Stratospheric Winds Shape Winter Precipitation in the American Southwest

في الجنوب الغربي من الولايات المتحدة، تُعد المياه هي عملة الحياة. فمن المدن المترامية الأطراف في أريزونا ونيفادا إلى الوديان الزراعية في كاليفورنيا، يعتمد اقتصاد المنطقة وسكانها على إمدادات هشة من الأمطار والثلوج. يصل معظم هذه الرطوبة الحيوية خلال أشهر الشتاء، عندما تجلب العواصف القادمة من المحيط الهادئ الثلوج فوق الجبال. ويعمل هذا الغطاء الثلجي كخزان طبيعي، حيث يذوب ببطء في الربيع ليغذي الأنهار والخزانات طوال الصيف الجاف. ولأن المنطقة قاحلة للغاية، فإن التنبؤ بكمية الأمطار والثلوج التي ستتساقط في أي شتاء معين يعد مسألة بالغة الأهمية لمديري المياه. ولعقود من الزمن، اعتمد العلماء على نمط مناخي واحد قوي يُعرف باسم "تذبذب النينيو - التذبذب الجنوبي" لإجراء هذه التوقعات. يتضمن هذا النمط تغيرات في درجات حرارة المحيط في المناطق الاستوائية من المحيط الهادئ، مما يؤدي إلى تغيير الأنماط الجوية عبر العالم. ومع ذلك، فإن هذه الأداة التقليدية لديها نقطة عمياء: وهي قدرتها على التنبؤ بأمطار الشتاء في الجنوب الغربي تكون في أضعف حالاتها في بداية الموسم تماماً، وهو الوقت الذي يمكن أن تصل فيه أول العواصف الكبرى.

تشير دراسة جديدة من باحثين في جامعة يوتا إلى أن مفتاح سد هذه الفجوة لا يكمن في المحيط، بل في طبقة الستراتوسفير العالية فوق الأرض. فقد ركز العلماء على نمط رياح منتظم يدور حول خط الاستواء في طبقات الجو العليا، يُعرف باسم "التذبذب شبه الثنائي". يتضمن هذا النمط رياحاً تتبادل الهبوب من الشرق ومن الغرب كل 28 شهراً تقريباً. ورغم أن هذه الرياح بعيدة جداً عن طقس السطح الذي نعيشه، فقد اكتشف الباحثون أنها تعمل كمفتاح خفي للعواصف الشتوية في الجنوب الغربي الأمريكي. ومن خلال تحليل بيانات الطقس لعقود، وجد الفريق أن اتجاه هذه الرياح في طبقات الجو العليا خلال فصل الخريف يمكن أن يتنبأ بقوة بما إذا كان الشتاء القادم سيكون رطباً أم جافاً، مما يوفر إشارة غالباً ما تغيب عن التوقعات التقليدية القائمة على المحيط.

بدأ الباحثون بالنظر في السجل التاريخي لهطول الأمطار الشتوية في جميع أنحاء الجنوب الغربي، والذي يغطي الفترة من ديسمبر إلى مارس. وقارنوا بيانات الأمطار هذه مقابل محركين مناخيين رئيسيين: تذبذب النينيو - التذبذب الجنوبي، والرياح الستراتوسفيرية. وما ظهر هو تقسيم واضح للمهام الموسمية؛ فإشارة النينيو القائمة على المحيط قوية بالفعل، لكنها تميل إلى الازدياد قوة مع تقدم فصل الشتاء، لتصبح أكثر موثوقية للتنبؤ بالأمطار في فبراير ومارس. وفي المقابل، تكون إشارة الرياح الستراتوسفيرية في أقوى حالاتها في أشهر الشتاء المبكرة، ديسمبر ويناير. فعندما تهب الرياح في طبقات الجو العليا فوق خط الاستواء من الغرب، يميل الجنوب الغربي إلى تجربة شتاء مبكر أكثر جفافاً. وعندما تهب تلك الرياح من الشرق، يكون الإقليم أكثر عرضة للظروف الرطبة. وتعد هذه النتيجة مهمة لأنها تكشف أن هذين المحركين المناخيين يعملان بشكل أفضل في أوقات مختلفة من الموسم، مما يغطي كل منهما النقاط العمياء للآخر بفعالية.

