هكذا يقيس العلماء درجة الحرارة العالمية.. تستمر الأرقام القياسية السنوية والشهرية في التحطيم
أبين الآن / متابعات
الاحتباس الحراري
يُظهر سجل درجات الحرارة العالمية للقرن الماضي أن درجة حرارة الأرض ترتفع بمعدل غير مسبوق.
كان عام 2024 هو العام الأكثر سخونة على الإطلاق، وكانت السنوات العشر الماضية هي الأكثر دفئًا في التاريخ المسجل، كان كل عقد من العقود الأربعة الماضية أكثر دفئًا من أي عقد سبقه، منذ عام 1850.
وقد نتج هذا الاحتباس الحراري العالمي عن الأنشطة البشرية، وفي المقام الأول انبعاث غازات الاحتباس الحراري المسببة للاحتباس الحراري، وفقًا لتقرير التوليف لعام 2023 الصادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ.
ونقلت وكالة ناسا أن هناك دلائل كبيرة على التأثيرات في موجات الحر وحرائق الغابات والأمطار الغزيرة والفيضانات الساحلية.
وقال جافين شميت، مدير معهد جودارد لدراسات الفضاء التابع لوكالة ناسا في نيويورك: “الشيء الرئيسي الذي يمكن تعلمه من كل هذا هو أن الاتجاهات طويلة الأجل تتزايد بلا هوادة إلى حد كبير”.
ونقل تقرير لموقع وكالة ناسا، أنه منذ ما يقرب من 45 عامًا، يتتبع فريق من العلماء في معهد جودارد لدراسات الفضاء التابع لوكالة ناسا ارتفاع درجات الحرارة ويسجلون ويحللون درجات الحرارة العالمية للأرض، ويصدر العلماء كل شهر مجموعة بيانات.
إن عملية إنتاج سجل درجات الحرارة لوكالة ناسا عملية صارمة ومعقدة، وإليك نظرة على كيفية القيام بذلك ولماذا.
جمع البيانات من جميع أنحاء الأرض والمحيطات
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة، فعلى الأرض، تعطينا موازين الحرارة المثبتة على عشرات الآلاف من محطات الأرصاد الجوية قراءات دقيقة لدرجة حرارة الهواء، كما تلتقط السفن والعوامات العائمة في المحيط درجات الحرارة على سطح البحر، وتخبرنا هذه القياسات الفردية بدرجة الحرارة في أي مكان في ذلك اليوم وفي ذلك الوقت.
يتطلب حساب متوسط درجة الحرارة العالمية جمع كل هذه البيانات – من سطح الأرض والمحيط – ثم تطبيق طريقة رياضية خاصة على الأرقام.
يركز علماء المناخ على كيفية تغير درجات الحرارة بمرور الوقت، لكل محطة على حدة، يقومون بحساب مدى انحراف درجة الحرارة عن المعدل الطبيعي؛ وتُعرف هذه باسم الشذوذ.
وفقًا لعلماء ناسا، المعدل الطبيعي هو متوسط درجات الحرارة للفترة الممتدة لثلاثين عامًا من عام 1951 إلى عام 1980، يتم قياس كل موقع وفقًا لخط الأساس هذا في القرن العشرين.
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة
قياس درجة الحرارة العالمية باستخدام الشذوذ
فكر في الأمر بهذه الطريقة، ستكون قراءة درجة الحرارة التي يتم قياسها على قمة جبل أكثر برودة من تلك التي يتم قياسها في وادٍ قريب، تمامًا كما ستكون درجة الحرارة تحت ظل شجرة أكثر برودة من القراءة التي يتم قياسها في موقف سيارات مشمس على بعد أقدام قليلة، يمكن أن تختلف درجة الحرارة بشكل كبير على مسافات قصيرة نسبيًا.
ولكن ناثان لينسن، عالم المناخ في كلية كولورادو للمناجم والمركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي، قال إن التغير في درجات الحرارة بين موقعين قريبين ثابت بشكل ملحوظ، “عندما تكون درجة الحرارة أعلى بدرجتين من المعتاد في دنفر، فإنها ستكون أعلى بدرجتين من المعتاد في قمة بير بيك”.
