الطقس القاسي

ازدادت موجات الحر في الولايات المتحدة من حيث التواتر، ومتوسط ​​المدة، والشدة. ^{[ 8 ]} كما ازدادت مدة مواسم موجات الحر. ^{[ 8 ]}

على مدى عقود، ازداد متوسط ​​عدد الأيام التي يقضيها الناس في موجات الحر في الولايات المتحدة سنوياً، وذلك بناءً على الزيادة في كل من متوسط ​​عدد موجات الحر السنوية ومتوسط ​​مدتها. ^{[ 8 ]}

Heat waves are periods of abnormally high temperatures and heat index. Definitions of a heatwave vary because of the variation of temperatures in different geographic locations.^[9] Excessive heat is often accompanied by high levels of humidity, but can also be catastrophically dry.^[10]

Because heat waves are not visible as other forms of severe weather, like hurricanes, tornadoes, and thunderstorms, they are one of the less known forms of extreme weather.^[11] Severely hot weather can damage populations and crops due to potential dehydration or hyperthermia, heat cramps, heat expansion, and heat stroke. Dried soils are more susceptible to erosion, decreasing lands available for agriculture. Outbreaks of wildfires can increase in frequency as dry vegetation has an increased likelihood of igniting. The evaporation of bodies of water can be devastating to marine populations, decreasing the size of the habitats available as well as the amount of nutrition present within the waters. Livestock and other animal populations may decline as well.

During excessive heat, plants shut their leaf pores (stomata), a protective mechanism to conserve water but also curtails plants' absorption capabilities. This leaves more pollution and ozone in the air, which leads to higher mortality in the population. It has been estimated that extra pollution during the hot summer of 2006 in the UK, cost 460 lives.^[12] The European heat waves from summer 2003 are estimated to have caused 30,000 excess deaths, due to heat stress and air pollution.^[13] Over 200 U.S cities have registered new record high temperatures.^[14] The worst heat wave in the US occurred in 1936 and killed more than 5000 people directly. The worst heat wave in Australia occurred in 1938–39 and killed 438. The second worst was in 1896.

Power outages can also occur within areas experiencing heat waves due to the increased demand for electricity (i.e. air conditioning use).^[15] The urban heat island effect can increase temperatures, particularly overnight.^[16]

A cold wave is a weather phenomenon that is distinguished by a cooling of the air. Specifically, as used by the U.S. National Weather Service, a cold wave is a rapid fall in temperature within a 24-hour period requiring substantially increased protection for agriculture, industry, commerce, and social activities. The precise criterion for a cold wave is determined by the rate at which the temperature falls, and the minimum to which it falls. This minimum temperature is dependent on the geographical region and time of year.^[17] Cold waves generally are capable of occurring at any geological location and are formed by large cool air masses that accumulate over certain regions, caused by movements of air streams.^[9]

A cold wave can cause death and injury to livestock and wildlife. Exposure to cold mandates greater caloric intake for all animals, including humans, and if a cold wave is accompanied by heavy and persistent snow, grazing animals may be unable to reach necessary food and water, and die of hypothermia or starvation. Cold waves often necessitate the purchase of fodder for livestock at a considerable cost to farmers.^[9] Human populations can be inflicted with frostbite when exposed for extended periods of time to cold and may result in the loss of limbs or damage to internal organs.

Extreme winter cold often causes poorly insulated water pipes to freeze. Even some poorly protected indoor plumbing may rupture as frozen water expands within them, causing property damage. Fires, paradoxically, become more hazardous during extreme cold. Water mains may break and water supplies may become unreliable, making firefighting more difficult.^[9]

Cold waves that bring unexpected freezes and frosts during the growing season in mid-latitude zones can kill plants during the early and most vulnerable stages of growth. This results in crop failure as plants are killed before they can be harvested economically. Such cold waves have caused famines. Cold waves can also cause soil particles to harden and freeze, making it harder for plants and vegetation to grow within these areas. One extreme was the so-called Year Without a Summer of 1816, one of several years during the 1810s in which numerous crops failed during freakish summer cold snaps after volcanic eruptions reduced incoming sunlight.

