Sub-cloud rain evaporation obscures water-cycle intensification

تُعد دورة المياه المحرك العظيم لطقس كوكبنا، وهي حلقة مستمرة حيث يتبخر الماء من المحيط، ويرتفع ليشكل السحب، ثم يسقط مجددًا على الأرض في شكل أمطار. لعقود من الزمن، راقب العلماء هذه الدورة بشعور متزايد من الإلحاح، مدركين أنه مع ارتفاع حرارة الكوكب، تزداد قدرة الغلاف الجوي على الاحتفاظ بالرطوبة. وهذا يؤدي إلى توقع سائد: أن المناطق الرطبة ستصبح أكثر رطوبة، والمناطق الجافة ستصبح أكثر جفافًا. إنه تنبؤ مباشر يعتمد على الفيزياء، ومع ذلك، عندما ينظر الباحثون إلى الأمطار الفعلية التي تسقط على الأرض، نجد أن الإشارة غالبًا ما تكون ضبابية ويصعب قراءتها. إن القطعة المفقودة من اللغز كانت طويلاً هي ما يحدث للمطر بعد خروجه من السحابة وقبل وصوله إلى الأرض. ففي المساحة الواقعة بين قاعدة السحابة والسطح، يمكن لقطرات المطر أن تتبخر تمامًا، وتتحول مرة أخرى إلى بخار غير مرئي. هذه العملية، المعروفة باسم التبخر تحت السحاب، يصعب قياسها من الأرض، وقد تم تمثيلها بشكل ضعيف في النماذج الحاسوبية، مما ترك فجوة في فهمنا لكيفية تغير دورة المياه حقًا.

لقد نجحت دراسة جديدة بقيادة باحثين من جامعة رايس وجامعة ميشيغان أخيرًا في رسم خريطة لهذه العملية الخفية على نطاق عالمي، كاشفةً أن التبخر تحت السحب يفعل ما هو أكثر من مجرد تقليل كمية المطر التي نراها. ومن خلال الجمع بين ملاحظات الأقمار الصناعية للأمطار والظروف الجوية مع تحليل دقيق لنظائر بخار الماء، كشف الفريق عن طريقتين متميزتين يتصرف بهما هذا التبخر، اعتمادًا على مكان حدوثه. ففي المناطق الجافة ذات الأمطار الضعيفة، يكون التبخر عالي الكفاءة، حيث يزيل غالبًا نسبة كبيرة من القطرات المتساقطة قبل وصولها إلى الأرض. وفي المقابل، في أحزمة الأمطار الغزيرة في المناطق الاستوائية، تكون كفاءة التبخر في إزالة القطرات أقل، ولكن نظرًا لضخامة كمية المقلوعة من المطر، فإن إجمالي كمية الماء التي تتحول مجددًا إلى بخار تكون هائلة. هذا التمييز أمر بالغ الأهمية لأنه يغير كيفية تفسيرنا للبيانات التي نمتلكها بالفعل. وتشير الدراسة إلى أن اشتداد دورة المياه المتوقع — حيث يصبح الرطب أكثر رطوبة والجاف أكثر جفافًا — يتم حجبه جزئيًا بواسطة عمليات التبخر هذه، مما يجعل التغيرات عند السطح تبدو أصغر مما هي عليه في الواقع.

لفهم الصورة الكاملة، حلل الباحثون خمسة عشر عامًا من البيانات، من عام 2006 إلى 2020، باستخدام مزيج من أدوات الأقمار الصناعية التي يمكنها الرؤية عبر السحب لقياس معدلات الأمطار وأجهزة استشعار الغلاف الجوي التي تتبع درجة الحرارة والرطوبة. وقد ركزوا على مقياسين محددين: النسبة المئوية للمطر الذي يتبخر قبل أن يضرب الأرض، وإجمالي الطاقة المنبعثة عندما يتبخر هذا المطر، والتي تعمل على تبريد الطبقة السفلى من الغلاف الجوي. ووجدوا أن هذين المقياسين يرويان قصتين مختلفتين. ففي المحيطات شبه المدارية الجافة، حيث يكون المطر خفيفًا والهواء أسفل السحب جافًا، تتبخر نسبة عالية من المطر. وهنا، يكون التبخر فعالاً في إزالة الماء، مما يعني أن جزءًا ضئيلًا جدًا مما يتشكل في السحابة يصل فعليًا إلى السطح. ومع ذلك، نظرًا لأن إجمالي المطر صغير، فإن تأثير التبريد الإجمالي على الغلاف الجوي يكون متواضعًا.

