نمذجة المناخ المستقبلي

النماذج

تتدرج نماذج المناخ في تعقيدها بدءًا من النماذج الصندوقية البسيطة نسبيًّا إلى النماذج المناخية العالمية الثلاثية الأبعاد الشديدة التعقيد. لكل نموذج منها دورٌ في دراسة وتعزيز فهمنا لنظام المناخ العالمي. تُستخدم النماذج المناخية العالمية الثلاثية الأبعاد المعقدة في التنبؤ بمناخ العالم المستقبلي. تعتمد هذه النماذج المناخية الشاملة على قوانين فيزيائية تمثلها معادلات رياضية، ويُستخدم في حلها شبكة ثلاثية الأبعاد تغطي الكرة الأرضية. وللحصول على المحاكاة الأقرب إلى الواقع، يجب تمثيل كل المكونات الرئيسية لنظام المناخ في نماذج فرعية من بينها الغلاف الجوي، والمحيطات، وسطح الأرض (التضاريس)، والغلاف الجليدي، والغلاف الحيوي، بالإضافة إلى العمليات التي تحدث داخلها وبينها.

على مدار الأربعين عامًا الماضية، شهدت نماذج المناخ تقدمًا هائلًا. ويُعزى ذلك التقدم إلى زيادة معرفتنا بنظام المناخ، وكذلك بسبب النمو المتسارع في قوة نظم الحواسيب. فقد شهدت الدقة المكانية تطورًا هائلًا منذ أول تقرير أصدرته الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغيُّر المناخ عام ١٩٩٠ وصولًا إلى تقريرها الأخير الصادر عام ٢٠٢١. ويتميز الجيل الحالي من النماذج المناخية العالمية الثلاثية الأبعاد الشديدة التعقيد بوجود طبقات متعددة في الغلاف الجوي واليابسة والمحيطات، وأن بمقدوره تحقيق دقة مكانية تصل إلى أكثر من نقطة واحدة لكل ٣٠ كيلومترًا × ٣٠ كيلومترًا. أثناء تشغيل النموذج، عادةً ما تُحَل المعادلات لكل «نصف ساعة» من الواقع الفعلي المحاكي. إن العديد من العمليات الفيزيائية مثل كيمياء الغلاف الجوي، وتكوُّن السحب، وإنتاج الهباء الجوي وحركته (الجسيمات العالقة في الهواء)، وتأثير الحمل الحراري في المحيطات، تحدث على نطاقات أصغر بكثير مما يمكن أن تستوعبه النماذج المناخية الرئيسية. ولذلك، تُجمَّع تأثيرات هذه العمليات الصغيرة معًا فيما يُعرف ﺑ «التمثيل بالمعامِلات». يجرى التحقق من صحة كل هذه التمثيلات باستخدام نموذج منفصل يعرف ﺑ «نماذج العمليات الصغيرة»، وذلك لضمان دقة تمثيل تأثيرات هذه العمليات الصغيرة عند دمجها في النماذج الأكبر.

إن المجهول الأكبر في هذه النماذج ليس في الفيزياء أو الكيمياء أو الأحياء، إنما في تقدير انبعاثات غازات الدفيئة العالمية في المستقبل على مدى اﻟ ٨٠ عامًا القادمة. وتعتمد هذه التقديرات على العديد من المتغيرات بدءًا من الاقتصاد العالمي وصولًا إلى نمط الحياة الشخصية. ومن ثَم، يجري تشغيل نماذج فردية عدة مرات مع سيناريوهات انبعاثات مختلفة للوصول إلى مجموعة من التغيُّرات التي قد تحدث في المستقبل. في الواقع، جمع تقرير التقييم الأخير (السادس) الصادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغيُّر المناخ نتائجَ العديد من التجارب المستمَدَّة مما يزيد على ١٠٠ نموذج مناخي مميز طوَّرها ٤٩ مجموعة نمذجة دولية، كل تلك النماذج هي جزء من المشروعات الأخيرة للمقارنة بين النماذج المزدوجة. وبطبيعة الحال، مع استمرار زيادة قدرة المعالجة الحاسوبية، سيستمر تحسين تمثيل الأنظمة المناخية المقترنة وتوسيع النطاق الجغرافي لهذه النماذج.

دورة الكربون

هذا لأن النظام الكربوني، على عكس الصورة الثابتة التي تُظهرها أشكال مثل الشكل الآتي، نظامٌ ديناميكي ومرتبط بالنظام المناخي على نطاقات زمنية موسمية وسنوية وعقدية. وقد أصبح واضحًا أن سطح المحيط والغلاف الحيوي الأرضي يمتص كلٌّ منهما نحو ٢٥٪ من انبعاثات الكربون التي ننتجها سنويًّا. ومع استمرار ارتفاع حرارة المحيطات، تقل قدرتها على احتواء ثاني أكسيد الكربون المذاب، مما يعني انخفاض قدرتها على امتصاص الكربون. وبينما نواصل عمليات إزالة الغابات وتغيير استغلال الأراضي على نحوٍ جذري، تتضاءل قدرة الغلاف الحيوي للأرض على امتصاص الكربون.

شكل ٤-٢: دورة الكربون، بالجيجا طن.

شكل ٤-٣: القسر الإشعاعي بين عامَي ١٧٥٠ و٢٠١٨.

