Sub-seasonal predictability of winter tornado regimes in Europe captured through disruptions to the stratospheric polar vortex

غالبًا ما يُنظر إلى أوروبا على أنها مكان يتسم بسماء هادئة بشكل عام، في تباين صارخ مع نوبات الأعاصير العنيفة التي تتصدر العناوين في الغرب الأوسط الأمريكي. ومع ذلك، فإن القارة ليست بمنأى عن العواصف الشديدة. وبينما يمكن لعلماء الأرصاد الجوية التنبؤ بالطقس الخطير بدقة قبل بضعة أيام، فإن النظر إلى أبعد من ذلك — أي في النافذة شبه الموسمية التي تمتد من ثلاثة إلى أربعة أسباع — ظل يمثل فجوة محبطة. وتترك هذه الفجوة مخططي الطوارئ والمجتمعات دون تحذيرات مبكرة حاسمة لأحداث قد تسبب أضرارًا جسيمة. ويكمن التحدي في الطبيعة الفوضوية للغلاف الجوي السفلي، حيث تميل الأنماط الجوية إلى التلاشي وتصبح غير قابلة للتنبؤ بعد حوالي أسبوع واحد. وللرؤية إلى مدى أبعد، يجب على العلماء النظر إلى الأعلى، إلى ما وراء الطقس الذي نشعر به، إلى الستراتوسفير، وهي طبقة من الغلاف الجوي تتغير ببطء شديد ويمكنها التأثير على الهواء الموجود تحتها.

لقد نجح بحث حديث أجراه ماتيو لاكروا وزملاؤه في جامعة ليون وجامعة إيفورا في حل جزء من هذا اللغز الذي طال أمده. فقد اكتشف الباحثون أن خطر حدوث الأعاصير في أوروبا خلال أشهر الشتاء ليس عشوائيًا، بل يرتبط بدلاً من ذلك باضطرابات هائلة في الدوامة القطبية الستراتوسفيرية، وهي حلقة من الرياح القوية التي تدور حول القطب الشمالي. ومع ذلك، فإن القصة لا تنتهي عند هذا الحد؛ إذ يكشف البحث أن الاضطراب في الغلاف الجوي العلوي لا يخلق تلقائيًا تهديدًا بالإعصار على الأرض. وبدلاً من ذلك، تعتمد النتيجة تمامًا على نمط موجود مسبقًا لضغط الهواء فوق المحيط الأطلسي. ومن خلال الجمع بين هذين العاملين، طور الفريق طريقة جديدة للتنبؤ بنوافذ المخاطر العالية للعواصف الشديدة قبل شهر من وقوعها، مما يوفر أداة يمكن أن تغير بشكل جذري كيفية استعداد أوروبا لطقس الشتاء.

لعقود من الزمن، عرف العلماء أن الستراتوسفير يمكن أن يعمل كمستودع للقابلية للتنبؤ. فالدوامة القطبية هي عمود ضخم ودوّار من الهواء البارد يستقر فوق القطب الشمالي خلال فصل الشتاء. وأحيانًا، تتعرض هذه الدوامة للاضطراب بسبب حدث تسخين ستراتوسفيري مفاجئ، حيث ترتفع درجة الحرارة في الغلاف الجوي العلوي بعشرات الدرجات في غضون أيام قلي few، مما يؤدي إلى تباطؤ الرياح أو حتى عكس اتجاهها. هذه الأحداث موثقة جيدًا، ومن المعروف منذ فترة أن هذه الأحداث ترسل إشارة إلى الأسفل، مما يؤدي في النهاية إلى إزاحة التيار النفاث — وهو النهر السريع من الهواء الذي يوجه الأنظمة الجوية عبر القارة — نحو خط الاستواء. وغالبًا ما يجلب هذا التحول موجات برد وثلوج إلى أوروبا. لكن السؤال الذي ظل قائمًا هو: هل يخلق هذا التحول نفسه الظروف المحددة والخطيرة اللازمة للأعاصي؟

للإجابة على ذلك، كان على الباحثين أولاً حل مشكلة القياس. في الولايات المتحدة، يستخدم العلماء صيغة للتنبؤ بخطر الأعاصير تقوم بضرب مكونين: الطاقة الحرارية في الغلاف الجوي وتغير سرعة الرياح مع الارتفاع. إذا كان أحد المكونين مفقودًا، فإن الصيغة تقول إن الإعصار لن يتشكل. وهذا يعمل بشكل جيد في أمريكا، حيث تحتاج العواصف غالبًا إلى كل من الحرارة الشديدة والرياح القوية. ومع ذلك، فإن الأعاصيرا الشتوية الأوروبية مختلفة؛ فهي تحدث كثيرًا في هواء بارد حيث توجد طاقة حرارية ضئيلة جدًا، ولكن الرياح تكون قوية للغاية وتغير اتجاهها بشكل حاد بالقرب من الأرض. والصيغة الأمريكية، التي تعتمد على ضرب هذه العوامل، ستتنبأ بشكل غير صحيح بصفر خطر لهذه العواصف الأوروبية لأن مكون الحرارة مفقود. لذلك، ابتكر الفريق مؤشرًا جديدًا، وهو "مؤشر بيئة الإعصار الأوروبي". وبدلاً من ضرب المكونات، قاموا بجمعها معًا. هذا التغيير البسيط سمح للمؤشر بإدراك أن الرياح القوية وحدها، حتى في الهواء البارد، يمكن أن تخلق بيئة خطيرة للأعاصي. وقد دربوا هذه الأداة الجديدة باستخدام عقود من تقارير العواصف والبيانات الجوية، مما أثبت قدرتها على تحديد الظروف المحددة التي تؤدي إلى الطقس الشديد عبر أوروبا بدقة.