في بعض الحالات، قد يكون ازدياد تواتر موجات البرد الشديدة في فصل الشتاء - كما هو الحال في أجزاء من آسيا وأمريكا الشمالية، بما في ذلك موجة البرد التي ضربت أمريكا الشمالية في فبراير 2021 - نتيجة لتغير المناخ، مثل التغيرات التي طرأت على القطب الشمالي . ^{[ 18 ] [ 19 ]} ومع ذلك، لا تزال الاستنتاجات التي تربط تغير المناخ بموجات البرد مثيرة للجدل. ^{[ 20 ]} خلص مشروع JRC PESETA IV في عام 2020 إلى أن تغير المناخ بشكل عام سيؤدي إلى انخفاض في شدة وتواتر موجات البرد الشديدة، مع انخفاض الوفيات الناجمة عن البرد القارس مع اعتدال فصول الشتاء، ^{[ 21 ]} حتى وإن كانت بعض موجات البرد الشديدة قد تكون ناجمة أحيانًا عن تغيرات ناجمة عن تغير المناخ، وربما تصبح أكثر تواترًا في بعض المناطق. ووفقًا لدراسة أجريت عام 2023، "تنخفض موجات البرد الشديدة الضعيفة بشكل ملحوظ في التواتر ومساحة التوقع والمساحة الإجمالية فوق نصف الكرة الشمالي مع الاحتباس الحراري. ومع ذلك، لا يُظهر تواتر موجات البرد الشديدة القوية ومساحة التوقع والمساحة الإجمالية أي اتجاه واضح، بينما تتزايد في سيبيريا وكندا." ^{[ 22 ]}

قد يؤدي تغير أنماط هطول الأمطار إلى زيادة كميات الهطول في منطقة ما، بينما تشهد منطقة أخرى ظروفًا أكثر حرارة وجفافًا، مما قد يؤدي إلى الجفاف. ^{[ 26 ]} ويرجع ذلك إلى أن ارتفاع درجات الحرارة يؤدي أيضًا إلى زيادة التبخر على سطح الأرض، لذا فإن زيادة هطول الأمطار لا تعني بالضرورة ظروفًا أكثر رطوبة على مستوى العالم أو زيادة في مياه الشرب عالميًا. ^{[ 27 ]}

بشكل عام، لا يمكن عزو حدث واحد من أحداث الطقس المتطرف إلى سبب واحد. ومع ذلك، فإن بعض التغيرات الشاملة في أنظمة الطقس العالمية قد تؤدي إلى زيادة تواتر أو شدة أحداث الطقس المتطرف. ^{[ 7 ]}

ركزت الأبحاث المبكرة في مجال الظواهر الجوية المتطرفة على التنبؤ ببعض الأحداث. أما الأبحاث المعاصرة فتركز بشكل أكبر على تحديد أسباب اتجاهات هذه الأحداث. ^{[ 7 ]} وعلى وجه الخصوص، يركز هذا المجال على تغير المناخ إلى جانب العوامل السببية الأخرى لهذه الأحداث. ^{[ 7 ]}

أوصى تقرير صدر عام 2016 عن الأكاديميات الوطنية للعلوم والهندسة والطب بالاستثمار في ممارسات مشتركة محسنة في جميع أنحاء المجال الذي يعمل على أبحاث الإسناد، وتحسين الصلة بين نتائج البحث والتنبؤات الجوية. ^{[ 28 ]}