تأثيرات الاحترار والتبريد

نماذج الانبعاثات في المستقبل

كما أسلفنا، فإن إحدى المشكلات الرئيسية التي تعترض محاولة التنبؤ بالمناخ المستقبلي هي توقُّع كمية انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي ستُنتَج في المستقبل. ستتأثر تلك الكمية بعدة عوامل، من بينها النمو السكاني والنمو الاقتصادي والتنمية واستخدام الوقود الأحفوري ومعدل التحوُّل إلى الطاقة البديلة ومعدل إزالة الغابات وفعالية الاتفاقيات الدولية لخفض الانبعاثات. ومن بين كل الأنظمة التي نحاول نمذجتها لمحاكاة المستقبل، يظل النظام البشري هو الأكثر تعقيدًا وصعوبةً في التنبؤ به على الإطلاق. إذا كنت تريد أن تفهم إشكالية التنبؤ بما سيحدث خلال اﻟ ٨٠ عامًا القادمة، فتخيَّلْ نفسك في عام ١٩٢٠، وتخيل ما كنت ستتوقع أن يكون عليه العالم في القرن الحادي والعشرين. في بداية القرن العشرين، كانت الإمبراطورية البريطانية القوة العالمية المسيطرة بفضل الثورة الصناعية واستخدام الفحم. هل كنت ستتوقع التحول إلى اقتصادٍ عالمي يعتمد على النفط بعد الحرب العالمية الثانية؟ أو الانتشار الهائل لاستخدام السيارات؟ أو توفر السفر الجوي بوجه عام؟ حتى قبل ٣٠ عامًا فقط، كان من الصعب التنبؤ بوجود شركات طيران اقتصادية تتيح رحلاتٍ جوية بتكلفة منخفضة عبر أوروبا والولايات المتحدة وآسيا.

استخدم أول تقارير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغيُّر المناخ افتراضاتٍ مبسَّطة للغاية حول انبعاثات غازات الدفيئة على مدار اﻟ ١٠٠ عام القادمة. بدءًا من عام ٢٠٠٠ فصاعدًا، استخدمَت النماذجُ المناخية سيناريوهاتٍ أكثر تفصيلًا سُجِّلت في تقرير خاص بالهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغيُّر المناخ (التقرير الخاص عن سيناريوهات الانبعاثات الصادر عام ٢٠٠٠). وفي عام ٢٠١٣، استخدم تقريرُ التقييم الخامس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغيُّر المناخ مسارات تركيز تمثيلية أكثر تطورًا حيث راعت مدخلات متغيِّرة أوسع نطاقًا مستمَدَّة من النماذج الاجتماعية الاقتصادية، من بينها السكان واستغلال الأراضي وكثافة الطاقة واستهلاك الطاقة والتنمية المتفاوتة بين المناطق. تحددت مسارات التركيز التمثيلية بناءً على القسر الإشعاعي النهائي الذي سيتحقق بحلول عام ٢١٠٠، وتتراوح هذه السيناريوهات بين ٢,٦ و٨,٥ واط لكل متر مربع. يُعرف القسر الإشعاعي على أنه الفرق بين ضوء الشمس (الطاقة المشعة) الذي تستقبله الأرض والطاقة التي تبثُّها الأرض مرة أخرى إلى الفضاء، ويقاس هذا الفرق بوحدات واط لكل متر مربع من سطح الأرض. في تقرير التقييم السادس الصادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغيُّر المناخ لعام ٢٠٢١، أضيف المسار التمثيلي للتركيز ١,٩ ليعكس تطلعات اتفاق باريس ٢٠١٥ للحد من ارتفاع درجة الحرارة العالمية إلى ١,٥ درجة مئوية فقط فوق مستويات ما قبل الثورة الصناعية.

شكل ٤-٤: سيناريوهات انبعاث الكربون المستقبلية.

عدم اليقين في النماذج

شكل ٤-٥: توقعات النماذج المناخية مقارنة بالبيانات المناخية الفعلية (٢٠٠٠-٢٠٢٠).

درجات الحرارة العالمية والهطول والجليد البحري ومستوى سطح البحر

شكل ٤-٦: درجات الحرارة العالمية، والجليد البحري في القطب الشمالي، ومستوى سطح البحر في القرن الحادي والعشرين.

في أسوأ ثلاثة سيناريوهات ضمن المسارات الاجتماعية الاقتصادية المشتركة (المسار المشترك ٢–٤,٥، المسار المشترك ٣–٧,٠، المسار المشترك ٥–٨,٥) سيصبح المحيط المتجمد الشمالي فعليًّا خاليًا من الجليد (تقل مساحة الغطاء الجليدي عن مليون كيلومتر مربع) في شهر سبتمبر (الشهر الذي يبلغ فيه الجليد الحد الأدنى) بحلول الفترة ٢٠٨١–٢١٠٠.

ماذا يدَّعي منكرو تغيُّر المناخ؟

إن إحدى أفضل الطرق لتلخيص المشكلات المتصورة عن نمذجة تغيُّر المناخ هي مراجعة ما يقوله منكرو تغيُّر المناخ.

شكل ٤-٧: حساسية توازن المناخ.

لكن تبرز مشكلتان مع هذا الطرح. أولًا، تُظهر الأدلة العلمية أن الأشعة الكونية ليست فعَّالة بدرجة كبيرة في تكوين السحب. ثانيًا، على مدار اﻟ ٥٠ عامًا الماضية، زاد معدل تدفق الأشعة الكونية حيث سجلت مستويات قياسية في السنوات الأخيرة. لو كانت هذه الفكرة صحيحة، لساهمت الأشعة الكونية في تبريد الأرض، وهو ما لم يحدث.

شكل ٤-٨: درجات حرارة سطح الأرض (١٩٥٠–٢٣٠٠).