لم تعد النينيو تُعتبر شذوذًا محليًا قبالة سواحل بيرو؛ بل هي بندول مناخي عالمي يتأرجح كل 2-5 سنوات. ومع ذلك، يتغير سلوكها على مقاييس زمنية تمتد لعقود، وهذه التحولات يصعب التنبؤ بها. حول هذا العمل توجد أبحاث حول الرياح الشمسية، والرياح النيوترينوية، والأجسام الدوارة، وكلها تبحث في كيفية تفاعل القوى الخارجية مع البنية الطبقية الداخلية. تقف هذه الدراسة موقفًا متميزًا إلى حد ما: فهي لا تربط فقط الرياح بالثرموكلين، بل تربط تحديدًا جزأين مختلفين رياضيًا من حقل الرياح بمقياسين زمنيين مختلفين للمحيط.
استخدم الباحثون بيانات الرياح ودرجة حرارة سطح المحيط من أرشيف ERA5 للفترة 1960-2020، وملامح درجة الحرارة والملوحة من قاعدة بيانات معهد فيزياء الغلاف الجوي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم. لقد مثلوا المحيط الهادئ الاستوائي كنظام من طبقتين: طبقة علوية دافئة وطبقة سفلية باردة تفصل بينهما منطقة الثرموكلين. ثم أدخلوا إجهاد رياح بلا أبعاد، وهو نسبة الإجهاد العادي إلى حاصل ضرب كثافة الطبقة العليا ومربع سرعة النمط الباروكليني الأول. تم تحليل هذه النسبة وفقًا لنظرية هيلمهولتز إلى جزء غير دوراني (متباعد) وجزء دوامي (دوار). ولربط عمق الثرموكلين بمؤشر نينيو 3.4، بنوا علاقة تكاملية مع دالة نقل تم إيجادها بطريقة الدوال المتعامدة التجريبية.
تبين أن دالة النقل مستقرة: فبنيتها لم تتغير سواء حُسبت على كامل الفترة 1960-2020 أو على الفترة 1960-1990 فقط. وأظهرت أنه حتى التغيرات الصغيرة في عمق الثرموكلين في شرق أو غرب الحوض تؤثر بشدة على درجة الحرارة في المركز، بينما التغيرات الكبيرة في المركز نفسه لا تكاد تؤثر. إعادة بناء مؤشر نينيو 3.4 باستخدام الجزء المتوازن فقط من الثرموكلين أعطت ارتباطًا قدره 0.83 مع الملاحظات، لكنها أخطأت في أحداث النينيو المتطرفة. إضافة موجات q الناتجة عن الجزء الدوار من الرياح حسّنت التطابق بشكل ملحوظ. كانت لموجات q نفسها فترة تتراوح بين 25 و27 عامًا، وكانت تعتمد بشكل ضعيف على الظروف الأولية. الجاذبية المخفضة في الجزء الاستوائي من المحيط الهادئ نمت خطيًا بمعدل حوالي 0.66·10⁻⁴ م/ث² في السنة، مما يعكس زيادة في التقسيم الطبقي بسبب التسخين غير المتساوي للطبقات.
يفصل هذا العمل بين آليتين كانتا سابقًا ممتزجتين في مفهوم واحد وهو "تأثير الرياح". الجزء غير الدوراني من الرياح مسؤول عن التقلبات السريعة بين السنوات، بينما الجزء الدوار مسؤول عن التقلبات البطيئة التي تمتد لعقود، وذلك من خلال تفاعله مع التقسيم الطبقي المتغير. وهذا يختلف عن الأبحاث المجاورة التي عادةً ما تنظر إما إلى الرياح الشرقية فقط أو إلى الثرموكلين فقط، دون تمييز المكونات الرياضية لحقل الرياح. هنا ولأول مرة يُظهر أن الجزء الدوار من الرياح، الذي لا يمتلك تقلبًا خاصًا طويل الأمد، يمكن أن يولد تذبذبات محيطية بطيئة بفضل ضربه في جاذبية مخفضة تتغير ببطء.
