The wind resource of Northeast Brazil as a climate variable: decadal variability, regional model bias and projected change at turbine hub height

الرياح هي أكثر من مجرد ظاهرة جوية؛ إنها متغير مناخي يغذي شبكات كهربائية بأكملاء. في شمال شرق البرازيل، تعد الرياح ثاني أكبر مصدر للكهرباء، حيث تولد طاقة تكفي لإضاءة ملايين المنازل وتحريك الاقتصاد المحلي. يعتمد هذا الإقليم بشكل كبير على النسيم المستمر الذي تهب عبر الساحل وفوق الهضاب المرتفعة، لكن قوة هذه الرياح ليست ثابتة. فهي تتغير بمرور الوقت، متأثرة بأنماط واسعة النطاق في المحيط والغلاف الجوي، مثل ظاهرة "النينيو–التذبذب الجنوبي"، التي تعمل على تسخين وتبريد المحيط الهادئ، بالإضافة إلى تغيرات درجات الحرارة في المحيط الأطلسي الاستوائي. بالنسبة للمهندسين والمخططين، فإن فهم ما إذا كانت هذه الرياح تزداد قوة، أو تضعف، أو ببساطة تغير إيقاعها، هو مسألة تكيف. فإذا تقلص مورد الرياح، يصبح إمداد الطاقة محفوفًا بالمخاطر؛ وإذا نما، يمكن للمنطقة أن تصبح أكثر قوة. والسؤال الحاسم هو ما إذا كانت التغييرات التي شوهدت في السنوات الأخيرة هي تحول دائم ناتج عن الاحتباس الحراري أم مجرد تقلب طبيعي مؤقت سيعود لمساره في النهاية.

لقد وضع فريق من الباحثين حداً لهذا التساؤل من خلال النظر إلى الرياح في المكان الذي تدور فيه التوربينات الحديثة تماماً، بدلاً من الاعتماد على قياسات قديمة أُخذت بالقرب من سطح الأرض. لقد جمعوا أكثر من مليون سجل ساعي من اثني عشر برجاً معدنياً طويلاً، تُعرف بالأبراج المترولوجية، تقع في ثلاث مزارع رياح مختلفة عبر ولايتي ريو غراندي دو نورتي وسيارا. ترتفع هذه الأبراج ما بين 78 و95 متراً، وهو ما يطابق ارتفاع مراكز التوربينات حيث تلتقط الشفرات أكبر قدر من الطاقة. تغطي البيانات فترة من عام 2011 أو 2015 وصولاً إلى عام 2025. ثم قارن العلماء هذه القياسات الواقعية مقابل محاكاة حاسوبية للمناخ المستقبلي، باستخدام نموذج إقليمي يسمى "إيتا" (Eta) كان مدمجاً داخل أربعة نماذج مناخية عالمية مختلفة. توقعت هذه المحاكاة كيف قد تبدو الرياح في ظل سيناريوهات مختلفة لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري، ممتدة حتى منتصف القرن. كان الهدف هو معرفة ما إذا كانت النماذج تستطيع التنبؤ بدقة بالرياح عند ارتفاع التوربينات، وتحديد ما إذا كانت الرياح تتغير حقاً أم أنها تمر فقط بدورات من مراحلها الطبيعية.

إن القصة التي ترويها البيانات هي قصة تقلبات دراماتيكية وليست انخفاضاً بطيئاً وثابتاً. فقد وجد الباحثون أن الرياح كانت قوية بشكل استثنائي من عام 2015 إلى 2017، وهي فترة تزامنت مع ظاهرة "النينيو" القوية جداً. بعد ذلك، بدءاً من عام 2018، انخفضت الرياح بشكل ملحوظ وظلت هادئة حتى عام 2024، وهي فترة تزامنت مع تسلسل نادر لثلاث أحداث متتالية من ظاهرة "اللا نينيا" ومرحلة احترار في المحيط الأطلسي الاستوائي. وبحلول عام 2025، بدأت الرياح في التعافي. لم يكن هذا النمط انخفاضاً تدريجياً خطياً يوحي بفقدان دائم لطاقة الرياح، بل كان انخفاضاً مفاجئاً، تحولاً من مستوى نشاط إلى آخر، متبوعاً بعودة إلى مستويات أعلى. وفي مواقع ريو غراندي دو نورتي، كان هذا الانخفاض ذا دلالة إحصائية، حيث مثل نقصاً بنسبة 5 إلى 12 بالمائة لكل عقد إذا ما رسمنا خطاً مستقيماً عبر البيانات. ومع ذلك، يؤكد الباحثون أن هذا هو تباين عقدي طبيعي متزامن مع المحيط، وليس إشارة قسرية ناتجة عن تغير المناخ. فالسنوات الأكثر رياحاً والسنوات الأكثر هدوءاً كانت مجرد فصول مختلفة في الكتاب نفسه، تحركها مزاجات المحيط.

