مناخ

أبسط تصنيف هو الذي يتضمن حسابات الكتل الهوائية. يُعتبر تصنيف بيرغيرسون الأكثر قبولاً لتصنيف كتلة الهواء.[17] يتضمن تصنيف كتلة الهواء ثلاثة أحرف، الأول يصف خصائص الرطوبة، حيث يُستخدم حرف c للدلالة على الكتل الهوائية القارية (الجافة)، وحرف m للدلالة على الكتل الهوائية البحرية (الرطبة). يصف الحرف الثاني الخصائص الحرارية لمنطقة مصدر الكتلة الهوائية: حيث يرمز حرف T للمناطق الاستوائية وحرف P للمناطق القطبية وحرف A للمناطق القطبية الشمالية أو القطب الجنوبي، أما حرف M فيرمز للرياح الموسمية وحرف E للمناخ الاستوائي وD للهواء الفائق (الهواء الجاف الذي تشكّله هبوطية كبيرة في الغلاف الجوي). أما الحرف الثالث فيستخدم لتعيين استقرار الغلاف الجوي، فإذا كانت الكتلة الهوائية أبرد من الأرض فإنها تُسمّى k، وإذا كانت أكثر دفئاً من الأرض التي تحتها فإنها تسمّى w. [18] في حين استخدمت كتلة الهواء في الأصل في التوقّعات الجوّية خلال عقد الخمسينيات، بدأ علماء المناخ إنشاء مناخات متزامنة بناءً على هذه الفكرة عام 1973.[19]

وفقاً لمخطط تصنيف بيرغيرون، وهو نظام التصنيف التجميعي المكاني (SSC)، فإنه يوجد ست فئات ضمن هذا المخطط: جاف قطبي (شبيه بالقطب القارّي)، وجاف معتدل (شبيه بالبحري الفائق)، والاستوائي الجاف (شبيه بالاستوائي القاري)، والقطبي الرطب (شبيه بالقطب البحري)، ورطب معتدل (هجين بين القطبي البحري والاستوائي البحري)، والاستوائي الرطب (شبيه بالاستوائي البحري والرياح الموسمية البحرية والاستوائي البحري).[20]

المتوسط الشهري لدرجات الحرارة السطحية بين عامي 1961-1990. هذا مثال على مدى اختلاف المناخ باختلاف الموقع والموسم

صور شهرية للعالم من وكالة ناسا

البقع المشمسة والغائمة في العالم. خريطة مرصد الأرض التابعة لوكالة ناسا باستخدام البيانات التي تم جمعها بين يوليو 2002 وأبريل 2015.[21]

المناخ الرطب القاري في العالم

خريطة التُندرا القطبية الشمالية

يعتمد تصنيف كوبن على متوسط القيم الشهرية لدرجة الحرارة وهطول الأمطار. الشكل الأكثر شيوعاً من تصنيف كوبن يتكون من خمس درجات من الحرف A إلى E. والدرجات الرئيسية هي A: استوائي، B: جاف، C: معتدل في دوائر العرض المتوسطة، D: بارد في دوائر العرض المتوسطة، E: قطبي. كما يُمكن تصنيف هذه التصنيفات الرئيسية إلى تصنيفات ثانوية، مثل الغابات المطيرة والرياح الموسمية والسافانا المدارية والمناخ الرطب شبه المداري والمناخ الرطب القاري والمناخ المحيطي والمناخ المتوسطي والصحراء والسهوب والمناخ شبه القطبي والتندرا والغطاء الجليدي القطبي.

• الغابات المطيرة تتميزة بكميات هطول مطرية كبيرة جداً، ومعدل الهطول المطري فيها ما بين 1,750 ملم وبين 2,000 ملم. ومتوسط درجات الحرارة تتجاوز 18°مئوية خلال جميع أشهر السنة.[22]
• الرياح الموسمية وهي الرياح التي تنتشر في موسم ما وتستمر لعدة أشهر، مما يؤدي لتساقط الأمطار في المنطقة.[23] وتحدث الرياح الموسمية في أمريكا الشمالية وأمريكا الجنوبية وأفريقيا جنوب الصحراء الكبرى وأستراليا وشرق آسيا.[24]
• السافانا المدارية وهي أرض عشبية تعتبر موطن بيئي ومناخها يتراوح ما بين شبه القاحل وشبه الرطب، وتقع هذه المنطقة ما بين المناطق شبه الاستوائية والاستوائية على خطوط العرض الجغرافية. ومعدل درجات الحرارة تكون أعلى من 18° مئوية طوال العام، ومعدل تساقط الأمطار السنوي يكون بين 750 ملم وبين 1,270 ملم. وهي منتشرة في إفريقيا، وتوجد في الهند والأجزاء الشمالية من أمريكا الجنوبية وماليزيا وأستراليا.[25]

الغطاء السحابي لمدة شهر في عام 2014، الصورة مأخوذة من مرصد الأرض التابع لوكالة ناسا.[26][27]

