ارتفاع مفاجئ في درجة حرارة الستراتوسفير

ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير (SSW) هي ظاهرة جوية تحدث عندما ترتفع درجات حرارة الستراتوسفير القطبي فجأةً بعدة درجات (قد تصل إلى 50  درجة مئوية (90  درجة فهرنهايت)) خلال بضعة أيام. ^{[ 1 ]} تحدث هذه الظاهرة في طبقات الستراتوسفير العليا، وغالبًا ما ترتبط بموجات روسبي وانهيار الدوامة القطبية ، وتتفاوت في شدتها. وتُعدّ هذه الظاهرة أكثر شيوعًا في نصف الكرة الشمالي منها في نصف الكرة الجنوبي . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

اكتشف ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير (SSW) ريتشارد شيرهاغ، عالم الأرصاد الجوية الألماني الذي كان يعمل في جامعة برلين الحرة . ابتداءً من عام 1951، أطلق شيرهاغ مجسات راديوية من مطار تمبلهوف في برلين لدراسة سلوك درجة الحرارة في طبقة الستراتوسفير العليا . إلا أنه في 26 يناير 1952، لاحظ شيرهاغ أن طبقة الستراتوسفير العليا بدأت ترتفع درجة حرارتها بمعدل غير طبيعي. استمر هذا الارتفاع لمدة أربعة أيام، حيث ارتفعت درجة حرارة طبقة الستراتوسفير العليا بمقدار 33 درجة مئوية. وقد نشر شيرهاغ تقريرًا عن هذه الظاهرة في إحدى المجلات في وقت لاحق من ذلك العام، معربًا عن شكوك كبيرة بشأن سببها وطبيعتها. ^{[ 4 ]}

خلال خمسينيات القرن العشرين، تحسّنت تغطية أجهزة الرصد الجوي بشكل ملحوظ عالميًا، مما أتاح لمنظمات الأرصاد الجوية الكبرى في جميع أنحاء العالم تحليل طبقة الستراتوسفير لأول مرة. وقد ساهم هذا التحسّن في التغطية في رصد ظواهر مشابهة لظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير (SSW) في عامي 1957 و1958، ما جعلها محط اهتمام فرق البحث في ذلك الوقت. وعلى مدى العقد التالي، اكتشفت هذه الفرق العديد من خصائص هذه الظاهرة، ورفعت مستوى الوعي بها، ما دفع المنظمة العالمية للأرصاد الجوية إلى إنشاء نظام الإنذار المبكر STRATWARM في عام 1964، والذي أطلق المزيد من عمليات الرصد الجوي وأصدر تنبيهات بشأن حجم وموقع هذه الظاهرة. كما بدأت هذه الفرق في تصنيف ظواهر التسخين المفاجئ للستراتوسفير بناءً على وقت حدوثها وحجمها الإجمالي، ما أدى إلى ظهور فئات التصنيف التي يستخدمها معظم العلماء اليوم.

لقد تحسّن توثيق ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير وفهمها بشكل كبير منذ بدء عصر الأقمار الصناعية الحديثة عام 1979. تُجري الأقمار الصناعية الحديثة قياسات للستراتوسفير بدقة واتساق لم تكن متاحة للمجسات الراديوية، مما أتاح إنشاء قاعدة بيانات خاصة بالتسخين المفاجئ للستراتوسفير وتحقيق طفرات في أبحاثه. كما طوّرت المنظمة العالمية للأرصاد الجوية برنامج STRATALERT، وهو برنامج دولي لرصد الستراتوسفير يرصد ظروف الستراتوسفير ويوثّق ظواهر التسخين المفاجئ للستراتوسفير. ^{[ 5 ]}

تتميز ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير (SSW) بارتفاع مفاجئ وحاد في درجات حرارة الستراتوسفير خلال فترة قصيرة، عادةً في غضون أيام قليلة. تحدث هذه الظاهرة في فصل الشتاء، عندما تكون الرياح في الستراتوسفير غربية في العادة. تُعطّل ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير تدفق الرياح الغربية الطبيعي في الجزء العلوي من التروبوسفير، وقد تُعكسه تمامًا في بعض الأحيان، وذلك بحسب شدتها. ونتيجةً لذلك، قد يتسرب بعض الهواء الدافئ إلى التروبوسفير، مما يُؤدي غالبًا إلى اضطراب الدوامة القطبية. عادةً ما تؤثر ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير على المناطق القطبية فقط، على الرغم من أن أقوى هذه الظاهرة قد تصل إلى خط عرض 60 درجة شمالًا. ^{[ 5 ]} تحدث جميع ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير تقريبًا في نصف الكرة الشمالي، الذي يشهد عادةً ظاهرة واحدة كل سنتين إلى ثلاث سنوات. ^{[ 6 ]} شهد نصف الكرة الجنوبي ظاهرة تسخين مفاجئ للستراتوسفير كبيرة واحدة في عام 2002، ولكن لم يتم رصد أي ظاهرة كبيرة أخرى في نصف الكرة الجنوبي منذ ذلك الحين.

