الگوی آشنایی از تابستان که پیشتر محدود به برخی مناطق خاص بود، اکنون در جاهایی ظاهر میشود که سابقه چندانی در مواجهه با آن نداشتند: گرمای چسبناک و خطرناکی که ماندگار میشود و سپس با رعدوبرقهایی همراه است که ناگهان بسیار خشنتر از حد انتظار به نظر میرسند.
پژوهشهای جدید نشان میدهد یک «دروازهبان» ساده جوی وجود دارد که تعیین میکند این ترکیب در مناطق عرضهای میانی تا چه اندازه میتواند شدید شود. همهچیز به این بستگی دارد که آیا هوای بالای سر مانند یک درپوش عمل میکند یا نه.
نقش وارونگی جوی در تشدید گرما و طوفان
دانشمندان MIT گزارش دادهاند که سقف شدت گرمای مرطوب و قدرت طوفانها تا حد زیادی توسط پدیدهای به نام وارونگی جوی کنترل میشود؛ وضعیتی که در آن هوای گرمتر در لایههای بالاتر، روی هوای خنکتر نزدیک سطح زمین قرار میگیرد.
زمانی که این وارونگی پایدار بماند، گرما و رطوبت میتوانند در سطح زمین انباشته شوند. اما وقتی این سد در نهایت شکسته میشود، انرژی ذخیرهشده به شکل همرفت شدید و طوفانهای سنگین آزاد خواهد شد.
حرکت گرما و طوفان به سمت شمال
دورههای طولانی گرمای شرجی همراه با طوفانهای شدید، معمولاً با مناطق گرمسیری پیوند خورده بودند. با این حال، این مرز بهتدریج در حال محو شدن است.
با گرمتر شدن سیاره، موجهای گرمای مرطوب و بارشهای حدی در مناطقی که عموماً «معتدل» نامیده میشوند نیز رایجتر شدهاند؛ از جمله بخشهایی از غرب میانه ایالات متحده.
تابستانهای اخیر در این مناطق، دورههایی از گرما و رطوبت غیرمعمولاً آزاردهنده را تجربه کردهاند.
نقاط داغ آینده برای گرمای مرطوب
این پژوهش جدید دلیل مشخصی را نشان میدهد که چرا مناطق عرضهای میانی میتوانند وارد شرایطی شبیه مناطق گرمسیری شوند. همچنین سرنخهایی درباره نقاط داغ بعدی با تداوم گرمایش زمین ارائه میدهد.
«تحلیل ما نشان میدهد مناطق شرقی و غرب میانه ایالات متحده و همچنین بخشهایی از شرق آسیا میتوانند در اقلیم آینده به نقاط داغ جدید گرمای مرطوب تبدیل شوند.»
— فونینگ لی، نویسنده اصلی مطالعه، پژوهشگر پسادکتری MIT
تالیا تامارین-برودسکی، نویسنده ارشد مطالعه و استادیار MIT، توضیح میدهد:
«با گرم شدن اقلیم، از نظر تئوریک جو میتواند رطوبت بیشتری را در خود نگه دارد. به همین دلیل، مناطق جدیدی در عرضهای میانی ممکن است موجهای گرمای مرطوبی را تجربه کنند که پیشتر با آن سازگار نبودهاند.»
وارونگی جوی چگونه عمل میکند؟
وارونگی جوی اساساً به معنای چیدمان «برعکس» لایههای هواست. در حالت عادی، با افزایش ارتفاع دما کاهش مییابد. اما در وارونگی، لایهای از هوای گرم بالاتر از هوای خنکتر پایین قرار میگیرد.
این لایه گرم مانند یک درپوش عمل میکند. در شهرها، وارونگیها بهدلیل بهدامانداختن آلودگی هوا در نزدیکی سطح زمین شهرت دارند.
تیم MIT معتقد است همین سازوکار برای گرما و رطوبت نیز رخ میدهد. اگر این درپوش قوی و ماندگار باشد، هوای سطح زمین میتواند بدون امکان صعود، پیوسته گرمتر و مرطوبتر شود. نتیجه، موج گرمای مرطوبی طولانیتر و طاقتفرساتر است.
