فرضية درجة حرارة السندان الثابتة

فرضية درجة حرارة السندان الثابتة هي فرضية فيزيائية تصف استجابة الخصائص الإشعاعية للسحب لارتفاع درجات حرارة سطح الأرض. تفترض هذه الفرضية أن درجة الحرارة التي ينبعث عندها الإشعاع من سحب السندان مقيدة بعمليات إشعاعية، وبالتالي لا تتغير استجابةً لارتفاع درجة حرارة سطح الأرض. وبما أن كمية الإشعاع المنبعث من السحب هي دالة لدرجة حرارتها، فإن هذا يعني أنها لا تزداد مع ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض، وبالتالي فإن ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض لا يزيد من انبعاثات الإشعاع (وبالتالي التبريد) من قمم السحب. وقد تم تحديد هذه الآلية في كل من نماذج المناخ وملاحظات سلوك السحب، وهي تؤثر على مقدار ارتفاع درجة حرارة الأرض لكل طن إضافي من غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي . ومع ذلك، تشير بعض الأدلة إلى أنه قد يكون من الأصح صياغتها على أنها انخفاض في درجة حرارة السندان بدلاً من انعدامها.

في المناطق الاستوائية ، يتوازن التبريد الإشعاعي للتروبوسفير مع إطلاق الحرارة الكامنة من خلال تكثف بخار الماء الذي يرتفع إلى ارتفاعات عالية بفعل الحمل الحراري . وينتج التبريد الإشعاعي في معظمه عن انبعاثات بخار الماء ، وبالتالي يصبح غير فعال فوق مستوى ضغط 200 هكتوباسكال . وبناءً على ذلك، تتركز السحب الكثيفة وسحب السندان - وهي أعلى السحب الحملية - عند هذا الارتفاع . ^{[ 1 ]}

تنص "فرضية درجة حرارة السندان الثابتة" على أنه نظرًا للقيود الطاقية والديناميكية الحرارية التي تفرضها علاقة كلاوزيوس-كلابيرون ، فإن درجة حرارة سحب السندان، وبالتالي التبريد الإشعاعي لها، لا تتغير كثيرًا بتغير درجة حرارة السطح. ^{[ 1 ]} وعلى وجه التحديد، ينخفض ​​التبريد إلى ما دون -73 درجة مئوية (200 كلفن) نتيجةً لعدم فعالية التبريد الإشعاعي بواسطة ثاني أكسيد الكربون.  _{يصبح العامل 2} هو السائد عند درجات حرارة أقل من تلك الدرجة. ^{[ 2 ]} في المقابل، يرتفع ارتفاع السحب العالية مع ارتفاع درجات حرارة السطح. ^{[ 3 ]}

تتمثل إحدى الفرضيات ذات الصلة في أن درجات حرارة التروبوبوز لا تتأثر بارتفاع درجة حرارة سطح الأرض؛ ومع ذلك، يبدو أن لها آليات مختلفة عن عملية ثبات درجة حرارة السندان. ^{[ 4 ]} وقد ربطت عدة دراسات بين هاتين الفرضيتين، ^{[ 5 ]} والتي وجدت أحيانًا أن نظرية ثبات درجة حرارة التروبوبوز أكثر منطقية من نظرية ثبات درجة حرارة السندان. ^{[ 6 ]}

لقد حظيت فرضية درجة حرارة السندان الثابتة بقبول واسع النطاق، بل وتم توسيع نطاقها ليشمل الغلاف الجوي غير الاستوائي. وتعتمد قوتها جزئياً على اعتمادها على حجج فيزيائية بسيطة. ^{[ 7 ]}

تُعدّ السحب ثاني أكبر عامل مُبهم في تغير المناخ المستقبلي بعد الأنشطة البشرية، نظرًا لتعقيد تأثيراتها وعدم فهمها بشكل كامل. ^{[ 23 ]} وتؤثر فرضية ثبات درجة حرارة السحب الركامية على حساسية المناخ العالمي ، إذ تُعتبر هذه السحب أهم مصدر للإشعاع الصادر المرتبط بالحمل الحراري الاستوائي ^{[ 24 ]} ، وثبات درجة حرارتها يجعل الإشعاع الصادر غير متأثر بتغيرات درجة حرارة سطح الأرض. ^{[ 25 ]} وهذا يُنشئ عنصر تغذية راجعة إيجابية ضمن تأثير السحب . ^{[ 26 ]} كما استُخدمت فرضية ثبات درجة حرارة السحب الركامية للقول بأن نماذج المناخ يجب أن تستخدم درجة الحرارة بدلًا من الضغط لنمذجة ارتفاع السحب العالية. ^{[ 27 ]}

إحدى الفرضيات التي قد يكون لها تأثير معاكس على المناخ هي فرضية القزحية ، التي تنص على أن تغطية السحب السندانية تتناقص مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يسمح بتسرب المزيد من الإشعاع إلى الفضاء، وبالتالي إبطاء عملية الاحترار. ^{[ 28 ]} وقد صاغ زيلينكا وهارتمان (2010) فرضية الاحترار النسبي للسحب السندانية بناءً على نماذج الدوران العام ، وتتوقع زيادة طفيفة في درجة حرارة السحب السندانية مع ارتفاع درجة الحرارة. ^{[ 29 ]} وقد صُممت هذه الفرضية الأخيرة كتعديل لفرضية درجة حرارة السحب السندانية الثابتة ^{[ 20 ]} ، وهي تتضمن اعتبارات استقرار الغلاف الجوي ، ويبدو أنها تعكس الظروف المناخية الفعلية بشكل أدق. ^{[ 27 ]} وأخيرًا، هناك رأي مفاده أن درجات حرارة قمم السحب قد تنخفض بالفعل مع ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض ^{[ 30 ]} مع ازدياد ارتفاع الحمل الحراري. وقد يشكل هذا استجابة غير متوازنة. ^{[ 31 ]}

اعتبارًا من عام 2020هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم فيزياء بعض تأثيرات السحب بشكل صحيح، ^{[ 32 ]} حيث أنها تختلف بين النماذج، ^{[ 33 ]} والتقدم في نمذجة السحب على مستوى العالم بشكل صحيح بطيء للغاية. ^{[ 23 ]}