23التقلّب المناخي

في سبتمبر 2026 بلغ متوسط حرارة سطح البحر في وسط المحيط الهادئ الاستوائي $29.27\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، حيث القيمة المعتادة لشهر سبتمبر $26.71\,{}^{\circ}\mathrm{C}$؛ وأبعد شرقًا كانت أجزاء من المحيط أدفأ من المعتاد بأكثر من $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، وقدّر المتنبّئون بأكثر من أربعة من خمسة احتمال أن يتجاوز الحدث، بحلول نهاية السنة، كلّ إل نينيو منذ عام 1950. وقد أدّت الأحداث القياسية السابقة، في 1982 و1997 و2015، إلى ابيضاض المرجان وموته، وأشعلت الحرائق في الغابات المدارية وجلبت موجات الحرّ؛ ويهبط صيد الأنشوفة في البيرو هبوطًا حادًّا حين يطول بقاء هذا الماء الدافئ. لقد تأرجح المحيط والغلاف الجوي في المنطقة المدارية من الهادئ، كما يفعلان كلّ بضع سنوات، وامتدّ التأرجح أبعد كثيرًا من المحيط الهادئ. يصف هذا الفصل مثل هذه التأرجحات في المناخ، أي الرياح الموسمية، وإل نينيو ولا نينيا، وتذبذب شمال الأطلسي، وما يجعل المحيط ذاكرتها.

ما تعرفه من قبل

من مجلّدات المدرسة: الطقس والمناخ؛ وشذوذ درجة الحرارة؛ والطبقة المختلطة، وطبقة التدرج الحراري والصعود؛ والتغذية الراجعة المناخية. من مجلد السنة الأولى: خلايا هادلي، والرياح التجارية، ومنطقة التقارب بين المدارين وهجرتها الفصلية، ودورة واكر، والصعود الساحلي. من الفصل 22: التيّار النفّاث، وأمواج روسبي، والأعاصير خارج المدارية والحجب الجوّي. من كتب الفيزياء: السعة الحرارية والقانون الأول للديناميكا الحرارية.

23.1 التقلّب ومقاييسه

يتغيّر الطقس من يوم إلى يوم؛ والمناخ، أي إحصاءات الطقس، يتغيّر هو أيضًا، من فصل أو سنة إلى التالية، حتى حين لا يتغيّر شيء خارج النظام المناخي. وبعض ذلك التقلّب ضجيج، لكن كثيرًا منه منتظم في أنماط قليلة تتكرّر، لكلّ منها جغرافيتها ومقاييسها الزمنية.

تعريف 23.1 (نمط التقلّب المناخي؛ المؤشّر المناخي؛ المعدّل المناخي)

نمط التقلّب المناخي نمط متكرّر من التقلّب الطبيعي للنظام المناخي، له توزّعه المكاني وفصليته ومقاييسه الزمنية، ينشأ من ديناميكا الغلاف الجوي أو من اقتران المحيط بالغلاف الجوي. والمؤشّر المناخي سلسلة زمنية مبنية من متغيّرات مناخية تلخّص حالة مثل هذا النمط، ومثاله فرق ضغط مستوى سطح البحر بين آيسلندا والأزور. والمعدّل المناخي لمتغيّر هو متوسطه على فترة مرجعية، يُحسب لكلّ شهر تقويمي أو فصل؛ وطول الفترة المرجعية القياسية 30 سنة، وهي حاليًّا 1991–2020.

كثير من الأنماط تحرّكه عمليات داخلية في النظام المناخي: فهي جزء من تقلّبه الداخلي. ولأنها تتكرّر بمقاييسها الزمنية الخاصة، فهي مصدر لقابلية التنبّؤ أبعد من مدى تنبّؤات الطقس، من أسابيع إلى عقود. والمؤشّرات تجعلها قابلة للقياس. ويُحسب المؤشّر من حالات الشذوذ، كما في مجلّدات المدرسة، ثم يُملَّس.

طريقة 23.2 (من الأرصاد إلى مؤشّر)

1. احسب المعدّل المناخي: متوسط المتغيّر لكلّ شهر تقويمي على امتداد الفترة المرجعية.
2. اطرحه: شذوذ كلّ شهر هو قيمته مطروحًا منها المعدّل المناخي لذلك الشهر. فتختفي الدورة الفصلية؛ وما يبقى هو التقلّب.
3. ملِّس حالات الشذوذ بمتوسط متحرّك، أي متوسط $n$ قيمة متتالية متمركزة على كلّ شهر، لإزالة التذبذبات الأقصر من النمط المدروس.
4. إذا كان المؤشّر سيُقارن بغيره، فاقسمه على انحرافه المعياري: فيصبح المؤشّر معياريًّا، بوحدات الانحراف المعياري.

مثال 23.3 (شذوذ)

بلغ متوسط حرارة سطح البحر في وسط المحيط الهادئ الاستوائي بين $5{}^{\circ}$ شمالًا و$5{}^{\circ}$ جنوبًا، و$170{}^{\circ}$ غربًا و$120{}^{\circ}$ غربًا، $29.27\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ في سبتمبر 2026. ومعدّله المناخي لشهر سبتمبر $26.71\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، فكان الشذوذ $29.27 - 26.71 = 2.56\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. وفي سبتمبر 1997 كان المحيط نفسه عند $28.79\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ مقابل $26.73\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، أي شذوذ قدره $2.06\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. ويختلف المعدّلان المناخيان قليلًا لأن الفترة المرجعية تُزاح كلّ خمس سنوات: فالمحيط نفسه قد ازداد دفئًا.

23.2 الرياح الموسمية

تعريف 23.4 (الرياح الموسمية)

الرياح الموسمية ريح حرارية المنشأ، تنشأ من اختلاف تسخين كتلة يابسة والمحيط المجاور لها، ينعكس اتجاهها مع الفصول، مع ما تجلبه من انعكاس فصلي في الهطول.

على اليابسة تبقى حرارة شمس الصيف في طبقة رقيقة قرب السطح، بينما يمزج البحر الحرارة نفسها نزولًا عبر طبقته المختلطة، التي يبلغ عمقها عشرات الأمتار، فيسخن أقلّ بكثير. فالهواء فوق اليابسة يسخن أكثر، فينخفض ضغطه عند السطح، ويتدفّق هواء رطب من البحر، فيصعد ويبرد ويمطر؛ وفي الأعالي يعود الهواء نحو البحر. وفي الشتاء تكون اليابسة السطح الأبرد فتنعكس الدورة. ومجتمعةً، تكوّن الرياح الموسمية في الكوكب نمطًا عالميًّا واحدًا يهيمن على الدورة السنوية للأمطار المدارية وشبه المدارية؛ ويُعرَّف نطاقه بأنه المناطق التي يتجاوز فيها متوسط مطر الصيف المحلّي مطر الشتاء بأكثر من $2.5\,\mathrm{mm}$ في اليوم.

