فاجعه خشم طبیعت؛ دامن گیر کدام منطقه خواهد شد؟
نوسانات اقلیمی به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی قرن بیست و یکم شناخته می شود،که خطر سیلاب‌ها و خشکسالی ها را به همراه دارد و با ادامه گرمایش جهانی، پیش‌بینی می‌شود که این نوسانات حتی بیشتر شوند. به‌ویژه در مناطق شمالی و از شمال آفریقا به سمت جنوب آسیا مشهود است. و می‌تواند عواقب وخیمی برای اکوسیستم‌ها و جوامع انسانی به همراه داشته باشد.
به گزارش فناوری، تحقیقات نشان می‌دهد که از اواسط قرن بیستم، نوسانات آب و هوایی در مقیاس‌های زمانی سه‌ماهه و دوازده‌ماهه به ترتیب 31 تا 66 درصد و 8 تا 31 درصد افزایش یافته است. پیش‌بینی می‌شود که با ادامه گرمایش، این نوسانات حتی بیشتر هم شوند؛ به‌طوری که نوسانات سه‌ماهه ممکن است 113 درصد و نوسانات دوازده‌ماهه 52 درصد در مناطق خشکی با 3 درجه سانتی‌گراد افزایش دما افزایش یابند. این تغییرات بیشتر در مناطق شمالی و از شمال آفریقا به سمت جنوب آسیا مشاهده می‌شود.
شواهد نشان می‌دهد که این افزایش‌ها به افزایش ظرفیت جو برای نگهداری بخار آب و نیاز بیشتر به تبخیر مرتبط است. افزایش نوسانات هیدروکلایماتیک می‌تواند خطرات ناشی از نوسانات سریع بین شرایط مرطوب و خشک را تشدید کند، مانند سیلاب‌های ناگهانی، آتش‌سوزی‌های جنگلی، زمین‌لغزش‌ها و شیوع بیماری‌ها. همچنین ممکن است نیاز به مدیریت همزمان خطرات خشکسالی و سیلاب‌ها را بیشتر کند.
برای درک بهتر تغییرات آینده نوسانات هیدروکلایماتیک، باید بیشتر به واکنش‌های جو نسبت به عوامل منطقه‌ای و جهانی و همچنین تعاملات بین زمین، اقیانوس و جو توجه کنیم. این کار با استفاده از شبیه‌سازی‌های مدل‌های اقلیمی بزرگ، مدل‌های با وضوح بالا و روش‌های نوین یادگیری ماشین امکان‌پذیر است.
تنوع هیدروکلیمایی به نوسانات جوی اشاره دارد که می‌تواند باعث ایجاد شرایط غیرعادی خشک یا مرطوب در بازه‌های زمانی از چند روز تا چند دهه شود. یکی از جنبه‌های این تنوع، ناپایداری هیدروکلیمایی است که به تغییرات ناگهانی و غیرمعمول از شرایط مرطوب به خشک و برعکس اشاره دارد. این تغییرات می‌توانند به‌عنوان تغییرات شدید در میزان آب در دسترس در نظر گرفته شوند. به عبارت دیگر، وقتی بارش‌های سنگین باعث می‌شود آب زیادی جمع شود، مازاد آب ایجاد می‌شود، و وقتی بارش کم باشد یا تبخیر زیاد باشد، کمبود آب ایجاد می‌شود.
این ناپایداری هیدروکلیمایی شامل پدیده‌هایی است که قبلاً با اصطلاحات مختلفی توصیف شده‌اند، مانند شدت هیدروکلیمایی و نوسانات بارش. این تغییرات سریع می‌توانند تهدیدات جدی برای سلامت انسان، امنیت غذایی و آب، و زیرساخت‌ها ایجاد کنند.
