قبل مئة عام، لاحظ جيلبرت ووكر أن الضغط في المحيط الهادئ مرتبط بالأمطار في الهند. ومنذ ذلك الحين، يُعتبر إل نينيو المؤشر الرئيسي للرياح الموسمية الهندية. لكن الارتباط بين الأمطار ودرجة حرارة سطح المحيط الهادئ (مؤشر نينيو 3.4) يتأرجح بين -0.4 و-0.8 عبر العقود، ويبدو أنه ضعف بعد الثمانينيات. أثار هذا الشكوك: هل يمكن التنبؤ بالرياح الموسمية على المدى الطويل؟ في الأرشيف المجاور توجد أعمال حول التنبؤ بإل نينيو قبل عام ونصف، وحول أن الأمطار أصبحت أقل تكرارًا لكن أكثر غزارة. يذهب هذا العمل إلى أبعد من ذلك: فهو يظهر أن المشكلة لم تكن في العلاقة نفسها، بل في الاختيار غير الموفق للمؤشر.
بدلاً من درجة حرارة السطح، أخذ المؤلفون عمق خط تساوي الحرارة 20 درجة مئوية (D20) عبر الحزام الاستوائي بأكمله من خط عرض 30 جنوبًا إلى 30 شمالًا وعبر جميع خطوط الطول. بنوا خرائط ارتباط بين D20 وأمطار الرياح الموسمية للأعوام 1875-2010، وأبقوا فقط المناطق المهمة، ثم أسقطوا شذوذات D20 عليها. النتيجة مؤشر Dp الذي يلتقط الإشارة من المحيط الهادئ والهندي والأطلسي في وقت واحد. ثم أعيد بناء ديناميكيات المؤشر والأمطار في فضاء الطور باستخدام طريقة تاكنز، وقيس التكرار المشترك للحالات باستخدام مخطط التكرار المشترك. بالإضافة إلى ذلك، حُسب التزامن الطوري عبر قيمة قفل الطور، وتم التحقق من استقرار العلاقة على أربع مجموعات من بيانات الأمطار وأربع من درجات حرارة المحيط.
يصل الارتباط بين Dp وأمطار الرياح الموسمية إلى 0.8 مع مهلة 18 شهرًا ويرتفع إلى 0.9 في العقود الأخيرة، بينما ينخفض الارتباط مع درجة حرارة السطح إلى 0.2 في نفس الأفق. الارتباط المتحرك على مدى 21 عامًا بين Dp والأمطار لا يتغير تقريبًا بمرور الوقت، على عكس مؤشر نينيو 3.4. أظهر تحليل التكرار المشترك تزامنًا ذا دلالة إحصائية بين الأمطار وD20 عند فترات تأخير 4-6 و16-18 شهرًا، والحد الأقصى لطول الأقطار في مخطط التكرار المشترك لـ D20 أكبر بعدة مرات من درجة حرارة السطح. قفل الطور بين الأمطار وDp عند تأخير 18 شهرًا يساوي 0.75، وهو ما يتوافق مع نظام تزامن التأخر. في نماذج CMIP6 ضمن سيناريوهات RCP2.6 وRCP4.5، تظل العلاقة عالية ومستقرة حتى عام 2100.
ينقل هذا العمل مفهوم التزامن الفوضوي من نظرية الأنظمة الديناميكية إلى علم المناخ. يوضح أن مذبذبين فوضويين، المحيط والغلاف الجوي، يمكن أن يدخلا في رنين مع تأخير، وهذا الرنين يوفر قابلية للتنبؤ تتجاوز الحد المعتاد للفوضى الحتمية. على عكس الأعمال المجاورة التي تبحث عن أنماط إحصائية أو تستخدم التعلم العميق، هنا وُجدت آلية فيزيائية: الذاكرة البطيئة للمحيط تحت السطحي تتزامن مع الرياح الموسمية عبر تباين متعدد العقود. هذا يزيل مفارقة ضعف العلاقة بين إل نينيو والرياح الموسمية: كانت العلاقة مستقرة دائمًا، فقط قيست بأداة خاطئة.