• شبه الاستوائية الرطبة وهي منطقة مناخية تهطل فيها الأمطار في فصل الشتاء وأحياناً الثلوج، وتترافق هذه الأمطار مع عواصف ضخمة تتحكم بها الرياح الغربية القادمة من الغرب إلى الشرق. أما الأمطار الصيّفية تحدث خلال العواصف الرعدية أو الأعاصير الإستوائية.[28] تقع المناخات شبه الاستوائية الرطبة على الجانب الشرقي من القارات، بين خطي العرض 20 درجة و40 درجة تقريبًا بعيدًا عن خط الاستواء.[29]
• المناخ القاري الرطب يتميز بأنماط طقس متغيرة وتباين كبير بدرجات الحرارة الموسمية. ويدخل تحت هذا التصنيف الأماكن التي يزيد متوسط درجة الحرارة اليومية فيها عن 10°مئوية، وأبرد درجة حرارة شهرية تصل إلى −3°مئوية، وهذه المنطقة لا تستوفي معايير المناطق الجافة وشبه الجافة، لذلك تُصنف على أنها قارية.[30]
• المناخ المحيطي عادةً ما يتم العثور على المناخ المحيطي على طول السواحل الغربية في خطوط العرض الوسطى لجميع قارات العالم، وكذلك في جنوب شرق أستراليا، وفي هذا المناخ يحدث هطول وفير على مدار السنة.[31]
• مناخ البحر الأبيض المتوسط وهو المناخ الذي يُشبه المناخ السائد على أراضي حوض البحر الأبيض المتوسط، ومن هذه المناطق أجزاء من غرب أمريكا الشمالية، وأجزاء من أستراليا الغربية وأستراليا الجنوبية، وفي المنطقة الجنوبية الغربية لجنوب أفريقيا، وأجزاء من وسط تشيلي. وهذا المناخ يتميز بصيفٍ حار وجاف وشتاءٍ بارد ورطب.[32]
• السهوب وهي أراضي عشبية جافة، تتباين فيها درجات الحرارة بشكل كبير جداً، حيثُ تصل بالصيف إلى 40°مئوية وخلال فصل الشتاء تصل إلى أقل من −40°مئوية.[33]
• المناخ شبه القطبي وهو مناخ شحيح الأمطار،[34] أعلى معدل لدرجات الحرارة في هذا المناخ 10°مئوية ويستمر هذا المعدل لمدة ثلاثة شهور، تنتشر فيها التربة الصقيعية على مساحة واسعة بسبب انخفاض درجات الحرارة طوال العام. درجة حرارة الشتاء في المناخ شبه القطبي تصل في المناطق الشمالية إلى أقل من 0°مئوية.[35]
• التُندرا وهو المناخ السائد في أقصى شمال نصف الأرض الشمالي، شمال حزام التايغا، ومناخ التُندرا ينتشر بشكل واسع في شمال روسيا وكندا.[36]
• الغطاء الجليدي القطبي أو القبعة الجليدية القطبية وهي خطوط العرض البعيدة عن خط الاستواء في أي كوكب أو قمر وتكون مغطية بالجليد بالكامل، وتتكون هذه الأغطية الجليدية نتيجة تلقيها أشعة شمس أقل من المناطق الاستوائية، مما يؤدي لانخفاض درجة حرارة السطح.[37]

الصحراء وهي المناطق الطبيعية التي تتلقى أقل معدل لهطول الأمطار، كما أنها مناطق لديها أكبر تباين في درجات الحرارة خلال اليوم الواحد وكذلك بين فصول السنة بارتفاع وانخفاض مستمر. أعلى درجات الحرارة في هذا المناخ تكون في نهار فصول الصيف وتصل إلى أعلى من 45°مئوية، وأقل درجات الحرارة تكون في ليالي فصل الشتاء وتصل إلى أقل من 0°مئوية، وذلك بسبب الرطوبة المنخفضة للغاية. تتشكل معظم الصحاري بسبب الظل المطري، حيث تمنع الجبال مسار الرطوبة والأمطار إلى الصحراء.[38]

الهطول حسب الشهر

هذه الطريقة في تصنيف المناخ ابتكرها عالم المناخ والجغرافيا الأمريكي ثورنثويت، وطريقة هذا التصنيف تعتمد على كمية المياه في التربة باستخدام التبخر.[39] ويقيس كمية هطول الأمطار الإجمالية المستغلة لري النباتات في منطقة ما.[40] ويستخدم عدة مؤشرات مثل مؤشر الرطوبة ومؤشر الجفاف لتحديد نظام الرطوبة في المنطقة بناءً على متوسط درجة الحرارة، ومتوسط هطول الأمطار، ومتوسط نوع الغطاء النباتي.[41] وإذا انخفضت قيمة المؤشر في أي منطقة معينة، كلما كانت المنطقة أكثر جفافاً.