تأثیرات ناپایداری هیدروکلیمایی معمولاً از تأثیرات خشکسالی یا سیلاب‌ها به‌تنهایی شدیدتر است. به‌عنوان مثال، در زمستان 2022-2023، پس از چند سال خشکسالی و آتش‌سوزی‌های شدید در کالیفرنیا، یک سری بارش‌های سنگین باعث سیلاب‌های وسیع و خسارت‌های زیادی به زیرساخت‌ها و املاک شد و وضعیت اضطراری در 40 شهرستان این ایالت اعلام گردید. در یک دوره سه هفته‌ای، نه طوفان متوالی بارش‌های بی‌سابقه‌ای را به همراه داشت و میزان بارش‌ها در این فصل به بالاترین حد خود رسید.
در شرق آفریقا نیز، باران‌های شدید در فصل برداشت پاییز 2023 بعد از پنج فصل متوالی خشکسالی بین سال‌های 2020 و 2023 رخ داد. این خشکسالی باعث ناامنی غذایی برای بیش از 20 میلیون نفر شده بود و بارش‌های شدید جدید، هزاران هکتار از محصولات کشاورزی را نابود کرد و بیش از 2 میلیون نفر را از خانه‌هایشان آواره کرد.
«از سال 2016 تا 2023، تغییرات در شاخص تبخیر و تعرق بارش استاندارد (SPEI) ارائه شده است. در اینجا، رنگ‌های قهوه‌ای نشان‌دهنده رویدادهایی هستند که از وضعیت مرطوب به خشک تغییر کرده‌اند و رنگ‌های سبز نشان‌دهنده رویدادهایی هستند که از وضعیت خشک به مرطوب تغییر کرده‌اند. این رویدادها فهرستی کامل از همه تغییرات شدید آب‌وهوایی نیستند، بلکه نمونه‌هایی از تنوع و گستردگی جغرافیایی مناطقی هستند که تحت چنین تغییرات سریع قرار دارند. این نوع رویدادها که تأثیرات اجتماعی و زیست‌محیطی زیادی دارند، می‌توانند در تقریباً تمام مناطق خشکی جهان رخ دهند و تأثیرات آن‌ها به شدت تحت تأثیر نوع تغییر (از مرطوب به خشک یا از خشک به مرطوب) قرار می‌گیرد.»
نوسانات هیدروکلیمایی، یعنی تغییرات مرتبط با آب و هوای آب، در آینده به طور قابل توجهی بیشتر از آنچه که در گذشته مشاهده شده، پیش‌بینی می‌شود. این افزایش به این دلیل است که انتظار می‌رود بارش باران و تبخیر در جو گرم‌تر، شدت بیشتری پیدا کند. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که در یک سناریوی متوسط از انتشار گازهای گلخانه‌ای، سال‌هایی با نوسانات شدید آب و هوایی در رودخانه‌های بزرگ جهان سه برابر خواهند شد. همچنین، در سناریوی گرم‌تر، تغییرات شدید از خشکی به رطوبت ممکن است پنج برابر شود.
این تغییرات سریع می‌توانند تأثیرات اجتماعی و محیطی زیادی داشته باشند. بنابراین، ضروری است که تغییرات را بهتر درک کنیم و به ویژه تفاوت‌های بین روندهای قابل اعتماد در سطح جهانی و روندهای با اعتماد کمتر در سطح منطقه‌ای را شناسایی کنیم. همچنین باید مکان‌هایی را که نوسانات شدید با آسیب‌پذیری اجتماعی بالا همپوشانی دارند، شناسایی کنیم تا بتوانیم راهکارهای مؤثر و عادلانه‌ای برای سازگاری با این تغییرات در آینده ارائه دهیم.
علاوه بر این، اگر ما فرآیندهای جوی را بهتر درک کنیم، می‌توانیم پیش‌بینی حوادث شدید را بهبود ببخشیم و برنامه‌ریزی و پاسخگویی به شرایط اضطراری را بهتر انجام دهیم.
توصیف و اندازه‌گیری تغییرات مشاهده‌شده و پیش‌بینی‌شده در نوسانات هیدروکلیما تحت تأثیر وجود تعاریف و معیارهای مختلف قرار دارد. در اینجا، یک تعریف جامع و یک معیار کمی برای نوسانات هیدروکلیما ارائه می‌شود، و سپس شواهد مربوط به روندهای مشاهده‌شده و پیش‌بینی‌شده جمع‌بندی می‌شود.