وينعكس الوضع تمامًا في المناطق الاستوائية الرطبة. ففي هذه المناطق الغنية بالأمطار، تكون النسبة المئوية للمطر الذي يتبخر منخفضة نوعًا ما لأن الهواء رطب وقطرات المطر كبيرة وثقيلة. ومع ذلك، نظرًا لأن حجم المطر المتساقط هائل، فإن إجمالي كمية الماء التي تتبخر تكون ضخمة. وهذا يخلق تأثير تبريد قوي في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي، مما يمكن أن يؤثر على أنماط الرياح وتكون السحب. وتظهر الدراسة أن هذين النظامين يعملان بشكل مختلف: أحدهما يتم تعريفه بكيفية فقدان الماء بالنسبة لما يسقط، والآخر يتم تعريفه بتأثير الطاقة الهائل للماء الذي يتبخر بالفعل. هذا الفصل يساعد في تفسير سبب صراع النماذج السابقة للوصول إلى التوازن الصحيح؛ فهي غالبًا ما تعامل كل عمليات التبخر على أنها واحدة، متجاهلة حقيقة أن المناطق الجافة تفقد الماء بكفاءة بينما تطلق المناطق الرطبة كميات هائلة من الطاقة.

ولعل الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة هو كيف يشوه هذا التبخر الخفي رؤيتنا لاتجاهات تغير المناخ. فقد نظر الباحثون في كيفية تغير أنماط الأمطار على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية ووجدوا أن التغيرات عند السطح لا تتطابق مع التغيرات التي تحدث داخل السحب. ففي المناطق الجافة، كانت كمية المطر التي تتشكل عند قاعدة السحابة تتناقص، وهو ما يتوافق مع توقع "الجاف يصبح أكثر جفافًا". ومع ذلك، نظرًا لأن التبخر تحت السحب قد ضعف أيضًا، فإن نسبة أقل من المطر المتبقي تُفقد قبل وصولها إلى الأرض. وهذا يعوض النقص في الإنتاج، مما يجعل اتجاه أمطار السطح يبدو مسطحًا تقريبًا. إن إشارة الجفاف موجودة، لكنها محجوبة بسبب حقيقة أن المطر الذي يسقط ينجو من رحلته إلى السطح في كثير من الأحيان.

وفي المناطق الرطبة، يحدث العكس تمامًا. فكمية المطر التي تتشكل عند قاعدة السحابة تزداد، وهو ما يتوافق مع عالم "الرطب يصبح أكثر رطوبة". ولكن بينما يسقط المطر، يشتد التبخر تحت السحب، مما يزيل جزءًا أكبر من المطر الإضافي قبل أن يصل إلى الأرض. وهذا يقلل من زيادة أمطار السطح، مما يجعل اتجاه الرطوبة يبدو أضعف من الزيادة الفعلية في إنتاج السحب. والنتيجة هي أن بيانات السطح التي نعتمد عليها لتتبع تغير المناخ تقلل بشكل منهجي من شدة التحولات الحقيقية التي تحدث في الغلاف الجوي. إن دورة المياه تشتد بالفعل، ولكن عملية تبخر المطر أثناء هبوطه تعمل كمرشح (فلتر)، مما يخفف من حدة التطرف الذي كنا سنراه لولا ذلك.

وللتعمق في آليات هذه العملية، استخدم الفريق أداة فريدة: نظائر الماء المستقرة. وهي نسخ أثقل قليلاً من جزيئات الماء تتصرف بشكل مختلف أثناء التبخر. ومن خلال تحليل البصمة النظائرية للمطر والهواء المحيط، تمكن الباحثون من تحديد مكان حدوث التبخر في العمود الرأسي. ووجدوا أنه في الظروف الجافة، يميل التبخر إلى الحدوث بسرعة وعالياً، مباشرة بعد خروج المطر من السحابة. أما في الظروف الرطبة، فيحدث التبخر ببطء أكبر وبالقرب من الأرض. وتكتسب هذه التفاصيل الرأسية أهمية لأن تبريد الهواء بالقرب من قاعدة السحابة يمكن أن يزعزع استقرار الغلاف الجوي ويغير كيفية تنظيم السحب، بينما يكون لتبريد الهواء بالقرب من السطح تأثير مختلف. وتوفر الدراسة طريقة جديدة لرؤية هذا الهيكل الرأسي، وهو أمر كان من المستحيل قياسه عالميًا في السابق.

إن الآثار المترتبة على علوم المناخ كبيرة. فمنذ سنوات، كافحت النماذج لتقديم الكمية الصحيحة من أمطار السطح، وغالبًا ما كانت تصل إلى الإجابة الصحيحة لأسباب خاطئة. فقد يتنبأ نموذج بوجود الكثير من المطر عند قاعدة السحابة، ولكنه يسبب تبخر الكثير منه تحتها، ليصل بالصدفة إلى رقم السطح الصحيح بينما يخطئ تمامًا في فهم الفيزياء. تشير هذه الأبحاث الجديدة إلى أن العلماء بحاجة إلى النظر إلى مطر قاعدة السحابة، ومطر السطح، وعملية التبخر كثلاثة أشياء منفصلة لاختبار نماذجهم بدقة. ومن خلال فصل كفاءة التبخر عن إجمالي الطاقة التي تطلقها، وباستخدام النظائر لمعرفة أين يحدث التبريد، يمكن للباحثين أخيرًا البدء في فك تشابك الإشارات الحقيقية لعالم دافئ. إن دورة المياه تشتد بالفعل، ولكن لرؤيتها بوضوح، يجب أن ننظر إلى ما وراء السطح ونفهم الرحلة غير المرئية لكل قطرة مطر.