Rainfall Trend and Intensity-Duration-Frequency (IDF) Analysis for Malé, Maldives (1993-2024)

الإيقاع السري للطقس

تخيل الغلاف الجوي للأرض كمطبخ ضخم وفوضوي، حيث يحاول الطاهي باستمرار خبز المطر. أحياناً، يسكب الطاهي دلواً كاملاً من الماء على الموقد دفعة واحدة؛ وفي أحيان أخرى، يكون مجرد رذاذ بطيء ومستمر. بالنسبة للمهندسين الذين يبنون المدن، فإن معرفة كيف يتصرف هذا الطاهي هو الفرق بين شارع جاف وحمام سباحة. هذا المجال من الدراسة يسمى الهيدرولوجيا (علم المياه)، وهو يعتمد على بعض الأفكار الرئيسية. أولاً، هناك الاتجاهات (Trends)، وهي ببساطة التساؤل: "هل يصبح الطاهي أكثر فوضوية بمرور السنين، أم أن الوصفة تظل كما هي؟". ثم هناك القيم القصوى (Extremes)، والتي تنظر إلى العواصف الأكثر جنوناً وخطورة التي تحدث مرة كل دهر. وأخيراً، هناك منحنيات IDF (الشدة والمدة والتكرار). فكر في هذه المنحنيات كـ "بطاقة وصفة العاصفة" التي تخبرك بالضبط مدى قوة المطر، ولمدة كم، وكم مرة يمكنك توقع عودة تلك العاصفة المحددة.

لماذا يهم هذا؟ لأن المدن تشبه أحواض الاستحمام ذات المصارف الصغيرة. إذا انسكب الماء للداخل بسرعة أكبر مما يمكن للمصرف إخراجه، سيفيض الحوض. بالنسبة لدول الجزر الصغيرة، حيث الأرض بالكاد ترتفع فوق مستوى الماء والشوارع مرصوفة بالكامل، يمكن لهطول مطري مفاجئ وغزير أن يحول حياً سكنياً إلى بحيرة في دقائق. إن فهم "وصفة" المطر يساعد المهندسين على بناء مصارف يمكنها التعامل مع أسوأ نوبات غضب الطاهي، مما يحافظ على سلامة الناس وجفافهم.

---

لغز المطر في مالي

في قلب المحيط الهندي تقع "مالي"، عاصمة جزر المالديف. إنها جزيرة صغيرة، مكتظة بأكثر من 200,000 نسمة، مما يجعلها واحدة من أكثر الأماكن ازدحاماً على وجه الأرض. تخيل حوض استحمام ممتلئ بالناس لدرجة أنه لا توجد مساحة للحركة، ناهيك عن تصريف المياه. الجزيرة محاطة بجدار بحري ضخم بُني لمنع المحيط من ابتلاع المدينة، لكن هذا الجدار يعمل أيضاً كغطاء، يحبس مياه الأمطار بالداخل. لسنوات، تعرضت مالي للفيضانات، وبينما يعرف الجميع أن المصارف مسدودة وقديمة، لم يكن لدى أحد خريطة واضحة لكيفية سلوك المطر هناك. وهنا يأتي دور هذه الدراسة.

قرر باحثون من جامعة المالديف الوطنية وجامعة واترلو التعمق في 31 عاماً من بيانات الطقس (من 1993 إلى 2024) لحل هذا اللغز. أرادوا معرفة: هل تتغير كمية المطر الإجمالية؟ هل تصبح العواصف أسوأ؟ والأهم من ذلك، كيف يمكننا تصميم مصارف لا تفشل عندما تنفتح السماء؟

المفاجأة الكبرى: الأمر لا يتعلق بالكمية الإجمالية، بل بالتوقيت

بدأ الفريق بالنظر في إجمالي كمية المطر التي سقطت كل عام. وجدوا تقلبات حادة كالأفعوانية: بعض السنوات كانت جافة (حوالي 1,300 ملم)، وأخرى كانت غارقة بالمياه (تصل إلى 2,700 ملم). ولكن إليكم المفاجأة: إجمالي كمية المطر لم يتغير كثيراً فعلياً خلال العقود الثلاثة الماضية.

إذا كنت تتوقع قصة عن المناخ الذي يصبح "أكثر رطوبة" بشكل عام، فإن هذه الورقة تقول: "ليس بهذه السرعة". تُظهر البيانات عدم وجود اتجاه طويل الأمد وقوي يشير إلى زيادة إجمالي المطر. ومع ذلك، فإن توقيت المطر يتغير. الأمر يشبه حفلة حيث يظل إجمالي عدد الضيوف ثابتاً، لكن الجميع يصلون في الساعة نفسها تماماً بدلاً من التوافد تدريجياً طوال الليل. المطر يتركز بشكل أكبر في أشهر محددة (مثل مايو وسبتمبر وأكتوبر). وهذا يعني أنه على الرغم من أن الإجمالي السنوي هو نفسه، إلا أن المدينة تتعرض لهبات مائية ضخمة وقصيرة المدى تؤدي إلى طفح المصارف، بينما قد تكون الأوقات الأخرى أكثر هدوءاً.