تبدأ الرياح الموسمية لجنوب آسيا وجنوب شرقها في أواخر مايو أو أوائل يونيو، وتتقدّم نحو الشمال الشرقي وتنتهي في أواخر سبتمبر أو أوائل أكتوبر. وقبلها تسخن الأراضي المحيطة ببحر العرب: ففي يونيو يرسل السطح نحو $160\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ من الحرارة إلى الهواء فوق الشمال الغربي الجافّ من الهند وباكستان والشرق الأوسط، فيتكوّن هناك منخفض حراري ضحل، لا يتجاوز ارتفاعه نحو $1.5\,\mathrm{km}$، قليل المطر؛ والمنخفض الحراري الضعيف، كما في سنة الجفاف 1987، يعني جذبًا ضعيفًا لهواء المحيط الرطب. ومنه يمتدّ أخدود مستطيل من الضغط المنخفض، هو أخدود الرياح الموسمية، إلى رأس خليج البنغال؛ وتذبذباته بين الشمال والجنوب تجلب فترات النشاط وفترات الانقطاع في الموسم. وعلى الهند كلّها يبلغ متوسط مطر يونيو إلى سبتمبر $88\,\mathrm{cm}$، بانحراف معياري قدره $9\,\mathrm{cm}$، أي نحو $10\,\%$: ويُسمّى الموسم الذي يبقى ضمن $10\,\%$ من متوسط الفترة الطويلة عاديًّا. وعلى ساحل كيرالا، حيث تعلن مصلحة الأرصاد الوطنية بدء الرياح الموسمية انطلاقًا من أمطار أربع عشرة محطّة، والرياح والأشعة تحت الحمراء الصادرة المقيسة بالأقمار الصناعية، يبلغ متوسط المطر $556\,\mathrm{mm}$ في يونيو و$659\,\mathrm{mm}$ في يوليو.

تجلب الرياح الموسمية لغرب أفريقيا رياحًا جنوبية غربية رطبة من خليج غينيا، تتقدّم شمالًا من مايو إلى سبتمبر؛ ويبلغ مطرها ذروته قرب $12{}^{\circ}$ شمالًا في أواخر أغسطس وفي سبتمبر ويتراجع ابتداءً من أكتوبر.

الرياح الموسمية منتظمة في توقيتها، غير منتظمة في كمّيتها، وتأرجحات المحيط الهادئ المداري من سنة إلى أخرى من أسباب ذلك. فسنوات إل نينيو تميل إلى ترك الهند في نقص من المطر: فقد جاءت موجات الجفاف في 1904 و1972 و1987 مع إل نينيو. والصلة ليست أكيدة: ففي 1997 تزامن إل نينيو قويّ مع طور موجب لثنائي القطب في المحيط الهندي، وهو نمط نلقاه أدناه، وشهدت الهند موسمًا قريبًا من العادي.

23.3 إل نينيو والتذبذب الجنوبي

وصف مجلد السنة الأولى دورة واكر: هواء يصعد فوق غرب المحيط الهادئ الدافئ، ويتدفّق شرقًا في الأعالي، ويهبط فوق شرق المحيط الهادئ البارد ويعود غربًا مع الرياح التجارية. وفي المحيط تحته، تكدّس الرياح التجارية الماء الدافئ في الغرب، حيث تكون طبقة التدرج الحراري عميقة، وتسحب الماء البارد إلى الأعلى على امتداد خطّ الاستواء في الشرق، حيث تكون ضحلة. وهذه الحالة ليست ثابتة.

تعريف 23.5 (إل نينيو–التذبذب الجنوبي؛ إل نينيو؛ لا نينيا؛ التذبذب الجنوبي)

إل نينيو–التذبذب الجنوبي (ENSO) هو النمط المقترن بين المحيط والغلاف الجوي في المحيط الهادئ المداري: تغيّرات متّسقة من سنة إلى أخرى في حرارة سطح البحر، والمطر الحملي، والضغط السطحي والدورة على امتداد المحيط الهادئ الاستوائي، بمقاييس زمنية مفضّلة من سنتين إلى نحو سبع سنوات. وإل نينيو طوره الدافئ، أي احترار سطح البحر في وسط المحيط الهادئ الاستوائي ووسطه الشرقي؛ ولا نينيا طوره البارد، أي تبرّد المنطقة نفسها. والتذبذب الجنوبي جزؤه الجوّي، أي أرجحة في الضغط السطحي بين غرب المحيط الهادئ المداري وشرقه: ففي أثناء إل نينيو يكون الضغط أعلى من المتوسط فوق إندونيسيا وغرب المحيط الهادئ وأدنى فوق شرقه، والعكس في أثناء لا نينيا.

في أثناء إل نينيو تضعف الرياح التجارية الشرقية على امتداد خطّ الاستواء، وفي الغرب قد تهبّ الرياح القريبة من السطح حتى من الغرب؛ وينتشر الماء الدافئ في الغرب نحو الشرق، ويتبعه الحمل العميق ومطره، تاركًا إندونيسيا وشمال أستراليا أجفّ. ويكون سطح البحر في وسط المحيط الهادئ الشرقي عادةً أدفأ من المتوسط بمقدار $1.5\text{ ⁧إلى⁩ }2.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، وتقع طبقة التدرج الحراري هناك على عمق $150\text{ ⁧إلى⁩ }175\,\mathrm{m}$، أعمق من المعتاد. وفي أثناء لا نينيا تقوى الرياح التجارية عبر الحوض كلّه، ويكون سطح البحر أبرد من المتوسط بمقدار $1\text{ ⁧إلى⁩ }2\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، وترتفع طبقة التدرج الحراري في الشرق إلى $50\text{ ⁧إلى⁩ }100\,\mathrm{m}$. وتضعف دورة واكر في أثناء إل نينيو وتقوى في أثناء لا نينيا. وتتكرّر النوبات عادةً كلّ ثلاث إلى خمس سنوات، بفواصل تراوحت بين سنتين وسبع؛ ويدوم إل نينيو عادةً تسعة إلى اثني عشر شهرًا، ولا نينيا سنة إلى ثلاث سنوات. ويميل كلاهما إلى النشوء بين مارس ويونيو، وإلى بلوغ الذروة بين ديسمبر وأبريل وإلى الضعف بين مايو ويوليو؛ وتكون آثارهما أشدّ من ديسمبر إلى أبريل، حين يكون سطح البحر الاستوائي في أدفأ حالاته.

جاءت الأسماء من قرون مختلفة ومن علوم مختلفة. فقد لاحظ صيّادو ساحل أمريكا الجنوبية احترارًا لمياههم الساحلية حول عيد الميلاد يربك الصيد، فسمّوه إل نينيو، أي الطفل الصبي. واكتشف السير غيلبرت واكر التذبذب الجنوبي في الغلاف الجوي، دون أن يربطه بالمحيط. ولم يرَ ياكوب بيركنس وآخرون إلا في أواخر ستينيات القرن العشرين أن الاثنين ظاهرة واحدة. واكتسب مصطلحا لا نينيا والمحايد شهرتهما في ثمانينيات القرن العشرين.

لمحة تاريخية — الطفل الصبي عند الصيّادين

قبالة ساحل البيرو الجافّ، يكون الماء البارد الذي تسحبه الرياح إلى الأعلى على امتداد الشاطئ غنيًّا بالمغذّيات ويغذّي مصايد منتجة. وقد عرف صيّادوه احترارًا يأتي حول عيد الميلاد، حين يندر السمك، فأعطوه اسم طفل الموسم. ولا يزال صيد الأنشوفة في البيرو يتبع ENSO: ففي تحليل حديث، جعلت حالات الشذوذ الحراري المرتفع المطوّلة صيدًا منخفضًا جدًّا أرجح بأكثر من تسع مرّات، مع هبوط وسيط في الصيد بنحو $60\,\%$؛ ويبرز إل نينيو القويّ في 1997–98 في السجلّ.