مع وجود طريقة موثوقة لقياس الخطر، نظر الفريق في 50 حدثًا رئيسيًا للتسخين الستراتوسفيري وقعت بين عامي 1950 و2025. وتتبعوا ما حدث لمؤشر خطر الأعاصي في الأسابيع التي تلت هذه الأحداث. كانت النتائج مفاجئة؛ فعندما نظروا إلى جميع الأحداث معًا، كانت الإشارة مشوشة وغير واضحة. فأحيانًا يرتفع الخطر، وأحيانًا ينخفض، وغالبًا ما يبدو أنه يختفي تمامًا. هذا الافتقار إلى نمط واضح يشير إلى أن الإشارة الستراتوسفيرية كانت تُحجب أو تُعدل بواسطة شيء آخر في الغلاف الجوي السفلي. وأدرك الباحثون أن الغلاف الجوي لا يتفاعل مع دفعة واحدة بطريقة موحدة؛ إذ تعتمد الاستجابة على حالة الغلاف الجوي في اللحظة التي تصل فيها الإشارة.

كان المفتاح لفك هذا النمط هو "نمط شرق الأطلسي"، وهو ترتيب واسع النطاق للضغط المرتفع والمنخفض فوق المحيط غرب أوروبا. وقسم الباحثون أحداثهم الخمسين إلى مجموعتين بناءً على ما إذا كان هذا النمط في مرحلة "إيجابية" أو "سلبية" في الوقت الذي تصل فيه الإشارة الستراتوسفيرية إلى الأرض. وكان الفرق دراماتيكيًا؛ فعندما حدث الاضطراب الستراتوسفيري بينما كان نمط شرق الأطلسي في مرحلة إيجابية، تضاعف خطر بيئات الأعاصي الشديدة أو حتى تضاعف ثلاث مرات في مناطق محددة. فقد خلق التيار النفاث المزاح، جنباً إلى جنب مع الهواء الدافئ والرطب المتدفق شمالاً من البحر الأبيض المتوسط والمحيط الأطلسي شبه المداري، وصفة مثالية للعواصف. وامتدت منطقة الخطر العالي هذه من البرتغال وإسبانيا عبر جنوب فرنسا وصولاً إلى إيطاليا والبلقان.

وفي تناقض صارخ، عندما حدث نفس الاضطراب الستراتوسفيري أثناء المرحلة السلبية لنمط شرق الأطلسي، تلاشى خطر الأعاصي عبر القارة بأكملة تقريبًا. في هذا السيناريو، كان الغلاف الجوي تهيمن عليه كتل من الهواء البارد والجاف وحواجز الضغط العالي التي منعت الهواء الدافئ وغير المستقر من التحرك شمالاً. ورغم أن التيار النفاث ظل يتحرك جنوبًا، إلا أن نقص الرطوبة والحرارة جعل الظروف اللازمة لتكون العواصف الشديدة غير ممكنة. لقد تم تحييد الإشارة الستراتوسفيرية فعليًا بواسطة الهواء البارد والمستقر في الأسفل. ويفسر هذا الاكتشاف سبب فشل المحاولات السابقة للتنبؤ بهذه الأحداث؛ فبدون معرفة حالة نمط شرق الأطلسي، تصبح الإشارة الستراتوسفيرية مجرد ضجيج.

تخلص الدراسة إلى أن التنبؤ بالطقس الشتوي الشديد في أوروبا يتطلب نهجًا من خطوتين. أولاً، يجب على خبراء الأرصاد الجوية مراقبة الستراتوسفير بحثًا عن علامات اضطراب الدوامة القطبية. ثانيًا، يجب عليهم التحقق من طور نمط شرق الأطلسي. فإذا حدث اضطراب بينما يكون نمط شرق الأطلسي في مرحلة إيجابية، فإنه يعمل كتحذير مبكر قوي بأن نافذة من الخطر العالي للعواصف الشديدة ستفتح بعد ثلاثة إلى أربعة أسابيع، لا سيما فوق جنوب وغرب أوروبا. هذا ليس ضمانًا لوقوع إعصار في يوم محدد، ولكنه يحدد فترة تكون فيها المكونات الجوية متوافقة لجعل مثل هذه الأحداث أكثر احتمالاً بكثير. ومن خلال دمج هذه المعرفة، يمكن للمتنبئين تجاوز الحد الحالي المتمثل في أسبوع واحد وتزويد المجتمعات بإنذار مبكر مطلوب بشدة، مما يسمح بتحسن الاستعداد وتخصيص الموارد قبل وصول العواصف.