A Semi-Physical Framework for Attributing Long-Term Urban Warming in Desert Cities: Integrating Climatic Forcing and Urban Energy Dynamics over Riyadh (1985–2024) and Projections to 2050

المدن ليست مجرد مجموعات من المباني؛ بل هي أنظمة حية تتنفس، وتخزن الحرارة، وتغير الهواء من حولها. لعدة عقود، عرف العلماء أنه مع ارتفاع حرارة الكوكب، تصبح المدن أكثر سخونة أيضًا. ولكن هناك لغز مستمر في فهم السبب الدقيق وراء شعور مدينة معينة بأنها أكثر حرارة بكثير من الريف المحيط بها. هل تأتي الحرارة من تغير المناخ العالمي، أم أنها تأتي من المدينة نفسها؟ الإجابة نادرًا ما تكون مجرد أحد الأمرين؛ بل هي مزيج معقد من قوتين تعملان معًا: الاحترار البطيء والمستمر للغلاف الجوي في المنطقة، والحرارة المحلية الشديدة الناتجة عن النشاط البشري، والخرسانة، وطاقة الحياة التي نستهلكها. وقد كان فك تشابك هذين الخيطين أمرًا صعبًا، خاصة في المناطق الصحراوية، حيث تكون الشمس حارقة بالفعل والأرض تحتفظ بكمية قليلة جدًا من الماء لتبريد الأجواء.

في دراسة جديدة ركزت على الرياض، عاصمة المملكة العربية السعودية، نجح الباحثون في بناء وسيلة واضحة للفصل بين هذين المصدرين للحرارة. لقد نظروا في بيانات درجات الحرارة لمدة أربعين عامًا، من عام 1985 إلى 2024، ليروا كيف تغيرت المدينة. طور الفريق طريقة تعمل كمرشح (فلتر)، مما سمح لهم بالنظر إلى الاحترار الخلفي للمنطقة والاحترار الإضافي الناتج عن نمو المدينة كأمرين متميزين. ووجدوا أنه بينما تزداد حرارة المنطقة بالفعل، فإن المدينة تفعل شيئًا أكثر من ذلك. فمع توسع الرياض، ونمو سكانها، وارتفاع استهلاكها للطاقة بشكل هائل، بدأت المدينة في حبس الحرارة وإطلاقها بكفاءة أكبر، مما أدى إلى تضخيم اتجاه الاحترار الطبيعي. كما نظر الباحثون إلى المستقبل حتى عام 2050، موضحين أن الخيارات التي تتخذها المدينة بشأن كيفية نموها ومقدار الطاقة التي تستخدمها ستحدد مدى شدة حرارتها في المستقبل.

إن قصة حرارة الرياض هي قصة تحول سريع. فعلى مدار العقود الأربعة الماضية، نمت المدينة من مستوطنة صغيرة إلى مدينة ضخمة. وخلال هذه الفترة نفسها، كانت درجة الحرارة المتوسطة في المنطقة ترتفع باطراد. أراد الباحثون معرفة مقدار ما كان ناتجًا عن تغير المناخ الطبيعي ومقدار ما كان من صنع المدينة نفسها. ولتحديد ذلك، ابتكروا نموذجًا لا يعتمد على عمليات محاكاة معقدة وحوسبية مكثفة تتطلب آلاف نقاط البيانات؛ وبدلاً من ذلك، استخدموا نهجًا أبسط يربط النقاط بين ما يمكنهم قياسه: درجة الحرارة، وعدد السكان، وحجم المدينة، وكمية الطاقة المستخدمة.

بدأوا بالنظر إلى سجل درجات الحرارة طويل الأمد. أظهرت البيانات خطًا واضحًا وغير منقطع من الاحترار. فخلال فترة الأربعين عامًا، ارتفع متوسط درجة الحرارة السنوية في الرياض بنحو 2.4 درجة مئوية. وهذا يعد تحولًا كبيرًا، يعادل معدل حوالي 0.60 درجة مئوية كل عشر سنوات. لم يكن هذا الاحترار مجرد بضع سنوات حارة متتالية، بل كان اتجاهًا ثابتًا أكدت الاختبارات الإحصائية أنه حقيقي وليس مجرد صدفة. ومع ذلك، لم يكن معرفة أن المدينة أصبحت أكثر سخونة كافيًا؛ فقد احتاج الفريق لفهم السبب.

لفصل الأسباب، قسم الباحثون ارتفاع درجات الحرارة إلى جزأين. الجزء الأول كان "الاحترار الخلفي"، والذي يمثل الحرارة التي ستشهدها المنطقة حتى لو لم تكن المدينة موجودة، وهو التغير المناخي واسع النطاق الذي يؤثر على شبه الجزيرة العربية بأكملها. والجزء الثاني كان "التضخم الحضري"، وهو الحرارة الإضافية المتولدة من المدينة تحديدًا. تأتي هذه الحرارة الإضافية من ثلاثة مصادر رئيسية: الحرارة التي يطلقها البشر والآلات مباشرة (مثل أجهزة تكييف الهواء والسيارات)، والطريقة التي تركز بها كثافة المدينة تلك الطاقة، وحقيقة أن المباني والطرق تخزن الحرارة خلال النهار وتطلقها ببطء خلال الليل.