لماذا يتأرجح النظام أصلًا؟ لأن المحيط والغلاف الجوي في المنطقة الاستوائية من الهادئ يعزّز كلّ منهما حالات شذوذ الآخر.

تعريف 23.6 (التغذية الراجعة لبيركنس)

التغذية الراجعة لبيركنس هي التغذية الراجعة الموجبة بين حرارة سطح البحر والرياح والتيّارات المحيطية في المحيط الهادئ الاستوائي: فاحترار الشرق يُضعف فرق الحرارة والضغط بين الشرق والغرب، ومن ثَمّ الرياح التجارية؛ والرياح التجارية الأضعف تدع الماء الدافئ في الغرب ينتشر شرقًا وتصعد بماء بارد أقلّ في الشرق، فيزداد الشرق احترارًا. والحلقة نفسها تضخّم التبرّد.

التغذية الراجعة الموجبة تفسّر كيف ينمو الشذوذ، لا كيف يبدأ أو ينتهي. ففي أحد التفسيرات الحالية، يبدأ إل نينيو حين تُضعف تذبذبات عشوائية في الرياح التجارية التيّارات الاستوائية التي تُبقي الماء الدافئ في الغرب؛ فينتشر الحوض الدافئ شرقًا، ويتبعه الحمل، وتتولّى التغذية الراجعة لبيركنس الأمر فينمو الحدث. أمّا أحداث لا نينيا، في التفسير نفسه، فيطلقها إل نينيو سابق. وأبسط النماذج التي تجعل النظام يتذبذب، ومنها نموذج مذبذب إعادة الشحن، تقرن بين كمّيتين: شذوذ حرارة سطح البحر في وسط المحيط الهادئ وحجم الماء الدافئ في أعلى المحيط المختزن على امتداد خطّ الاستواء. فشذوذ الحرارة يفرّغ ذلك المخزون أو يعيد ملأه عبر الرياح التي يحرّكها، والمخزون، عبر عمق طبقة التدرج الحراري، يهيّئ الطور التالي. ويحلّ التمرين 23.10 زوجًا كهذا من المعادلات.

لتتبّع ENSO، تستعمل مراكز الرصد مؤشّرات.

تعريف 23.7 (مؤشّر نينيو-3.4؛ المؤشّر المحيطي لإل نينيو)

مؤشّر نينيو-3.4 هو الشذوذ الشهري لحرارة سطح البحر متوسَّطةً على المنطقة $5{}^{\circ}$ شمالًا–$5{}^{\circ}$ جنوبًا، $170{}^{\circ}$ غربًا–$120{}^{\circ}$ غربًا، بالنسبة إلى المعدّل المناخي لفترة أساس طولها 30 سنة متمركزة على السنة، تُحدَّث كلّ خمس سنوات. والمؤشّر المحيطي لإل نينيو (ONI) هو متوسطه المتحرّك على ثلاثة أشهر. ونوبة إل نينيو (أو لا نينيا) هي تتابع من خمسة فصول ثلاثية الأشهر متداخلة متتالية على الأقلّ يكون فيها المؤشّر ONI عند $+0.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ أو فوقها (عند $-0.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ أو دونها).

الفصول متداخلة: DJF وJFM وFMA وهكذا، كلّ منها متوسط ثلاثة أشهر، ويشترك كلّ منها في شهرين مع الذي يليه. ومؤشّر ثانٍ، هو مؤشّر التذبذب الجنوبي، يتتبّع الغلاف الجوي: فهو يُحسب من انحرافات فرق الضغط بين تاهيتي وداروين، ويكون سالبًا في أثناء إل نينيو، وموجبًا في أثناء لا نينيا. ومنذ فبراير 2026 صار المؤشّر الرسمي لرصد ENSO مؤشّرًا ONI نسبيًّا، يُحسب من شذوذ نينيو-3.4 مطروحًا منه متوسط شذوذ المحيط المداري كلّه بين $20{}^{\circ}$ شمالًا و$20{}^{\circ}$ جنوبًا، ثم يُعاد تقييسه إلى سعة المؤشّر ONI. ولأنه يُقاس بالنسبة إلى المنطقة المدارية كلّها، فهو أقلّ تأثّرًا باختيار فترة الأساس بينما تزداد المحيطات دفئًا، وهو أوثق صلة بأمطار المحيط الهادئ المداري. وفي سبتمبر 2026 كان الشذوذ النسبي لمنطقة نينيو-3.4 $2.08\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، مقابل $2.56\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ في المثال 23.3: فنحو نصف درجة من الشذوذ التقليدي كان دفء المحيطات المدارية في مجموعها.

بالعدّ وفق قاعدة الفصول الخمسة على جدول مركز التنبّؤ المناخي، يُظهر المؤشّر ONI ما عدده 25 نوبة إل نينيو و21 نوبة لا نينيا بين 1950 وصيف 2026. وكانت أقوى ذرى إل نينيو $2.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ في أواخر 1997 و$2.6\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ في أواخر 2015. ويتباعد المؤشّران أكثر ما يتباعدان في السنوات الأخيرة: ففي يوليو–سبتمبر 2026 بلغ المؤشّر ONI $2.2\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ والمؤشّر النسبي $1.7\,{}^{\circ}\mathrm{C}$.

أرقام عام 2026

في نقاشه بتاريخ 8 أكتوبر 2026 أبقى مركز التنبّؤ المناخي على تنبيه إل نينيو: فقد بلغ الشذوذ النسبي لنينيو-3.4 $+2.1\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ في سبتمبر، وكانت أجزاء من شرق المحيط الهادئ الاستوائي أعلى من المتوسط بأكثر من $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، والماء العميق في الشرق أعلى بأكثر من $10\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، وكانت مؤشّرات التذبذب الجنوبي سالبة بوضوح. وعُدَّ إل نينيو قويّ إلى قويّ جدًّا مرجّحًا حتى يناير–مارس 2027، وقُدِّر احتمال أن يتجاوز المؤشّر النسبي $2.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، متخطّيًا كلّ حدث منذ 1950، بنسبة $83\,\%$ لفصل أكتوبر–ديسمبر.

23.4 تذبذب شمال الأطلسي والترابط عن بعد

تعريف 23.8 (تذبذب شمال الأطلسي)

تذبذب شمال الأطلسي (NAO) هو النمط الرئيسي للتقلّب الجوّي فوق شمال الأطلسي: أرجحة في ضغط مستوى سطح البحر بين منخفض آيسلندا ومرتفع الأزور. ويكون مؤشّره موجبًا حين يكون كلاهما أقوى من المتوسط، بحيث يكون فرق الضغط بينهما كبيرًا، وسالبًا حين يكون كلاهما أضعف.

يوجّه تذبذب شمال الأطلسي الرياح الغربية التي رأيناها في الفصل السابق. ففي طوره الموجب يدفع فرق الضغط الأكبر تيّارًا نفّاثًا أطلسيًّا أقوى ويزيح مسار العواصف شمالًا: فيشهد شمال أوروبا شتاءً أكثر عواصف ومطرًا واعتدالًا، وجنوب أوروبا شتاءً أجفّ، وشرق أمريكا الشمالية اندفاعات أقلّ للهواء البارد، وغرينلاند شتاءً أبرد. والطور السالب يعكس حالات الشذوذ هذه. وفي أواخر القرن الثامن عشر لاحظ مبشّر أن فصول الشتاء المعتدلة في غرينلاند تأتي مع فصول شتاء قاسية في الدنمارك، والعكس.

