علوم آب

تغییرات آب و هوایی و گرم شدن زمین

در مفهوم کلی، تغییرات آب و هوایی، تغییرات طولانی مدت در توزیع آماری الگوهای آب و هوایی از یک دورۀ زمانی چندین دهه تا میلیونها سال می باشد. این موضوع به شکل گسترده ای ثبت و پذیرفته شده است که آب و هوای کرۀ زمین در طول تاریخ دارای نوسان و تغییر بوده است. گرم شدن زمین به افزایش در میانگین دمای هوای نزدیک سطح زمین و اقیانوسها که از اواسط قرن بیستم مشاهده شده است، اطلاق می شود و پیش بینی می شود این روند ادامه داشته باشد. گرم شدن زمین در حال حاضر بعنوان یک پدیده مسلم شناخته شده است. از اینرو، گرم شدن زمین به نوع خاصی از تغییرات سریع آب و هوایی رخ داده در طول 60 سال اطلاق شده و پیش بینی می گردد در آینده نیز ادامه داشته باشد که دارای روندی خارج از روند تاریخی تغییرات آب و هوایی می باشد.

در این گزارش اصطلاح "تغییرات آب و هوایی" برای توصیف کلی تغییرات پیش بینی شده در آب و هوای زمین شامل نتایج بدست آمده از گرم شدن زمین بکار می رود.

گازهای گلخانه ای و تغییرات آب و هوایی

مناقشات سیاسی قابل ملاحظه ای در بارۀ عوامل تغییرات آب و هوایی وجود دارد هرچند اجماع کلی در میان جوامع علمی وجود دارد که روند مشاهده شده برای گرم شدن نتیجه افزایش غلظت گازهای گلخانه ای در جو می باشد. براساس دیدگاه IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) (هیئت دولتی در مورد تغییرات آب و هوایی) "غالب افزایش صورت گرفته در میانگین دمای جهانی از اواسط قرن بیستم به احتمال فراوان بواسطۀ افزایش صورت گرفته در غلظت گازهای گلخانه ای ناشی از دخالت انسان در طبیعت است".

درک مکانیسمهای پایه تاثیرگذار بر فرآیند گرم شدن زمین نشان دهندۀ هم اهمیت کاهش انتشار گازهای گلخانه ای با هدف کاهش تغییرات آب هوایی تا حد امکان و هم نشان دهندۀ نیاز به سازگاری با شرایط آینده آب و هوا می باشد. درک چگونگی توسعه پیش بینی های آب و هوایی نیز به طراحان کمک می کند تا عدم قطعیت ذاتی را در پیش بینیهای تغییرات آب و هوایی در آینده را درک کرده و آن را لحاظ نمایند.

منابع بیشتر در زمینۀ تغییرات کنون صورت گرفته در آب و هوا را می توانید از منابع ذیل دریافت کنید:

http://www.pewclimate.org/docUploads/101_Science_Impacts.pdf

http://climate.noaa.gov/index.jsp?pg=/education/edu_index.jsp&edu=literacy

http://www.ccrc.unsw.edu.au/Copenhagen/Copenhagen_Diagnosis_HIGH.pdf

http://www.globalchange.gov/what-we-do/assessment/previous-assessments/global-climate-change-impacts-in-the-us-2009

اثرات گازهای گلخانه ای

گازهای عمده در جو شامل دی اکسید کربن، متان و بخار آب نقش طبیعی را در حفظ گرمای جو زمین ایفاء می کنند. زمانیکه انرژی خورشید به جو وارد میشود، غالب آن از سطح زمین و اقیانوسها مجددا بازتابش می گردد.گازهای گلخانه ای مقداری از گرما را گرفته و مانع خروج آن از جو می شود. این باعث می شود دمای سطح زمین به شکل معقولی در یک دوره طولانی مدت ثابت بماند. گازهای اصلی مرتبط با گرم شدن جو زمین ناشی از دخالت انسان دی اکسید کربن (CO2)، متان (CH4)، اکسید نیتروژن (N2O)، هگزا فلوراید سولفر (SF6)، پرفلوروکربن (PFC)، تری فلوراید نیتروژن (NF3) و هیدروفلورو کربن (HFC) هستند. بخار آب نیز یکی از گازهای گلخانه ای مهم است که نقش بیشتری نسبت به دیگر گازهای گلخانه ای در حفظ گرما دارد. هرچند بخار آب بعنوان یک گاز گلخانه ای نگران کننده نسبت به انتشار ناشی از فعالیتهای مرتبط با انسان نمی باشد بدلیل اینکه فعالیتهای انسانی تاثیر نسبتا کمی بر غلظت بخار آب در جو دارد. هر کدام از گازهای اصلی گلخانه ای مرتبط با گرم شدن زمین ناشی از فعالیت انسانی دارای طول عمر جوی طولانی مدتی می باشد (از یک سال تا هزاران سال). بعلاوه قابلیت بالقوه جذب گرما، یا پتانسیل گرم شدن زمین برای هر یک از این گازها به شکل محسوسی از یک گاز به گاز دیگر تغییر می کند. مثلا، متان 23 برابر تاثیر گذارتر از دی اکسید کربن است در حالیکه، هگزا فلوراید سولفر 22200 برابر دارای پتانسیل بیشتری نسبت به دی اکسید کربن می باشد. به شکل مرسوم گازهای گلخانه ای را بعنوان موازنه دی اکسید کربن ذکر نموده اند که توان نسبی گازهای غیر دی اکسید کربنی را محاسبه نموده و تبدیل به مقادیر معادل آن از دی اکسید کربن می شود به گونه ای که تمامی مقادیر منتشر شده را می توان بصورت یک مقدار واحد گزارش نمود.