تعریف نوسانات هیدروکلیما
نوسانات هیدروکلیما به تغییرات در الگوهای بارش و خشکی در یک منطقه اشاره دارد. اندازه‌گیری این نوسانات به دلیل تفاوت‌های موجود در نوع و زمان وقوع بارش‌ها و خشکی‌ها، چالش‌هایی را به همراه دارد. بارش‌های شدید می‌توانند در زمان‌های بسیار کوتاه، از دقایق تا ساعت‌ها، و در مکان‌های کوچک، مانند یک محله در یک شهر بزرگ، رخ دهند. در مقابل، خشکسالی‌ها معمولاً در بازه‌های زمانی طولانی‌تر، از چند هفته تا چند سال، اتفاق می‌افتند و می‌توانند مناطق وسیعی، حتی تا مقیاس قاره‌ها را تحت تأثیر قرار دهند. همچنین، در حالی که بارش‌های شدید معمولاً ناشی از بارش‌های سنگین هستند، خشکی‌های شدید معمولاً به ترکیبی از بارش کم و تبخیر زیاد مرتبط می‌شوند. میزان اهمیت این عوامل می‌تواند بین مناطق و رویدادها متفاوت باشد.
برای مقابله با این چالش‌ها، در اینجا یک معیار جدید به نام «نوسانات هیدروکلیما» معرفی می‌شود. این معیار تغییرات بزرگ و سریع در شاخص تبخیر و بارش استاندارد شده (SPEI) را شناسایی می‌کند که شامل پدیده‌هایی در دو طرف بارش و تبخیر و تعرق می‌شود. رویدادهای نوسانی به مواردی اطلاق می‌شود که در آن تفاوت زمانی در SPEI ماهانه به حدی می‌رسد که برابر یا بیشتر از مقداری باشد که با یک دوره تکرار تقریبی 10 ساله مرتبط است. این شاخص بر اساس داده‌های جوی در مقیاس‌های زمانی کوتاه (تا 3 ماه) و بین‌سالی (تا 12 ماه) محاسبه می‌شود و نسبت به چرخه فصلی منطقه‌ای در طول تاریخ تنظیم می‌شود. تعداد کل رویدادهای نوسانات هیدروکلیما به عنوان مجموع رویدادهای مرطوب به خشک و خشک به مرطوب محاسبه می‌شود. داده‌های مشاهده شده با استفاده از تجزیه و تحلیل جوی ERA5 و داده‌های دیگر محاسبه می‌شود و پیش‌بینی‌ها نیز با استفاده از مدل‌های اقلیمی محاسبه می‌شود.
روندهای نوسانات هیدروکلیما در تاریخ
شواهد زیادی وجود دارد که نشان می‌دهد نوسانات هیدروکلیما (آب و هوا) در سطح جهانی، که به روش‌های مختلف تعریف و اندازه‌گیری شده است، در طول تاریخ افزایش یافته است. این افزایش‌ها به‌ویژه در نوسانات هیدروکلیما که در این متن به آن اشاره شده، قابل مشاهده است.
برای مثال، در بازه زمانی 1975 تا 2015، فراوانی نوسانات هیدروکلیما در سطح جهانی به شکل زیر افزایش یافته است:
- برای داده‌های ERA5، 31% (معادل 0.05 رویداد در سال به ازای هر دهه)
- برای داده‌های NCD20C، 66.4% (معادل 0.06 رویداد در سال به ازای هر دهه)
- برای داده‌های CESM2، 11% (معادل 0.01 رویداد در سال به ازای هر دهه)
تغییرات نوسانات هیدروکلیما در مناطق خشکی نیز کاهش کمتری داشت و به ترتیب به 16.5%، 49.4% و 17.2% برای داده‌های ERA5، NCD20C و CESM2 رسید.