تذبذب شمال الأطلسي من أبرز أنماط الغلاف الجوي في كلّ فصل، وهو شديد الارتباط بنمط آخر، هو التذبذب القطبي الشمالي. ويتغيّر أيضًا على مدى عقود: فقد هيمن الطور السالب من منتصف خمسينيات القرن العشرين حتى شتاء 1978–79، والطور الموجب من 1979–80 حتى 1994–95.

يعمل تذبذب شمال الأطلسي وENSO والأنماط الأخرى بعيدًا عن أماكن قياسها.

تعريف 23.9 (الترابط عن بعد)

الترابط عن بعد اقتران بين متغيّرات مناخية في أماكن ثابتة متباعدة كثيرًا، تربط بينها عمليات فيزيائية على مسارات في الغلاف الجوي أو المحيط، مثل قطارات أمواج روسبي، وانزياحات التيّار النفّاث ومسارات العواصف، أو تغيّرات دورة واكر.

في أثناء إل نينيو تتغيّر أمطار المنطقة المدارية من إندونيسيا إلى أمريكا الجنوبية، أي نحو نصف محيط العالم، ومن المنطقة المدارية تنتقل حالات الشذوذ إلى العروض الوسطى عبر مسارات التعريف؛ والرياح الموسمية الهندية في القسم السابق أحد أطرافها. وقد سُمّيت أنماط أخرى في كلّ محيط: ثنائي القطب في المحيط الهندي، وهو أرجحة بين الشرق والغرب في حرارة سطح البحر في المحيط الهندي المداري يبرّد طوره الموجب البحر قبالة سومطرة وجاوة ويدفّئه قبالة الصومال، وينشأ في صيف نصف الكرة الشمالي، وينضج في الخريف، ويغيّر مطر أستراليا وجنوب شرق آسيا وشرق أفريقيا؛ والنمط الحلقي الجنوبي، أي تغيّرات شدّة حزام الرياح الغربية حول القارة القطبية الجنوبية وعرضه الجغرافي؛ والتقلّب العقدي في المحيط الهادئ، الأبطأ من ENSO.

23.5 المحيط ذاكرةً

وجد الفصل 22 أن الغلاف الجوي ينسى طقسه في نحو أسبوعين. فالشذوذ المناخي الذي يدوم فصلًا يجب أن يُختزن في مكان ما، والمخزن البديهي هو الطبقة المختلطة للمحيط: فالطبقة المختلطة الأعمق تحمل حرارة أكثر ولها عطالة حرارية أكبر. وأبسط نموذج يعامل الشذوذ خزّانًا يسرّب الحرارة إلى الغلاف الجوي.

قضية 23.10 (زمن تخامد شذوذ الطبقة المختلطة)

لتكن طبقة مختلطة عمقها $h$ وكثافتها $\rho$ وحرارتها النوعية $c_p$ تحمل شذوذًا حراريًّا $T'$، وليفقد السطح تدفّقًا حراريًّا إضافيًّا $\alpha T'$ لكلّ وحدة مساحة نحو الغلاف الجوي، مع $\alpha > 0$. عندئذ، في غياب أيّ تأثير آخر،

$$T'(t) = T'(0)\,\mathrm{e}^{-t/\tau}, \qquad \tau = \frac{\rho\,c_p\,h}{\alpha} .$$

مثال 23.11 (ذاكرة محيط في العروض الوسطى)

فوق محيطات العروض الوسطى، يستجيب التدفّق الحراري السطحي لشذوذ حرارة سطح البحر بمتوسط $\alpha = 16.1\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{K}^{-1}$. ولطبقة مختلطة عمقها $50\,\mathrm{m}$، مع $\rho = 1025\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ و$c_p = 3992\,\mathrm{J}\,\mathrm{kg}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}$، $\tau = 1025 \times 3992 \times 50/16.1 = 1.27 \times 10^{7}\,\mathrm{s} = 147\,\mathrm{d}$، أي قرابة خمسة أشهر؛ والطبقة التي عمقها $100\,\mathrm{m}$ تتذكّر ضعف ذلك.

وحالات الشذوذ الحقيقية يدفعها الطقس أيضًا، كلّ يوم: تدفّقات حرارية عشوائية من شأنها، وحدها، أن تصنع ضجيجًا أبيض، بلا ذاكرة من شهر إلى الذي يليه. وبإضافتها إلى التخامد، تعطي المعادلة $\mathrm{d}T'/\mathrm{d}t = -T'/\tau + F(t)$ مع $F$ عشوائي: فالمحيط يجمع التأثير العشوائي على مدى زمن من رتبة $\tau$ وينساه بعد ذلك. وتُسمّى النتيجة ضجيجًا أحمر. وارتباطه المتأخّر، أي الارتباط بين الشذوذ ونفسه بعد مدّة، يتناقص بالشكل $\mathrm{e}^{-\text{التأخّر}/\tau}$ (مسلَّم به)، والتغيّرات البطيئة فيه أقوى بكثير منها في التأثير. وهذا النموذج العشوائي لذاكرة المحيط هو المرجع القياسي الذي يُقاس به استمرار حالات الشذوذ الحقيقية، وهو مصدر لقابلية التنبّؤ أبعد من المقاييس الزمنية للطقس؛ ولمّا كان عمق الطبقة المختلطة يحدّد الذاكرة، فإن تضحّل الطبقات المختلطة المتوقَّع في هذا القرن يقتضي ذاكرة أقصر.

يحتاج ENSO إلى أكثر من هذه الذاكرة السلبية. فحالات شذوذه لا تشمل الطبقة المختلطة وحدها بل الطبقة الدافئة كلّها فوق طبقة التدرج الحراري، التي تتحرّك بعشرات الأمتار، والرياح التي تحرّكها حالات الشذوذ ترتدّ على المحيط عبر حلقة بيركنس. فالمحيط يقدّم البطء، والغلاف الجوي الاقتران؛ ولا يصنع أيّ منهما وحده التذبذب. والبطء هو ما اعتمد عليه متنبّئو أكتوبر 2026 حين قدّروا أن إل نينيو قويًّا مرجّح أن يدوم حتى يناير–مارس 2027.

التمارين

معطيات التمارين، ما لم يُذكر غير ذلك: لماء البحر $\rho = 1025\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ و$c_p = 3992\,\mathrm{J}\,\mathrm{kg}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}$؛ وللهواء $c_p = 1004.5\,\mathrm{J}\,\mathrm{kg}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}$؛ و$g = 9.81\,\mathrm{m}\,\mathrm{s}^{-2}$؛ ومعامل تخامد التدفّق الحراري السطحي $\alpha = 16.1\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{K}^{-1}$؛ والشهر $365.25/12 = 30.44$ يوم.

تمرين 23.1 ★

في منطقة نينيو-3.4 كان متوسط حرارة سطح البحر $29.27\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ في سبتمبر 2026 و$28.79\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ في سبتمبر 1997؛ وكان المعدّلان المناخيان المستعملان لهذين الشهرين $26.71\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$26.73\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. (أ) احسب الشذوذين. (ب) أيّ الشهرين كان أدفأ، وأيّ الشذوذين أكبر؟ (ج) لماذا لا يكون المعدّل المناخي نفسه في السنتين؟

حل

حل التمرين 23.1.