وقتی که غلظت گازهای گلخانه ای در جو افزایش می یابد، قابلیت اتمسفر برای حفظ گرما نیز افزایش پیدا می کند. افزایش زیاد در میزان دی اکسید کربن جو مقدار تابش خورشیدی بازتاب یافته به فضا را کاهش می دهد. برای یک مدت زمان قابل توجه، این تغییر در موازنۀ انرژی زمین میانگین دمای جهانی را افزایش می دهد. در طی قرنهای گذشته، افزایش دما به میزان 1.5 درجه فارنهایت با بیشترین افزایش گرما در 30 سال اخیر مشاهده گریده است. علاوه بر یک روند کلی گرم شدن در اغلب نقاط، تغییرات دمائی پیش از این اثرات خودش را بر وضعیت برف و یخ، الگوهای چرخۀ اقیانوسی و اتمسفری و شدت رویدادهای آب و هوایی گذاشته است.

مدلهای آب و هوایی

داده های مشاهده ای دراز مدت روندی را در دما، سطح دریا، بارش و تعداد دیگری از متغیرهای محیطی نشان می دهد. هرچند، با استفاده از مشاهدات تاریخی برای پیش بینی روندها در آینده ممکن است ارائۀ دقیقی از ای متغیرهای محیطی ارائه ندهد. استفاده از مدلهای کامپیوتری بر مبنای درک و دانش ما از جو زمین و تغیرات دمائی اقیانوس تبدیل به یک روش پذیرفته شده به میزان وسیع برای برآورد تغییرات آب و هوایی در آینده شده است. IPCC توسعه مدلهای چرخه کلی متعددی که بیان کننده بهترین درک علمی جامعه بین المللی از جو زمین و اقیانوسها در طول تاریخ است، مورد مطالعه قرار داده است. این مدلهای محاسباتی پیچیده دارای قابلیت شبیه سازی فرآیندهای آب و هوایی و همچنین قابلیت پیش بینی متغیرهای آب و هوایی مثل دما و بارش، در فواصل زمانی ماهانه را دارند. نتایج مدل می تواند در دیگر روشهای تجزیه و تحلیل پردازش گردند.

در این به بخش به مرور تعدادی از مدلهای چرخه کلی (General Circulation Models- GCM) توسعه یافته در IPCC و روشهایی که نتایج این مدلها به شکل قابل دسترس برای طراحان ساخته می شود، پرداخته می شود.

هیئت دولتی در زمینه تغییرات آب و هوایی

Intergovernmental panel on Climate Change- IPCC

IPCC یک تشکل علمی بین المللی است که در تعامل با هزاران دانشمند از سرتاسر جهان بوده و در زمینه سنتز تاریخچه آب و هوا برای تصمیم گیرندگان بخش فعالیت دارند. گزارشهای ارزیابی ICPP شامل برسی هایی از پیش بینیهای بدست آمده از چندین مدل کلی چرخه(GCM) می باشد. نتایج حاصله از GCM ها متغیر می باشد، نه تنها به این دلیل که مدلهای متفاوت متعددی وجود دارد که آب و هوا را به شکلهای مختلف ارائه می کنند و معادلات شیمیایی و چرخه فیزیکی را بصورت متفاوتی حل می کنند، بلکه به خاطر وجود عدم قطعیت دربارۀ میزان انتشار گازهای گلخانه ای در آینده می باشد. میزان انتشار گازهای گلخانه ای در آینده بستگی به میزان رشد جمعیت، توسعه اقتصادی، و پیشرفتها در زمینۀ تکنولوژی (مثلا استفاده از انرژی) دارد. گزارش ویژه IPCC دربارۀ سناریوهای انتشار گازها، سناریوهایی در بارۀ انتشار گازهای گلخانه ای بصورت استانداردهایی برای مقایسات مدلسازی پیش بینی ها در یک محدوده قابل قبول از شرایط ممکن در آینده ارائه کرده است. این سناریوها، سناریوهای بالقوه متعددی در آینده برای سرانه استفاده از انرژی، رشد اقتصادی و رشد جمعیت ارائه کرده است. این سناریوها عبارتند از:

A1: سناریو A1 آینده را هم با رشد سریع اقتصادی و انتقال سریع به تکنولوژیهای با کارآئی بیشتر نشان می دهد. این سناریو اوج میزان جمعیت جهانی را در اواسط قرن می بیند. سناریوی A1 به سه گروه که سمت و سوی گزینه ها را در تغییر تکنولوژیکی می بیند، تقسیم می شود:

-                    A1F1 مصرف انرژی با سوخت فسیلی را نشان می دهد

-                    A1T نشان دهندۀ منابع انرژی غیر فسیلی است؛ و

-                    A1B: موازنۀ منابع انرژی را نشان می دهد.

B1: این سناریو ابزاری بسیار مناسب با محیط زیست با تعدا مشابه با سناریوی A1 در مقیاس جهانی ولی با تغییرات سریع در ساختارهای اقتصادی به سمت اقتصاد اطلاعات و خدمات را ارائه می دهد.

A2: این سناریو مقادیر انتشار گازهای گلخانه ای را در آینده ای بسیار ناهمگون با رشد سریع جمعیت، توسعه اقتصادی بسیار پراکنده و آهسته تر و تغییرات تکنولوژیکی را ارائه می کند.

B2: این سناریو ارائه دهندۀ مقادیر انتشار گازهای گلخانه ای در آینده ای با رشد اقتصادی و جمعیتی متوسط، با تاکید بر راه حلهای محلی برای ثبات در زمینه های اقتصادی، اجتماعی و محیط زیستی است.