غرف سماء الشتاء: كيف تختار الغلاف الجوي الطقس ✛
في الشتاء فوق نصف الكرة الشمالي، لا يتحرك الهواء بشكل عشوائي، بل يقضي عدة أيام في نفس النمط قبل أن يعيد ترتيب نفسه. هذه الأنماط تشبه غرفًا في متاهة: يدخل النظام، يبقى، ثم يجد بابًا إلى غرفة أخرى. لكل غرفة طقسها الخاص: في إحداها يكون الجو دافئًا ورطبًا فوق أوروبا، وفي أخرى يكون باردًا وصافيًا فوق سيبيريا.
للعثور على هذه الغرف، أخذ العلماء بيانات عن الارتفاع الذي يكون فيه ضغط الهواء حوالي نصف الضغط السطحي، على مدى أكثر من 70 شتاءً. طبقوا أسلوبًا رياضيًا يضغط أولاً الكم الهائل من البيانات إلى ثلاثة محاور رئيسية، ثم يبحث عن الحالات المتكررة مع مراعاة تسلسلها الزمني. هذا مهم: إذا قمنا فقط بتجميع الصور المتشابهة، فقد نعتبر المصادفة العشوائية نمطًا، بينما يساعد الارتباط الزمني في استبعاد الضوضاء.
الانتقالات بين الغرف ليست عشوائية. يفضل النظام التحرك في دائرة: من الأولى إلى الثانية، ومن الثانية عائدًا إلى الأولى، ثم إلى الرابعة والثالثة، ثم إلى الأولى مرة أخرى. متوسط مدة البقاء في الغرفة حوالي أسبوع، لكن الغرفة الثالثة أحيانًا تحبس الغلاف الجوي لمدة شهر، كما حدث في شتاء 2009–2010 البارد بشكل غير طبيعي في أوروبا.
أكثر اكتشاف غير متوقع يتعلق بالمحيط الهادئ. تبين أن تكرار ظهور الغرفة الثانية مرتبط بتقلبات بطيئة في درجة حرارة سطح المحيط تستمر لعقود. معامل الارتباط يصل إلى 0.8 مع تقدم زمني قدره سنة واحدة. هذا يعني أنه من حالة المحيط الهادئ يمكن التنبؤ بعدد المرات التي سيدخل فيها الغلاف الجوي إلى غرفة معينة في الشتاء التالي.
في السابق، كان من غير الواضح كيف نفصل بدقة الأنماط الحقيقية عن التجمعات العشوائية للصور المتشابهة. الآن ثبت أن الأنماط ليست مجرد عناقيد إحصائية، بل هياكل ديناميكية ذات انتقالات قابلة للتنبؤ. يمكن تطبيق هذا النهج على النماذج المناخية للتحقق من قدرتها على إعادة إنتاج غرف الغلاف الجوي الحقيقي، وعلى التوقعات لعدة أسابيع قادمة، حيث يوجد حاليًا الكثير من عدم اليقين. أصبحت متاهة سماء الشتاء أكثر وضوحًا قليلًا، والآن يمكننا تعلم التنبؤ بالغرفة التي سيدخلها غدًا.
النمط 3، الذي يقابل الطور السالب للتذبذب الأطلسي الشمالي، يستمر أحيانًا حتى شهر، مسببًا فصول شتاء باردة بشكل غير طبيعي في أوروبا، كما في 2009–2010.