حفره‌های واقعی هواشناسی

محمود حاج‌زمان: ای‌میل‌های فاش شده واحد تحقیات آب‌وهوایی (CRU) دانشگاه آنجلیای انگلستان، در حکم یک هدیه زودرس کریسمس برای منکران تغییرات آب‌وهوایی بود. از قرار معلوم این نامه‌ها نشان می‌دهند که دانشمندان علم هواشناسی اطلاعات زیادی را از دید عموم پنهان کرده‌اند.

به گزارش نیچر، شواهد نشان می‌دهد شکاف‌های جدی در دانش هواشناسی فعلی وجود دارد. در گزارش آخر گردهمایی بین دولتی تغییرات آب‌وهوایی (IPCC) که در سال 2007 / 1386 منتشر شد، به 54 مورد عدم قطعیت کلیدی اشاره شده بود که باعث پیچیده‌تر شدن علم هواشناسی می‌شود.

برخی از این مشکلات مانند عدم قطعیت تخمین‌های مربوط به دمای هوا در قرن‌های گذشته، باعث ایجاد بحث‌های جدی در رسانه‌ها شده‌است. با این وجود، این نتیجه‌گیری بنیادین که فعالیت‌های بشر منجر به گرم شدن کره زمین شده، در اثر شکاف‌های موجود از بین نمی‌رود. این نتیجه‌گیری بر پایه نرخ شدید تغییرات دمایی قرن بیستم و ناتوانی مدل‌های هواشناسی در شبیه‌سازی چنین گرمایشی، بدون در نظر گرفتن نقش آلودگی گازهای گلخانه‌ای است.

گوین اشمیت، از تحلیل‌گران موسسه گدارد ناسا در خصوص مطالعات فضایی و یکی از افراد بانفوذ در این زمینه می‌گوید: «شکاف‌هایی در دانش ما درباره سیستم آب‌وهوایی زمین و اجزای آن وجود دارد و مسائل به اندازه کافی برای عموم مردم روشن نشده است. اما این جو بدگمانی که ما مشغول کار کردن در آن هستیم، احمقانه است.»

مهم‌ترین مسائلی که در گزارش IPCC وجود دارد، پیش‌بینی‌های محلی هواشناسی، پیش‌بینی بارندگی، ذرات معلق و اطلاعات هواشناسی مربوط به گذشته است.

پیش‌بینی‌های محلی هواشناسی
واقعیت ناراحت کننده در خصوص دانش هواشناسی این است که حیاتی‌ترین اطلاعات از کمترین اعتبار برخوردار هستند. ابزار اصلی شبیه‌سازی آب‌وهوای زمین، مدل‌های جریان عمومی (GCMs) هستند که فرایندهای فیزیکی را در اتمسفر، اقیانوس‌ها، صفحات یخی و سطح خشکی نشان می‌دهند.

قابلیت تفکیک این مدل‌ها عموما بین 1 تا 3 درجه عرض و طول جغرافیایی است. لذا هواشناسان برای شبیه‌سازی تغییرات محلی، از بزرگ‌نمایی مدل‌های جهانی استفاده می‌کنند و با استفاده از معادلات مشابه، آنها را برای تعداد گره‌های بیشتری و در موقعیت‌های جغرافیایی خاص حل می‌کنند. اما بالا بردن قدرت تفکیک به این روش مشکلاتی دارد. بزرگ‌نمایی مدل GCM، خطای ناشی از ضعف مدل اصلی را افزایش می‌دهد. به همین دلیل بسیاری از متخصصان برای پیش‌بینی‌های محلی خیلی محتاط عمل می‌کنند.

همچنین مدل‌های تقلیل یافته هواشناسی در مواردی مانند نواحی دارای توپوگرافی پیچیده یا انتشار گازهای گلخانه‌ای که به میزان توسعه اقتصادی هر منطقه بستگی دارد، با عدم قطعیت‌هایی نیز مواجه هستند.