نقطه چرخش؛ از گرمای محبوس تا طوفان انفجاری
سپس نقطه عطف فرا میرسد. وقتی وارونگی تضعیف میشود، انرژی محبوس مسیر صعود پیدا میکند. هوا شروع به همرفت میکند، رطوبت متراکم میشود و طوفانهای تندری میتوانند بهطور ناگهانی شکل بگیرند.
به بیان دیگر، همان درپوشی که به انباشت گرما کمک میکند، میتواند شدت رویدادهایی را که پس از برداشتهشدن آن رخ میدهد، چند برابر کند.
چرا غرب میانه آمریکا آسیبپذیر است؟
این سازوکار بهویژه در مناطق عرضهای میانی اهمیت دارد، زیرا وارونگیها در این نواحی رایج هستند. در ایالات متحده، مناطق شرقی کوههای راکی اغلب شاهد قرار گرفتن هوای گرم در لایههای بالاتر روی هوای خنک سطح زمین هستند.
این همان الگوی کلاسیک وارونگی جوی است که مطالعه بر آن تمرکز دارد. پژوهشگران همچنین گمان میکنند تغییرات اقلیمی میتواند شکستن این وارونگیها را دشوارتر کند.
اگر کل جو گرمتر شود، شرایطی که وارونگی را حفظ میکنند ممکن است پایدارتر شوند. این به معنای موجهای گرمای مرطوب پرتکرارتر و طوفانهایی شدیدتر در زمان وقوع است.
پیامدهای انسانی و زیرساختی
این ترکیب فقط به معنای ناراحتی نیست. رطوبت بالا توانایی بدن برای خنکسازی خود را محدود میکند و میتواند خطرات سلامت را بهسرعت افزایش دهد؛ بهویژه برای افرادی که دسترسی مطمئن به سیستمهای خنککننده ندارند یا در فضای باز کار میکنند.
در عین حال، بارشهای سنگینتر میتوانند سیستمهای زهکشی را از کار بیندازند و خطر سیلاب را افزایش دهند.
نگاه به هواشناسی بهعنوان یک مسئله انرژی
برای درک اینکه چه چیزی یک موج گرما را پایان میدهد، تیم پژوهشی پرسشی آشنا را بازتعریف کرد: چه چیزی لازم است تا هوای سطح زمین سرانجام بالا برود، خنک شود و بارش ایجاد کند؟
بهبیان دیگر، چه عاملی حد نهایی گرما و رطوبت را پیش از ناپایدار شدن جو و آغاز همرفت تعیین میکند؟
پاسخ آنها مبتنی بر انرژی بود. گرما فقط به دما محدود نمیشود، بلکه شامل گرمای «نهان» موجود در بخار آب نیز هست.
فیزیک گرمای مرطوب
وقتی بخار آب متراکم میشود، انرژی آزاد میکند که میتواند حرکت صعودی هوا را تقویت کند. بنابراین مسئله اصلی این است که چه مقدار «انرژی مرطوب» میتواند در نزدیکی سطح زمین انباشته شود.
«تصور کنید یک بالن دور یک بسته هوا قرار دادهاید و میپرسید آیا در جای خود میماند، بالا میرود یا فرو مینشیند. موضوع فقط گرم بودن هوا نیست؛ باید رطوبت موجود در آن را هم در نظر گرفت.»
— تالیا تامارین-برودسکی
او میافزاید:
«ما انرژی یک بسته هوا را با در نظر گرفتن رطوبت آن بررسی میکنیم و سپس حداکثر انرژی مرطوبی را که میتواند پیش از ناپایدار شدن و آغاز همرفت انباشته شود، محاسبه میکنیم.»
گرمای بیشتر، طوفانهای قویتر
بر اساس این چارچوب، پژوهشگران دریافتند وارونگیها مانند یک مانع حرارتی عمل میکنند.