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة
يمكن أن يُعزى تشابه متوسط تغير درجات الحرارة في بالتيمور وفيلادلفيا أو في أوستن وفورت وورث إلى أنماط الطقس الطويلة والمتسقة، مما يعني أن شذوذ درجات الحرارة في محطات الأرصاد الجوية ضمن مسافة 800 ميل مترابط إلى حد كبي، وذلك لأن أنظمة الطقس واسعة النطاق تمتد إلى هذه المسافة.
وقد تم إثبات هذه الارتباطات لأول مرة في ورقة بحثية نُشرت عام 1987 في مجلة المراجعة الجيوفيزيائية بقلم جيمس هانسن وسيرجي ليبديف. وقد تم توثيقها جيدًا منذ ذلك الحين، كما قال شميدت.
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة
هل الأمر بسيط مثل حساب متوسط كل الشذوذ معًا؟
لا، فمن ناحية، يتعين على العلماء أن يأخذوا في الاعتبار التباعد المتفاوت بين محطات قياس درجات الحرارة، فهناك عدد أقل من محطات الأرصاد الجوية في الصحراء الكبرى والقارة القطبية الجنوبية، على سبيل المثال، مقارنة بأجزاء أخرى من العالم.
ولكن حقيقة أن الشذوذ في درجات الحرارة يظل ثابتاً على مسافات بعيدة تعني أن العلماء يستطيعون سد الفجوات من خلال وضع تقديرات للمناطق المحيطة بمحطات الأرصاد الجوية الفردية.
ويتم ترجيح هذه التقديرات في التحليل: فكلما اقتربت نقطة على الخريطة من محطة ما، كلما زادت أهميتها.
وقال لينسن “هذا يسمح لنا بالحصول على تغطية لسطح الأرض بالكامل تقريبًا، باستثناء بعض الاستثناءات ربما، مثل المناطق الجليدية في القارة القطبية الجنوبية”.
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة
تصحيح “جزر الحرارة الحضرية”
كما يقوم العلماء في معهد جيس التابع لوكالة ناسا بتصحيح درجات الحرارة الأعلى من المعدل الطبيعي والتي قد تؤدي إلى تحريف النتائج. على سبيل المثال، تمتص الأسفلت والخرسانة في الطرق الرئيسية ومواقف السيارات المكشوفة والمباني قدرًا أكبر من الحرارة مقارنة بالمساحات الخضراء.
ونتيجة لهذا، تكون درجات الحرارة في المدن أعلى عادةً من تلك الموجودة في المناطق الريفية.،
وتشير الأبحاث إلى أن تأثير هذه الجزر الحرارية الحضرية لا يتعدى مائة جزء من الدرجة على درجة الحرارة العالمية، كما يقول لينسن، تخيل حجم مدينة مقارنة بحجم المحيط الهادئ، فحتى أكبر المدن ليست كبيرة بما يكفي لإحداث فرق على نطاق عالمي.
ومع ذلك، لضمان عدم تسبب هذه البيانات الحضرية في ارتفاع المتوسط بشكل مصطنع، يقوم العلماء بإزالة قياسات درجات الحرارة التي تم التقاطها في المدن أو في المطارات قبل حساب المتوسطات.
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة
توافق سجلات درجات الحرارة
تعد وكالة ناسا واحدة من العديد من المؤسسات التي تقوم بقياس وتتبع درجة الحرارة العالمية، إلى جانب مركز كوبرنيكوس لتغير المناخ في أوروبا، والإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي في الولايات المتحدة، وبركلي إيرث، ومكتب الأرصاد الجوية في المملكة المتحدة.
وتستخدم المنظمات المختلفة أساليب مختلفة لحساب درجات الحرارة العالمية ومعالجة أوجه عدم اليقين، ومع ذلك، فإن التقديرات الناتجة متفقة إلى حد كبير، وهي تتطابق بشكل وثيق مع مجموعات البيانات المستقلة المستمدة من الأقمار الصناعية ونماذج التنبؤ بالطقس.
