The Atlantic–Far East Asia (AFEA) Rossby–gravity waveguide revealed by a global constellation of geostationary satellites

الغلاف الجوي لا يهدأ أبداً. فحتى عندما تبدو السماء هادئة، تكون هناك أنهار غير مرئية من الهواء تتحرك باستمرار، حاملةً الحرارة والرطوبة والطاقة عبر الكوكب. ومن بين أهم هذه التحركات توجد موجات ضخمة تترقرق عبر الغلاف الجوي العلوي، تماماً مثل التموجات التي تنتشر عبر بركة ماء بعد إلقاء حجر فيها. هذه الموجات، المعروفة باسم موجات روسبي، مدفوعة بدوران الأرض وفروق درجات الحرارة بين خط الاستواء والقطبين. وهي تعمل كحزام ناقل عالمي، يربط بين الأنظمة الجوية التي تفصلها آلاف الأميال. وعندما تُحبس هذه الموجات في تيارات محددة من الرياح سريعة الحركة، فإنها تشكل ما يسميه العلماء "دليل موجي" (waveguide). فكر في الدليل الموجي كطريق سريع طويل وغير مرئي يحافظ على تركيز طاقة هذه الموجات وتحركها في خط مستقيم، مما يسمح لها بالسفر لمسافات شاسعة دون تشتت. إن فهم هذه الطرق السريعة أمر بالغ الأهمية لأنها تساعد في تفسير كيف يمكن لحدث جوي في جزء من العالم أن يؤثر على الظروف في الجانب الآخر من الكوكب، مما يشكل كل شيء بدءاً من التوقعات اليومية وصولاً إلى الأنماط المناخية طويلة الأمد.

لعقود من الزمن، درس العلماء هذه الطرق السريعة الجوية باستخدام النماذج الحاسوبية والنظريات الرياضية، لكن رؤيتها وهي تعمل عبر العالم بأكمله ظلت تحدياً. والآن، استخدم الباحثون نهجاً جديداً لمراقبة هذه الموجات وهي تسافر في الوقت الفعلي، مما كشف عن ممر ضخم عابر للقارات يمتد من غابات الأمازون المطيرة وصولاً إلى شرق آسيا. ومن خلال الجمع بين البيانات من كوكبة من أقمار الطقس الاصطناعية التي تدور حول الأرض، تمكن الفريق من التقاط رؤية مباشرة لهيكل جوي ضخم يطلقون عليه اسم دليل موجة "الأطلسي-شرق آسيا" (AFEA). ويعد هذا الاكتشاف مهماً لأنه يتجاوز التنبؤات النظرية ليظهر بالضبط كيف تنظم هذه الموجات نفسها في العالم الحقيقي، وتربط المناطق الاستوائية مع خطوط العرض المتوسطة بطريقة لم تكن سوى مجرد تخمينات في السابق.

ركزت الدراسة، التي قادها كينجي تاناكا وزملاؤه في معهد هيروشيما للتكنولوجيا، على حدث محدد في أواخر يناير وأوائل فبراير 2025. وقد قام الباحثون بتجميع الملاحظات من خمسة أقمار اصطناعية مختلفة للطقس في المدار الثابت، وهي: GOES-18، وGOES-19، وMeteosat-9، وMeteosat-10، وHimawari-9، لإنشاء صورة مستمرة وشبه عالمية للغلاف الجوي. وتتمركز هذه الأقمار الاصطناعية في ارتفاعات شاهقة فوق الأرض، مما يسمح لها بمراقبة نفس البقعة من السماء باستمرار. ومن خلال النظر في الصور بالأشعة تحت الحمراء التي ترصد بخار الماء ودرجة الحرارة في الغلاف الجوي العلوي، رصد الفريق حزمة مستمرة وطويلة من الرطوبة تمتد من الأمازون والمحيط الأطلسي الاستوائي، عبر شمال أفريقيا وغرب آسيا، فوق هضبة التبت، وصولاً أخيراً إلى شرق آسيا. لم يكن هذا الممر الرطوبي مجرد سحابة ثابتة؛ بل كان ينبض بنشاط موجي منظم. وعندما قام العلماء بتصفية بيانات الأقمار الاصطناعية لتسليط الضوء على التغيرات السريعة، رأوا حزمًا متميزة من الموجات تتحرك على طول هذا المسار، تغطي ما يقرب من نصف الكرة الأرضية.

وللتأكد من أن هذا كان مساراً حقيقياً للهواء والطاقة، أجرى الفريق عمليات محاكاة حاسوبية لتتبع حركة كتل الهواء إلى الوراء في الزمن. بدأوا بكتلة هواء فوق جنوب غرب اليابان وتتبعوا مسارها إلى الوراء لمدة 168 ساعة، أو سبعة أيام. وأظهرت النتائج أن جزءاً كبيراً من هذا الهواء قد سافر من منطقة الأمازون والأطلسي الاستوائي، متبعاً مساراً دقيقاً يطابق ملاحظات الأقمار الاصطناعية تماماً. ظل هذا المسار مرتفعاً في الغلاف الجوي العلوي، غالباً بين 7 و10 كيلومترات فوق سطح الأرض. تحرك الهواء على طول تيار من الرياح السريعة التي عملت كدليل، مما حافظ على تنظيم الموجات أثناء سفرها عبر القارات. ووجد الباحثون أن هذا الممر لم يكن موجة واحدة متصلة تسافر المسافة بأكملها، بل كان بيئة مفضلة حيث يمكن للموجات أن تتشكل، وتسافر، وتتلاشى، ثم تتجدد مجدداً في اتجاه مجرى التيار. إنه طريق سريع مستمر ونشط موجياً، حيث تكون الظروف الجوية مثالية لدعم هذا النوع من السفر بعيد المدى.

