Validation of ERA5 and ERA5-Land Reanalysis Data for Daily Air Temperature and Extreme Temperature Indices over Bangladesh

إن مناخ الأرض في تحول، وفهم كيفية تغير درجات الحرارة خلال العقود القليلة الماضية أمر ضروري للتنبؤ بما يلوح في الأفق. ولتتبع هذه التغييرات، يعتمد العلماء على نوعين رئيسيين من المعلومات. يأتي النوع الأول من محطات الأرصاد الجوية على الأرض، حيث تسجل موازين الحرارة درجة حرارة الهواء الفعلية في مواقع محددة. وبينما تكون هذه القراءات مباشرة ودقيقة، إلا أنها غالبًا ما تكون متفرقة، مع وجود فجوات زمنية ومكانية، مما يجعل من الصعب رؤية الصورة الكاملة لمناخ منطقة ما. أما النوع الثاني من المعلومات فيأتي من نماذج حاسوبية تُعرف باسم مجموعات بيانات إعادة التحليل. هذه ليست مجرد توقعات بسيطة، بل هي إعادة بناء للطقس الماضي. يقوم العلماء بتغذية نماذج حاسوبية قوية تحاكي الغلاف الجوي ببيانات عقود من الملاحظات المستمدة من الأقمار الصناعية، والمناطيد، ومحطات الأرصاد الجوية. والنتيجة هي خريطة كاملة ومستمرة للطقس، تملأ الفراغات حيث لا توجد محطة. ومع ذلك، نظرًا لأن هذه الخرائط مبنية من نماذج، يجب التحقق منها مقابل البيانات الأرضية الحقيقية لضمان أنها تنقل الحقيقة. وهذا أمر مهم بشكل خاص في أماكن مثل بنغلاديش، وهي دولة يتميز مناخها بالتعقيد وتكون فيه الرهانات المتعلقة بدقة البيانات مرتفطة.

في دراسة حديثة، سعى الباحثون لاختبار اثنتين من أشهر خرائط الطقس العالمية، والمعروفتين باسم ERA5 وERA5-Land، لمعرفة مدى قدرتهما على رصد الحرارة والبرودة اليومية عبر بنغلاديش. قارن الفريق درجات الحرارة التي ولدها الحاسوب من هذين النظامين مقابل سجلات من واحد وثلاثين محطة أرصاد جوية فعلية منتشرة في جميع أنحاء البلاد، تغطي السنوات من 1989 إلى 2019. وقد نظروا في كل من الجزء الأكثر حرارة من اليوم والجزء الأكثر برودة من الليل، وكذلك مدى قدرة النظامين على تتبع الظواهر الجوية المتطرفة، مثل الأيام الأكثر حرارة في السنة أو وتيرة الليالي الدافئة بشكل غير معتاد. وكان الهدف هو تحديد أي من الخريطتين الرقميتين توفر صورة أكثر موثوقية للعالم الحقيقي لهذا الإقليم تحديدًا.

وكشفت عملية الاستقصاء أن كلتا الخريطتين الرقميتين جودتان للغاية بشكل عام في مطابقة الطقس الحقيقي. فعندما نظر الباحثون في درجة الحرارة القصوى اليومية — أي أعلى حرارة يتم الوصول إليها خلال النهار — أظهر كلا النظامين ارتباطًا قويًا بالملاحظات الأرضية. ومع ذلك، أظهر فحص أدق أن خريطة ERA5 القياسية تفوقت قليًا على نظيرتها الأكثر تفصيلًا ERA5-Land؛ حيث تتبعت الخريطة القياسية الدرجات القصوى اليومية بدقة أكبر، وأظهرت خطأً أقل في توقعاتها. كما مال كلا النظامين إلى التقليل من تقدير الحرارة، مما يعني أنهما توقعا أيامًا أبرد قليلاً مما هي عليه في الواقع، لكن الخريطة القياسية كانت أقرب إلى الحقيقة. ولم يكن هذا الاختلاف مجرد تقلب طفيف؛ فقد أكدت الاختبارات الإحصائية أن الأداء المتفوق للخريطة القياسية كان نتيجة ثابتة وهامة في جميع أنحاء البلاد.