اما مشکلات موجود، شبیه‌سازی‌های محلی را بی‌ارزش نمی‌کند و تنها باید محدودیت‌های آنها را مدنظر قرار داد. شبیه‌سازی‌ها ابزار مهمی برای درک فرایندهایی مانند تغییر جریان رودخانه‌ها هستند که مدل‌های جریان عمومی در مقیاس جهانی نمی‌توانند آنها را مدل کنند. محققان امیدوارند که با بهبود شبیه‌سازی متغیرهای هواشناسی مانند پوشش ابر و دمای سطح دریا بتوانند عدم قطعیت‌ها را در پیش‌بینی‌های محلی هواشناسی کاهش دهند.

بارندگی
افزایش جهانی دما در دهه‌های آینده، احتمالا میزان تبخیر آب‌های سطحی را افزایش داده و سیکل هیدرولوژیکی جهانی را شتاب می‌بخشد. در اثر این پدیده نواحی گرمسیری خشک می‌شود و در عرض‌های جغرافیایی بالاتر بارندگی افرایش می‌یابد. چنین تغییراتی هم اکنون نیز مشاهده شده و تقریبا تمام مدل‌های هواشناسی که برای شبیه‌سازی گرمایش جهانی استفاده می‌شود، این الگوی عمومی را نشان می‌دهد.

توضیح عکس: تصویر فوق، تغییرات بارندگی برای سال‌های 2090 تا 2099 می‌دهد. رنگ آبی افزایش بارندگی و رنگ قهوه‌ای نواحی خشک شده را نشان می‌دهد. رنگ سفید نشان دهنده مناطقی است که پیش‌بینی‌ها درباره آنها با عدم قطعیت مواجه هستند. کمتر از دو سوم مدل‌ها درباره افزایش یا کاهش بارندگی‌ها نتایج یکسانی دارند.

شبیه‌سازی‌های مختلفی که در گزارش IPCC سال 2007 از آن استفاده شده، تصاویر کاملا متفاوتی را درباره وضعیت برف و باران در آینده می‌دهد. این وضعیت به ویژه در مورد بارندگی‌های زمستانی که نقش اصلی را در تغذیه منابع آبی دارد، بدتر است. شبیه‌سازی‌های IPCC در تهیه تصویری از تغییرات بارش‌‌های زمستانی در انتهای قرن حاضر با شکست مواجهه می‌شود.

از طرف دیگر مدل‌های هواشناسی ظاهرا میزان تغییرات بارندگی را دست پایین تخمین می‌زنند. هواشناسان فکر می‌کنند نقطه ضعف اصلی مدل‌ها، توانایی محدود آنها در شبیه‌سازی حرکات عمودی هوا است. به دلیل این‌که دانشمندان دقیقا نمی‌دانند که ذرات معلق موجود در هوا چطور ابرها را تحت تاثیر قرار می‌دهند، دقت شبیه‌سازی‌ها کاهش می‌یابد. داده‌های مربوط به الگوهای بارندگی قبلی در سراسر دنیا شاید بتواند در حل برخی از این مشکلات به مدل‌سازان کمک کند، اما این اندازه‌گیری‌ها در بسیاری از مناطق کافی نیستند.

ذرات معلق
ذرات معلق موجود در جو یکی از منابع عدم قطعیت در علم هواشناسی هستند. به‌طور کلی تصور می‌شود که ذرات معلق با جذب نور خورشید باعث خنک شدن هوا می‌شوند. یکی از مهم‌ترین مشکلات در این زمینه کمبود داده است. به گفته اشمیت، اطلاعات ناکافی هواشناسان از ذرات معلق موجود در هوا، باعث بروز عدم قطعیت در فرایند کلیدی استخراج آب‌وهوای گذشته و آینده است.