ما يجعل هذا الاكتشاف مذهلاً بشكل خاص هو مزيج المقاييس المعنية. فالدليل الموجي هو سمة ضخمة على مستوى الكوكب، ولكن تندمج داخله اضطرابات أصغر وأسرع حركة تتصرف مثل موجات الجاذبية. غالباً ما ترتبط هذه الموجات الأصغر بالاضطرابات والتغيرات السريعة في الهواء. وتشير الدراسة إلى أن الدليل الموجي واسع النطاق يخلق بيئة مواتية لتشكل هذه الموجات الأصغر وسفرها. في الغلاف الجوي العلوي، حيث يكون الهواء أقل استقراراً في بعض النقاط، يمكن لهذه الموجات الصغيرة أن تنمو وتتحرك على طول الممر الرئيسي. وهذا التفاعل بين الموجات الكوكبية العملاقة والموجات الأصغر المدمجة هو جزء رئيسي من كيفية انتقال الطاقة عبر الغلاف الجوي، ورؤية ذلك يحدث بوضيد في بيانات الأقمار الاصطناعية يوفر مستوى جديداً من الفهم.

وقد ظهر تأثير هذا الدليل الموجي بوضوح عند نهايته الشرقية في جنوب غرب اليابان. ففي يومي 1 و2 فبراير 2025، شهدت المنطقة تقلبات سريعة في الضغط الجوي وتذبذبات غير عادية في مستوى سطح البحر على طول الساحل. وهذه الأحداث، المعروفة باسم "الميتوتسونامي" (meteotsunamis)، تحدث عندما يدفع الهواء المتحرك الضغط ضد المحيط، مما يخلق أمواجاً يمكن أن تتضخم في الخلجان والمرافئ. ووجد الباحثون أن توقيت وموقع هذه الاضطرابات الساحلية تطابقا تماماً مع وصول النشاط الموجي من ممر AFEA. ومن خلال تحليل بيانات الضغط من محطات الأرصاد الجوية وأجهزة قياس المد والجزر، حسبوا أن الاضطراب كان يتحرك بسرعة 57.7 متر في الثانية باتجاه الشمال الشرقي. وطابقت هذه السرعة الظروف المرصودة في الغلاف الجوي العلوي، حيث كانت سرعة الرياح الخلفية تتباطأ لتتطابق مع سرعة الموجة، وهو شرط يمكن أن يحجز ويعزز طاقة الموجة.

ورغم أن الدراسة لا تثبت أن الموجات نشأت في الأمازون وسافرت طوال الطريق إلى اليابان لتسبب ارتفاع مستوى سطح البحر، إلا أنها تشير بقوة إلى وجود صلة. وتظهر الأدلة أن التنظيم واسع النطاق للغلاف الجوي، ومسار الهواء، والظواهر الجوية المحلية، كلها حدثت معاً بطريقة تشير إلى نظام واحد متماسك. ويشير الباحثون إلى أن هذا الحدث كان غير عادي لأن النشاط الموجي كان مركزاً في طبقة التروپوسفير العليا، حوالي 300 إلى 400 هكتوباسكال، وهو أعلى من الطبقات المرتبطة عادةً بأحداث مماثلة في هذه المنطقة. وهذا التركيز في الارتفاع العالي، جنباً إلى جنب مع التصوير الواضح بالأقمار الاصطناعية، يقدم منظوراً جديداً لكيفية ارتباط الأنظمة الجوية الاستوائية والأنظمة خارج المدارات.

يمثل هذا العمل تحولاً في كيفية مراقبة العلماء للغلاف الجوي. فبدلاً من الاعتماد فقط على النماذج للتنبؤ بكيفية سلوك الموجات، يمكنهم الآن مشاهدة الموجات وهي تسافر عبر الكوكب في الوقت الفعلي. وتعمل كوكبة الأقمار الاصطناعية العالمية كعيون لا ترمش أبداً، تلتقط التطور المستمر لهذه الطرق السريعة الجوية. ويشير اكتشاف دليل موجة AFEA إلى أن مثل هذه الممرات قد تكون أكثر شيوعاً مما كان يُعتقد سابقاً، حيث تعمل كممرات متكررة تربط أجزاء متباعدة من العالم. وبينما يتطلع الباحثون إلى المستقبل، يأملون في استخدام هذا النهج لدراسة مناطق أخرى وفترات زمنية أطول، لبناء صورة أوضح لكيفية ربط الغلاف الجوي للأرض لنا جميعاً. إن القدرة على رؤية هذه الطرق السريعة غير المرئية وهي تعمل تفتح الباب لفهم أفضل للشبكة المعقدة من القوى التي تحرك طقسنا ومناخنا.