تأثير الثورات البركانية على المناخ يزداد صيفاً

باحثون من «كاوست» يسهمون في وضع نموذج مناخي مطور حول توقيتها

تأثير الفراشة: يوضح نموذج «كاوست» كيف يمكن للانفجارات البركانية أن تؤدي إلى اضطراب المناخ العالمي من خلال التأثير على «التذبذب الجنوبي لظاهرة (إل نينيو)»
تأثير الفراشة: يوضح نموذج «كاوست» كيف يمكن للانفجارات البركانية أن تؤدي إلى اضطراب المناخ العالمي من خلال التأثير على «التذبذب الجنوبي لظاهرة (إل نينيو)»
TT

تأثير الثورات البركانية على المناخ يزداد صيفاً

تأثير الفراشة: يوضح نموذج «كاوست» كيف يمكن للانفجارات البركانية أن تؤدي إلى اضطراب المناخ العالمي من خلال التأثير على «التذبذب الجنوبي لظاهرة (إل نينيو)»
تأثير الفراشة: يوضح نموذج «كاوست» كيف يمكن للانفجارات البركانية أن تؤدي إلى اضطراب المناخ العالمي من خلال التأثير على «التذبذب الجنوبي لظاهرة (إل نينيو)»

تعرّف «اتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ (UNFCCC)» في مادتها الأولى تغير المناخ بأنه «التغير في المناخ الذي يُعزى بصورة مباشرة أو غير مباشرة إلى النشاط البشري الذي يغير من تركيب الغلاف الجوي العالمي، والذي يشكل إضافة إلى تقلبية المناخ الطبيعية الملاحظة خلال فترات زمنية متماثلة». وعلى ذلك؛ فإن «الاتفاقية الإطارية» تميز بين تغير المناخ الذي يُعزى إلى الأنشطة البشرية التي تغير من تركيب الغلاف الجوي، وتقلبية المناخ التي تُعزى إلى أسباب طبيعية.

البراكين والمناخ
ومن أسباب تغير المناخ التي تُعزى إلى الأنشطة البشرية حرق الوقود الأحفوري، وحرق الغابات، وقطع الأشجار. أما الأسباب الطبيعية لتغير المناخ؛ فتشمل الإشعاع الشمسي، وثورات البراكين، وأيضاً «التذبذب الجنوبي لظاهرة إل نينيو (ENSO)». ورغم أن الثورات البركانية قد تكون أقل تواتراً، فإنها قد تكون أكبر وأبعد تأثيراً على المناخ، والأمن الغذائي، والنقل؛ بحسب بعض الدراسات. كما أشارت دراسات أخرى إلى أن حوادث ثوران البراكين إذا حدثت على نطاق واسع فستكون لها تأثيرات أكبر مع استمرار احترار المناخ.
أخيراً أظهرت النماذج التفصيلية لتأثير الثورات البركانية على «التذبذب الجنوبي لظاهرة إل نينيو» أن استجابة المناخ لتلك الأحداث تتوقف على توقيت الثورة البركانية والظروف التي تسبقها.
في هذا الإطار؛ تُسهم دراسة بحثية حديثة قادها الباحثان إيفجينيا بريديبايلو والبروفسور جورجي ستنشيكوف، أستاذ علوم وهندسة الأرض في «جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)»، في حسم جدل طال أمده بشأن دور الثورات البركانية في اضطرابات المناخ العالمي.
توضح بريديبايلو قائلة: «إن (التذبذب الجنوبي لظاهرة إل نينيو) سمة من سمات المناخ الاستوائي في المحيط الهادي، حيث تتأرجح أنماط درجات الحرارة، وهطول الأمطار، والرياح، بين مراحل (إل نينيو) الأكثر دفئاً ومراحل (لا نينيا) الأكثر برودة، وتحدث كل فترة تتراوح بين عامين و7 أعوام»، موضحة أنه نظراً للمساحة الشاسعة التي تشغلها المنطقة الاستوائية من المحيط الهادي، يتحكم «التذبذب الجنوبي لظاهرة (إل نينيو)» في المناخ في أجزاء أخرى كثيرة من العالم، «وهو مسؤول عن أحداث الجفاف والفيضانات والأعاصير وموجات الحر الشديد، وغيرها من الظواهر الجوية القاسية... وإذا ما أردنا تقييم تلك المخاطر، فمن الضروري أن نضع تصورات وتنبؤات مناسبة للسلوك الذي يمكن أن يسلكه في المستقبل»؛ حسب قولها.
تشير النماذج المناخية إلى أن «التذبذب الجنوبي لظاهرة (إل نينيو)» شديدة الحساسية للاضطرابات الخارجية، مثل زيادة معدلات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، أو الثورات البركانية. ومن المعلوم أن الثورات البركانية الكبرى، مثل ثوران بركان جبل بيناتوبو في الفلبين عام 1991، أحدثت حالة من البرودة واسعة النطاق؛ نتيجة لانعكاس أشعة الشمس، غير أنه كان يصعب إثبات تلك التأثيرات باستخدام النماذج.

