المركز العربي للمناخ – المهندس احمد العربيد
نموذج الدوران العام (General Circulation Model – GCM) هو نوع من النماذج الحاسوبية التي تُستخدم لمحاكاة وفهم ديناميكيات الغلاف الجوي والمحيطات على كوكب الأرض، بهدف التنبؤ بالتغيرات المناخية والطقس. يعتمد GCM على مبادئ الفيزياء والرياضيات لتمثيل العمليات المعقدة في النظام المناخي، مثل حركة الرياح وتبادل الحرارة والرطوبة وانتقال الطاقة بين الأرض والغلاف الجوي والمحيطات.
1. مفهوم نموذج الدوران العام
نموذج الدوران العام هو نموذج يعتمد على المعادلات الفيزيائية التي تصف العمليات الأساسية في الغلاف الجوي والمحيطات. يتم تقسيم الأرض إلى شبكة ثلاثية الأبعاد تحتوي على خلايا صغيرة، ويقوم النموذج بحساب تأثيرات الحرارة، الرياح، الرطوبة، والضغط الجوي في كل خلية بمرور الوقت. يتم ذلك باستخدام حواسيب قوية لأن العمليات التي يتم حسابها معقدة وتحدث على نطاقات زمانية ومكانية كبيرة.
2. آلية عمل نموذج الدوران العام
يتألف نموذج الدوران العام من مجموعة من المكونات الرئيسية:
الغلاف الجوي: يشمل محاكاة حركة الغازات في الغلاف الجوي (مثل الهواء) بناءً على معادلات فيزيائية تتضمن القوانين التي تحكم الديناميكا الحرارية، والحركة، والرطوبة، وتبادل الحرارة والإشعاع.
المحيطات: النماذج تُحاكي أيضًا تيارات المحيطات، ودوران المياه في المحيطات، وكيفية نقل الحرارة من مكان إلى آخر. المحيطات تلعب دورًا مهمًا في تنظيم المناخ لأنها تخزن كميات كبيرة من الحرارة.
الغطاء الجليدي والثلجي: تشمل نماذج الجليد لتحديد تأثير ذوبان وتراكم الجليد على مستويات البحر والمناخ المحلي والإقليمي.
سطح الأرض: تمثل النماذج كيفية تبادل الحرارة والرطوبة بين الغلاف الجوي وسطح الأرض. تُحاكي أيضًا الغطاء النباتي والتربة والمياه الجوفية.
3. أهمية نماذج الدوران العام
تعتبر نماذج الدوران العام أداة رئيسية في مجال الأبحاث المناخية والطقس. فيما يلي بعض الفوائد والأهداف التي تُستخدم من أجلها هذه النماذج:
التنبؤ بالطقس: تُستخدم GCMs في نماذج الطقس للتنبؤ بالأحوال الجوية لفترات قصيرة، مثل التنبؤات الجوية اليومية.
التنبؤ بالتغير المناخي: تُستخدم أيضًا في دراسة التغيرات المناخية الطويلة الأجل، مثل توقع تأثير زيادة انبعاثات الغازات الدفيئة على درجات الحرارة العالمية أو على أنماط الطقس في المستقبل.
فهم الديناميكيات المناخية: تساعد GCMs العلماء في فهم كيفية تفاعل الغلاف الجوي والمحيطات مع بعضهما البعض ومع المكونات الأخرى للنظام المناخي.
تقييم السيناريوهات المستقبلية: يمكن تشغيل النماذج بناءً على سيناريوهات مختلفة لانبعاثات الغازات الدفيئة أو تغيرات في النظام البيئي لتحديد الآثار المحتملة على المناخ في المستقبل.
4. التفاصيل الفنية لنماذج الدوران العام
الشبكة الحسابية: يتم تقسيم الأرض إلى خلايا شبكة ثنائية أو ثلاثية الأبعاد، حيث تُجرى العمليات الحسابية. كل خلية تمثل مساحة صغيرة من سطح الأرض أو جزءًا من الغلاف الجوي، وتقوم بحسابات حول التغيرات في الحرارة والضغط والرياح والرطوبة داخل تلك الخلية.
الزمن: النماذج تحاكي تطور النظام المناخي على مر الزمن. قد تكون المحاكاة لفترات زمنية قصيرة (ساعات أو أيام) أو طويلة الأمد (سنوات أو عقود).
المعادلات المستخدمة: المعادلات الأساسية التي تعتمد عليها GCMs تشمل قوانين الحفاظ على الكتلة والطاقة، ومعادلات الحركة في الغلاف الجوي (معادلات نافييه-ستوكس).
5. تحديات نماذج الدوران العام
على الرغم من الأهمية الكبيرة لهذه النماذج، هناك بعض التحديات التي تواجهها:
الدقة المكانية: نظرًا لأن النماذج تعتمد على شبكة من الخلايا، فإن التفاصيل الدقيقة التي تحدث داخل الخلايا الأصغر (مثل العواصف المحلية أو الظواهر الجوية الصغيرة) قد لا تتم محاكاتها بدقة كافية.
التعقيد الحسابي: حساب تأثير كل عنصر من عناصر المناخ على الآخر يتطلب موارد حاسوبية ضخمة ووقتًا طويلًا للمعالجة.
عدم اليقين: تختلف التوقعات المناخية بناءً على السيناريوهات المختلفة لانبعاثات الغازات الدفيئة والافتراضات المتعلقة برد فعل الأنظمة الطبيعية، مما يجعل هناك قدرًا من عدم اليقين في التنبؤات.
6. التطبيقات العملية لنماذج الدوران العام
اتفاقية باريس للمناخ: تعتمد اتفاقية باريس على توقعات نماذج GCMs لتحديد كيفية تحقيق الأهداف المناخية، مثل الحد من ارتفاع درجات الحرارة إلى أقل من درجتين مئويتين مقارنة بمستويات ما قبل الثورة الصناعية.
تقييم تأثيرات تغير المناخ: يتم استخدام النماذج لتقييم آثار تغير المناخ على موارد المياه، الزراعة، الصحة العامة، التنوع البيولوجي، والاقتصادات المحلية والعالمية.
7. أمثلة على نماذج الدوران العام
هناك العديد من النماذج المعروفة عالميًا التي تُستخدم في محاكاة التغير المناخي، مثل:
نموذج مركز هادلي البريطاني: يُستخدم على نطاق واسع في أبحاث المناخ.
نموذج المناخ المجتمعي (Community Climate System Model – CCSM): الذي يتم تطويره من قبل المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي في الولايات المتحدة.
النموذج الأوروبي ECHAM: تم تطويره من قبل معهد ماكس بلانك للأرصاد الجوية في ألمانيا.
