Predicting when and where climate change becomes robustly detectable

إن مناخ الأرض نظام مضطرب، يتنقل باستمرار بين حالات من الهدوء والعواصف، والحرارة والبرودة، حتى دون أي تأثير بشري. هذا المد والجزر الطبيعي، المعروف بالتباين الداخلي، يعمل مثل طبقة سميكة من التشويش على إشارة الراديو. وعندما يحاول العلماء اكتشاف البصمة المحددة لتغير المناخ الناجم عن الأنشطة البشرية، فإن هذا الضجيج الطبيعي غالبًا ما يحجب الرسالة، خاصة عند النظر إلى مناطق محددة بدلاً من الكوكب بأكمله. لعقود من الزمن، كافح الباحثون للتمييز بين التحول الحقيقي في النظام المناخي وبين التقلب المؤقت الذي قد يحدث من تلقاء نفسه. وهذا اليقين يجعل من الصعب الجزم بكيفية تغير منطقة معينة، أو معرفة ما إذا كان نموذج مناخي ما يتنبأ بالمستقبل بدقة. إن التحدي الجوهري لا يكمن فقط في كون الإشارة ضعيفة، بل في أن مقدار الضجيج يتباين بشكل هائل من مكان إلى آخر، مما يجعل بعض المناطق سهلة القراءة وأخرى مستحيلة الفهم تقريبًا.

تقدم دراسة جديدة أجراها فريق من الباحثين من فرنسا وإيطاليا والجزائر طريقة موحدة لاختراق هذا الارتباك. فهم يقترحون أن صعوبة اكتشاف تغير المناخ في أي بقعة تعتمد على شيئين بسيطين: قوة الإشارة البشرية مقارنة بالضجيج الطبيعي، وعدد النسخ المختلفة لتاريخ المناخ التي يمكننا النظر إليها لمتوسط ذلك الضجيج. وقد طور الباحثون قاعدة رياضية تربط هذين العاملين للتنبؤ بدقة بمدى قدرتنا على استعادة الاتجاه المناخي الحقيقي. وتظهر أعمالهم أنه إذا كنت تعرف مدى ضجيج منطقة ما وعدد عمليات المحاكاة المناخية المتوفرة لديك، يمكنك حساب مدى الاتفاق الذي ينبغي توقعه بين بياناتك والواقع الكامن بدقة. هذا الإطار يوحد ثلاث طرق كانت منفصلة سابقًا في التفكير حول تغير المناخ: عدد عمليات المحاكاة الحاسوبية المطلوبة للحصول على إجابة واضحة، ومدى مطابقة تلك المحاكاة للملاحظات في العالم الحقيقي، ومتى ستظهر منطقة معينة تغييرًا يستحيل تجاهله.

اختبر الفريق هذه الفكرة باستخدام مجموعة ضخمة من عمليات تشغيل النماذج المناخية، وتحديدًا بالنظر في عشرة نماذج مختلفة أنتج كل منها عشرات النسخ الممكنة من طقس القرن الماضي. وعندما نظروا في نسخة واحدة فقط من الماضي، كانت النتائج غالبًا فوضوية وغير متسقة، وفشلت في مطابقة الاتجاه القسري الحقيقي في أجزاء كثيرة من العالم. ومع ذلك، مع دمج المزيد والمزيد من هذه النسخ، بدأ الضجيج الطبيعي في إلغاء نفسه، مما كشف عن نمط واضح ومتسق من التغيير. ووجد الباحثون أن عدد النسخ اللازمة لرؤية هذا النمط الواضح يختلف اختلافًا كبيرًا حسب الموقع. ففي بعض المناطق، كانت حفنة من عمليات المحاكاة كافية لرؤية الإشارة بوضوح، بينما في مناطق أخرى، خاصة تلك الحساسة لأنماط الرياح المتغيرة أو التيارات المحيطية، كانت هناك حاجة لمئات عمليات المحاكاة لتحقيق نفس المستوى من الوضوح. ولم يكن هذا التباين عشوائيًا؛ بل كان مرتبطًا مباشرة بالتوازن المحلي بين الإشارة البشرية والضجيج الطبيعي.