والفئات المستخدمة في تصنيف الرطوبة تكون كالتالي: عالي الرطوبة، رطب، شبه رطب، قاحل أولي، شبه قاحل وتكون قيمه بين (-20 إلى -40)، قاحل وتكون قيمه بين (-40 وأقل).[42] تشهد المناطق الرطبة هطولًا أكثر من التبخر كل عام، بينما تشهد المناطق القاحلة تبخراً أكبر من هطول الأمطار سنوياً. وحسب هذا التصنيف يُعتبر 33% من مساحة اليابسة على كوكب الأرض إما قاحلة أو شبه قاحلة، وتشمل هذه الفئة مناطق جنوب غرب أمريكا الشمالية، وجنوب غرب أميركا الجنوبية، ومعظم مناطق شمال قارة أفريقيا وأجزاء صغيرة أخرى منها، والجنوب الغربي من قارة آسيا وأجزاء من شرقها، وجزاء كبيرة من قارة استراليا.[43] وتشير الدراسات إلى أن فعالية هطول الأمطار (PE) ضمن مؤشر رطوبة المناخ في تصنيف ثورنثويت يُبالغ في تقديره في فصول الصيف والتقليل من تأثيره في فصول الشتاء.[44] يُمكن استخدام هذا المؤشر لتحديد عدد أنواع العواشب والثديات التي في منطقة معينة.[45] كما يُستخدم هذا المؤشر لدراسة التغيرات المناخية.[44]

أما التصنيفات الحرارية ضمن نظام ثورنثويت تحتوي التصنيفات التالية: منخفض الحرارة، متوسط الحرارة، مرتفع الحرارة. المناخ المُصنف بأنه منخفض الحرارة يشمل مناطق فيها موسم الصيف قصير جداً، وفيها متوسط درجات الحرارة بين 0°مئوية و14°مئوية، وفيها نسبة التبخر المحتملة بين 14 سم و43 سم.[46] أما المناخ المُصنف بأنه متوسط الحرارة فلا يدوم فيه ارتفاع الحرارة أو انخفاضها، وفيها نسبة التبخر المحتملة بين 57 سم (22 إنش) و114 سم (45 إنش).[47] أما المناخ المُصنف بأنه مرتفع الحرارة يكون دائماً حار ووفرة الأمطار عالية، ونسبة التبخر السنوي المحتمل أعلى من 114 سم (45 إنش).[48]

في علم المناخ القديم يُدرس المناخات التي سادت على الأرض في العصور السابقة من تاريخ. ويستخدم في معرفة المناخ القديم للأرض عدة أدلة كالصفائح الجليدية، وحلقات الأشجار، والرواسب، والشعاب المرجانية، والصخور. كما ويحدد هذا العلم فترات الاستقرار أو التغير التي مرت على الأرض، ويحاول معرفة ما إذا كانت هذه التغيرات تتبع دورات في أوقات محددة من عمر الأرض.[49]

حديثاً تستخدم عدة أجهزة لقياس عناصر المناخ منها ميزان الحرارة، والبارومتر، والمرياح. واستخدمت هذه الأجهزة في القرون القليلة الماضية فقط. وتغيرت هذه الأجهزة على مر السنين خلال الزمن الحديث، وكانت نسبة الخطأ فيها معروفة، وكذلك البيئة المباشرة وتعرضها لمتغيرات المناخ على مر السنين. وهذه البيانات يجب أن تأخذ بعين الاعتبار عند دراسة المناخ في القرون الماضية.[50]

تُستخدم النماذج المناخية لمحاكاة تفاعلات الغلاف الجوي للأرض والمحيطات وسطح الأرض والجليد بطرق كميّة.[59] ثم يتم استخدامها في العديد من الدراسات المختلفة، مثل دراسة ديناميكية نظام الطقس والمناخ إلى دراسة توقعات المناخ المستقبلي. وجميع النماذج المناخية متوازنة، أو قد تكون تقريباً متوازنة. ويكون هذا التوازن بين الطاقة الكهرومغناطيسية الواردة إلى الأرض كالموجات القصيرة (بما فبها المرئية)، وبين الطاقة الكهرومغناطيسية الصادرة كالموجات الطويلة (بما فيها الأشعة تحت الحمراء). وأي خلل في هذا التوازن ينتج عنه تغير بدرجات الحرارة على كوكب الأرض.

في السنوات الأخيرة كثُر ذِكر عواقب زيادة غازات الدفيئة في هذه النماذج، وخاصة غاز ثاني أكسيد الكربون. وتتنبأ هذه النماذج باحتمالية تصاعد متوسط درجة حرارة الأرض، مع توقع زيادة أسرع في درجات حرارة خطوط العرض على شمال خط الاستواء.

يمكن أن تتراوح هذه النماذج بين البسيطة نسبياً إلى المعقدة:

• نموذج نقل الحرارة المشع البسيط الذي يعامل الأرض كنقطة واحدة ومتوسط الطاقة الصادرة.
• النموذج السابق يُمكن التوسع به أفقياً أو عامودياً من خلال نماذج الحمل الإشعاعي.
• أخيراً نموذج الدوران العام والذي يربط بين المحيطات والغلاف الجوي والجليد البحري، يُمكنه حل وتوضيح جميع معادلات الكتلة ونقل الطاقة وتبادل الاشعاعات.[60]

أنواع الأجهزة المستخدمة لقياس عناصر المناخ هي:

• مقياس الحرارة
• مقياس الضغط الجوي
• مقياس الريح
• جهاز قياس الرطوبة