منظم حرارة ديناميكي للمحيطات

يُعدّ منظم الحرارة الديناميكي للمحيطات آلية فيزيائية تؤثر من خلالها التغيرات في متوسط ​​التأثير الإشعاعي على تدرجات درجات حرارة سطح البحر في المحيط الهادئ وقوة دوران ووكر . ويكون ازدياد التأثير الإشعاعي (الاحترار) أكثر فعالية في غرب المحيط الهادئ منه في شرقه، حيث يُخفف صعود كتل المياه الباردة من تغير درجة الحرارة. وهذا بدوره يزيد من تدرج درجة الحرارة بين الشرق والغرب، ويُعزز دوران ووكر. أما انخفاض التأثير الإشعاعي (التبريد) فيُحدث تأثيرًا معاكسًا.

استُخدمت هذه العملية لتفسير التغيرات في تدرجات درجة حرارة المحيط الهادئ المرتبطة بالإشعاع الشمسي والتغيرات المناخية. وقد تكون مسؤولة أيضًا عن العلاقة المفترضة بين ظاهرة النينيو والانفجارات البركانية ، وعن التغيرات في تدرجات درجة الحرارة التي حدثت خلال القرن العشرين. يبقى من غير الواضح ما إذا كان منظم الحرارة الديناميكي للمحيط يتحكم في استجابة المحيط الهادئ للاحتباس الحراري الناتج عن الأنشطة البشرية ، نظرًا لوجود عمليات متنافسة؛ فمن المحتمل أن يؤدي إلى اتجاه مناخي شبيه بظاهرة لا نينا خلال فترة الاحترار الأولية قبل أن تتجاوزه عمليات أخرى.

يُعدّ المحيط الهادئ الاستوائي منطقةً محوريةً على سطح الأرض نظرًا لتأثيره النسبي على دوران الغلاف الجوي العالمي. ويرتبط تدرج حراري مميز من الشرق إلى الغرب بدوران جوي يُعرف بدوران ووكر ، ^{[ 1 ]} ويخضع بدوره لسيطرة ديناميكيات الغلاف الجوي والمحيطات. ^{[ 2 ]} يتميز غرب المحيط الهادئ بما يُعرف بـ"البركة الدافئة"، حيث توجد أعلى درجات حرارة سطح البحر على سطح الأرض. في المقابل، في شرق المحيط الهادئ، تكون منطقة تُسمى "اللسان البارد" أبرد دائمًا من البركة الدافئة، على الرغم من وقوعهما على نفس خط العرض، وذلك بسبب صعود المياه الباردة إليها. ويؤدي التدرج الحراري بينهما بدوره إلى دوران جوي يُعرف بدوران ووكر، ^{[ 3 ]} والذي يستجيب بقوة لتدرج درجة حرارة سطح البحر. ^{[ 4 ]}

يُعدّ تذبذب النينيو الجنوبي (ENSO) أحد أهمّ عناصر المناخ ، وهو نمط من أنماط التغيّر المناخي. خلال مرحلة النينيو الإيجابية، تكون مياه وسط وشرق المحيط الهادئ أكثر دفئًا من المعتاد، بينما تكون أبرد من المعتاد خلال مرحلة لا نينا الباردة. ويرتبط بهذه التغييرات في درجة حرارة سطح البحر تغيّر فرق الضغط الجوي بين شرق وغرب المحيط الهادئ. ولتذبذب النينيو الجنوبي وتغيّرات دوران ووكر تأثيرات عالمية على الطقس، بما في ذلك الكوارث الطبيعية كحرائق الغابات والجفاف والفيضانات ونشاط الأعاصير المدارية . ^{[ 5 ]} ويؤثر دوران الغلاف الجوي على امتصاص المحيط للحرارة، وقوة وموقع منطقة التقارب بين المدارين (ITCZ)، وهطول الأمطار المدارية ، وقوة الرياح الموسمية الهندية . ^{[ 6 ]}