نموذج مناخي
يقول سيرغي أوسيبوف، أحد أفراد الفريق البحثي: «تعذر في السابق الوصول إلى إجماع من خلال النمذجة بشأن كيفية استجابة المحيط الهادي مناخياً لمثل تلك الثورات البركانية الضخمة، وذلك في ظل تنبؤ النماذج المناخية باستجابات متنوعة؛ بل ومتناقضة في كثير من الأحيان».
ونظراً إلى أن مناخ المنطقة الاستوائية من المحيط الهادي هو ذاته شديد التباين، فلا بد من إجراء عملية النمذجة بعناية؛ للتمييز بين استجابة المحيط المدفوعة بالثورات البركانية، وتلك الناتجة عن التغيرات العشوائية. وهذا يتطلب عدداً كبيراً من عمليات المحاكاة المناخية، باستخدام نموذج قادر على محاكاة كل من التأثير الإشعاعي للثورات البركانية ودورة واقعية من دورات «التذبذب الجنوبي لظاهرة (إل نينيو)». ولتحقيق هذا الهدف، تعاون الفريق مع الدكتور آندرو ويتنبرغ من جامعة «برينستون» بالولايات المتحدة لتشغيل النموذج المناخي المعروف باسم «CM 2.1» باستخدام الكومبيوتر العملاق لدى «كاوست».
تقول بريديبايلو: «بعد إجراء أكثر من 6000 آلاف عملية محاكاة مناخية تغطي نحو 20 ألف سنة نموذجية، وتحليل البيانات، وجدنا أن استجابة (التذبذب الجنوبي لظاهرة إل نينيو) للثورات البركانية الستراتوسفيرية تعتمد اعتماداً شديداً على التوقيت الموسمي للثورة البركانية، وحالة الغلاف الجوي والمحيط في منطقة المحيط الهادي في ذلك الوقت».
وقد أظهرت الدراسة، على وجه الخصوص، أنه حتى الثورات البركانية الضخمة للغاية يكون لها تأثير ضئيل على «التذبذب الجنوبي لظاهرة (إل نينيو)» في الشتاء أو الربيع، في حين أن الثورات البركانية الصيفية تؤدي في جميع الأحوال تقريباً إلى استجابة مناخية قوية. وتضيف بريديبايلو: «من الممكن أيضاً تطبيق المبادئ والأساليب التي ابتكرناها في دراستنا على أنواع مختلفة من بيانات الرصد ودراسات التغير المناخي متعددة النماذج في المستقبل، بما يشمل تأثيرات الاحترار العالمي».


مقالات ذات صلة

من الرياض... مبادرة من 15 دولة لتعزيز «نزاهة المحتوى عبر الإنترنت»

الخليج «منتدى حوكمة الإنترنت» التابع للأمم المتحدة تستضيفه السعودية بدءاً من اليوم الأحد وحتى 19 من الشهر الجاري (الشرق الأوسط)

من الرياض... مبادرة من 15 دولة لتعزيز «نزاهة المحتوى عبر الإنترنت»

صادقت 15 دولة من الدول الأعضاء في منظمة التعاون الرقمي، على إطلاق مبادرة استراتيجية متعددة الأطراف لتعزيز «نزاهة المحتوى عبر الإنترنت».