(أ) $29.27 - 26.71 = 2.56\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ في 2026؛ و$28.79 - 26.73 = 2.06\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ في 1997. (ب) كان سبتمبر 2026 الشهر الأدفأ، بفارق $0.48\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، وصاحب الشذوذ الأكبر أيضًا، بفارق $0.50\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. (ج) تُقارن كلّ سنة بفترة أساس طولها 30 سنة متمركزة عليها، تُزاح كلّ خمس سنوات؛ والمعدّل المناخي لشهر سبتمبر في عقدَي 1980 و1990 يختلف قليلًا عن نظيره في عقدَي 2010 و2020.

تمرين 23.2 ★

كانت حالات الشذوذ الشهرية لنينيو-3.4 من يونيو إلى ديسمبر 2023 هي 0.79، 0.95، 1.28، 1.55، 1.68، 2.01 و$2.02\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. (أ) احسب المؤشّر ONI للفصول من JJA إلى OND. (ب) يعطي جدول مركز التنبّؤ المناخي 1.0، 1.3، 1.5، 1.7 و1.9. قارن. (ج) في أيّ فصل بلغ المؤشّر ONI أوّل مرّة عتبة الحدث القويّ، $1.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$؟

حل

حل التمرين 23.2.

(أ) JJA: $(0.79 + 0.95 + 1.28)/3 = 1.007$؛ JAS: $(0.95 + 1.28 + 1.55)/3 = 1.260$؛ ASO: $(1.28 + 1.55 + 1.68)/3 = 1.503$؛ SON: $(1.55 + 1.68 + 2.01)/3 = 1.747$؛ OND: $(1.68 + 2.01 + 2.02)/3 = 1.903$، وكلّها بوحدة ${}^{\circ}\mathrm{C}$. (ب) مقرّبةً إلى منزلة عشرية واحدة: 1.0، 1.3، 1.5، 1.7، 1.9، وهي قيم الجدول. (ج) في ASO 2023، عند 1.5.

تمرين 23.3 ★

في شهر ما يكون الضغط السطحي فوق المتوسط في داروين ودون المتوسط في تاهيتي. (أ) ما إشارة مؤشّر التذبذب الجنوبي؟ (ب) أيّ طور من أطوار ENSO يوحي به؟ (ج) ماذا تتوقّع للرياح التجارية فوق شرق المحيط الهادئ الاستوائي، وللأمطار فوق إندونيسيا؟

حل

حل التمرين 23.3.

(أ) يتتبّع المؤشّر انحراف الضغط في تاهيتي مطروحًا منه الضغط في داروين: فإذا كان دون المتوسط في تاهيتي وفوقه في داروين، كان سالبًا. (ب) إل نينيو. (ج) رياح تجارية شرقية أضعف، بل رياح غربية قرب السطح في الغرب، ومطر أقلّ من المعتاد فوق إندونيسيا، لأن الحمل العميق انتقل شرقًا.

تمرين 23.4 ★

(أ) بلغ مطر يونيو إلى سبتمبر 2018 على الهند $804.1\,\mathrm{mm}$، مقابل متوسط الفترة الطويلة البالغ $880.6\,\mathrm{mm}$. احسبه نسبةً مئوية من المتوسط وصنّف الموسم. (ب) على ساحل كيرالا تبلغ متوسطات يونيو ويوليو وأغسطس وسبتمبر 556 و659 و427 و$252\,\mathrm{mm}$. ما الكسر الذي يهطل في يوليو من مطر الموسم؟

حل

حل التمرين 23.4.

(أ) $804.1/880.6 = 91.3\,\%$ من المتوسط: ضمن المجال من 90 إلى $110\,\%$، فهو موسم عادي، وإن كان في قسمه الأدنى. (ب) مجموع الموسم $556 + 659 + 427 + 252 = 1894\,\mathrm{mm}$؛ ويجلب يوليو $659/1894 = 34.8\,\%$ منه، أي أكثر من الثلث.

تمرين 23.5 ★★

(أ) احسب زمن تخامد شذوذ في طبقتين مختلطتين عمقهما $50\,\mathrm{m}$ و$100\,\mathrm{m}$. (ب) احسب، لكلّ منهما، الارتباط المتأخّر للشذوذ بعد شهر واحد. (ج) تتوقّع النماذج المناخية طبقات مختلطة أضحل في مناخ أدفأ. ماذا يفعل ذلك بذاكرة المحيط؟

حل

حل التمرين 23.5.

(أ) $\tau = 1025 \times 3992 \times 50/16.1 = 1.271 \times 10^{7}\,\mathrm{s} = 147.1\,\mathrm{d}$ لعمق $50\,\mathrm{m}$، وضعف ذلك، $294.2\,\mathrm{d}$، لعمق $100\,\mathrm{m}$. (ب) $\mathrm{e}^{-30.44/147.1} = 0.813$ و$\mathrm{e}^{-30.44/294.2} = 0.902$. (ج) زمن التخامد متناسب مع $h$: فالطبقة المختلطة الأضحل تختزن حرارة أقلّ للتدفّق نفسه وتنسى الشذوذ أسرع، فتتراجع ذاكرة المحيط، وقابلية التنبّؤ التي تمنحها.

تمرين 23.6 ★★

يُرصد شذوذ في حرارة سطح البحر قدره $+1.2\,\mathrm{K}$ فوق طبقة مختلطة عمقها $50\,\mathrm{m}$. (أ) في غياب تأثير إضافي، ما الشذوذ الذي يبقى بعد ثلاثة أشهر، وبعد ستّة؟ (ب) يُسمّى مثل هذا التنبّؤ، الذي يكتفي بترك الشذوذ الحالي يتناقص، تنبّؤ الاستمرار. لماذا هو أفضل من افتراض انعدام الشذوذ، ولماذا يسوء مع الزمن؟

حل

حل التمرين 23.6.

(أ) ثلاثة أشهر تساوي 91.3 يوم: $1.2 \times \mathrm{e}^{-91.3/147.1} = 0.65\,\mathrm{K}$؛ وستّة أشهر تساوي 182.6 يوم: $1.2 \times \mathrm{e}^{-182.6/147.1} = 0.35\,\mathrm{K}$. (ب) يتناقص الشذوذ ببطء، فهو تخمين لشذوذ الشهر المقبل أفضل من الصفر. لكن التأثير العشوائي يضيف حالات شذوذ جديدة كلّ يوم، مجهولة وقت التنبّؤ؛ وكلّما تناقص الشذوذ الابتدائي، أخذت حصّة متزايدة، فينجرف التنبّؤ نحو المعدّل المناخي، حيث لا يعود مفيدًا.

تمرين 23.7 ★★

في يونيو ترسل أرض صحارى شمال غرب الهند وباكستان نحو $160\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ من الحرارة إلى الهواء. (أ) كم تبلغ هذه الطاقة لكلّ متر مربّع في اليوم؟ (ب) لو بقيت كلّها في الطبقة الواقعة بين الأرض عند $1000\,\mathrm{hPa}$ والمستوى $850\,\mathrm{hPa}$، فبأيّ سرعة تسخن تلك الطبقة؟ (ج) لا يسخن المنخفض الحراري في الواقع بهذا المعدّل أسبوعًا بعد أسبوع. اذكر طريقتين يمكن أن تغادر بهما الحرارة الطبقة.