يمكن توسيع نطاق الطريقة لتشمل أحواضًا محيطية أخرى وسلاسل زمنية أطول، لاختبار مدى عمومية الفصل بين الأنماط السريعة والبطيئة. ومن المثير للاهتمام أيضًا إدراج الملوحة كعامل مستقل في تغير الجاذبية المخفضة، لأن تسارع الدورة الهيدرولوجية قد يغير الاتجاهات الإقليمية للملوحة. بالنسبة لأحداث مشابهة لظاهرة النينيو 2023-2024، حيث كانت شذوذات الرياح ضعيفة بينما كان تسخين المحيط قويًا، ستكون هناك حاجة إلى تقريبات أدق من التقريب الجيوستروفي لالتقاط التقلبات بين السنوات لموجات q.
النتائج مهمة لنمذجة المناخ والتنبؤات الموسمية: فهي توفر طريقة بسيطة لفصل المكون السريع للنينيو عن المكون البطيء. وهذا يمكن أن يحسن التنبؤ بالأحداث المتطرفة وفهم استجابة المحيط الهادئ الاستوائي للاحتباس الحراري.
إجراء اختبار حساسية منهجي لدالة النقل لاختيار الفترة لتحليل الدوال المتعامدة التجريبية. دراسة دور الملوحة في تغيرات الجاذبية المخفضة وتأثيرها على التقلبات العقدية لمؤشر نينيو 3.4.
في علم المناخ، لا يزال السؤال حول العمليات التي تتحكم في التقلبات العقدية وفوق العقدية للنينيو، ولماذا تصبح الأحداث المتطرفة أكثر تواترًا مع الاحتباس الحراري، دون حل. يقدم هذا العمل آلية محددة: التغيرات البطيئة في التقسيم الطبقي للمحيط تعدل الاستجابة للجزء الدوار من الرياح، مما قد يفسر التحولات الملحوظة في الأنماط.
هذا القسم موجَّه إلى مؤلف العمل وزملائه. الأعمال المجاورة عثر عليها بحثٌ دلالي في أرشيفنا، لا بتطابق الكلمات. نحن لا نقيّم العمل: نعرض الحقل من حوله.
ماذا يفعل هذا العمل
قسّم المؤلفون إجهاد الرياح إلى مركّبتين: غير دورانية (irrotational) ودوّامية (solenoidal)، وربطوهما بالتذبذبات السريعة والبطيئة للثرموكلين (thermocline). باستخدام بيانات إعادة التحليل ونموذج من طبقتين، حصلوا على دالة نقل مستقرة، وأظهروا أن إضافة موجات q الناتجة عن الجزء الدوّامي من الرياح يحسّن إعادة إنتاج ظاهرة النينيو المتطرفة. إعادة بناء مؤشر نينيو-3.4 مع أخذ هذه الموجات في الاعتبار تصل إلى معامل ارتباط 0.83 مع الملاحظات.
أين تكمن قوته
يفصل هذا العمل لأول مرة مساهمة المركّبتين غير الدورانية والدوّامية للرياح في ديناميكا النينيو، موضحًا أن التغيرات البطيئة قد تنشأ من تفاعل المركّبة الدورانية السريعة مع التطبق (stratification) البطيء التغير.
إلى أين يمكن المضي
يستحق التجربة
لماذا قد يكون هذا مهمًا
إذا تأكدت الآلية المقترحة، فسوف توفر طريقة مدعومة فيزيائيًا لفصل مصادر التغيرية العقدية (decadal variability) للنينيو، مما قد يحسّن التوقعات المناخية طويلة المدى وفهم استجابة النظام الاستوائي للمحيط الهادئ للاحتباس الحراري.
أعمال قريبة في أرشيفنا
الأرشيف خالٍ حول هذا العمل: أقرب تحليل عند 0.52 فقط، مقابل 0.64 المعتادة. يبدو أن الحفر بجواره كان نادرًا.
يعود أول ذكر علمي لظاهرة النينيو إلى عام 1892، لكن الصيادين البيروفيين عرفوا التيار الدافئ قبالة سواحلهم في عيد الميلاد منذ القرن السابع عشر، وأطلقوا عليه اسم "الطفل المسيح".
في رواية كيم ستانلي روبنسون "أربعون علامة من المطر"، يحارب علماء المناخ عواقب التغيرات الحادة في التيارات المحيطية، التي تشبه تحولات أنماط النينيو، والتي تُفسَّر هنا بالتعديل البطيء للتقسيم الطبقي.