غازي الحارثي (الرياض)
يوميات الشرق الجهاز الجديد يتميز بقدرته على العمل ميدانياً مباشرة في المواقع الزراعية (جامعة ستانفورد)

جهاز مبتكر ينتِج من الهواء مكوناً أساسياً في الأسمدة

أعلن فريق بحثي مشترك من جامعتَي «ستانفورد» الأميركية، و«الملك فهد للبترول والمعادن» السعودية، عن ابتكار جهاز لإنتاج الأمونيا.

«الشرق الأوسط» (القاهرة )
تكنولوجيا تيم كوك في صورة جماعية مع طالبات أكاديمية «أبل» في العاصمة السعودية الرياض (الشرق الأوسط)

رئيس «أبل» للمطورين الشباب في المنطقة: احتضنوا العملية... وابحثوا عن المتعة في الرحلة

نصح تيم كوك، الرئيس التنفيذي لشركة «أبل»، مطوري التطبيقات في المنطقة باحتضان العملية بدلاً من التركيز على النتائج.

مساعد الزياني (دبي)
تكنولوجيا خوارزمية «تيك توك» تُحدث ثورة في تجربة المستخدم مقدمة محتوى مخصصاً بدقة عالية بفضل الذكاء الاصطناعي (أ.ف.ب)

خوارزمية «تيك توك» سر نجاح التطبيق وتحدياته المستقبلية

بينما تواجه «تيك توك» (TikTok) معركة قانونية مع الحكومة الأميركية، يظل العنصر الأبرز الذي ساهم في نجاح التطبيق عالمياً هو خوارزميته العبقرية. هذه الخوارزمية…

عبد العزيز الرشيد (الرياض)
خاص تم تحسين هذه النماذج لمحاكاة سيناريوهات المناخ مثل توقع مسارات الأعاصير مما يسهم في تعزيز الاستعداد للكوارث (شاترستوك)

خاص «آي بي إم» و«ناسا» تسخّران نماذج الذكاء الاصطناعي لمواجهة التحديات المناخية

«الشرق الأوسط» تزور مختبرات أبحاث «IBM» في زيوريخ وتطلع على أحدث نماذج الذكاء الاصطناعي لفهم ديناميكيات المناخ والتنبؤ به.

نسيم رمضان (زيوريخ)

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني
TT

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

صمم نظام ذكاء اصطناعي جديد توربين رياح لأول مرة في التاريخ، وفقاً لمطوره.

نظام ذكاء هندسي ثوري

وأعلنت شركة «EvoPhase» البريطانية أن الذكاء الاصطناعي الخاص بها تخلى عن جميع القواعد الراسخة في هندسة مثل هذه الأجهزة. وبناءً على اختباراتها، فإن اختراعها أكثر كفاءة بسبع مرات من التصميمات الحالية.

تتكون «شفرة برمنغهام» The Birmingham Blade -كما تسمي الشركة التوربين- من ست أذرع موازية للأرض متصلة بمحور عمودي مركزي. وتحتوي كل ذراع على شفرة رأسية، وسطح به موجتان تغيران زاوية هجومهما عبر ارتفاعها وطولها.

لعمل مع سرعات رياح منخفضة

يتم تحسين توربينات الرياح التقليدية لسرعات رياح تبلغ نحو 33 قدماً في الثانية. في المقابل، تم تصميم «الشفرة» لسرعات الرياح المتوسطة المنخفضة النموذجية للمناطق الحضرية مثل برمنغهام، والتي تبلغ نحو 12 قدماً في الثانية. هذا يزيد قليلاً عن ثمانية أميال (13كلم تقريباً) في الساعة.

وتم تحسين التصميم للعمل بين المباني الشاهقة التي تنتج أنماط اضطراب تؤثر على فاعلية تصميمات التوربينات الحضرية الأخرى. وإذا ثبت أن هذا صحيح، فقد يفتح التصميم الباب أمام إنتاج كهرباء غير محدود في المباني المكتبية والسكنية بتكلفة تكاد تكون معدومة.