حل

حل التمرين 23.7.

(أ) $160 \times 86\,400 = 1.38 \times 10^{7}\,\mathrm{J}$، أي $13.8\,\mathrm{MJ}$ لكلّ متر مربّع في اليوم. (ب) تحمل الطبقة $(1000 - 850) \times 100/9.81 = 1529\,\mathrm{kg}$ من الهواء لكلّ متر مربّع، بسعة حرارية قدرها $1529 \times 1004.5 = 1.536 \times 10^{6}\,\mathrm{J}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{K}^{-1}$؛ فتسخن بمقدار $1.38 \times 10^7/1.536 \times 10^6 = 9.0\,\mathrm{K}$ في اليوم. (ج) تشعّ الطبقة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء، نحو الفضاء ونحو الهواء الذي فوقها؛ والهواء الدافئ يصعد ويختلط بالطبقة التي فوقه، أو تحمله الرياح بعيدًا، ومنها تدفّق الهواء الأبرد الذي يسحبه المنخفض الحراري نفسه.

تمرين 23.8 ★★

كان المؤشّر الشهري لتذبذب شمال الأطلسي $-1.93$ في ديسمبر 2009، و$-1.11$ في يناير 2010 و$-1.98$ في فبراير 2010. (أ) احسب متوسط الشتاء. (ب) على مدى 1951–2026 تتراوح متوسطات الشتاء بين $-1.67$ و$+1.66$. حدّد موقع هذا الشتاء. (ج) ما طقس الشتاء الذي تتوقّعه في شمال أوروبا، وفي جنوب أوروبا وفي شرق الولايات المتحدة؟

حل

حل التمرين 23.8.

(أ) $(-1.93 - 1.11 - 1.98)/3 = -1.673$، أي نحو $-1.67$. (ب) إنه أدنى شتاء في السجلّ. (ج) تذبذب شمال الأطلسي سالب بقوّة: منخفض آيسلندا ومرتفع الأزور ضعيفان، وتيّار نفّاث أضعف ومسار عواصف أبعد جنوبًا من المعتاد؛ وشتاء بارد جافّ في شمال أوروبا، ورطب في جنوب أوروبا، واندفاعات أكثر للهواء البارد في شرق الولايات المتحدة.

تمرين 23.9 ★★

تنتمي منطقة إلى نطاق الرياح الموسمية العالمي حين يتجاوز متوسط مطر صيفها المحلّي مطر شتائها بأكثر من $2.5\,\mathrm{mm}$ في اليوم. (أ) تتلقّى محطّة مختلَقة في نصف الكرة الشمالي $9.3\,\mathrm{mm}$ في اليوم في المتوسط في يونيو–أغسطس و$0.4\,\mathrm{mm}$ في اليوم في ديسمبر–فبراير. هل هي ضمن النطاق؟ (ب) تتلقّى محطّة مختلَقة في نصف الكرة الجنوبي $4.2\,\mathrm{mm}$ في اليوم في يونيو–أغسطس و$6.1\,\mathrm{mm}$ في اليوم في ديسمبر–فبراير. فهل هي ضمنه؟ (ج) على ساحل كيرالا يبلغ متوسط مطر يونيو إلى سبتمبر (122 يومًا) 556 و659 و427 و$252\,\mathrm{mm}$ شهرًا بشهر. احسب معدّله اليومي المتوسط، ومعدّل الشتاء الذي تخرج كيرالا فوقه من النطاق، إذا عُدَّت فترة يونيو–سبتمبر صيفها. (د) لماذا يستعمل المعيار الفرق بين الفصلين لا مجموع مطر السنة؟

حل

حل التمرين 23.9.

(أ) $9.3 - 0.4 = 8.9\,\mathrm{mm}$ في اليوم، أكثر من 2.5: ضمن النطاق. (ب) في نصف الكرة الجنوبي يكون الصيف ديسمبر–فبراير: $6.1 - 4.2 = 1.9\,\mathrm{mm}$ في اليوم، أقلّ من 2.5: خارجه، مع أن المطر هناك أغزر منه في معظم أماكن النطاق. (ج) $1894/122 = 15.5\,\mathrm{mm}$ في اليوم؛ ولا تخرج كيرالا من النطاق إلا إذا تجاوز معدّل شتائها $15.5 - 2.5 = 13.0\,\mathrm{mm}$ في اليوم. (د) الرياح الموسمية انعكاس فصلي: فالمكان الرطب طوال السنة، مثل المحطّة الثانية، لا رياح موسمية فيه، والمكان الجافّ الذي له موسم مطر قصير وشديد فيه رياح موسمية.

تمرين 23.10 ★★★

يكتب نموذج بسيط لمذبذب إعادة الشحن شذوذ حرارة نينيو-3.4 $T$ وشذوذ $H$ للماء الدافئ المختزن على امتداد خطّ الاستواء بالشكل $\dot T = aH$، $\dot H = -bT$، مع $a, b > 0$. (أ) بيّن أن $T$ يتذبذب، بالدور $2\pi/\sqrt{ab}$. (ب) أيّ جداء $ab$ يعطي دورًا قدره أربع سنوات؟ (ج) مع التخامد، $\dot T = aH - rT$ و$\dot H = -bT - rH$، بيّن أن $(T\,\mathrm{e}^{rt}, H\,\mathrm{e}^{rt})$ يحقّق المعادلات غير المتخامدة. ومع $r = 0.25$ في السنة، بأيّ عامل تنخفض السعة في دور واحد؟ (د) ما الذي يجب أن يُبقي التذبذب الحقيقي مستمرًّا؟

حل

حل التمرين 23.10.

(أ) بالاشتقاق، $\ddot T = a\dot H = -abT$: معادلة مذبذب توافقي تردّده الزاوي $\omega = \sqrt{ab}$، ودوره $2\pi/\sqrt{ab}$. (ب) $2\pi/\sqrt{ab} = 4$ يعطي $ab = (2\pi/4)^2 = 2.47\,\mathrm{yr}^{-2}$. (ج) مع $T = u\,\mathrm{e}^{-rt}$ و$H = v\,\mathrm{e}^{-rt}$، $\dot T = (\dot u - ru)\,\mathrm{e}^{-rt} = (av - ru)\,\mathrm{e}^{-rt}$، فيكون $\dot u = av$، وبالمثل $\dot v = -bu$: فالزوج $(u, v)$ يتذبذب دون تخامد، و$(T, H)$ هو ذلك التذبذب مضروبًا في $\mathrm{e}^{-rt}$. وفي دور واحد تنخفض السعة بالعامل $\mathrm{e}^{-0.25 \times 4} = \mathrm{e}^{-1} = 0.37$. (د) تأثير خارجي: التذبذبات العشوائية للرياح التجارية، التي تدفع النظام مرّة بعد مرّة، والتغذية الراجعة لبيركنس، التي تجعل التخامد أضعف أو حتى سالبًا.