مع تزايد الأبحاث في هذا المجال، بدأ العلماء بدراسة العلاقة بين تغير المناخ والظواهر الجوية المتطرفة، وما قد يترتب عليها من آثار مستقبلية. ويُنجز جزء كبير من هذا العمل من خلال نماذج المناخ، التي تُقدم تنبؤات مهمة حول خصائص الغلاف الجوي والمحيطات والأرض في المستقبل، باستخدام البيانات المُجمعة في العصر الحديث. ^{[ 29 ]} ومع ذلك، فرغم أهمية نماذج المناخ لدراسة العمليات الأكثر تعقيدًا، مثل تغير المناخ أو تحمض المحيطات، إلا أنها تبقى مجرد تقديرات تقريبية. ^{[ 29 ]} علاوة على ذلك، تتسم الظواهر الجوية بالتعقيد، ولا يمكن ربطها بسبب واحد، إذ غالبًا ما تتداخل فيها العديد من المتغيرات الجوية، كدرجة الحرارة والضغط والرطوبة، بالإضافة إلى تأثيرات تغير المناخ أو التقلبات الطبيعية. ^{[ 29 ]}

تتسم جوانب نظامنا المناخي بدرجة معينة من التقلب الطبيعي، وقد تحدث ظواهر جوية متطرفة لأسباب عديدة تتجاوز التأثير البشري، بما في ذلك تغيرات الضغط الجوي أو حركة الهواء. وتُعد المناطق الساحلية أو الواقعة في المناطق الاستوائية أكثر عرضة للعواصف المصحوبة بأمطار غزيرة من المناطق المعتدلة، على الرغم من إمكانية حدوث مثل هذه الظواهر.

يُعدّ الغلاف الجوي نظامًا معقدًا وديناميكيًا، يتأثر بعدة عوامل مثل ميل محور الأرض ومدارها، وامتصاص الإشعاع الشمسي أو انعكاسه، وحركة الكتل الهوائية، ودورة الماء . ونتيجةً لذلك، قد تشهد أنماط الطقس بعض التباين، وبالتالي يمكن عزو الظواهر الجوية المتطرفة، جزئيًا على الأقل، إلى التقلبات المناخية الطبيعية الموجودة على الأرض.

تؤثر الظواهر المناخية، مثل ظاهرة النينيو الجنوبية (ENSO) وتذبذب شمال الأطلسي (NAO)، على أنماط الطقس في مناطق محددة من العالم، مما يؤثر على درجات الحرارة وهطول الأمطار. ^{[ 30 ]} ومن المرجح أن الأحداث المناخية المتطرفة غير المسبوقة التي تم توثيقها على مدار القرنين الماضيين تنشأ عندما تعمل أنماط مناخية مثل ظاهرة النينيو الجنوبية أو تذبذب شمال الأطلسي "في نفس اتجاه الاحترار الناجم عن النشاط البشري". ^{[ 30 ]}

The IPCC Sixth Assessment Report (2021) projects progressively large increases in both the frequency (horizontal bars) and intensity (vertical bars) of extreme weather events, for increasing degrees of global warming—including more than a 5 °C increase in extreme heat events for a 4 °C global average temperature increase.^[31]

Climate Central's review of climate attribution studies covered almost 750 extreme weather events and trends, of various event types.^[32] The review found that climate change made almost all studied event types substantially more likely or more severe—with cold/snow/ice events being the exception.^[32]

Some studies assert a connection between rapidly warming arctic temperatures and thus a vanishing cryosphere to extreme weather in mid-latitudes.^{[34][35][36][37]} In a study published in Nature in 2019, scientists used several simulations to determine that the melting of ice sheets in Greenland and Antarctica could affect overall sea level and sea temperature.^[38] Other models have shown that modern temperature rise and the subsequent addition of meltwater to the ocean could lead to a disruption of the thermohaline circulation, which is responsible for the movement of seawater and distribution of heat around the globe.^[39] A collapse of this circulation in the northern hemisphere could lead to an increase in extreme temperatures in Europe, as well as more frequent storms by throwing off natural climate variability and conditions.^[39] Thus, as increasing temperatures cause glaciers to melt, mid-latitudes could experience shifts in weather patterns or temperatures.^[39]