اگر هوای گرم در لایههای بالا سطح زمین را بپوشاند، بسته هوای نزدیک زمین باید انرژی بیشتری شامل دما و رطوبت جمع کند تا بتواند از این سد عبور کند.
هرچه این درپوش مقاومتر باشد، شرایط سطح زمین میتواند پیش از آغاز همرفت شدیدتر شود.
به این ترتیب، وارونگیهای جوی ظرفیت «ذخیرهسازی» گرمای مرطوب یک منطقه را افزایش میدهند. درپوشی که دیرتر شکسته میشود، امکان انباشت بیشتری میدهد. درپوشی که زود از بین میرود، شدت شرایط سطحی را محدود میکند.
وقتی این شکست رخ میدهد، انرژی ذخیرهشده بهآرامی آزاد نمیشود و میتواند به همرفت قویتر و طوفانهای شدیدتر منجر شود.
«افزایش وارونگی دو پیامد دارد: موجهای گرمای مرطوب شدیدتر و طوفانهای همرفتی کمتعدادتر اما بسیار خشنتر.»
— تالیا تامارین-برودسکی
وارونگیهای جوی چگونه شکل میگیرند؟
وارونگیها میتوانند به روشهای مختلفی ایجاد شوند، از جمله سرد شدن شبانه. پس از غروب خورشید، زمین گرمای خود را به فضا میتاباند و هوای نزدیک سطح خنک میشود.
هوای خنکتر چگالتر است، بنابراین هوای سرد در پایین و هوای گرمتر در بالا قرار میگیرد و وارونگی شبانه شکل میگیرد.
مناطق ساحلی نیز ممکن است دچار وارونگی شوند، زمانی که هوای خنک دریایی زیر هوای گرمتر خشکی نفوذ میکند. در برخی مناطق، توپوگرافی میتواند به ایجاد درپوشهای ماندگار کمک کند.
«دشتهای بزرگ و غرب میانه بهطور تاریخی وارونگیهای زیادی داشتهاند که به کوههای راکی مرتبط است.»
— فونینگ لی
او توضیح میدهد که کوهها بهعنوان یک منبع حرارتی مرتفع عمل میکنند و بادهای غربی این هوای نسبتاً گرم را به سمت مرکز و غرب میانه آمریکا منتقل میکنند، جایی که میتواند وارونگی دمایی پایداری ایجاد کند.
این یافتهها برای تابستانهای آینده چه معنایی دارد؟
اگر وارونگیها در اقلیم گرمتر پایدارتر شوند، غرب میانه و دیگر مناطق عرضهای میانی ممکن است با شرایط شدیدتری روبهرو شوند.
این میتواند به معنای موجهای گرمای مرطوب طولانیتر و فرسایندهتر باشد که با طوفانهایی همراه است که کمتر رخ میدهند اما هنگام وقوع بسیار مخربتر هستند.
«در اقلیم آینده غرب میانه، این مناطق ممکن است هم طوفانهای تندری شدیدتر و هم موجهای گرمای مرطوب حدیتری را تجربه کنند.»
— تالیا تامارین-برودسکی
او میافزاید:
«نظریه ما درک بهتری از حد نهایی گرمای مرطوب و همرفت شدید برای جوامعی ارائه میدهد که در آینده به نقاط داغ موجهای گرما و طوفان تبدیل خواهند شد.»
جمعبندی نهایی
نکته کلیدی این است که موضوع فقط گرما یا فقط طوفان نیست، بلکه شرایط جویای است که این دو را به هم پیوند میدهد.
یک درپوش گرم در لایههای بالایی میتواند بهطور پنهانی شرایط را به سمت شدت بیشتر سوق دهد؛ هوای سطح زمین را خفهکنندهتر کند و رهاسازی نهایی انرژی را انفجاریتر سازد.
این مطالعه در نشریه Science Advances منتشر شده است.
اگر به درک علمی تغییرات اقلیمی علاقهمند هستید، این مقاله را با دیگران به اشتراک بگذارید یا دیدگاه خود را در بخش نظرات بنویسید.