في مايو 1996، نشر صن وليو فرضية مفادها أن التفاعلات المترابطة بين رياح المحيط وسطحه وتياراته يمكن أن تحد من درجات حرارة المياه في غرب المحيط الهادئ. ^{[ 7 ]} وكجزء من تلك الدراسة، وجدا أن ارتفاع درجات حرارة التوازن يؤدي إلى زيادة التدرج الحراري بين شرق وغرب المحيط الهادئ. ^{[ 8 ]}

وُصفت آلية تنظيم درجة حرارة المحيط الديناميكية في منشور مُخصص من قِبل كليمنت وآخرون عام 1996، وذلك ضمن نموذج مُقترن بين المحيط والغلاف الجوي للمحيط الاستوائي. ففي غرب المحيط الهادئ، تخضع درجات حرارة سطح البحر فقط للحرارة المُخزنة وتدفقات الحرارة، بينما في شرق المحيط الهادئ، يلعب الحمل الحراري الأفقي والرأسي دورًا أيضًا. وبالتالي، فإن أي مصدر تسخين مُفروض يُسخن غرب المحيط الهادئ بشكل أساسي، مما يُؤدي إلى رياح شرقية أقوى تُسهل صعود المياه الباردة في شرق المحيط الهادئ وتُبرد درجة حرارته - وهو نمط مُعاكس لما هو مُتوقع من التسخين. ثم تنتشر المياه الباردة الصاعدة على طول خط الاستواء بعيدًا عنه، مما يُقلل من إجمالي تسخين الحوض. ^{[ 9 ]} وبالتالي، يزداد تدرج درجة الحرارة بين غرب وشرق المحيط الهادئ، مما يُقوي الرياح التجارية ويزيد من صعود المياه الباردة؛ وهذا يُؤدي في النهاية إلى حالة مناخية تُشبه ظاهرة لا نينا. ^{[ 2 ]} وتُعد هذه الآلية موسمية، حيث يكون صعود المياه الباردة أقل فعالية في فصل الربيع الشمالي وأكثر فعالية في فصل الخريف الشمالي؛ وبالتالي، فإنها تعمل بشكل رئيسي في فصل الخريف. ^{[ 10 ]} بسبب بنية درجة الحرارة الرأسية، يصبح تباين ظاهرة النينيو أكثر انتظامًا أثناء التبريد بواسطة آلية منظم الحرارة، ولكنه يتلاشى أثناء التسخين. ^{[ 11 ]}

لا يأخذ نموذج كليمنت وآخرون (1996) في الحسبان سوى شذوذات درجة الحرارة، ولا يُراعي كامل ميزانية الطاقة. بعد فترة، ينتشر الاحترار إلى مناطق مصدر المياه الصاعدة وفي الطبقة الحرارية ، مما يؤدي في النهاية إلى تثبيط منظم الحرارة. ^{[ 9 ]} يتمثل العيب الرئيسي في النموذج في افتراضه أن درجة حرارة المياه الصاعدة لا تتغير بمرور الوقت. ^{[ 2 ]}

أكدت دراسات لاحقة آلية منظم الحرارة الديناميكي للمحيطات في عدد من نماذج المناخ ذات هياكل مختلفة للاحترار ^{[ 12 ]} ، كما أكدت حدوث استجابة معاكسة - انخفاض في تدرج درجة حرارة سطح البحر - استجابةً لتبريد المناخ. ^{[ 13 ]} في النماذج المقترنة بالكامل، قد يؤدي ميل دوران الغلاف الجوي إلى التكثيف مع انخفاض الإشعاع الشمسي أحيانًا إلى إلغاء استجابة منظم الحرارة لانخفاض النشاط الشمسي. ^{[ 14 ]} اقترح ليو ولو وشيه (2015) أن منظم الحرارة الديناميكي للمحيطات يمكن أن يعمل أيضًا في المحيط الهندي، ^{[ 15 ]} وقد تم توسيع المفهوم ليشمل منطقة المحيطين الهندي والهادئ ككل، وليس فقط منطقة المحيط الهادئ الاستوائية. ^{[ 16 ]}