تم الإبلاغ عن حوالي 6681 حدثًا مناخيًا خلال الفترة 2000-2019، مقارنةً بـ 3656 حدثًا مناخيًا خلال الفترة 1980-1999. ^{[ 40 ]} في هذا التقرير، يُقصد بـ "الحدث المناخي" الفيضانات والعواصف والجفاف والانهيارات الأرضية ودرجات الحرارة القصوى (مثل موجات الحر أو الصقيع) وحرائق الغابات؛ ويستثني الأحداث الجيوفيزيائية مثل الانفجارات البركانية والزلازل والانزلاقات الأرضية. ^{[ 40 ]} على الرغم من وجود أدلة على أن تغير المناخ العالمي، مثل ارتفاع درجة الحرارة، قد أثر على تواتر الظواهر الجوية المتطرفة، فمن المرجح أن تظهر التأثيرات الأكثر خطورة في المستقبل. وهنا تبرز أهمية نماذج المناخ، إذ يمكنها توفير محاكاة لكيفية تغير الغلاف الجوي بمرور الوقت، والخطوات اللازمة لاتخاذها حاليًا للتخفيف من أي تغيرات سلبية. ^{[ 29 ]}

يعتمد ازدياد احتمالية حدوث موجات حر شديدة قياسية تستمر لأسبوع كامل على معدل الاحترار، وليس على مستوى الاحترار العالمي. ^{[ 41 ] [ 42 ]}

يعزو بعض الباحثين ازدياد حالات الطقس المتطرف إلى أنظمة الإبلاغ الأكثر موثوقية. ^{[ 40 ]} ويمكن أيضاً مناقشة اختلاف تعريف "الطقس المتطرف" بين الأنظمة المناخية المختلفة. فالإفراط في الإبلاغ أو التقليل منه عن الخسائر البشرية أو البشرية قد يؤدي إلى عدم دقة في تقدير تأثير الطقس المتطرف. ومع ذلك، تُظهر تقارير الأمم المتحدة أنه على الرغم من أن بعض البلدان قد شهدت آثاراً أشد، فقد لوحظ ازدياد في حالات الطقس المتطرف في جميع القارات. ^{[ 40 ]} وتشير الأدلة الحالية ونماذج المناخ إلى أن ارتفاع درجة الحرارة العالمية سيؤدي إلى تفاقم حالات الطقس المتطرف في جميع أنحاء العالم، مما يزيد من الخسائر البشرية والأضرار والتكاليف الاقتصادية، فضلاً عن تدمير النظم البيئية.

الأعاصير المدارية وتغير المناخ

 على مستوى العالم، تضاعف متوسط ​​عدد العواصف من الفئة 5 سنوياً منذ عام 1982. ^{[ 43 ]}

أصبحت الأعاصير الأطلسية من الفئة الخامسة أكثر شيوعاً في العقود الأخيرة. ^{[ 44 ]}

تضاعف عدد  الأعاصير الأطلسية التي بلغت خسائرها مليار دولار تقريبًا منذ ثمانينيات القرن الماضي، وزادت التكاليف بأكثر من أحد عشر ضعفًا. ^{[ 45 ]} تُعزى هذه الزيادة إلى تغير المناخ وانتقال السكان إلى المناطق الساحلية. ^{[ 45 ]}

في عام 2020، توقعت الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) التابعة للحكومة الأمريكية أن ينخفض ​​تواتر العواصف الاستوائية وأعاصير المحيط الأطلسي بنسبة 25% خلال القرن الحادي والعشرين، بينما سترتفع شدتها القصوى بنسبة 5%. ^{[ 46 ]}

يؤثر تغير المناخ على الأعاصير المدارية بطرقٍ متعددة: من بين عواقب تغير المناخ الناتج عن النشاط البشري: زيادة شدة هطول الأمطار وسرعة الرياح، وارتفاع وتيرة العواصف الشديدة ، وامتداد نطاق وصول الأعاصير إلى أقصى شدتها باتجاه القطبين. ^{[ 47 ] [ 48 ]} تستخدم الأعاصير المدارية الهواء الدافئ الرطب كمصدر للطاقة . ومع ارتفاع درجات حرارة المحيطات نتيجة لتغير المناخ ، تزداد كمية هذا الوقود المتاح. ^{[ 49 ]}