نظراً لتفاوت شدة وقوة ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير، فقد صنف خبراء الأرصاد الجوية هذه الظاهرة إلى فئتين رئيسيتين: رئيسية وثانوية، وذلك بناءً على مدى تأثيرها في تغيير أنماط درجات الحرارة واضطراب دوران الدوامة القطبية. ^{[ 7 ]} وفي بعض الأحيان، إذا أدت ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير إلى انعكاس اتجاه الرياح الستراتوسفيرية بشكل دائم نحو الشرق، وهو الاتجاه المعتاد للرياح الستراتوسفيرية خلال فصل الصيف، يُطلق عليها اسم التسخين النهائي. ^{[ 8 ]}

غالباً ما ترتبط ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير (SSW) بموجات روسبي القوية في طبقة التروبوسفير ، والتي قد تخترق طبقة الستراتوسفير إذا اشتدت قوتها. عادةً ما ترتبط موجات روسبي القوية بأنظمة جوية قوية وتدرجات حرارية عالية، لذا من الشائع رؤية ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير مرتبطة بمناطق ضغط منخفض قوية بشكل خاص . ويؤدي اختراق الهواء الدافئ القادم من التروبوسفير إلى طبقة الستراتوسفير إلى تأثير كبير على أنماط الرياح الستراتوسفيرية الشتوية المعتادة، حيث يُغير الرياح الغربية ويرفع درجات حرارة طبقات الستراتوسفير العليا، مما يُعطل الدوامة القطبية. ^{[ 13 ]} وهذا سبب رئيسي لانتشار ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير بشكل أكبر في نصف الكرة الشمالي. فنظراً لأن نصف الكرة الشمالي يضم مساحة يابسة أكبر بكثير من نصف الكرة الجنوبي، فإن التدرجات الحرارية الحادة التي تُحفز نشاط موجات روسبي القوية نادراً ما توجد. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

غالباً ما ترتبط أحداث موجات روسبي القوية بنمط حجب جوي ، مما يؤدي إلى نمو الموجات لتصبح كبيرة بما يكفي لاختراق طبقة الستراتوسفير. ويؤثر حجم موجة روسبي بشكل كبير على قوة حدث التسخين المفاجئ للستراتوسفير. مع ذلك، إذا تحول التدفق الرئيسي في الستراتوسفير شرقاً، فإنه يمنع موجة روسبي من مواصلة توغلها في الستراتوسفير. ويؤدي هذا الانسداد إلى إطلاق كميات كبيرة من الطاقة التي تجبر الدوامة القطبية على الانهيار، وهو ما يفسر سبب كون معظم حالات انهيار الدوامة القطبية أحداث تسخين مفاجئ للستراتوسفير رئيسية. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

توجد علاقة بين ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير (SSW ) والتذبذب شبه السنوي (QBO). فعندما يكون التذبذب شبه السنوي في طوره الشرقي، يتشكل الموجه الجوي بطريقة تجعل موجات روسبي الصاعدة تتركز بشكل أكبر على الدوامة القطبية . وهذا بدوره يُعزز تفاعلها مع التيار المتوسط، مما يزيد من احتمالية حدوث ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير. ^{[ 21 ] [ 10 ]}

على الرغم من أن ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير تؤثر بشكل رئيسي على طبقة الستراتوسفير، إلا أنها تُحدث تأثيرًا ملحوظًا على الطقس والمناخ على سطح الأرض. فعلى سبيل المثال، غالبًا ما تُضعف هذه الظاهرة الرياح الغربية المعتادة في طبقة التروبوسفير، مما قد يؤدي إلى انخفاض درجات الحرارة في مناطق خطوط العرض المتوسطة من نصف الكرة الشمالي. ^{[ 22 ]} كما أن ضعف الدوامة القطبية الناتج عن ظاهرة التسخين المفاجئ للستراتوسفير يسمح للهواء البارد بالهبوط من طبقة الستراتوسفير، مما قد يتسبب في موجات هواء بارد واسعة النطاق وتداخلات في تلك المناطق. ^{[ 23 ]} ولا تحدث هذه التأثيرات بشكل فوري، بل قد تستغرق من 10 أيام إلى أسبوع لتظهر في طبقة التروبوسفير. ^{[ 24 ]}