همچنین، نوسانات هیدروکلیما بین‌سالی نیز در سطح جهانی افزایش یافته است:
- برای داده‌های ERA5، 7.6% (معادل 0.02 رویداد در سال به ازای هر دهه)
- برای داده‌های NCD20C، 31.3% (معادل 0.03 رویداد در سال به ازای هر دهه)
- برای داده‌های CESM2، 3.8% (معادل 0.003 رویداد در سال به ازای هر دهه)
تغییرات در مناطق خشکی به ترتیب -3%، +21.9% و +7.6% بود.
به‌طور کلی، اندازه تغییرات تاریخی نشان‌دهنده این است که نتایج به نوع داده‌های مورد استفاده بستگی دارد. همچنین، شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد تغییرات مشاهده‌شده ممکن است سریع‌تر از انتظارات مدل‌های پیش‌بینی باشد. در واقع، روندهای مشاهده‌شده قوی‌تر از پیش‌بینی‌های مدل‌ها برای نوسانات زیرسالی و بین‌سالی هستند. به‌ویژه، تغییرات مشاهده‌شده در نوسانات زیرسالی (+0.05 رویداد در سال به ازای هر دهه) بیشتر از دامنه شبیه‌سازی‌شده در مدل CESM2 (که بین -0.01 تا +0.038 رویداد در سال به ازای هر دهه متغیر است) در داده‌های ERA5 و NCD20C قرار دارد.
این نتایج نشان می‌دهد که نوسانات هیدروکلیما در سال‌های اخیر به‌طور قابل توجهی افزایش یافته و این تغییرات ممکن است بر آب و هوا و محیط زیست تأثیرات جدی داشته باشد.
تحولات آب و هوایی و نوسانات هیدروکلایماتیک در سال‌های اخیر نشان‌دهنده تغییرات قابل توجهی هستند که با افزایش دما و گرمایش جهانی همراه است. این نوسانات هیدروکلایماتیک، به ویژه در مقیاس‌های زمانی سالانه، تغییراتی مشابه با نوسانات فصلی را نشان می‌دهند، اما با شدت کمتری. به عنوان مثال، در دماهای مختلف، تعداد وقایع هیدروکلایماتیک در خشکی‌ها به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. در دمای 1 درجه سانتی‌گراد، این افزایش به 12 درصد، در دمای 3 درجه سانتی‌گراد به 52 درصد و در دمای 5 درجه سانتی‌گراد به 91 درصد می‌رسد. در حالی که در مناطق اقیانوسی، این افزایش‌ها به مراتب کمتر است و به ترتیب 7 درصد، 34 درصد و 57 درصد است.
نقش بارش در این نوسانات نیز اهمیت دارد. تغییرات بارش به تنهایی در مناطق اقیانوسی و قاره‌ای مشابه است، اما تبخیر و تعرق ممکن است افزایش بارش را در مناطق قاره‌ای تشدید کند، به‌ویژه در عرض‌های جغرافیایی بالا و در شمال آفریقا و خاورمیانه. این افزایش‌ها در شاخص‌های بارش به‌طور جداگانه قابل مشاهده نیستند، که نشان‌دهنده این است که تغییرات دیگر نیز در این روند دخالت دارند.
پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهند که با افزایش دما، نوسانات هیدروکلایماتیک در قرن بیست و یکم افزایش خواهد یافت. به‌طور خاص، انتظار می‌رود که نوسانات بارش به‌طور جهانی 3 تا 4 درصد به ازای هر درجه سانتی‌گراد افزایش یابد و این مقدار در مناطق قاره‌ای به 4 تا 5 درصد برسد. همچنین، پیش‌بینی می‌شود که افزایش نوسانات بارش بین سال‌ها، به‌ویژه در مناطق نیمه‌خشک مانند حوضه مدیترانه، استرالیا غربی و جنوب غربی ایالات متحده، به 25 تا 60 درصد در فرکانس و 30 تا 100 درصد در شدت برسد.