بين عامي 1979 و2017، شهدت نسبة الأعاصير المدارية من الفئة الثالثة وما فوقها على مقياس سافير-سيمبسون ارتفاعًا عالميًا . وكان هذا الاتجاه أكثر وضوحًا في شمال المحيط الهندي، ^{[ 50 ] [ 51 ]} وشمال المحيط الأطلسي وجنوب المحيط الهندي . ففي شمال المحيط الهندي، وتحديدًا بحر العرب، ازداد تواتر الأعاصير ومدتها وشدتها بشكل ملحوظ. فقد ارتفع عدد الأعاصير في بحر العرب بنسبة 52%، بينما ازداد عدد الأعاصير الشديدة جدًا بنسبة 150% خلال الفترة 1982-2019. وفي الوقت نفسه، ازداد إجمالي مدة الأعاصير في بحر العرب بنسبة 80%، بينما ازدادت مدة الأعاصير الشديدة جدًا بنسبة 260%. ^{[ 50 ]} أما في شمال المحيط الهادئ ، فقد اتجهت الأعاصير المدارية نحو القطبين باتجاه المياه الباردة، ولم تشهد شدتها أي زيادة خلال هذه الفترة. ^{[ 52 ]} مع ارتفاع درجة الحرارة بمقدار  درجتين مئويتين (3.6  درجة فهرنهايت)، من المتوقع أن تصل نسبة أكبر (+13%) من الأعاصير المدارية إلى قوة الفئتين الرابعة والخامسة. ^{[ 47 ]} تشير دراسة أجريت عام 2019 إلى أن تغير المناخ كان وراء الاتجاه الملحوظ للتزايد السريع في شدة الأعاصير المدارية في حوض المحيط الأطلسي. يصعب التنبؤ بالأعاصير التي تتزايد شدتها بسرعة، وبالتالي تشكل خطراً إضافياً على المجتمعات الساحلية. ^{[ 53 ]}

الفيضانات

أدى تغير المناخ إلى زيادة تواتر و/أو شدة أنواع معينة من الظواهر الجوية المتطرفة. ^{[ 55 ]} قد تشهد العواصف، مثل الأعاصير المدارية، هطول أمطار غزيرة، مما يتسبب في فيضانات أو انهيارات أرضية كبيرة نتيجة تشبع التربة. ويعود ذلك إلى قدرة الهواء الدافئ على حمل كمية أكبر من الرطوبة بفضل زيادة الطاقة الحركية لجزيئات الماء، وبالتالي يزداد معدل الهطول لأن المزيد من الجزيئات تمتلك السرعة اللازمة للهطول على شكل قطرات مطر. ^{[ 27 ]}

توجد العديد من الأنشطة البشرية التي تُفاقم آثار الظواهر الجوية المتطرفة. غالبًا ما يُؤدي التخطيط الحضري إلى زيادة آثار الفيضانات ، لا سيما في المناطق المعرضة لخطر العواصف بسبب موقعها وتقلبات مناخها. أولًا، زيادة مساحة الأسطح غير المنفذة للماء، كالأرصفة والطرق والأسطح، تعني امتصاص الأرض لكمية أقل من مياه العواصف. ^{[ 56 ]} كما أن تدمير الأراضي الرطبة، التي تعمل كخزان طبيعي لامتصاص المياه، يُمكن أن يُضاعف من آثار الفيضانات والأمطار الغزيرة. [ ^{57] وقد يحدث هذا في المناطق الداخلية وعلى السواحل. إلا أن تدمير الأراضي الرطبة على طول الساحل يُقلل من قدرة المنطقة على امتصاص المياه، مما يسمح لمياه العواصف والفيضانات بالوصول إلى مناطق داخلية أبعد خلال الأعاصير. [58 ]} كما أن ^{بناء المنازل تحت مستوى} سطح البحر أو على طول السهول الفيضية يُعرّض السكان لخطر متزايد من الدمار أو الإصابة في حال هطول أمطار غزيرة.

