أعلن فريق بحثي في جامعة شيكاجو الأميركية عن تطوير معادلة جديدة من شأنها تحسين التنبؤات الدقيقة بـ"أنهار السماء"، والتي تتسبب غالباً في فيضانات شديدة على المناطق الساحلية.
وبحسب الدراسة المنشورة في دورية "نيتشر كومينكيشن" Nature Communications، تعتمد المعادلة الجديدة، التي تسمى "الطاقة الحركية التبخيرية المتكاملة" على فهم دقيق للعمليات الفيزيائية التي تسبب "أنهار السماء"، بهدف تعزيز دقة التنبؤات الجوية، خاصة في ظل تغيرات المناخ.
عندما تضرب الأمطار الغزيرة والرياح القوية المناطق الساحلية المكتظة بالسكان، قد تتعرض مدن بأكملها للدمار جراء الفيضانات؛ لكن هناك إجراءات احترازية يمكن للحكومات وسكان هذه المناطق اتخاذها إذا توفرت تحذيرات كافية.
"أنهار السماء"
من بين الظواهر الطبيعية التي تتسبب في هذا النوع من الفيضانات الشديدة هي "أنهار السماء"، وهي مناطق محملة بكميات هائلة من بخار الماء المحمول بواسطة رياح قوية، وعلى الرغم من مراقبتها، إلا أن التنبؤ الدقيق بسلوكها بناءً على خصائصها الفيزيائية كان تحدياً كبيراً.
و"أنهار السماء" التي تعرف أيضاً باسم "الأنهار الجوية"، هي مناطق طويلة وضيقة من بخار الماء الكثيف، تتحرك من المناطق الاستوائية باتجاه القطبين، ويمكنها نقل كمية من المياه تعادل 15 ضعف كمية المياه التي تتدفق في نهر المسيسيبي، مما يسبب أمطاراً غزيرة وثلوجاً ورياحاً قوية.
والساحل الغربي لأميركا الشمالية من أكثر المناطق تأثراً بهذه الأنهار الجوية، التي تعرف أحياناً باسم "تدفق هاواي"، كما أن هذه الأنهار تتشكل في جميع أنحاء العالم، بحيث يوجد عادةً حوالي خمسة أنهار جوية في كل من نصفي الكرة الشمالي والجنوبي تتحرك من الغرب إلى الشرق.
مقياس نقل البخار
وتقاس الأنهار الجوية باستخدام مقياس يسمى نقل البخار المتكامل (IVT)، الذي يصف كمية وسرعة بخار الماء المتنقل في الغلاف الجوي.
ويستخدم مقياس "نقل البخار المتكامل" في علم الأرصاد الجوية لقياس كمية بخار الماء في الغلاف الجوي وكيفية نقله عبره؛ ويعتمد على حساب كمية بخار الماء الموجودة في الهواء وضربها في سرعة الرياح، مما يعطي مؤشراً دقيقاً عن مقدار الرطوبة التي تُنقل من مكان إلى آخر.
ويعتبر ذلك المقياس أداة حيوية لتحديد حركة الأنهار الجوية التي تلعب دوراً هاماً في أنماط الطقس، وخاصة خلال العواصف والأمطار الغزيرة.
ويمكن أن تُساعد بيانات ذلك المقياس العلماء والباحثين على تحسين التنبؤات الجوية، مما يساعدهم في تقدير الظروف الجوية القاسية مثل الفيضانات والعواصف الثلجية، وبالتالي اتخاذ الاحتياطات اللازمة لتقليل الأضرار المحتملة.
ورغم أن هذا المقياس كافٍ للمراقبة والتتبع، إلا أنه لم يكن هناك معادلة تحكم تفصيلية تسمح بفهم تطور الأنهار الجوية على مستوى العمليات، لذلك قام الباحثون بتطوير معادلة جديدة تُدعى الطاقة الحركية التبخيرية المتكاملة (IVKE)، والتي تجمع بين كمية بخار الماء وطاقة الرياح القوية.
وتتميز هذه المعادلة بأنها بديهية وقائمة على أسس فيزيائية، ما يتيح إمكانية فهم ما يجعل النهر الجوي أقوى، أو ما يجعله يتبدد ويتحرك شرقاً في الوقت الفعلي.
من خلال هذا الإطار الجديد، اكتشف العلماء أن الأنهار الجوية تزداد قوة نتيجة لتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية، وتضعف بفعل عمليات التكاثف؛ التي تحول البحار إلى أمطار، والاضطرابات التي تؤثر على حركة الهواء، بينما تتحرك شرقاً بسبب انتقال الطاقة الحركية والرطوبة بواسطة التيارات الهوائية.
ويقول الباحثون إن المعادلة ستساعد في توفير تشخيصات أكثر دقة تستند إلى فهم فيزيائي مباشر لهذه الظاهرة، مما يعزز دقة التنبؤات خاصة في الحالات الجوية القصوى، ويسهم في تحسين أداء نماذج التنبؤ.