برخی از مناطق نیز واکنش‌های نوسانات
هیدروکلایماتیک متفاوتی نسبت به میانگین جهانی نشان می‌دهند. به‌طور کلی، عرض‌های جغرافیایی بالا و نواحی عمیق استوایی در حوضه‌های اقیانوس آرام و اطلس، نوسانات بیشتری نسبت به میانگین جهانی دارند، در حالی که مناطق زیر استوایی معمولاً نوسانات کمتری دارند. این تفاوت‌ها به‌ویژه در مناطق مرزی که نوسانات بارش به‌طور محلی تقویت می‌شوند، مشهود است.
مکانیزم‌های نوسانات هیدروکلایمات
تحقیقات نشان می‌دهند که تغییرات در نوسانات هیدروکلایمات (مانند بارش و تبخیر) به‌طور عمده ناشی از فرآیندهای فیزیکی در مقیاس جهانی است. اما در مقیاس‌های منطقه‌ای، عوامل دیگری نیز اهمیت پیدا می‌کنند، از جمله تغییرات در الگوهای جوی که می‌تواند توضیح‌دهنده تفاوت‌های بین آنچه که مشاهده می‌شود و آنچه که پیش‌بینی می‌شود، باشد. در این متن به عوامل مؤثر بر این تغییرات و تفاوت‌های بین نوسانات هیدروکلایمات و نوسانات هیدرولوژیک (که به سطح زمین مربوط می‌شود) پرداخته می‌شود.
تأثیر دما و رطوبت
در زمینه هیدروکلایمات، تأثیرات دما به‌طور کلی به تأثیرات مستقیم افزایش دما بر بخار آب موجود در جو اشاره دارد. با افزایش دما، ظرفیت جو برای نگهداری بخار آب نیز افزایش می‌یابد. این موضوع با استفاده از معادله‌ای به نام کلازیوس-کلاپه‌یر توضیح داده می‌شود که نشان می‌دهد به ازای هر درجه سانتی‌گراد افزایش دما، ظرفیت نگهداری بخار آب در جو به‌طور نمایی حدود 7% افزایش می‌یابد. این افزایش‌ها معمولاً با مشاهدات واقعی از رطوبت جو همخوانی دارد و به گرمایش ناشی از گازهای گلخانه‌ای نسبت داده می‌شود. این مولفه ترمودینامیکی تغییرات اقلیمی به افزایش بارش‌های شدید و تبخیر بالقوه منجر می‌شود.
در حالی که تأثیرات ناشی از دما بر بارش‌های شدید به‌طور گسترده‌ای شناخته شده‌اند، تحقیقات جدیدتر به بررسی عواملی که بر افزایش تقاضای تبخیری تأثیر می‌گذارند، پرداخته‌اند. یکی از نتایج افزایش فشار بخار اشباع این است که اختلاف فشار بخار (VPD) — که تفاوت بین حداکثر رطوبت نظری و رطوبت واقعی محیط است — نیز افزایش می‌یابد. این افزایش به‌طور غیرخطی با دما مرتبط است، به این معنی که افزایش دما به تنهایی می‌تواند منجر به افزایش سریع VPD شود، حتی اگر رطوبت نسبی ثابت بماند.
تأثیر VPD بر تبخیر
افزایش VPD به معنی افزایش تقاضای تبخیری هوا است، یعنی پتانسیل آن برای ایجاد تبخیر از سطح زمین، منابع آبی و گیاهان. اگر آب در دسترس باشد، تبخیر واقعی افزایش می‌یابد؛ اما اگر آب در دسترس نباشد، حرارت محسوس و دمای هوای نزدیک به سطح افزایش می‌یابد. به‌طور خلاصه، افزایش دما و تغییرات در رطوبت جو می‌توانند تأثیرات قابل توجهی بر نوسانات هیدروکلایمات داشته باشند و به تغییرات شدید در الگوهای بارش و تبخیر منجر شوند.