تغيرت القصة قليلًا عندما فحص الباحثون درجة الحرارة الدنيا اليومية، والتي تمثل أبرد نقطة في الليل. هنا، كان النظامان متطابقين بشكل أكبر. لقد قام كلا النظامين بعمل جيد في تتبع درجات الحرارة المنخفضة ليلًا، رغم أن كلاهما كان لديه ميل للتنبؤ بليالٍ أكثر دفئًا من الواقع. ومن المثير للاهتمام أن خريطة ERA-Land الأكثر تفصيلًا تفوقت قليلًا في تقليل هذا الانحياز نحو الدفء، مما جعلها أكثر دقة لدرجات حرارة الليل في بعض المواسم. كما وجدت الدراسة أن كلا النظامين واجها أكبر صعوبة خلال موسم الرياح الموسمية. فعندما تهيمن الأمطار الغزيرة والغطاء السحابي الكثيف على السماء، انخفضت قدرة النماذج الحاسوبية على التنبؤ بتغيرات درجات الحرارة من يوم لآخر بشكل ملحوظ، لا سيما بالنسبة للدرجات المنخفضة ليلًا. وهذا يشير إلى أن التفاعلات المعقدة بين الأرض الرطبة والغلاف الجوي خلال موسم الأمطار لا تزال صعبة حتى على أكثر النماذج تقدمًا في التقاطها بشكل مثالي.

وبعيدًا عن درجات الحرارة اليومية، تحقق الفريق أيضًا من مدى قدرة هذه الخرائط على تسجيل الظواهر الجوية المتطرفة. لقد نظروا في المؤشرات التي تقيس شدة الأيام الأكثر حرارة والأكثر برودة، وكذلك عدد مرات حدوث الحر الشديد أو البرد الشديد. وبالنسبة للأيام الأكثر حرارة وبرودة على الإطلاق، أظهرت خريطة ERA5 القياسية مرة أخرى ميزة طفيفة، حيث التقطت شدة هذه الحالات المتطرفة بدقة أكبر. ومع ذلك، عندما تعلق الأمر بتتبع الاتجاهات طويلة المدى في وتيرة حدوث الحر الشديد أو البرد الشديد، كان أداء خريطة ERA-Land الأكثر تفصيلًا أفضل؛ فقد كانت أكثر نجاحًا في مطابقة التغيرات المرصودة في تكرار هذه الأحداث على مدى فترة الثلاثين عامًا. وهذا يشير إلى أنه بينما الخريطة القياسية أفضل في ضبط درجة الحرارة المحددة في يوم معين، فإن الخريطة ذات الدقة العالية أفضل في إظهار كيفية تغير نمط الطقس المتطرف بمرور الوقت.

وخلص الباحثون إلى أنه بالنسبة لمعظم الأغراض العامة في بنغلاديش، فإن خريطة ERA5 القياسية هي الخيار الأكثر موثوقية لبيانات درجات الحرارة اليومية؛ فهي توفر سجلًا صلبًا ومستمرًا لكل من الدرجات القصوى اليومية وشدة الحرارة المفرطة. ومع ذلك، إذا كان الباحث بحاجة إلى دراسة كيفية تغير وتيرة الطقس المتطرف بمرور الوقت، أو إذا كان بحاجة إلى الصورة الأكثر دقة لدرجات حرارة الليل، فإن خريطة ERA-Land تقدم مزايا متميزة. وتبرز الدراسة أنه بينما تعد هذه النماذج الحاسوبية أدوات قوية يمكنها ملء الفجوات حيث تفتقر المحطات الجوية للبيانات، إلا أنها ليست مثالية. فهي تعمل بشكل أفضل عندما تُفهم نقاط قوتها المحددة وتُطابق مع المهمة المناسبة. وبالنسبة للعلماء والمخططين في بنغلاديش، فإن معرفة أي خريطة يجب استخدامها لأي مهمة أصبح الآن مسارًا أوضح للمضي قدمًا، مما يضمن أن تكون القرارات المبنية على بيانات المناخ دقيقة قدر الإمكان.