ألق نظرة على الرسم البياني أدناه، والذي يوضح سجلات درجات الحرارة العالمية من منتصف خمسينيات القرن التاسع عشر وحتى عام 2023، (يبدأ سجل درجات الحرارة العالمية لوكالة ناسا في عام 1880 لأن الملاحظات القائمة على الأساليب الحالية لم تغطي مساحة كافية من الكوكب قبل ذلك الوقت.) يمكنك أن ترى مدى تقارب السجلات وكيف أصبحت أكثر اتساقًا بمرور الوقت.
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة
تقيس المؤسسات العلمية درجات الحرارة المحلية بطرق عديدة
وتدعم هذه السجلات الأدلة الموجودة في المواد الطبيعية. فحلقات الأشجار تنمو على نطاق أوسع في السنوات الأكثر دفئاً ورطوبة.
وتحمل نوى الجليد ــ قطع الجليد المستخرجة من الصفائح الجليدية أو الأنهار الجليدية ــ أدلة على درجات الحرارة السابقة. وإذا جمعنا هذا مع الأدلة الطبيعية المستمدة من المرجان وحبوب اللقاح وسجلات الكهوف، فسوف يتمكن العلماء من تجميع سجلات مناخ كوكبنا التي يعود تاريخها إلى ملايين السنين.
“عندما نقول إن ما يحدث الآن هو حدث خاص، فإننا لا نقول ذلك فقط لأنه يحدث لنا”، كما قال شميدت. “يمكننا أن نقول ذلك في سياق كامل من كل الأشياء الأخرى التي شهدناها تحدث في الماضي”.
تتفق سجلات درجات الحرارة، والأدلة الطبيعية تدعم ذلك: فقد ارتفعت درجة حرارة سطح العالم بشكل أسرع منذ عام 1970 مقارنة بأي فترة أخرى مدتها 50 عامًا على الأقل على مدار الألفي عام الماضية.
هذا العام هو أول عام تتجاوز فيه درجات الحرارة 1.5 درجة مئوية،
هذا العام هو أول عام تتجاوز فيه درجات الحرارة 1.5 درجة مئوية،
ظاهرة النينيو والنينيا لا تؤثران على الاتجاه طويل المدى
إن درجات الحرارة في أي عام من الأعوام قد تتأثر بظاهرتي النينيو والنينيا، وهما نمطان مناخيان يعملان بالتناوب على تسخين وتبريد المحيط الهادئ الاستوائي، وقد يكون لهما تأثيرات بعيدة المدى على الطقس في مختلف أنحاء العالم.
ويحدث هذا الاحترار والتبريد بشكل دوري استجابة للتغير في قوة الرياح التجارية؛ ثم مع تغير المحيط، يتغير نمط هطول الأمطار. وقد يؤدي هذا إلى موجات جفاف شديدة وأمطار غزيرة في أجزاء مختلفة من العالم.
يدرس العلماء عوامل أخرى قد تؤثر على درجات الحرارة العالمية، بما في ذلك الانفجارات البركانية الكبيرة وانخفاض تلوث الشحن نتيجة للقواعد التنظيمية المفروضة على الانبعاثات. يمكن للتغيرات في كمية الرماد الصغير أو جزيئات التلوث في الهواء – الهباء الجوي – أن تغير مقدار الطاقة الشمسية التي تنعكس مرة أخرى إلى الفضاء، مما يؤدي إلى تبريد أو تدفئة الكوكب قليلاً.
ورغم أن البراكين وظاهرة النينيو الجنوبية قد تساهم في التباين من عام إلى آخر ــ القمم والوديان في الرسم البياني الخطي أعلاه ــ فإنها لا تغير الاتجاه العام في درجات الحرارة. على سبيل المثال، من المرجح أن تساهم ظاهرة النينيو القوية التي بدأت في ربيع عام 2023 في ارتفاع درجات الحرارة في ذلك العام، لكن ارتفاع الحرارة العالمية استمر لفترة طويلة بعد أن خفت ظاهرة النينيو، كما أشار شميدت.
