Temporal and spatial scales of extremes of daily tropical rainfall : the example of Thailand (1979-2024)
تحلل هذه الدراسة 45 عاماً من هطول الأمطار الغزيرة يومياً في تايلاند باستخدام 75 محطة رصد مطري وثلاث مجموعات بيانات شبكية لتكشف أنه بينما يتفوق منتج MSWEP في إعادة إنتاج حدوث الظواهر، فإن جميع المنتجات الشبكية تميل إلى التقليل من تقدير العتبات القصوى والمبالغة في تقدير المقاييس المكانية، وبينما يرصد ERA5 التكثيف طويل الأمد الملحوظ في وتيرة هطول الأمطار الغزيرة، فإن MSWEP يفشل في القيام بذلك.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
الورقة الرابحة للطقس: لماذا يصعب تحديد مواعيد الأمطار بدقة
تخيل أنك تحاول الإمساك بقطرة مطر محددة في عاصفة باستخدام شبكة. هذا هو بالضبط ما يفعله العلماء تقريباً عندما يدرسون الأمطار الغزيرة. المطر ليس مجرد رذاذ مستمر؛ بل هو مزيج فوضوي من العواصف الرعدية الصغيرة قصيرة العمر (مثل الشرارات الفردية) التي تتجمع أحياناً لتشكل أنظمة ضخمة ومنظمة (مثل حريق هائل مشتعل). هذا المجال من الدراسة، المعروف باسم الأرصاد الجوية، يحاول فهم كيفية سلوك هذه "الشرارات" و"الحرائق الهائلة" عبر الزمان والمكان.
ولفهم هذا النوع من الفوضى، يستخدم الباحثون بعض الأدوات الرئيسية. أولاً، ينظرون إلى المئويات (percentiles)، وهي تشبه ترتيب المتسابقين في سباق؛ فبدلاً من السؤال "كم كمية المطر التي سقطت؟"، يسألون: "هل كان هذا اليوم أكثر رطوبة من 99% من جميع الأيام الأخرى؟". يساعد هذا في رصد الحالات القصوى الحقيقية دون الارتباك بسبب كمية المطر المعتادة في مكان معين. ثانياً، يقيسون المقاييس المكانية (spatial scales)، وهو مجرد تعبير معقد للسؤال: "إذا انهمر المطر هنا، فإلى أي مدى سيهطل أيضاً في الأماكن المجاورة؟". هل المطر عبارة عن بركة صغيرة معزولة، أم فيضان هائل يغطي مدينة بأكملها؟ وأخيراً، يتحققون من المقاييس الزمنية (temporal scales): "هل تستمر هذه العاصفة لمدة ساعة، أم يستمر المطر لأيام؟". إن فهم هذه الأنماط أمر بالغ الأهمية لأن الأمطار الغزيرة يمكن أن تسبب فيضانات مفاجئة، وتدمر المحاصيل، وتدمر حياة الناس. إذا تمكنا من التنبؤ بحجم ومدى استمرار هذه العواصف، فيمكننا بناء مدن أفضل والاستعداد للأسوأ.
رحلة البحث الكبرى عن المطر في تايلاند
في هذه الدراسة، قرر فريق من العلماء لعب دور المحقق في موضوع المطر في تايلاند. أرادوا معرفة مدى حجم وطول أشد العواصف المطرية جنوناً. لم يعتمدوا على التخمين؛ بل نظروا في مجموعة بيانات ضخمة تغطي 46 عاماً، من 1979 إلى 2024. وللحصول على الصورة الأكثر دقة، استخدموا نوعين مختلفين من "أجهزة كشف المطر". الأول كان شبكة من 75 مقياس مطر حقيقي منتشرة في جميع أنحاء البلاد—وهي عبدوات مادية تلتقط الماء الفعلي. والثاني كان مجموعة من ثلاثة نماذج حاسوبية عالية التقنية (تسمى MSWEP وCHIRPS وERA5) والتي تقدر هطول الأمطار على مستوى البلاد بالكامل باستخدام الأقمار الصناعية والأنماط الجوية.