يمكن أن تؤدي تدفقات الهواء البارد الناتجة إلى تكوين أنماط حجب وتدرجات حرارية حادة، مما قد يدفع مسارات العواصف الإعصارية خارج المدارية نحو خط الاستواء. غالبًا ما يتسبب هذا التغير في زيادة هطول الأمطار في مناطق خطوط العرض المتوسطة، بينما تبقى مناطق خطوط العرض العليا جافة في أغلب الأحيان. ^{[ 25 ]} كما يمكن أن تؤدي أنماط الحجب والتدرجات الناتجة إلى زيادة شدة الأعاصير خارج المدارية، مما يزيد من احتمالية حدوث رياح قوية مدمرة . ^{[ 26 ]}

• التضخيم القطبي
• الاتصال عن بعد
• الدوامة القطبية

• باتلر، آمي هـ.؛ سيدل، ديان ج.؛ هارديمان، ستيفن س.؛ بوتشارت، نيل؛ بيرنر، توماس؛ ماتش، آرون (1 نوفمبر 2015). "تعريف الاحترار الستراتوسفيري المفاجئ" . نشرة الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية . 96 (11): 1913-1928 . Bibcode : 2015BAMS...96.1913B . doi : 10.1175/BAMS-D-13-00173.1 . ISSN 0003-0007 . 
• باتلر، آمي هـ.؛ سيوبرغ، جيريميا ب.؛ سيدل، ديان ج.؛ روزنلوف، كارين هـ. (2017). "مجموعة بيانات عن الاحترار المفاجئ للستراتوسفير" . بيانات علوم نظام الأرض . 9 (1): 63-76 . Bibcode : 2017ESSD....9...63B . doi : 10.5194/essd-9-63-2017 .
• شارلتون، أندرو جيه؛ بولفاني، لورينزو إم. (2007). "نظرة جديدة على ظاهرة الاحترار المفاجئ في طبقة الستراتوسفير. الجزء الأول: علم المناخ ومعايير النمذجة" . مجلة المناخ . 20 (3): 449. Bibcode : 2007JCli...20..449C . doi : 10.1175/JCLI3996.1 .
• شارلتون، أندرو جيه؛ بولفاني، لورينزو إم؛ بيرلويتز، جوديث؛ ساسي، فابريزيو؛ مانزيني، إليسا؛ شيباتا، كيوتاكا؛ باوسون، ستيفن؛ نيلسن، جيه. إريك؛ ريند، ديفيد (2007). "نظرة جديدة على ظاهرة الاحترار المفاجئ في طبقة الستراتوسفير. الجزء الثاني: تقييم محاكاة النماذج العددية" . مجلة المناخ . 20 (3): 470. Bibcode : 2007JCli...20..470C . doi : 10.1175/JCLI3994.1 . hdl : 11858/00-001M-0000-002E-2383-7 .
• ماثيومان، ن. ج.؛ إسلر، ج. ج.؛ تشارلتون-بيريز، أ. ج.؛ بولفاني، ل. م. (2009). "نظرة جديدة على ظاهرة الاحترار المفاجئ في طبقة الستراتوسفير. الجزء الثالث: تطور الدوامة القطبية وبنيتها الرأسية" . مجلة المناخ . 22 (6): 1566. Bibcode : 2009JCli...22.1566M . doi : 10.1175/2008JCLI2365.1 . S2CID 15983602 . 
• بيداتيلا، ن.؛ تشاو، ج.؛ شميدت، هـ.؛ غونشارينكو، ل.؛ ستول، س.؛ هوك، ك.؛ هارفي، ل.؛ فونك، ب.؛ صديقي، ت. (2018). " كيف يؤثر الاحترار المفاجئ للستراتوسفير على الغلاف الجوي بأكمله" . إيوس . 99. doi : 10.1029/2018EO092441 . hdl : 21.11116/0000-0000-E6F7-6 .
• هيندون، هاري؛ واتكينز، أندرو ب.؛ ليم، إيون با؛ يونغ، غريفيث (2019-09-06). "الهواء فوق القارة القطبية الجنوبية يزداد دفئًا فجأة - إليكم ما يعنيه ذلك لأستراليا" . ذا كونفرسيشن . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2019-09-10 .

• مكتب الأرصاد الجوية البريطاني: ما هو الاحترار المفاجئ للستراتوسفير (SSW)؟
• مناقشة الطقس والمناخ، مدونة ريدينغ للأرصاد الجوية WCD: اضطرابات مفاجئة في طبقة الستراتوسفير
• تحليلات وتوقعات القمر الصناعي GEOS-5 بشأن ظاهرة الاحترار المفاجئ الكبرى في طبقة الستراتوسفير في يناير 2013، مكتب ناسا العالمي للنمذجة والاستيعاب