النينيو والنينيا- أكبر تقلب في النظام المناخي للأرض
النينيو والنينيا- أكبر تقلب في النظام المناخي للأرض
وتشير الأدلة الحديثة إلى أن الانخفاض العام في تلوث الهواء يلعب دورًا صغيرًا في ظاهرة الاحتباس الحراري على المدى الطويل. فعلى مدى أكثر من قرن من الزمان، كان للهباء الجوي المنبعث من حرق الوقود الأحفوري تأثير تبريدي على المناخ من خلال حجب الإشعاع الشمسي. ويقدر العلماء أن هذا جعل الكوكب أكثر برودة بنحو 0.7 درجة فهرنهايت (0.4 درجة مئوية) عما كان عليه لولا ذلك، وفقًا لتقرير عام 2021 الصادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC).
لقد أدى التحول التدريجي نحو محطات الطاقة النظيفة والمركبات الآلية وغيرها من التقنيات إلى الحد من الجسيمات الضارة في الغلاف الجوي، مما أدى إلى تحسين جودة الهواء بطرق تساعد على صحة الإنسان.
ولكن من المرجح أن يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة الكوكب مؤقتًا، على سبيل المثال، من المرجح أن تؤدي القاعدة الدولية لعام 2020 التي قللت بشكل حاد من كمية ثاني أكسيد الكبريت في وقود الشحن أيضًا إلى بعض الاحترار الجوي، ولكن الحجم صغير وهناك حاجة إلى مزيد من الدراسة.
علامة فارقة في ارتفاع درجة الحرارة 1.5 درجة
وقد ركز الكثير من الاهتمام العام مؤخرًا على وصول الكوكب أو اقترابه من درجات حرارة عالمية تزيد بنحو 1.5 درجة مئوية (2.7 درجة فهرنهايت) عن مستويات ما قبل الصناعة.
وهذا الرقم مهم لأنه في اتفاقية باريس لعام 2015، وافقت 195 دولة على الحد من الاحتباس الحراري العالمي إلى أقل من هذا الرقم، “إدراكًا منها أن هذا من شأنه أن يقلل بشكل كبير من مخاطر وتأثيرات تغير المناخ”.
وبحسب تحليل وكالة ناسا لدرجات الحرارة العالمية، المعروف باسم GISTEMP، فإن درجة الحرارة العالمية لعام 2024 كانت أعلى بمقدار 1.28 درجة مئوية (2.30 درجة فهرنهايت) من خط الأساس للوكالة في القرن العشرين (1951-1980).
لكن سجلات ناسا تظهر أنها كانت أعلى بمقدار 1.47 درجة مئوية (2.65 درجة فهرنهايت) من مستويات ما قبل الصناعة (1850-1900). ووفقًا لشميدت، كانت درجات الحرارة العالمية المتوسطة أعلى بمقدار 1.5 درجة على الأقل من متوسط ما قبل الصناعة هذا لمدة خمسة أشهر في عام 2024 وأربعة أشهر في عام 2023.
ارتفاع درجات الحرارة العالمية
إن الوصول إلى هذا الرقم المحدد لا يضمن بالضرورة أي تأثيرات مناخية محددة. يقول شميدت: “كل عُشر درجة مئوية له أهميته، وبالتالي فإن تأثيرات 1.6 ستكون أسوأ من تأثيرات 1.5، لكنها ستكون أفضل من تأثيرات 1.7 أو 1.8 أو 1.9”.
وأضاف “لكن الأمر لا يزال مثيرا للقلق، فنحن نرى التأثيرات بالفعل، وهذا ما سيستمر في الحدوث حتى نعمل على خفض الانبعاثات”.
لماذا يجب أن نهتم بارتفاع درجة حرارة الأرض بمقدار درجة أو درجتين
لماذا يجب أن نهتم بارتفاع درجة أو درجتين من درجات الحرارة؟ ففي نهاية المطاف، تتقلب درجات الحرارة بدرجات عديدة كل يوم في المكان الذي نعيش فيه.