برخی از ذرات معلق مانند کربن سیاه نور خورشید را جذب می‌کنند و تاثیر گرمایشی دارند. ذرات دیگر مانند سولفات‌ها با بازتاب نور خورشید، اثر سرمایشی ایجاد می‌کنند. تاثیر کلی آلودگی ناشی از ذرات معلق بر دمای هوا به خوبی شناخته نشده است. تحقیقات مختلف نتایج متضادی در خصوص نقش کاهشی یا افزایشی ذرات معلق بر آب‌وهوای جهانی داشته‌اند.

رابطه بین ذرات معلق موجود در هوا و ابرها بر پیچیدگی مساله افزوده است. اگرچه بعضی از ذرات معلق پوشش ابر را افزایش می‌دهند، اما به نظر می‌رسد ذرات دیگری باعث کاهش این پوشش می‌شوند. ذرات معلق با دگرگون کردن شکل‌گیری ابرها در ارتفاع پایین، که نور خورشید را منعکس می‌کنند و باعث خنک شدن سطح زمین می‌شوند اثر شگرفی بر دمای هوا می‌گذارند.

حلقه‌های تنه درختان
مدارک مربوط به اندازه‌گیری‌های دما در طول 150 سال گذشته، افزایش شدیدی را در طوی دهه‌های اخیر نشان می‌دهد که با هیچ الگوی طبیعی توضیح داده نمی‌شود. به احتمال زیاد این افزایش دما در اثر انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های بشری به‌وجود آمده است. اما داده‌های معتبر دماسنجی مربوط به قبل از سال 1850 / 1230 بسیار کم است و محققان باید راه‌های دیگری را برای مشخص کردن الگوهای دمایی گذشته پیدا کنند.

هواشناسی باستانی بر داده‌هایی استوار است که از منابعی مانند حلقه‌های تنه درختان، تپه‌های مرجانی، رسوبات دریاچه‌ها و حرکات یخچال‌ها به‌دست آمده‌است. تنه درختان در طول رشد خود حلقه‌های سالیانه‌ای تولید می‌کنند که ضخامت آنها، بازتابی از درجه حرارت و بارندگی زمان حیات درخت به شمار می‌رود. چنین ابزاری بخش اعظم دانش ما را درباره نوسان‌های آب‌وهوایی گذشته، مانند دوره گرمایی بین سال‌های 800 تا 1300 میلادی و عصر یخبندان کوتاه حوالی سال 1700 میلادی تشکیل می‌دهد.

دانشمندان تردیدهایی درباره اطلاعات به دست آمده از حلقه‌های تنه درختان دارند. در مناطقی از نیمکره شمالی داده‌های اندازه‌گیری دمای هوا با نتایج به‌دست آمده از تنه درختانی که در این نواحی رشد کرده‌اند، مقایسه شده و نتایج، نشان می‌دهد که نتایج تنه درختان با بخش اعظمی از مقادیر واقعی دمای هوا در دهه‌های اخیر تفاوت دارند. این مساله ممکن است به این دلیل باشد که رشد درختان با فراتر رفتن درجه حرارت از یک آستانه خاص واکنش متفاوتی نشان می‌دهد.

همچنین مشکل بزرگ دیگری در تحقیقات وجود دارد، که مربوط به محدوده وسیع عدم قطعیت در دمای هوای قبل از قرن پانردهم است.

با وجود سوال‌های مداوم درباره داده‌هایی که با استفاده از روش‌های غیرمستقیم به‌دست آمده، بیانیه کلیدی IPCC کماکان به قوت خود باقی می‌ماند. این بیانیه اظهار می‌کند که بخش اعظم گرمایش زمین از اواسط قرن بیستم، به احتمال زیاد مربوط به فعالیت‌های بشر است که منجر به افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای شده است. این اظهارنظر نتیجه تحقیقات گروه‌های مختلفی است که به بررسی جنبه‌های مختلف سیستم آب‌وهوایی پرداخته‌اند.