المحيط يقود الانقطاعات: كيف تتحكم ظاهرة النينيا في شبكة الكهرباء الأمريكية ✛ ✎

الأصل: "Spatio-temporal Patterns between ENSO and Weather-related Power Outages in the Continental United States"
arXiv:2406.14474 · 2024-06-20 · arXiv non-exclusive · تحليل مستقل · 2 دقيقة
مرحلة النينيا تزيد عدد انقطاعات الكهرباء بسبب الطقس في الولايات المتحدة، وبحلول نهاية القرن قد تزيد الحرارة عددها 26 مرة.

المحيط الهادئ يتصرف كقائد أوركسترا يضبط إيقاع الأعطال في شبكة الكهرباء الأمريكية. عندما ينتقل المحيط إلى مرحلته الباردة، المعروفة باسم النينيا، تبدأ الأضواء في الولايات المتحدة بالانطفاء أكثر. تتبع الباحثون هذا الارتباط على مدى 24 عامًا وتأكدوا: المحيط يتحكم فعلًا في الطقس، والطقس يضرب الأسلاك والمحولات.

النينيا هي المرحلة الباردة من أكبر تذبذب مناخي في المنطقة الاستوائية من المحيط الهادئ. تصبح مياه قبالة سواحل أمريكا الجنوبية باردة بشكل غير طبيعي، وهذا يغير دوران الغلاف الجوي في جميع أنحاء الكوكب.

القائد لا يلوّح بعصاه فحسب، بل يرسل النوتات عبر ثلاث قنوات. في غرب الولايات المتحدة، تعزز النينيا الموجات الباردة وهطول الأمطار المتطرف، وفي الجنوب الشرقي موجات الحر، وفي الولايات الوسطى الشرقية هطول أمطار متطرف مرة أخرى. كل قناة تضرب جزءًا من شبكة الكهرباء: الثلوج والجليد تسقط الأشجار على الأسلاك، والحر يجعل مكيفات الهواء تعمل بأقصى طاقتها، والأمطار الغزيرة تغرق المحطات الفرعية.

لم تكن العلاقة مجرد ملحوظة، بل كانت قابلة للتنبؤ. عدد الانقطاعات لا يزداد بالتزامن مع النينيا، بل بتأخير عدة أشهر، أي أن المحيط يصدر الأمر أولًا، ثم تبدأ شبكة الكهرباء بالتعثر. في الربيع بعد ذروة النينيا تصل الأعطال إلى أقصاها. في ست من عشر مناطق مناخية في الولايات المتحدة، يصل الارتباط بين شدة النينيا وعدد الانقطاعات إلى -0.68، وفي بعض المناطق يصل إلى -0.82. هذا يعني أنه كلما كانت المرحلة الباردة أقوى، زاد عدد الانقطاعات.

الارتباط -0.68 يظهر أنه عند اشتداد النينيا يزداد عدد الانقطاعات بشكل شبه متزامن. علامة الناقص تعني أنه كلما انخفضت درجة حرارة الماء في المحيط الهادئ، زادت الأعطال.

بحلول نهاية القرن، قد يتحول القائد إلى مقطوعة أعلى صوتًا. إذا بقيت انبعاثات الغازات الدفيئة مرتفعة، فبحلول 2081-2100 ستزداد انقطاعات الربيع بسبب الحر في شرق الولايات المتحدة بنحو 26 مرة مقارنة بالفترة 2000-2023. حتى في السيناريو المعتدل، سيكون النمو 13 مرة. شبكة الكهرباء المبنية لمناخ الماضي ستجد نفسها في مناخ المستقبل.

سابقًا، لم يربط أحد بين النينيو وأعطال شبكة الكهرباء. الآن أصبح واضحًا أن التنبؤ بمرحلة المحيط قبل عدة أشهر يمكن أن يكون بمثابة إنذار مبكر لقطاع الطاقة. إذا توقع خبراء الأرصاد نينيا قوية، يمكن لشركات المرافق فحص المعدات مسبقًا، وتجهيز فرق الإصلاح، وتحذير المستهلكين. المحيط يواصل القيادة، لكن الأوركسترا أصبح لديها الآن نوتة موسيقية.

في ربيع 2018، جلبت عاصفة في كاليفورنيا تساقطًا كثيفًا للثلوج وبردًا، مما ترك 10,898 مستهلكًا دون كهرباء وتسبب في فقدان 38 ميغاواط من الطلب. وفي مارس 2023، تسببت سلسلة أعاصير مع هطول متطرف في انقطاع الكهرباء عن نحو مليون مستهلك في أكثر من عشر ولايات.

x(t) = a + bt + \epsilon(t)
تُحلل السلسلة الأصلية إلى اتجاه وبقية عشوائية
x'(m,n) = \hat{x}(m,n) - \frac{1}{24}\sum_{n=1}^{24}\hat{x}(m,n)
الانحراف عن المتوسط لشهر معين على مدى 24 عامًا
R = \frac{\sum_{t=1}^{T-k}[\tilde{x}(t+k)-\bar{x}][\tilde{y}(t)-\bar{y}]}{\sqrt{\sum_{t=1}^{T}[\tilde{x}(t)-\bar{x}]^2\sum_{t=1}^{T}[\tilde{y}(t)-\bar{y}]^2}}
مقياس العلاقة بين سلسلتين عند إزاحة إحداهما بالنسبة للأخرى بمقدار k شهرًا
المفاهيم
ENSO La Niña spring predictability barrier El Niño-Southern Oscillation Southern Oscillation recharge oscillator model El Niño Multivariate ENSO Index Jin-Timmermann model NOAA CPC ERSST Westerly wind burst TAO/TRITON moorings equatorial wave propagation seasonal cycle seasonal forcing Indian Ocean capacitor effect interannual variability Warm water volume North Equatorial Countercurrent