ومن الأهمية بمكان أن الدراسة أكدت أن هذه القاعدة نفسها تنطبق على العالم الحقيقي، رغم أننا لا نملك سوى سجل واحد لتاريخ الأرض الفعلي. وبما أننا لا نستطيع تشغيل الأرض الحقيقية عدة مرات لمتوسط الضجيج، فإن ملاحظاتنا تمثل تحققًا واحدًا فقط. وقد أظهر الباحثون أن الاتفاق بين السجلات الوحيدة للعالم الحقيقي والاتجاه المتوقع الناجم عن الأنشطة البشرية يتبع نفس النمط الذي تنبأت به قاعدتهم تمامًا. ففي المناطق التي يكون فيها الضجيج الطبيعي مرتفعًا، تتوافق الملاحظة الوحيدة مع الاتجاه القسري بشكل ضعيف، تمامًا كما توقعت النظرية. وفي المناطق التي تكون فيها الإشارة قوية والضجيج منخفضًا، يكون التطابق أفضل بكثير. وهذه النتيجة مهمة لأنها تخبر العلماء أنه عندما يختلف نموذج وملاحظة ما، فليس من الضروري دائمًا أن يكون النموذج معيبًا، بل قد يكون الخلاف ببساطة هو النتيجة المتوقعة للنظر في نظام صاخب باستخدام نقطة بيانات واحدة فقط.

ثم طبق الباحثون هذا الإطار للنظر في المستقبل، متسائلين متى سيصبح تغير المناخ قابلًا للكشف بشكل قوي في أجزاء مختلفة من العالم. ووجدوا تسلسلاً هرميًا واضحًا في سرعة ظهور أنواع مختلفة من تغير المناخ من وسط الضجيج. فتغيرات درجات الحرارة هي الأسهل رصدًا؛ حيث تظهر أجزاء كبيرة من العالم بالفعل إشارة قوية بما يكفي لتمييزها عن التباين الطبيعي، وهذه المنطقة ستستمر في النمو خلال القرن الحادي والعشرين. أما الهطول، أو أنماط الأمطار، فهو أصعب بكثير في التحديد. ونظرًا لأن الأمطار متغيرة طبيعيًا للغاية وغالبًا ما تكون الإشارة البشرية أضعف في هذا الصدد، فإن العديد من المناطق لن تظهر تغييرًا قويًا وقابلًا للكشف في أنماط الأمطار حتى أواخر القرن، هذا إن حدث ذلك أصلاً. والمتغير الأكثر صعوبة في الكشف عنه هو الضغط الجوي، الذي يحرك مسارات الرياح والعواصف. فبالنسبة لمعظم العالم، يكون الضجيج الطبيعي في هذه الأنماط مهيمنًا للغاية لدرجة أنه حتى بحلول عام 2100، قد تظل الإشارة البشرية أضعف من أن يتم تمييزها عن الفوضى الخلفية بثقة عالية.

يوفر هذا العمل طريقة جديدة للتفكير في حدود المعرفة المناخية. فهو يشير إلى أن "وقت الظهور" لتغير المناخ ليس تاريخًا واحدًا يتغير فيه العالم فجأة، بل هو تقدم تدريجي حيث تعبر مناطق مختلفة ومتغيرات مختلفة عتبة القابلية للكشف في أوقات متفاوتة. وتؤكد الدراسة أن القدرة على الثقة في المعلومات المناخية الإقليمية تعتمد على الظروف المحلية المحددة. ففي بعض الأماكن، يمكننا بالفعل أن نكون واثقين جدًا من توقعاتنا لأن الإشارة قوية. وفي أماكن أخرى، يفرض الضجيج المتأصل في النظام المناخي حدًا قاسيًا على ما يمكننا معرفته، بغض النظر عن عدد الحواسيب التي نستخدمها. ومن خلال قياس هذه الحدود، يقدم الباحثون أداة لصناع القرار والعلماء لفهم ليس فقط ما سيفعله المناخ، بل مدى اليقين الذي يمكننا أن نكون به بشأن تلك التوقعات في أي موقع محدد. إن هذا الإطار لا يحل مشكلة عدم اليقين المناخي، لكنه يرسم معالمها بدقة لم تكن موجودة من قبل، محولًا الشعور الغامض بالشك إلى حدود واضحة وقابلة للحساب.