تتدفق المياه من غرب المحيط الهادئ إلى المحيط الهندي عبر المضائق بين أستراليا وآسيا، وهي ظاهرة تُعرف باسم التدفق الإندونيسي . ^{[ 17 ]} افترض رودجرز وآخرون (1999) أن الرياح التجارية القوية المرتبطة بالديناميكية الحرارية للمحيط قد تزيد من فرق مستوى سطح البحر بين المحيطين الهندي والهادئ، مما يزيد من التدفق الإندونيسي ويساهم في تبريد المحيط الهادئ بشكل أكبر. ^{[ 18 ]} وافترض آن وآخرون (2022) أن تأثيرًا مشابهًا في المحيط الهندي قد يُحدث تغييرات في ثنائي قطب المحيط الهندي بعد إزالة ثاني أكسيد الكربون . ^{[ 19 ]}

تم استخدام منظم الحرارة الديناميكي للمحيطات لشرح ما يلي:

• تشير الملاحظة إلى أنه خلال المرحلة الثالثة من النظائر البحرية ، يرتبط التبريد في جرينلاند بتغير مناخي شبيه بظاهرة النينيو في المحيط الهادئ. ^{[ 20 ]}
• انخفاض تقلبات ظاهرة النينيو/التذبذب الجنوبي خلال فترات التقلبات الشمسية العالية . ^{[ 21 ]}
• التحول إلى تذبذب المحيط الهادئ البارد بين العقود في نهاية القرن العشرين. ^{[ 22 ]}

وقد تم استخدام مصطلح "منظم الحرارة الديناميكي للمحيط" أيضاً في سياقات مختلفة قليلاً:

• التفاعل بين ضعف دوران ووكر والتيار الاستوائي السفلي ^{[ أ ]} . ^{[ 1 ]} على وجه التحديد، تُقلل الرياح الشرقية الأضعف في المحيط الهادئ من كبح التيار السفلي، مما يُسرّعه. وتُهيمن هذه العملية على انخفاض التدفق المعاكس الشرقي للتيار السفلي. ^{[ 57 ]} وبالتالي، يُمكن لدوران ووكر الأضعف أن يزيد من تدفق التيار السفلي، وبالتالي الصعود في شرق المحيط الهادئ، مما يُؤدي إلى تبريده. ^{[ 58 ]} غالبًا ما لا تُصوّر نماذج الدوران العام المُقترنة استجابة التيار السفلي وتدرجات درجة حرارة سطح البحر بشكل صحيح؛ وقد يكون الأول هو سبب التقليل الواسع النطاق من تقدير تدرجات درجة حرارة سطح البحر في هذه النماذج. ^{[ 59 ]}
• تؤدي الرياح القوية إلى تبريد تبخري لدرجة حرارة سطح البحر الاستوائية. ^{[ 60 ]}
• بحسب هيدي وفيدوروف وبورلز (2020)، فإنّ ضعف الرياح المناخية المتوسطة، استجابةً للزيادات المفاجئة في تركيزات غازات الاحتباس الحراري، يسمح للمحيط الهندي بالتسخين أكثر من المحيط الهادئ. وهذا بدوره يُؤدي إلى هبوب رياح شرقية أقوى فوق المحيط الهادئ، مما يُخفف من ارتفاع درجة حرارته. ^{[ 61 ]} وعلى عكس آلية تنظيم حرارة المحيط الديناميكية، يتركز هذا التأثير المُبرّد في وسط وشرق المحيط الهادئ، بينما تُؤدي الرياح الغربية الناتجة عن ارتفاع درجة الحرارة فوق أمريكا الجنوبية إلى ارتفاع درجة حرارة شرق المحيط الهادئ. ^{[ 62 ]}

• يينغ، جون (2020). مصادر عدم اليقين في نمط الاحترار في المحيط الهادئ الاستوائي في ظل الاحتباس الحراري العالمي كما تتوقعها نماذج المحيط والغلاف الجوي المقترنة . رسائل سبرينغر (رسالة). doi : 10.1007/978-981-32-9844-6 . ISBN 978-981-32-9843-9ISSN 2190-5053​​