت العديد من الأعاصق في وقت واحد. يشير هذا إلى أنه عندما تكون الظروف مهيأة، يصبح الغلاف الجوي أكثر عرضة لإنتاج مجموعات من العواصف بدلاً من مجرد عواصف منعزلة. والسؤال الكبير للمستقبل هو ما إذا كان الكوكب الآخذ في الاحترار سيجعل هذه المجموعات الخطيرة أكثر تواتراً، أو أكثر شدة، أو سيغير موقعها. وللإجابة على ذلك، يجب على الباحثين النظر إلى ما وراء تقارير الطقس البسيطة وفحص المكونات غير المرئية التي تجعل الإعصار القمعي ممكناً، مثل الطاقة المخزنة في الغلاف الجوي والطريقة التي تتغير بها الرياح مع الارتفاع.

لقد تصدى فريق من الباحثين لهذا السؤال من خلال بناء مختبر رقمي متطور لمحاكاة مستقبل نشاط الأعاصق في الولايات المتحدة. وبدلاً من الاعتماد على نماذج مناخية واسعة النطاق ومنخفضة الدقة تكون خشنة للغاية بحيث لا تستطيع رؤية العواصف الفردية، استخدموا تقنية تسمى "التحجيم الديناميكي المسموح بالحمل الحراري". تأخذ هذه الطريقة بيانات المناخ واسعة النطاق وتضيق نطاقها إلى دقة تصل إلى ثلاثة كيلومترات، مما يسمح للحاسوب بتحديد تشكل ودوران العواصف الرعدية بشكل صريح. أجرى الفريق عمليات المحاكاة عالية الدقة هذه باستخدام بيانات من ثمانية نماذج مناخية عالمية مختلفة، تغطي فترتين زمنيتين متميزتين مدة كل منهما عشرون عاماً: الماضي القريب من 1995 إلى 2014، وسيناريو مستقبلي من 2040 إلى 2059 تحت مسار انبعاثات مرتفع. في عمليات المحاكاة هذه، لا يتنبأ الحاسوب بإعصار محدد في تاريخ محدد؛ بل يحدد "مؤشرات"، وهي سمات محددة للعواصف المحاكات — مثل التيارات الصاعدة الدوارة بالقرب من الأرض وانعكاسات الرادار القوية — التي تشير إلى احتمالية عالية لتشكل إعصار قمعي. ومن خلال عدّ هذه المؤشرات، استطاع الباحثون رسم خريطة لمكان وزمان نشاط الأعاصق المحتمل في عالم أكثر دفئاً.

ترسم نتائج عمليات المحاكاة هذه صورة واضحة لمشهد متغير. تتوقع الدراسة أن يزدل نشاط الأعاصق بشكل كبير عبر منطقة واسعة تمتد من خليج المكسيك شمالاً عبر الغرب الأوسط وصولاً إلى الشمال الشرقي. في الفترة التاريخية، نجحت عمليات المحاكاة في إعادة إنتاج النمط المعروف لنشاط الأعاصق، مع أعلى وتيرة في الجنوب الشرقي وذروة موسمية في الربيع. وعندما نظر الفريق إلى المستقبل، وجدوا أن عدد مؤشرات الأعاصق هذه سيرتفع بنسبة تقارب 30 بالمئة في الجنوب الشرقي وأكثر من 50 بالمئة في الشمال الشرقي مقارنة بالخط المرجعي التاريخي. ومن المتوقع أن تكون الزيادات الأكثر دراماتيكية خلال موسمي الربيع والشتاء. علاوة على ذلك، فإن توقيت ذروة موسم الأعاصق يتغير؛ إذ تشير عمليات المحاكاة إلى أن الذروة السنوية ستصل قبل موعدها بواسبوع إلى أسبوعين، لتنتقل من منتصف مايو إلى أواخر أبريل. ويشير هذا التحول إلى أن نافذة المخاطر القصوى للمجتمعات في هذه المناطق ستفتح في وقت أبكر من العام.

كما بحثت الدراسة في طبيعة هذه العواصف المستقبلية، وتحديداً بالنظر في "التفشيات"، وهي الأيام التي يحدث فيها عدد كبير من مؤشرات الأعاصق في وقت واحد. تشير عمليات المحاكاة إلى أن أيام التفشي هذه ستصبح أكثر تواتراً، رغم أن معدل الزيادة لكل درجة من درجات الاحترار العالمي من المتوقع أن يكون أقل نسبياً في المستقبل مقارنة بالفترة التاريخية. ومن المثير للاهتمام أنه بينما من المتوقع أن تزداد المساحة الإجمالية التي تغطيها هذه التفشيات، فإن كثافة الأعاصق داخل هذه المساحة قد لا تزداد. يشير هذا إلى أن تفشيات المستقبل قد تغطي بصمة جغرافية أوسع ولكنها قد لا تتكون بالضرورة من مساحات من الأضرار أكثر تكتلاً. كما لاحظ الباحثون أن التباين السنوي في هذه الأحداث سيزداد على الأرجح، مما يعني أن بعض السنوات قد تشهد نشاطاً أكبر بكثير من غيرها، مما يضيف طبقة من عدم اليقين لتقييمات المخاطر المستقبلية.

ما الذي يدفع هذه التغييرات؟ المحرك الرئيسي وراء الزيادة المتوقلة هو وفرة "الطاقة الحملية المتاحة" (CAPE). بعبارة بسية، تمثل هذه الطاقة كمية الطاقة المتاحة في الغلاف الجوي لتغذية التيارات الهوائية الصاعدة. وتظهر عمليات المحاكاة أنه مع ارتفاع حرارة الكوكب، يحتفظ الغلاف الجوي بمزيد من الحرارة والرطوبة، لا سيما من خليج المكسيك. وهذا يخلق بيئة ذات طاقة حملية (CAPE) أعلى، وهي مكون رئيسي للعواصف الرعدية الشديدة. وتربط الدراسة هذه الزيادة بتحول في مسار الأنظمة الجوية واسعة النطاق، المعروفة باسم "المسارات العاصفة"، والتي تتحرك شرقاً وتشتد. يساعد هذا التحول في نقل المزيد من الهواء الدافئ والرطب إلى وسط الولايات المتحدة، مما يهيئ المسرح لعواصف أكثر تواتراً وطاقة. وبينما لا تتنبأ الدراسة بشدة الأعاصق الفردية، فإن الفيزياء تشير إلى أن الأعاصق الأقوى هي أيضاً ممكنة في ظل هذه الظروف.

تقدم النتائج مرجعاً حيوياً لمديري الطوارئ، ومخططي البنية التحتية، والمجتمعات في أكثر أجزاء الولايات المتحدة عرضة للخطر. يؤكد البحث أن الاتجاهات التي لوحظت في الماضي — حيث تتكتل أنشطة الأعاصق وتتحول — من المرجح أن تستمر في ظل سيناريوهات الانبعاثات العالية، مع زيادة متوقعة في النشاط عبر منطقة واسعة. ومن خلال تحديد أن الخطر يتوسع شمالاً وأن الموسم يبدأ مبكراً، توفر الدراسة معلومات استخباراتية قابلة للتطبيق للتكيف المناخي طويل الأمد. وهي تؤكد أنه بينما قد لا يرتفع إجمالي عدد أيام الأعاصق في كل مكان، فإن الأيام التي تضرب فيها العديد من الأعاصق في وقت واحد تصبح أكثر شيوعاً في عالم أكثر دفئاً، مما يتطلب إعادة تفكير في كيفية استعدادنا واستجابتنا لهذه القوى الطبيعية العاتية.