وعندما اختبر العلماء النماذج الحاسوبية مقابل هذه القياسات الواقعية، وجدوا أن النماذج جيدة في التنبؤ بالفصول ولكنها ضعيفة في التنبؤ بالسنوات المحددة. فقد أظهرت عمليات المحاكاة بشكل صحيح أن الرياح تكون في أقوى حالاتها بين أغسطس ونوفمبر وأضعف حالاتها خلال موسم الأمطار، لكنها قللت باستمرار من السرعة الفعلية للرياح، وأحياناً بنسبة تصل إلى 36 بالمائة. كان هذا التقليل في التقدير أكثر حدة خلال أشهر الأمطار، حيث فشلت النماذج في رصد كيفية تسارع الرياح فوق الهضاب المرتفعة. والأهم من ذلك، أن النماذج لم تستطع التنبؤ بالتسلسل المحدد للسنوات العاصفة والهادئة لأنها لم تكن تعمل على نفس التقويم الخاص بالعالم الحقيقي. وقد أدى هذا إلى اكتشاف مفاجئ حول كيفية محاولة العلماء ربط تنبؤات النماذج بالمواقع المحلية. فقد اختبر الباحثون ما إذا كانت أدوات تعلم الآلة، التي تُستخدم غالباً لـ "ترجمة" بيانات النماذج إلى توقعات محلية، يمكنها إصلاح هذه المشكلة. ووجدوا أن هذه الأدوات فشلت تماماً عند تطبيقها على سيناريوهات المناخ المستقبلية. ولأن النماذج والعالم الحقيقي كانا غير متزامنين، لم تتمكن خوارزميات تعلم الآلة من تعلم العلاقة الحقيقية بينهما. وبدلاً من ذلك، قامت ببساطة بتوسيط البيانات، مما أدى إلى نقل جزء ضئيل فقط من التغيير المتوقع وإخفاء إشارة التحولات المناخية المستقبلية فعلياً.

وللحصول على صورة أوضح للمستقبل، استخدم الباحثون طريقة مختلفة ركزت على التوزيع الإحصائي للرياح بدلاً من محاولة مطابقة الأنماط سنة بسنة. قاموا بتعديل بيانات النموذج لتصحيح التحيزات المعروفة، وخاصة التقليل من التقدير خلال موسم الأمطار. وعندما نظروا إلى التوقعات المصححة للفترة بين 2025 و2054، كانت النت النتائج متواضعة بشكل مثير للدهشة. أشارت النماذج إلى زيادة طفيفة في سرعة الرياح بنسبة 3 إلى 5 بالمائة في الهضاب المرتفعة في سيارا، بينما لم تظهر المواقع الساحلية في ريو غراندي دو نورتي أي تغيير تقريباً. هذه التغييرات المتوقعة صغيرة، خاصة عند مقارنتها بالتقلبات الطبيعية التي شهدها الإقليم بالفعل. فالفارق بين السنة العاصفة والسنة الهادئة في الماضي القريب كان أكبر بكماً من إجمالي الفرق المتوقع بين اليوم ومنتصف القرن. علاوة على ذلك، اختلفت النماذج الحاسوبية المختلفة فيما بينها أكثر مما اتفقت على سيناريو الانبعاثات المحدد، مما يعني أن عدم اليقين في النماذج أكبر حالياً من إشارة تغير المناخ نفسها.

إن تداعيات هذه النتائج عميقة للغاية فيما يتعلق بكيفية تفكير مخططي الطاقة في المستقبل. تشير الدراسة إلى أن مورد الرياح في شمال شرق البرازيل ليس في خطر الاختفاء أو الانهيار بسبب تغير المناخ في العقود القادمة. لا يزال الإقليم واحداً من أفضل الأماكن في العالم لطاقة الرياح. ومع ذلك، فإن التباين الطبيعي للرياح هو عامل أكبر بكثير من المسيرة البطيئة للاحتباس الحراري. فمزرعة الرياح التي تُبنى اليوم قد تواجه عقداً من الرياح الأضعف لمجرد دورات المحيط الطبيعية، مما سيقلل من إنتاجها من الطاقة بشكل كبير، حتى لو كان الاتجاه المناخي طويل الأجل مستقراً. وهذا يعني أن تقديرات الطاقة للمشاريع الجديدة يجب أن تأخذ في الاعتبار هذه التقلبات الطبيعية، وليس فقط متوسط المناخ المستقبلي. ويخلص الباحثون إلى أنه بالنسبة للثلاثين سنة القادمة، فإن العامل الأهم للتخطيط ليس إشارة تغير المناخ، بل القدرة على التكيف مع الإيقاع الطبيعي للمحيط. ستستمر الرياح في الهبوب، لكن قوتها ستتدفق وتنحسر بطرق أكبر وأكثر فورية من التغييرات البطيئة التي تتنبأ بها النماذج المناخية.