در راستای انتظارات موجود، افزایش در میانگین و مقادیر شدید تفاوت فشار بخار (VPD) در مناطق زمینی جهان مشاهده شده است و این تغییرات به گرمایش ناشی از فعالیت‌های انسانی نسبت داده می‌شود. انتظار می‌رود که مقادیر شدید VPD حتی سریع‌تر از میانگین فصلی در سطح زمین افزایش یابند. این غیرخطی بودن به دلیل تأثیرات تقریباً برابر از طرف دینامیک‌های حرارتی و افزایش تنوع دما و رطوبت است. این افزایش‌ها در میانگین و مقادیر شدید VPD تأثیرات بزرگی بر اکوسیستم‌ها، خشکسالی و خطر آتش‌سوزی دارد، زیرا باعث خشک شدن سریع‌تر و شدیدتر خاک و افزایش خشکی و کم‌آبی در گیاهان می‌شود. واقعاً، نرخ تشدید خشکسالی در بیش از 75 درصد از مناطق زمینی جهان بین سال‌های 1948 و 2014 افزایش یافته و پیش‌بینی می‌شود که در آینده، خشکسالی‌های ناگهانی با سرعت بیشتری در مسیر گرمایش شدید توسعه یابند.
این افزایش‌های مرتبط با VPD به احتمال زیاد یکی از عوامل کلیدی است که توضیح می‌دهد چرا تغییرات هیدروکلایماتیک (آب و هوایی) در زمین سریع‌تر از اقیانوس‌ها رخ می‌دهد، هرچند که این الگو هنوز در مشاهدات به وضوح قابل مشاهده نیست. شواهد نشان می‌دهد که رطوبت نسبی (RH) در اکثر مناطق زمینی جهان کاهش خواهد یافت، که این موضوع نشان می‌دهد که پیش‌بینی‌های فعلی افزایش VPD تحت فرضیه ثابت بودن RH ممکن است در قاره‌ها محافظه‌کارانه باشند.
به‌طور کلی، این افزایش‌های ناشی از دینامیک حرارتی در بارش‌های شدید و تبخیر بالقوه، احتمالاً توضیح‌دهنده اکثر تغییرات مشاهده‌شده و پیش‌بینی‌شده در نوسانات هیدروکلایماتیک جهانی هستند. این تغییرات به‌طور خاص به تأثیرات تأمین و تقاضای آب جهانی مربوط می‌شوند. همچنین، این تغییرات به‌عنوان یک مکانیزم قانع‌کننده برای افزایش غیرخطی نوسانات هیدروکلایماتیک با گرمایش مطرح می‌شوند.
این تأثیرات حرارتی همچنین زیرساخت بیشتر افزایش‌های نوسانات هیدروکلایماتیک در مناطق مختلف را تشکیل می‌دهند، اما تغییرات در گردش جوی می‌توانند تأثیرات آن‌ها را به‌طور محلی تغییر دهند. به‌طور کلی، تغییرات دینامیکی می‌توانند افزایش یا کاهش رطوبت را با تغییر در همگرایی هوایی تقویت یا کاهش دهند. مناطقی که افزایش نوسانات هیدروکلایماتیک در آن‌ها بیشتر از میانگین جهانی است، معمولاً شامل مناطق خاصی هستند که در آن‌ها تأثیرات دینامیکی به تقویت افزایش رطوبت کمک می‌کنند.
تغییرات در قدرت یا الگوهای مکانی الگوهای تلکانکشن جغرافیایی دور نیز یک مکانیزم دینامیکی دیگر است که بر فراوانی و شدت نوسانات هیدروکلایماتیک در آینده تأثیر می‌گذارد. به‌طور کلی، تأثیرات حرارتی غالب هستند، اما تأثیرات دینامیکی می‌توانند تغییرات تاریخی و پیش‌بینی‌شده در نوسانات هیدروکلایماتیک جهانی را تعدیل کنند. در نهایت، افزایش‌های مشاهده‌شده در نوسانات در مناطق زمینی جهان عمدتاً ناشی از ترکیبی از رطوبت جوی و افزایش تقاضای تبخیری است و نه تغییرات در گردش جوی.
تأثیرات اجتماعی و زیست‌محیطی نوسانات هیدروکلایماتیک
پیامدها برای سیستم‌های طبیعی و انسانی