تمرين 23.11 ★★★

تمتدّ منطقة نينيو-3.4 على $10{}^{\circ}$ في العرض و$50{}^{\circ}$ في الطول على امتداد خطّ الاستواء (خذ نصف قطر الأرض $6371\,\mathrm{km}$). (أ) احسب مساحتها. (ب) ما كمّية الحرارة اللازمة لتسخين طبقة عمقها $100\,\mathrm{m}$ فوق تلك المساحة بمقدار $2\,\mathrm{K}$؟ (ج) ما التدفّق الحراري السطحي الإضافي الذي يوفّرها إذا دام ستّة أشهر؟ (د) في أثناء إل نينيو تضعف الرياح التجارية وتتعمّق طبقة التدرج الحراري في الشرق. فمن أين يمكن أن تأتي الحرارة أيضًا؟

حل

حل التمرين 23.11.

(أ) $A = R^2 \,\Delta\lambda\,(\sin5{}^{\circ} - \sin(-5{}^{\circ})) = (6.371 \times 10^6)^2 \times 0.8727 \times 0.1743 = 6.17 \times 10^{12}\,\mathrm{m}^{2}$. (ب) $Q = 1025 \times 3992 \times 100 \times 2 \times 6.17 \times 10^{12} = 5.05 \times 10^{21}\,\mathrm{J}$. (ج) ستّة أشهر تساوي $182.6 \times 86\,400 = 1.578 \times 10^{7}\,\mathrm{s}$؛ ولكلّ متر مربّع، $8.18 \times 10^8/1.578 \times 10^7 = 51.9\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$، تدوم نصف سنة. (د) من المحيط نفسه: فالرياح التجارية الأضعف تصعد بماء بارد أقلّ في الشرق، والماء الدافئ في الغرب، المختزن فوق طبقة التدرج الحراري الأعمق، ينتشر شرقًا؛ وكثير من الاحترار قد يأتي من حرارة موجودة في المحيط أصلًا، نُقلت لا اكتُسبت.

تمرين 23.12 ★★★

عامِل التغذية الراجعة لبيركنس حلقةً تعيد، في صورة احترار إضافي، كسرًا $g$ من كلّ احترار يمرّ بها. (أ) تدفّق مفاجئ من الريح الغربية يدفّئ الشرق بمقدار $0.3\,\mathrm{K}$. بيّن أن الاحترار الكلّي هو $0.3/(1 - g)$، واحسبه مع $g = 0.5$ و0.8 و0.9. (ب) ماذا يحدث إذا كان $g \geq 1$، وما الذي يجب عندئذ أن يحدّ الحدث؟ (ج) لماذا ينبغي أن يكون $g$ أكبر ما يكون في الفصل الذي يكون فيه المحيط الهادئ الاستوائي في أدفأ حالاته؟

حل

حل التمرين 23.12.

(أ) تعيد الحلقة $0.3g$، ثم $0.3g^2$، وهكذا: فالمجموع $0.3(1 + g + g^2 + \dots) = 0.3/(1 - g)$، وهي متسلسلة هندسية متقاربة إذا كان $g < 1$: $0.6\,\mathrm{K}$ و$1.5\,\mathrm{K}$ و$3.0\,\mathrm{K}$ للقيم $g = 0.5$ و0.8 و0.9. (ب) تتباعد المتسلسلة: فينمو الشذوذ بلا حدّ؛ ويجب أن توقف النموَّ عملياتٌ تُغفلها الحلقة، هي التخامد بالتدفّق الحراري السطحي وتفريغ مخزون الماء الدافئ الذي يصفه مذبذب إعادة الشحن. (ج) كلّما كان سطح البحر أدفأ، أطلق احترار صغير بسهولة أكبر الحمل العميق والمطر، اللذين يحرّك تسخينهما الرياح؛ وذلك هو الفصل الذي تكون فيه آثار ENSO أشدّ.

مسألة 23.1

مسألة نهاية الأسبوع — عدّ نوبات إل نينيو

من حرارة البحر الشهرية إلى سجلّ إل نينيو منذ 1950، وإلى المحيط الذي يجعله ممكنًا. استعمل معطيات التمارين.

الجزء الأول — من الأشهر إلى الفصول. كانت حالات الشذوذ الشهرية لنينيو-3.4 من أبريل 1997 إلى يناير 1998 هي 0.26، 0.75، 1.13، 1.52، 1.80، 2.06، 2.26، 2.42، 2.36 و$2.33\,{}^{\circ}\mathrm{C}$.

1. احسب المؤشّر ONI لفصل AMJ 1997.
2. احسب المؤشّر ONI للفصول MJJ وJJA وJAS.
3. احسب المؤشّر ONI للفصول ASO وSON وOND وNDJ.
4. يعطي جدول مركز التنبّؤ المناخي 0.7، 1.1، 1.5، 1.8، 2.0، 2.2، 2.3 و2.4 لهذه الفصول الثمانية. قارن.
5. لماذا يأخذ المؤشّر متوسط ثلاثة أشهر بدل استعمال أشهر منفردة؟
6. في أيّ فصل صار حدث 1997 قويًّا ($\geq 1.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$)، وعند أيّ قيمة بلغ ذروته؟

الجزء الثاني — قاعدة الفصول الخمسة. يُقرأ المؤشّر ONI لمركز التنبّؤ المناخي للسنوات 2018 إلى 2020، فصلًا بفصل من DJF إلى NDJ: 2018: $-0.7$، $-0.7$، $-0.5$، $-0.3$، $-0.1$، 0.1، 0.2، 0.3، 0.5، 0.8، 1.0، 1.1؛ 2019: 1.0، 0.9، 0.9، 0.8، 0.7، 0.6، 0.4، 0.2، 0.3، 0.5، 0.7، 0.8؛ 2020: 0.7، 0.7، 0.6، 0.3، 0.0، $-0.2$، $-0.3$، $-0.4$، $-0.8$، $-1.0$، $-1.1$، $-1.1$؛ ثم DJF 2021 $-1.0$ وJFM 2021 $-0.9$. ويُقرأ المؤشّر ONI النسبي، ابتداءً من SON 2018: 0.62، 0.82، 0.78؛ 2019: 0.68، 0.64، 0.57، 0.53، 0.37، 0.24، 0.04، $-0.12$، $-0.01$، 0.15، 0.29، 0.22؛ 2020: 0.14، 0.10، 0.02، $-0.25$، $-0.55$، $-0.72$، $-0.76$، $-0.85$، $-1.16$، $-1.37$، $-1.46$، $-1.39$.

7. أوجد نوبات إل نينيو في 2018–2020 وفق المؤشّر ONI: الفصل الأول والأخير لكلّ منها.
8. كم فصلًا تدوم كلّ منها؟
9. في أيّ فصل تبدأ نوبة لا نينيا التالية وفق المؤشّر ONI، ولماذا تحتاج إلى قيم 2021 لتتأكّد من ذلك؟
10. أوجد نوبات إل نينيو وفق المؤشّر ONI النسبي، والفصل الأول من نوبة لا نينيا.
11. هل حدث أواخر 2019 نوبة إل نينيو وفق المؤشّر ONI النسبي؟ فسّر الفرق بين المؤشّرين في 2019.