يقول ليونارد نيكوسان، كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، في بيان صحافي: «كان استخدام الذكاء الاصطناعي ضرورياً للتحرر من التحيزات طويلة الأمد التي أثرت على تصميمات التوربينات خلال القرن الماضي. سمح لنا الذكاء الاصطناعي باستكشاف إمكانيات التصميم خارج نطاق التجارب البشرية التقليدية».

وفقاً لنيكوسان، تمكن المصممون من «توليد واختبار وتحسين أكثر من 2000 تصميم لتوربينات الرياح في غضون أسابيع قليلة، ما أدى إلى تسريع عملية التطوير لدينا بشكل كبير وتحقيق ما كان يستغرق سنوات وملايين الجنيهات من خلال الطرق التقليدية».

سحر «التصميم التطوري»

«التصميم التطوري الموجه بالذكاء الاصطناعي» هو منهجية تقوم على نفس فكرة الانتقاء الطبيعي. تبدأ العملية بتوليد آلاف المتغيرات التصميمية التي يتم تقييمها وفقاً لوظيفة «البقاء للأفضل»، والتي تحدد مدى نجاح كل متغير في تلبية أهداف المشروع. ويختار الذكاء الاصطناعي أفضل البدائل لاستخدامها أساساً لتكرارات جديدة، وإعادة الجمع بين الميزات وتنويعها لتطوير إصدارات محسنة.

تتكرر هذه الخطوات حتى يصل الذكاء الاصطناعي إلى حل يحقق تحسين جميع العلامات المهمة مثل الكفاءة الديناميكية الهوائية، والاستقرار الهيكلي، والوزن، أو الاكتناز.

تقول الشركة إن عمليتها تتجنب التحيزات البشرية الموجودة في الهندسة التقليدية. بطبيعتها، تكون الهندسة التقليدية محدودة بالأفكار والمعرفة السابقة.

من ناحية أخرى، يستكشف الذكاء الاصطناعي مجموعة واسعة من الاحتمالات دون القيود في العقل البشري. عندما تجمع بين جيل الذكاء الاصطناعي والتكرار التطوري، يمكن أن يؤدي هذا إلى نتائج مبتكرة تتحدى غالباً الفطرة السليمة ولكنها لا تزال تعمل.

إن نهج التصميم التطوري هذا ليس جديداً تماماً، إذ استخدمت صناعة الطيران والفضاء برامج بهذه القدرات لسنوات. ومثلاً استخدمت شركة «إيرباص»، بالتعاون مع شركة «أوتوديسك»، عملية مماثلة لتصميم حاجز مقصورة خفيف الوزن للغاية لطائراتها من طراز A320وظهرت النتيجة مستوحاة من هياكل العظام الطبيعية، ما أدى إلى انخفاض الوزن بنسبة 45 في المائة مقارنة بالهياكل المماثلة المصممة بالطرق التقليدية.

كما طبقت شركة «جنرال إلكتريك» الخوارزميات التطورية في إعادة تصميم حامل محرك نفاث جديد، مما أدى إلى انخفاض وزن القطعة بنسبة 80 في المائة. وتستخدم وكالة «ناسا» أيضاً هذه التقنية منذ سنوات، ففي عام 2006 استخدمت الوكالة خوارزمية تطورية لتصميم «هوائي متطور».

نجاح توربين «برمنغهام بليد»

لقد طبق فريق المصممين بقيادة الدكتور كيت ويندوز - يول من جامعة برمنغهام هذه العملية التطورية لحل مشكلة تكافح العديد من تصميمات التوربينات لمعالجتها: كيفية العمل بكفاءة في البيئات الحضرية، حيث تكون الرياح أبطأ وأكثر اضطراباً بسبب المباني.

ويقول نيكوسان: «كنا بحاجة إلى توربين يمكنه التقاط سرعات الرياح المنخفضة نسبياً في برمنغهام مع إدارة الاضطرابات الناجمة عن المباني المحيطة. وكان لا بد أن يكون التصميم أيضاً مضغوطاً وخفيف الوزن ليناسب التركيبات على الأسطح».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»