يمكن أن تُساهم المناطق الحضرية المتزايدة أيضًا في ازدياد حدة الظواهر الجوية المتطرفة أو غير المعتادة. فالمباني الشاهقة قادرة على تغيير مسار الرياح في المناطق الحضرية، دافعةً الهواء الدافئ إلى الأعلى ومُحفزةً تيارات الحمل الحراري، مما يُؤدي إلى حدوث عواصف رعدية. ^{[ 56 ]} ويصاحب هذه العواصف الرعدية زيادة في هطول الأمطار، والتي قد تُسبب آثارًا مدمرة نظرًا لوجود مساحات واسعة من الأسطح غير المنفذة للماء في المدن. ^{[ 56 ]} كما تمتص هذه الأسطح الطاقة الشمسية وتُسخن الغلاف الجوي، مما يُؤدي إلى ارتفاع حاد في درجات الحرارة في المناطق الحضرية. ويُساهم هذا، إلى جانب التلوث والحرارة المنبعثة من السيارات وغيرها من المصادر البشرية، في ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية. ^{[ 59 ]}

In the face of record breaking extreme weather events, climate change adaptation efforts fall short while economists are confronted with inflation, the cost-of-living crisis, and economic uncertainty.^[64] In 2011 the IPCC estimated, that annual losses have ranged since 1980 from a few billion to above US$200 billion, with the highest economic losses occurring in 2005, the year of Hurricane Katrina.^[65][66] The global weather-related disaster losses, such as loss of human lives, cultural heritage, and ecosystem services, are difficult to value and monetize, and thus they are poorly reflected in estimates of losses.^[67][68] A 2023 study estimated that, the costs of extreme weather caused by climate change totaled about US$2.86 trillion between the years 2000 - 2019; this equates to approximately US$143 billion in losses each year.^[69]

The World Economic Forum Global Risks Perception Survey 2023–2024 (GRPS) found that 66 percent of respondents selected extreme weather as top risk. The survey was conducted after the 2023 heat waves. According to the GRPS results, the perception of necessary short and long-term risk management varies. Younger respondents prioritize environmental risks, including extreme weather, in the short-term. Respondents working in the private sector prioritize environmental risks as long-term.^[70]

The death toll from natural disasters has declined over 90 percent since the 1920s, according to the International Disaster Database, even as the total human population on Earth quadrupled, and temperatures rose 1.3 °C. In the 1920s, 5.4 million people died from natural disasters while in the 2010s, just 400,000 did.^[71]

The most dramatic and rapid declines in deaths from extreme weather events have taken place in south Asia. Where a tropical cyclone in 1991 in Bangladesh killed 135,000 people, and a 1970 cyclone killed 300,000, the similarly-sized Cyclone Ampham, which struck India and Bangladesh in 2020, killed just 120 people in total.^[72][73]

On July 23, 2020, Munich Re announced that the 2,900 total global deaths from natural disasters for the first half of 2020 were a record-low, and "much lower than the average figures for both the last 30 years and the last 10 years."^[74]

A 2021 study found that 9.4% of global deaths between 2000 and 2019, ~5 million annually, can be attributed to extreme temperatures, with cold-related deaths making up 8.5% and decreasing, and heat-related deaths making up 0.9% and increasing.^[75][76]

A 2023 study published in The Lancet Planetary Health estimates that extreme cold events contributed to over 130,000 excess deaths annually and extreme heat events contributed to over 13,000 excess deaths annually in European urban areas between 2000 and 2019.^[77]

Extreme weather events destroy crops through multiple mechanisms, including physical damage from hail, wind and flooding, as well as physiological stress from temperature extremes and moisture deficits. One global study of cereal production between 1964 and 2007 found that a drought and extreme heat lowered national cereal production by 10%. The study also found that a drought impacted both the harvested area yields while extreme head by itself only reduced yield.^[78] These primary impacts often trigger secondary effects such as increased pest and disease pressure in weakened plants, creating cascading consequences that extend beyond the initial damage. For instance, increased humidity resulting from flooding can create favorable conditions for fungal pathogens, while stressed plants may exhibit compromised immune responses. Livestock systems experience similar multifaceted impacts, including direct mortality from extreme weather, heat stress.^[79]