يمكن لدرجات الحرارة التي نشهدها محليًا وفي فترات قصيرة أن تتقلب بشكل كبير بسبب الأحداث الدورية المتوقعة، مثل شروق الشمس وغروبها وتغير الفصول، إلى جانب أنماط الرياح وهطول الأمطار التي يصعب التنبؤ بها.
ولكن درجة الحرارة العالمية تعتمد في الأساس على مقدار الطاقة التي يتلقاها الكوكب من الشمس ومقدار ما يشعه إلى الفضاء. فالطاقة القادمة من الشمس تتقلب قليلا جدا من سنة إلى أخرى، في حين أن كمية الطاقة التي تشعها الأرض ترتبط ارتباطا وثيقا بالتركيب الكيميائي للغلاف الجوي ــ وخاصة كمية الغازات المسببة للاحتباس الحراري.
التغير العالمي بمقدار درجة واحدة له أهمية كبيرة لأنه يتطلب قدرًا هائلاً من الحرارة لتدفئة جميع المحيطات والغلاف الجوي والكتل الأرضية بنفس القدر. في الماضي، كان انخفاض درجة الحرارة العالمية بمقدار درجة واحدة كافيًا لإغراق أمريكا الشمالية وشمال أوروبا في العصر الجليدي الصغير .
وكان انخفاض درجة الحرارة بمقدار خمس درجات كافيًا لدفن جزء كبير من أمريكا الشمالية تحت كتلة هائلة من الجليد قبل 20 ألف عام.
تشير فئات الألوان إلى النسب المئوية لتوزيعات درجات الحرارة للفترة المرجعية 1991-2020.
تشير فئات الألوان إلى النسب المئوية لتوزيعات درجات الحرارة للفترة المرجعية 1991-2020.
ولكي نأخذ الأمر في الاعتبار، كما يقول شميت، فلنتأمل عصر البليوسين قبل 2.5 مليون سنة، حيث كانت درجة الحرارة العالمية أعلى بثلاث درجات مئوية من مستويات ما قبل الصناعة البشرية. وفي تلك الدرجة من الحرارة كانت الصفائح الجليدية أصغر كثيراً، وربما كانت معدومة، وكان من المقدر أن تكون مستويات سطح البحر أعلى بعشرات الأقدام مما هي عليه الآن.
“والآن ارتفعت درجة الحرارة بمقدار 1.5 درجة”، كما قال شميدت. “لقد وصلنا إلى منتصف درجة حرارة عصر البليوسين في غضون 150 عامًا فقط”.
كيف بدأت ناسا في تسجيل درجات الحرارة
يعود أصل سجل درجات الحرارة الذي أعدته وكالة ناسا إلى نصف قرن ومليون ميل إلى دراسة كوكب الزهرة، ذلك الكوكب الحار الذي يظل ساخناً بفضل غلافه الجوي السميك الذي يتكون في معظمه من ثاني أكسيد الكربون. كان عالم المناخ في وكالة ناسا جيمس هانسن يبحث في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة، وقد صمم أداة ليتم حملها إلى هناك ـ وقد التقطت هذه الصورة للكوكب في سبعينيات القرن العشرين.
ولكن ما تعلمه عن كوكب الزهرة ألهمه بعد فترة وجيزة لتحويل انتباهه إلى كوكب الأرض حيث تتراكم الغازات المسببة للانحباس الحراري في الغلاف الجوي، مثل كوكب الزهرة.
“لقد استقلت من منصب المحقق الرئيسي في تجربتنا على كوكب الزهرة لأن تغير الكوكب أمام أعيننا أمر أكثر إثارة للاهتمام وأهمية، وستؤثر تغييراته على البشرية جمعاء”، هذا ما قاله هانسن في محاضرة TED عام 2012 .