كان الباحثون يبحثون عن "الحد الأقصى للهطول اليومي" (ExtD). وقد عرفوا هذه الأيام بأنها الأيام التي كانت أكثر رطوبة من 90%، أو 95%، أو 99%، أو حتى 99.9% من جميع الأيام الأخرى. فكر في الأمر كالبحث عن أعلى 10%، وأعلى 5%، وأعلى 1%، وأعلى 0.1% من الأيام الممطرة. وسألوا: كم تبعد هذه الأيام القصوى عن بعضها البعض؟ وهل تستمر ليوم واحد فقط، أم أنها تظل مستمرة لأسبوع؟ والأهم من ذلك، هل تستطيع النماذج الحاسوبية رؤية هذه الحالات القصوى بوضوح مثل مقاييس المطر الحقيقية؟
النتائج: المطر أصغر، أقصر، ويصبح أكثر جنوناً
إليكم ما اكتشفه الفريق، ويبدو أن النماذج الحاسوبية لديها بعض نقاط الضعف.
1. مشكلة "البكسل" مع النماذج الحاسوبية
وجد العلماء أن النماذج الحاسوبية جيدة بشكل عام في تخمين الطقس العام، لكنها تعاني مع الأشياء "الجامحة" حقاً. فعندما سجل مقياس مطر حقيقي هطولاً غزيراً جداً، كانت النماذج الحاسوبية تقول غالباً: "أوه، لقد كان مجرد زخة مطر غزيرة". مالت النماذج إلى التقليل من شأن كمية المطر التي سقطت في الأيام الأكثر تطرفاً.
لماذا؟ تخيل صورة ملتقطة بكاميرا ذات دقة منخفضة؛ إذا قمت بتكبير صورة لشرارة صغيرة ساطعة، فإن الكاميرا ستجعلها ضبابية وتظهرها كوهج باهت وأكبر حجماً. وبالمثل، لأن النماذج الحاسوبية تقسم العالم إلى شبكة (مثل البكسلات على الشاشة)، فإنها تقوم بتنعيم وتلطيف لحظات المطر المكثفة والصغيرة. أظهرت مقاييس المطر الحقيقية أن المطر الشديد غالباً ما يكون محلياً للغاية—حيث يحدث أحياناً في بقعة واحدة ولكن ليس على بعد 10 كيلومترات منها. ومع ذلك، جعلت النماذج المطر يبدو وكأنه غطى مساحة أكبر بكثير مما كان عليه في الواقع.
2. ما هو حجم العاصفة؟
قاس الفريق "حجم" هذه العواصف باستخدام ما يسمى مسافة e-folding. وهي طريقة معقدة للسؤال: "إلى أي مسافة يجب أن تسافر قبل أن تصبح فرصة رؤية نفس قطرات المطر المتطرفة حوالي 37%؟"
- بالنسبة للحالات المتطرفة "المعتدلة" (أعلى 10% من الأيام الممطرة، أو p90)، أظهرت مقاييس المطر الحقيقية أن هذه العواصف تغطي عادةً دائرة عرضها حوالي 77 كيلومتراً.
- أما بالنسبة للعواصف "الوحشية" شديدة الندرة (أعلى 0.1% من الأيام، أو p99.9)، فإن العواصف الحقيقية تكون صغيرة جداً! لم تتمكن الدراسة حتى من قياس حجم محدد لهذه العواصف لأنها صغيرة ومعزولة لدرجة أن مقاييس المطر كانت متباعدة جداً بحيث لا تستطيع التقاطهما معاً.
- ومع ذلك، استمرت النماذج الحاسوبية في القول بأن هذه العواصف ضخمة. فبالنسبة للعواصف الوحشية، خمنت النماذج أنها تغطي مساحات تصل إلى 274 كيلومتراً. كانت النماذج ترى في الواقع سحابة عملاقة بينما لم يكن هناك سوى شرارة صغيرة مكثفة.