يمكن نقل الطريقة إلى أنظمة رياح موسمية أخرى: الأسترالية وشرق آسيا والأفريقية والأمريكية. لكل منها يمكن بناء نظير Dp والتحقق مما إذا كان هناك تزامن فوضوي على فترات تأخير طويلة. يبقى السؤال مفتوحًا حول كيفية تراكم الذاكرة متعددة العقود في الطبقة الحرارية خارج الاستوائية ولماذا تقوم بتصفية الضوضاء المناخية. ستكون هناك حاجة إلى تجارب حساسية مع نماذج المحيطات وسلاسل مراقبة أطول.
سيحصل التنبؤ الموسمي للأمطار في جنوب آسيا على مؤشر جديد موثوق لا يتدهور بمرور الوقت. الزراعة وإدارة الموارد المائية والتأمين ضد الجفاف ستتمكن من الاعتماد على توقعات قبل عام ونصف.
التحقق مما إذا كانت النماذج المناخية الحديثة تعيد إنتاج التزامن الفوضوي بين D20 وأمطار الرياح الموسمية. بناء مؤشرات مماثلة لمناطق الرياح الموسمية الأخرى ومقارنة قوتها التنبؤية.
في علم المناخ، يبقى السؤال مفتوحًا حول طبيعة التباين متعدد العقود للرياح الموسمية وعلاقته بالاحتباس الحراري. يظهر هذا العمل أن جزءًا من هذا التباين قد يكون خاصية داخلية للنظام المرتبط بين المحيط والغلاف الجوي، وليس استجابة لتأثير خارجي. هذا يتعلق مباشرة بالجدل حول مدى قابلية المناخ للتنبؤ لعقود قادمة.
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
بنى الباحثون مؤشرًا عالميًا جديدًا لظاهرة النينيو يعتمد على عمق خط تساوي الحرارة 20 درجة مئوية (D20) في المحيطات الاستوائية الثلاثة جميعها، وأظهروا أنه يرتبط بهطول الأمطار في الرياح الموسمية الهندية بمستوى يتجاوز 0.8 مع مهلة زمنية تصل إلى 18 شهرًا، وأن هذه العلاقة مستقرة عبر الزمن. ولتفسير هذه القدرة على التنبؤ، يقدمون آلية للتزامن الفوضوي (chaotic synchronization) بين المحيط والغلاف الجوي، ويختبرونها باستخدام أساليب تحليل التكرار المشترك (joint recurrence) والحجب الطوري (phase locking).
أين تكمن قوته
تكمن قوة العمل في نقل مفهوم التزامن الفوضوي إلى علم المناخ: إذ تم العثور على آلية فيزيائية تفسر القدرة على التنبؤ طويل المدى للرياح الموسمية، وتزيل الانطباع بضعف العلاقة مع النينيو.
إلى أين يمكن المضي
يستحق التجربة
لماذا قد يكون هذا مهمًا
إذا تأكد المؤشر المقترح وآلية التزامن في دراسات مستقلة، فقد يعزز ذلك بشكل كبير الثقة في التوقعات طويلة المدى للرياح الموسمية، وهو أمر بالغ الأهمية للزراعة وإدارة الموارد المائية في جنوب آسيا في ظل مناخ متغير.
أعمال قريبة في أرشيفنا
الأرشيف خالٍ حول هذا العمل: أقرب تحليل عند 0.53 فقط، مقابل 0.64 المعتادة. يبدو أن الحفر بجواره كان نادرًا.
عمق خط تساوي الحرارة 20 درجة مئوية في المناطق الاستوائية يتغير بعشرات الأمتار، وهذه الموجات البطيئة تتذكر حالة المحيط لسنوات، بينما ينسى السطح كل شيء في غضون بضعة أشهر.