نشر المعهد أول سجل لدرجات الحرارة العالمية في عام 1981، وهو العام نفسه الذي أصبح فيه هانسن مديرًا لمعهد جودارد لدراسات الفضاء التابع لوكالة ناسا، وهو المنصب الذي شغله حتى عام 2013.
(أصبح شميدت مديرًا بعد عام واحد)، وتزامن ذلك مع مقال نشره هانسن في مجلة ساينس والذي خلص إلى أن ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 0.4 درجة مئوية في القرن العشرين كان مدفوعًا بارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون.
وفي تلك المقالة، تنبأ هانسن أيضاً بأن كوكب الأرض سوف يسخن في ثمانينيات القرن العشرين، وأنه بحلول مطلع القرن سوف تبدأ إشارة الاحتباس الحراري العالمي في الظهور من ضجيج التقلبات الطبيعية، وكتب أن القرن الحادي والعشرين سوف يشهد المزيد من الجفاف، وذوبان الصفائح الجليدية، وارتفاع مستويات سطح البحر، وفتح الممر الشمالي الغربي، وبكل المقاييس، كان محقاً.
عام 2023 يحطم الأرقام القياسية في درجات الحرارة
تحسين الطريقة
وقد تم وصف الطريقة الأساسية لحساب درجة الحرارة العالمية، التي ابتكرها هانسن وبرمجها زميله سيرجي ليبيدييف، لأول مرة في تلك المقالة. وعلى مر السنين، تم تحسين الطريقة.
وعندما توفي ليبيدييف بشكل غير متوقع في عام 1990، تولى ريتو رودي المشروع وقاد منذ ذلك الحين الأجزاء الفنية لتحليل درجة الحرارة في معهد جودارد التابع لوكالة ناسا.
وعلى مر السنين، أضاف فريق رودي مصادر بيانات جديدة، وضوابط جودة، وتعديلات لمراعاة الحرارة الحضرية.
وفي عام 1995، أضيفت شذوذات سطح البحر إلى القياسات الأرضية فقط، مما أدى إلى تحسين التقديرات. وفي أواخر التسعينيات، تم نشر التحليل على الإنترنت، إلى جانب صفحات الويب التفاعلية، “التي سمحت لأي شخص بعرض البيانات بطرق مختلفة”، كما قال رودي.
تحليل درجات الحرارة العالمية ما هو إلا جزء صغير من العمل الذي يتم في معهد جودارد لدراسات الفضاء، حيث يستخدم العلماء أيضًا نماذج المناخ لتقييم التغيرات الجوية على الأرض وعلى الكواكب الأخرى والكواكب الخارجية.
ولكن تحليل درجات الحرارة يحظى بأكبر قدر من الاهتمام، حيث تستمر الأرقام القياسية السنوية والشهرية في التحطيم.
درجات الحرارة اليومية منذ عام 1940، حسب الشهر، مدى تطرف درجات الحرارة في عام 2023. السنوات التي سبقت عام
درجات الحرارة اليومية منذ عام 1940، حسب الشهر، مدى تطرف درجات الحرارة في عام 2023. السنوات التي سبقت عام
أثار تغير المناخ على المستويات المحلية
يقول شميدت إنه عندما بدأت وكالة ناسا في حساب درجة الحرارة العالمية في ثمانينيات القرن العشرين، لم يكن من الممكن رؤية إشارة الاحتباس الحراري إلا عند النظر إلى متوسط درجات الحرارة العالمية، لكننا نشهد الآن بشكل متزايد على المستويين الإقليمي والمحلي.
وقال إن “التغيرات التي تطرأ على تجارب الطقس اليومية للناس أصبحت واضحة للغاية”، فقد لاحظ الناس تغير أنماط الطقس في شدة العواصف، وحرائق الغابات المتكررة والفيضانات، ولكن أيضًا في التغيرات الموسمية في درجات الحرارة في المناطق التي يعيشون فيها.
وأضاف أن الهدف من تتبع درجات الحرارة العالمية “كان إعطاء الناس فكرة مسبقة عن تغير الأمور، وقد تغيرت الأمور بالفعل”.