عاصفة "المائة عام"

لتحديد كيفية بناء مصارف أفضل، كان على الباحثين التنبؤ بأسوأ السيناريوهات. استخدموا أداة رياضية تسمى توزيع غامبل (Gumbel distribution) (وهي طريقة متطورة للقول بأنهم نظروا في "أكبر" العواصف في التاريخ لتخمين ما قد تبدو عليه العاصفة الكبيرة القادمة). قارنوا هذه الطريقة بأداة أخرى شائعة تسمى توزيع "لوغاريتم بيرسون النوع الثالث" (Log-Pearson Type III). وقد ناسب منهج غامبل بيانات مالي بشكل أفضل، حيث عمل كقالب أكثر دقة لطبيعة الطقس في الجزيرة.

لقد حسبوا كيف تبدو عاصفة "المرة الواحدة في مائة عام". هذا لا يعني أنها تحدث بالضبط مرة واحدة كل قرن؛ بل يعني أن هناك احتمال 1% لحدوثها في أي سنة معطاة. يشير تحليلهم إلى أن عاصفة مدتها 24 ساعة ولها فرصة حدوث بنسبة 1 في 100 ستسكب حوالي 234.0 ملم من المطر. ولكن لأن الطبيعة لا يمكن التنبؤ بها، فقد أعطوا "فترة ثقة"، مما يعني أن الرقم الحقيقي يمكن أن يتراوح بين 196.3 ملم و269.9 ملم. هذا النطاق أمر بالغ الأهمية للمهندسين؛ فهو يخبرهم ببناء مصارف يمكنها التعامل مع الحد الأعلى لهذا التخمين، فقط لضمان السلامة.

"سرعة" المطر (منحنيات IDF)

الجزء الأكثر إثارة في الدراسة هو إنشاء منحنيات IDF لمالي. قبل ذلك، كان المهندسون في المالديف يعملون في الظلام، يخمنون حجم أنابيبهم. الآن، لديهم "بطاقة وصفة العاصفة".

تُظهر هذه المنحنيات قاعدة واضحة: كلما كانت العاصفة أقصر، كان المطر أقوى.
تخيل خرطوم إطفاء. إذا تركته مفتوحاً لمدة ساعة، فسيسكب الكثير من الماء، لكن الأرض يمكنها امتصاصه. أما إذا ضخيت نفس كمية الماء في 10 دقائق فقط، فستتحول الأرض إلى نهر فوراً. وجدت الدراسة أنه بالنسبة للعواصف القصيرة والمكثفة جداً (مثل 5 أو 10 دقائق)، يمكن أن يصل معدل المطر إلى 3.94 ملم في الدقيقة في حالات الأحداث النادرة والمتطرفة.

استخدم الباحثون معادلة (معادلة شيرمان) لرسم خريطة دقيقة لكيفية اشتداد المطر لفترات زمنية مختلفة وعدد مرات عودة تلك العواصف. ووجدوا أنه بالنسبة للهبات القصيرة، تزداد الشدة بشكل كبير. وهذا يفسر سبب فيضان مالي بسرعة: مصارف المدينة مصممة للمطر المستمر، لكن الجزيرة تتعرض الآن لعواصف "عدو سريع" (sprint storms) تضخ الماء بسرعة أكبر مما يمكن للمضخات إزالته.

ماذا يعني هذا للمستقبل؟

تخلص الدراسة إلى أن الفيضانات في مالي ليست بالضرأ بسبب سقوط مياه أكثر بشكل عام، بل لأن المطر يصل في هبات قصيرة وعنيفة لا تستطيع منظومة الصرف القديمة في المدينة التعامل معها. يمكن للمضخات تحريك 5,000 متر مكعب من الماء في الساعة فقط، ولكن عندما يضرب المطر بكثافة عالية، يتم تجاوز هذا الحد في دقائق.

لا تدعي الورقة أنها "حلت" مشكلة الفيضانات. بدلاً من ذلك، هي تقدم المخطط الأساسي. يمكن للمهندسين الآن استخدام هذه المنحنيات الجديدة لتصميم مصارف عواصف قوية بما يكفي للتعامل مع هبات الـ 3.94 ملم/دقيقة تلك. كما يمكنهم التخطيط لحدث "المرة الواحدة في مائة عام"، مع العلم أن عاصفة مدتها 24 ساعة قد تسقط ما يقرب من ربع متر من المطر.

يعترف الباحثون بوجود حدود لعملهم. فبعض البيانات الخاصة بالعواصف القصيرة جداً (أقل من ساعة) تم تقديرها باستخدام نسب من دول مجاورة لأن مالي لم تكن تمتلك سجلات ساعية حتى عام 1998. كما تفترض الدراسة أن أنماط الطقس ستظل مستقرة نوعاً ما، وهو ما قد لا يكون صحيحاً إذا تغير المناخ بشكل جذري في المستقبل. ولكن في الوقت الحالي، تعد هذه الدراسة المرة الأولى التي يتم فيها رسم "شخصية" مطر مالي، وتحويل لغز فوضوي إلى مجموعة من الأرقام التي يمكن أن تنقذ الأرواح. إنها تذكير بأن الخطر أحياناً ليس في كمية الماء التي تسقط، بل في سرعة سقوطها.