3. طبيعة "المرة الواحدة والانصراف" للمطر
تحقق الباحثون أيضاً من طول مدة هذه الأيام المتطرفة. ووجدوا أن معظم أيام المطر المتطرفة هي أيام "معزولة زمنياً".
- حوالي 55% من الأيام المتطرفة "المعتدلة" تحدث بمفردها، دون وجود مطر مماثل في اليوم السابق أو اللاحق.
- بالنسبة للعواصف "الوحشية" (p99.9)، فإن 90% منها هي أيام منفردة ومعزولة.
- وحتى عندما تكون هذه الأيام المتطرفة جزءاً من فترة رطبة، فإن هذه الفترة لا تطول كثيراً. فالعاصفة التي تصل إلى عتبة الـ 0.1% لا تعني بالضرورة أنها ستستمر في الهطول لأسبوع كامل. لقد مالَت النماذج الحاسوبية إلى المبالغة في تقدير ذلك، مما يوحي بأن العواصف تستمر لفترة أطول مما هي عليه في الواقع.
4. المطر يزداد شدة
أخيراً، نظر الفريق في الاتجاه طويل المدى من 1979 إلى 2024. ووجدوا إشارة واضة: الأمطار تزداد شدة.
- لم يتغير إجمالي كمية المطر في تايلاند بشكل جذري، ولم يزد عدد الأيام الممطرة.
- ومع ذلك، فإن وتيرة الأيام المتطرفة ترتفع بشكل حاد. فعدد الأيام التي تصل إلى عتبات الـ 95% والـ 99% يزداد بسرعة أكبر من متوسط هطول الأمطار.
- يشير هذا إلى أنه بينما قد لا يمطر بشكل متكرر أكثر، إلا أنه عندما يمطر، فإنه يصبح أكثر غزارة بكثير.
- ومن المثير للاهتمام أن النماذج الحاسوبية واجهت صعوبة في رصد هذا الاتجاه. فقد نجح نموذج ERA5 في إظهار هذا التزايد في الشدة بشكل جيد، لكن نموذج MSWEP فشل في رصده بدقة. في الواقع، بالنسبة لأندر العواصف (p99 وp99.9)، أظهر نموذج MSWEP اتجاهاً سلبياً، مما يوحي بانخفاض في الأمطار المتطرفة، وهو ما يتناقض مع الواقع المرصود. وهذا يخبرنا أننا إذا أردنا دراسة كيف يجعل تغير المناخ العواصف أسوأ، فلا يمكننا الاعتماد فقط على أي نموذج حاسوبي؛ بل يجب أن نكون حذرين جداً بشأن النموذج الذي نستخدمه.
الخلاصة
هذه الدراسة هي بمثابة "اختبار واقع" لكيفية تتبعنا للطقس المتطرف. فهي تظهر أن المطر في العالم الحقيقي غالباً ما يكون أكثر فوضوية، ومحلية، وقصيرة العمر مما توحي به أفضل نماذجنا الحاسوبية. تميل النماذج إلى طمس الحدود، مما يجعل العوا storms تبدو أكبر وأطول مما هي عليه في الحقيقة. وبينما تعد النماذج جيدة للطقس العام، إلا أنها تعاني في رصد العوا storms "الوحشية" الحقيقية التي تسبب أكبر قدر من الأضرار.
إن النتيجة الأكثر إثارة هي الاتجاه السائد: تايلاند تشهد المزيد من هذه الهطولات الغزيرة والمعزولة. المطر لا يهطل بغزارة أكبر فحسب، بل إن الحالات المتطرفة أصبحت هي "الوضع الطبيعي الجديد". وكما لاحظ العلماء، فإن هذا يشير إلى اشتداد طويل الأمد في هطول الأمطار، وهو نمط يتوافق مع ما نتوقعه من كوكب يزداد دفئاً. ولكن لكي نرى ذلك بوضوح، نحتاج إلى الثقة في "الحقيقة الأرضية"—أي مقاييس المطر الفعلية—أكثر من الصور الناعمة والمبسطة القادمة من شاشات الكمبيوتر.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.