ولفهم كيفية حدوث ذلك، فحص الفريق حركة الغلاف الجوي الفعلية. ووجدوا أنه عندما تكون الرياح الستراتوسفيرية في مرحلة "الشرق"، فإنها تحفز تحولاً في مسار التيار النفاث فوق شمال المحيط الهادى. يؤدي هذا التحول إلى نقل مسار العواصف قليلاً نحو الشمال، مما يوجه المزيد من الرطوبة مباشرة إلى الجنوب الغربي الأمريكي خلال الشتاء المبكر. وعلى العكس من ذلك، عندما تكون الرياح في مرحلة "الغرب"، يظل مسار العواصف في الجنوب أكثر أو يضعف، مما يترك المنطقة أكثر جفافاً. وتفسر هذه الآلية سبب كون الرياح الستراتوسفيرية متنبئاً جيداً لشهر ديسمبر ويناير. كما أشارت الدراسة إلى أن إشارة النينيو القائمة على المحيط تعمل بشكل مختلف في وقت لاحق من الموسم، حيث تعزز التيار النفاث بطريقة تجلب الأمطار في فبراير ومارس. ومن خلال الجمع بين المعلومات من كل من الرياح في طبقات الجو العليا ودرجات حرارة المحيط، تمكن الباحثون من إنشاء صورة أكثر اكتمالاً لما يمكن توقعه طوال فصل الشتاء.

اختبر الباحثون قيمة هذا النهج الجديد من خلال بناء نموذج إحصائي للتنبؤ بهطول الأمطار الشتوية. فعندما استخدموا فقط بيانات المحيط التقليدية، استطاع النموذج تفسير حوالي 21 بالمائة من التغيرات السنوية في هطول الأمطار. ومع ذلك، عندما أضافوا المعلومات من الرياح الستراتوسفيرية، قفزت قدرة النموذج على تفسير التباين إلى 37 بالمائة. وهذا الارتفاع في القدرة التنبؤية يشير إلى أن تجاهل طبقة الستراتوسفير يترك قدراً كبيراً من المعلومات المفيدة دون استغلال. وكان النموذج المشترك ناجحاً بشكل خاص في تحديد اتجاه الطقس، حيث تنبأ بشكل صحيح بما إذا كان الشتاء سيكون أكثر رطوبة أو جفافاً من المتوسط في 7\72 بالمائة من الحالات المدروسة. وفي السنوات التي يشير فيها كل من المحيط والستراتوسفير إلى نفس الاتجاه، ارتفعت نسبة النجاح إلى 80 بالمائة.

يقدم هذا الاكتشاف مساراً ملموساً لتحسين التوقعات الموسمية في منطقة محدودة المياه. وأشار الباحثون إلى أن الظروف لعام 2026-2027 القادم تبدو متوافقة بطريقة يمكن اختبارها في الوقت الفعلي. إذ تشير التوقعات إلى أن ظروف "النينيو" ستكون حاضرة، وهو ما يفضل عادةً الأجواء الأكثر رطوبة في أواخر الشتاء، بينما يُتوقع أن تكون الرياح الستراتوسفيرية في المرحلة التي تفضل الأجواء الرطبة في أوائل الشتاء. وإذا استمر هذا المزيج، فقد يؤدي ذلك إلى موسم ممطر بشكل خاص في الجنوب الغربي. وبينما لا تدعي الدراسة أنها حلت مشكلة التنبؤ بالطقوت تماماً، إلا أنها تثبت أن النظر إلى مستويات أعلى في الغلاف الجوي يمكن أن يوفر رؤية أوضح للشتاء القادم. وبالنسبة لمنطقة تُعد فيها كل قطرة ماء ذات قيمة، فإن فهم هذه الروابط الدقيقة بين السماء والأرض قد يعني الفرق بين الجفاف والوفرة.