قدم الباحثون طريقة جديدة لقياس حمل الطاقة في المدينة، أطلقوا عليها اسم "مؤشر الطاقة الحرارية". فكر في هذا المؤشر كوسيلة لا تقيس فقط مقدار الطاقة التي تستهلكها المدينة، بل مدى كفاءة حشد تلك الطاقة في المساحة. فكلما زادت كثافة المدينة وزاد استخدام الطاقة لكل شخص، ارتفع هذا المؤشر. ووجدت الدراسة أنه مع نمو الرياض، ارتفع هذا المؤشر بثبات، مما يعني أن المدينة أصبحت أكثر قدرة على حبس الحرارة. فكلما زاد عدد السكان هناك، وزاد استهلاكهم للطاقة، وتغير سطح المدينة من الرمال إلى الخرسانة، زادت قدرة المدينة على تضخيم الاحترار الطبيعي.

كان النموذج الذي بنوه قادرًا على إعادة إنشاء التاريخ الفعلي لدرجات الحرارة في الرياض بدقة عالية. وعندما قارنوا تنبؤات النموذج بسجلات درجات الحرارة الحقيقية، تطابق الاثنان بشكل وثيق جدًا. وقد منح هذا الباحثين الثقة في أن طريقتهم تعمل؛ حيث أظهر أن الجمع بين الاحترار الإقليمي، والحرارة البشرية المباشرة، وقدرة المدينة على تخزين وتركيز تلك الحرارة، يمكن أن يفسر تقريبًا كل الاحترار الملحوظ على مدار الأربعين عامًا الماضية. كما كشف النموذج أن نمو المدينة عمل كـ "مضاعف"؛ فهو لم يضف القليل من الحرارة فحسب، بل جعل الاحترار الخلفي يبدو أقوى.

وبالنظر إلى المستقبل، قام الباحثون بتشغيل ثلاثة سيناريوهات مختلفة لمعرفة ما قد يحدث بحلول عام 2050. في سيناريو "الأثر المنخفض"، حيث تنمو المدينة ببطء وتستخدم الطاقة بكفاءة أكبر، يستمر الاحترار ولكن بوتيرة أبطأ. وفي السيناريو "المتوسط"، الذي يتبع المسار الحالي للتنمية، يستمر الاحترار بنفس المعدل الذي شهدته العقود القليلة الماضية. أما في سيناريو "الأثر العالي"، حيث تنمو المدينة بسرعة ويتزايد استخدام الطاقة، فإن درجات الحرارة ترتفع بسرعة أكبر بكثير. وتتسع الفجوة بين هذه المسارات الثلاثة بمرور الوقت، مما يوضح أن درجة حرارة المدينة المستقبلية ليست مجرد مسألة تتعلق بما يفعله المناخ العالمي، بل تتأثر بشدة بكيفية اختيار المدينة لنموها وتطورها.

تسلط الدراسة الضوء على نقطة حاسمة لمخططي المدن والسكان على حد سواء. فبينما لا يمكن لأي مدينة إيقاف الاحترار الخلفي الناجم عن تغير المناخ العالمي، إلا أن المدن تملك سيطرة كبيرة على الحرارة الإضافية التي تولدها. ومن خلال إدارة مدى كثافة المدينة، وكمية الطاقة المستخدمة، وكيفية تصميم المباني لتخزين أو إطلاق الحرارة، يمكن للمدينة تغيير مستقبلها الحراري. وتشير الأبحاث إلى أن الخيارات المتخذة اليوم بشأن النمو الحضري ستحدد ما إذا كانت المدينة ستصبح أكثر سخونة بشكل ملحوظ في العقود القادمة، أم أنها ستتمكن من إبقاء الاحترار تحت السيطرة.

تقدم النتائج من الرياض درسًا واضحًا للمدن سريعة النمو الأخرى، خاصة في المناخات الحارة والجافة. إن الحرارة التي نشعر بها هي شراكة بين السماء والشارع؛ فالسماء توفر الدفء الخلفي، لكن الشارع — بمبانيه وحركته وأهله — هو من يقرر مقدار تلك الحرارة التي سيتم حبسها وتضخيمها. ومن خلال فهم هذه العلاقة، يمكن للمدن اتخاذ قرارات أذكى، ويمكنها التخطيط لنمو لا يأتي على حساب حرارة لا تُطاق. تثبت الدراسة أننا نستطيع فصل الإشارة العالمية عن الضجيج المحلي، مما يعطينا صورة أوضح لكيفية تغير مدننا وما يمكننا فعله حيال ذلك.

في نهاية المطاف، يظهر العمل الذي أُنجز في الرياض أن الاحترار الحضري هو مشكلة يمكن حلها، على الأقل من حيث فهمها. إنها ليست لغزًا يتطلب بيانات مستحيلة أو حواسيب فائقة لحله، بل هي مسألة تتعلق بالنظر في الطاقة التي نستخدمها، والأشخاص الذين يستخدمونها، والأرض التي نبني عليها. ومع استمرار توسع المدن، ستصبح القدرة على قياس وإدارة هذه الحرارة الإضافية أمرًا بالغ الأهمية. توفر الدراسة أداة للقيام بذلك بالضبط، حيث تقدم وسيلة لرؤية مناخ المدينة المستقبلي وتشكيله قبل أن تصبح الحرارة فوق طاقة الاحتمال.