الجزء الثالث — نوبات إل نينيو القويّة. بدأت نوبات إل نينيو منذ 1950 التي بلغت ذروة مؤشّرها ONI $1.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ على الأقلّ في الفصول MAM 1957، وAMJ 1965، وAMJ 1972، وAMJ 1982، وJAS 1986، وAMJ 1991، وAMJ 1997، وJJA 2009، وSON 2014، وAMJ 2023 وMAM 2026، بذرى قدرها 1.7، 1.8، 1.8، 2.1، 1.5، 1.5، 2.4، 1.5، 2.6، 2.0، و$2.2\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند JAS 2026 وهي في ازدياد. احسب بالسنوات، ابتداءً من السنة التي بدأت فيها كلّ منها.

12. كم عدد النوبات القويّة؟
13. اذكر الفواصل بين بدايات النوبات القويّة المتتالية.
14. أيّ الفواصل أقصر، وأيّها أطول؟
15. احسب متوسط الفاصل بطريقتين: متوسطًا للفواصل، والزمن من البداية الأولى إلى الأخيرة مقسومًا على عدد الفواصل. لماذا تتّفقان؟
16. كان حدث 2026 لا يزال ينمو حين توقّفت المعطيات. لماذا يُعدّ مع ذلك نوبة قويّة، ولماذا لا يمكن لأيّ معطيات لاحقة أن تغيّر بدايتها؟
17. تقول صفحة الأسئلة الشائعة لمركز التنبّؤ المناخي إن إل نينيو ولا نينيا يحدثان كلّ 3 إلى 5 سنوات. هل يتّفق متوسط الفاصل بين النوبات القويّة مع ذلك؟

الجزء الرابع — لماذا يحتاج ENSO إلى المحيط. خذ طبقة مختلطة عمقها $50\,\mathrm{m}$ وعمودًا هوائيًّا ضغطه $1000\,\mathrm{hPa}$.

18. احسب زمن تخامد شذوذ الطبقة المختلطة.
19. احسب السعة الحرارية لكلّ متر مربّع للطبقة المختلطة وللعمود الهوائي كلّه فوقها.
20. أيّ عمق من ماء البحر له السعة الحرارية للغلاف الجوي كلّه فوقه؟
21. احسب زمن تخامد شذوذ يحمله العمود الهوائي وحده، مع المعامل $\alpha$ نفسه.
22. لماذا يستطيع المحيط أن يحمل شذوذ ENSO من فصل إلى الذي يليه، ولا يستطيع الغلاف الجوي ذلك؟
23. خلاصة القول: كم سنة، في المتوسط، تفصل بين بدايات نوبات إل نينيو القويّة المتتالية منذ 1950؟

حل

حل المسألة 23.1.

1. $(0.26 + 0.75 + 1.13)/3 = 0.713\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. 2. MJJ $(0.75 + 1.13 + 1.52)/3 = 1.133$؛ JJA $(1.13 + 1.52 + 1.80)/3 = 1.483$؛ JAS $(1.52 + 1.80 + 2.06)/3 = 1.793$. 3. ASO $(1.80 + 2.06 + 2.26)/3 = 2.040$؛ SON $(2.06 + 2.26 + 2.42)/3 = 2.247$؛ OND $(2.26 + 2.42 + 2.36)/3 = 2.347$؛ NDJ $(2.42 + 2.36 + 2.33)/3 = 2.370$. 4. مقرّبةً إلى منزلة عشرية واحدة، 0.7، 1.1، 1.5، 1.8، 2.0، 2.2، 2.3 و2.4: قيم الجدول. 5. الشهر المنفرد يحمل ضجيج الطقس؛ أمّا ENSO فيدوم أشهرًا كثيرة، ومتوسط ثلاثة أشهر يزيل كثيرًا من الضجيج مع إبقاء الإشارة البطيئة. 6. في JJA 1997، عند 1.483، المقرَّبة إلى 1.5؛ وبلغ ذروته 2.4 في NDJ. 7. من ASO 2018 إلى MJJ 2019، ومن SON 2019 إلى FMA 2020. 8. عشرة فصول، وستّة. 9. في ASO 2020؛ ففي 2020 وحدها لا يكون عند $-0.5$ أو دونها إلا أربعة فصول، من ASO إلى NDJ، أي أقلّ بفصل من القاعدة، ويكملها DJF 2021. 10. نوبة إل نينيو واحدة، من SON 2018 إلى MAM 2019، سبعة فصول (ينخفض AMJ 2019 إلى 0.37)؛ وتبدأ لا نينيا في AMJ 2020 ($-0.55$)، قبل أربعة فصول من الموضع الذي يضعها فيه المؤشّر ONI، أي ASO. 11. لا: فالمؤشّر النسبي لا يتجاوز 0.29 أبدًا في أواخر 2019. فقد كان المحيط المداري كلّه حينئذ أدفأ من فترة أساسه بنحو نصف درجة؛ وكانت منطقة نينيو-3.4 دافئة بالقيم المطلقة، لكنها بالكاد أدفأ من المنطقة المدارية حولها. 12. إحدى عشرة. 13. 8، 7، 10، 4، 5، 6، 12، 5، 9 و3 سنوات. 14. أقصرها 3 سنوات (من 2023 إلى 2026)، وأطولها 12 (من 1997 إلى 2009). 15. $69/10 = 6.9$ سنة بالطريقتين: فمجموع الفواصل المتتالية هو الزمن من البداية الأولى إلى الأخيرة، $2026 - 1957 = 69$ سنة. 16. لقد دام بالفعل خمسة فصول، من MAM إلى JAS، عند $0.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ أو فوقها، وبلغ ذروة 2.2، فوق 1.5؛ وبدايته، MAM 2026، هي الفصل الأول من التتابع، والفصول اللاحقة لا يمكنها إلا أن تمدّ التتابع، لا أن تنقل بدايته. 17. لا، ولا حاجة إلى ذلك: فالنوبات البالغ عددها 25 بكلّ شدّاتها تأتي كلّ ثلاث سنوات تقريبًا، كما تقول صفحة الأسئلة الشائعة؛ والقويّة منها مجموعة جزئية، فهي أندر، وتتراوح فواصلها بين 3 و12 سنة. 18. $\tau = 1025 \times 3992 \times 50/16.1 = 1.27 \times 10^{7}\,\mathrm{s} = 147\,\mathrm{d}$. 19. الطبقة المختلطة: $1025 \times 3992 \times 50 = 2.05 \times 10^{8}\,\mathrm{J}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{K}^{-1}$؛ والعمود الهوائي: $(10^5/9.81) \times 1004.5 = 10\,194 \times 1004.5 = 1.02 \times 10^{7}\,\mathrm{J}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{K}^{-1}$، أي أقلّ بعامل 20. 20. $1.024 \times 10^7/(1025 \times 3992) = 2.5\,\mathrm{m}$ من ماء البحر. 21. $1.024 \times 10^7/16.1 = 6.36 \times 10^{5}\,\mathrm{s} = 7.4$ يوم. 22. شذوذ الهواء وحده يتخامد في نحو أسبوع، وشذوذ الطبقة المختلطة في نحو خمسة أشهر، والطبقة الدافئة فوق طبقة التدرج الحراري أعمق من ذلك: فالمحيط وحده يحتفظ بالحرارة مدّة تكفي لحمل الشذوذ من فصل إلى الذي يليه، بينما يقدّم الغلاف الجوي الرياح التي تقرن بينهما. 23. منذ 1950، بدأت نوبات إل نينيو القويّة في المتوسط كلّ 6.9 سنة، أي نحو سبع سنوات.