تباينات كبيرة في العمليات الميكروفزيائية السائدة التي تحكم الغيوم ذات الطور المختلط عبر نماذج المناخ

لماذا يهم مزيج جليد السحابة والماء

تلعب الغيوم التي تحتوي على قطرات سائلة وبذور جليدية دورًا كبيرًا في سرعة احترار الكوكب، لأنها تتحكم بكمية ضوء الشمس المعكوسة إلى الفضاء وكمية الحرارة المحبوسة أسفلها. ومع ذلك، تختلف نماذج المناخ الحالية اختلافًا حادًا بشأن مقدار هذه الغيوم "ذات الطور المختلط" التي تكون سائلة مقابل جليدية، لا سيما في المناطق الباردة. يستقصي هذا الدراسة العمليات الصغيرة داخل السحب التي تخلق وتحوّل الجليد، متسائلين عما إذا كانت نماذج المناخ المختلفة على الأقل تتفق بشأن أي العمليات هي الأهم. للإجابة آثار كبيرة على مقدار الثقة الذي يمكننا وضعه في توقعات المناخ.

موازنة السائل والجليد في السحب الباردة

يركز المؤلفون على كسر السائل المتبقى فوق التبريد (supercooled liquid fraction)، وهو مقياس لمقدار ماء السحابة المختلطة الذي يبقى سائلاً حتى عند درجات حرارة دون الصفر. كثير من نماذج المناخ العالمية تقلل من هذا الجزء السائل، ما قد يجعل السحب تبدو أكثر جليدية وأقل انعكاسًا مما هي عليه فعلاً، مما يحرف في النهاية تقديرات حساسية الأرض للمناخ نحو الانخفاض. لفهم السبب، يفحص الفريق ثلاثة نماذج مناخية متقدمة ويقارنون طور السحابة المحاكى فيها ببيانات الأقمار الصناعية التي تستنتج الجليد والسائل في السحب من أداة ليزرية محمولة على الفضاء.

أربع عمليات صغيرة ذات عواقب كبيرة

تتعمق الدراسة في أربع عمليات رئيسية متعلقة بالجليد: التبلور الأولي للجليد، حيث تحفز جسيمات خاصة في الهواء تكوّن البلورات الجليدية الأولى؛ الإنتاج الثانوي للجليد، حيث يولّد الجليد القائم المزيد من البلورات عبر التفتيت والتشظّي؛ الترسب (الهبوط)، السقوط البطيء لبلورات الجليد عبر الجو؛ والنقل، الذي يحرك الجليد بواسطة الرياح والخلط. باستخدام تصميم إحصائي من نوع "عاملي"، يقوم الباحثون بتشغيل وإيقاف كل عملية منهجياً في النماذج ويقيسون مدى استجابة توازن السائل–الجليد. هذا يمكّنهم من ترتيب أي العمليات لها التأثير الأقوى، عند ارتفاعات ودرجات حرارة وخطوط عرض مختلفة.

كيف ترى النماذج نفس السحب بشكل مختلف

عند مقارنة الفريق للنماذج الثلاثة مع بعضها البعض ومع ملاحظات الأقمار الصناعية، لم يجدوا صورة مشتركة واحدة لكيفية تركيب الغيوم ذات الطور المختلط. في بعض المناطق ونطاقات درجات الحرارة، تتطابق نماذج فردية عن طريق الصدفة مع سجل الأقمار الصناعية، لكنها تفعل ذلك لأسباب أساسية مختلفة. يميل أحد النماذج إلى جعل بلورات الجليد تسقط بسرعة غير عادية، لذلك يهيمن الترسب على سلوك سحبته. النموذج الآخر حساس للغاية لكيفية تكوّن البلورات الجديدة، مما يجعل التبلور الأولي للجليد المحرك الرئيسي عند درجات الحرارة الباردة. يمنح النموذج الثالث النقل، لا سيما الجريان الخارج من السحب الحملية، دورًا أكبر من حجمه في تحديد طور السحابة، وهذا يساعد في تفسير تحيزاته القوية في المناطق الاستوائية.

اختبار وصفة موحّدة لصنع الجليد

للنظر فيما إذا كان يمكن توحيد قطعة واحدة من الفيزياء على الأقل، يطبّق المؤلفون نفس الوصفة المبنية على التعلم الآلي للإنتاج الثانوي للجليد في النماذج الثلاثة جميعها. صُممت هذه الخطة الموحدة لمحاكاة كيفية تضاعف بلورات الجليد في السحب عندما تصطدم وتتجمد وتتفتت. حتى مع هذه المكوّن المتماثل، تستجيب النماذج بشكل مختلف للغاية: في نموذجين منهما، يقلل الإنتاج الثانوي للجليد بقدر كبير من كمية السائل في السحب ذات الطور المختلط ضمن نطاق درجات الحرارة الذي تكون فيه العملية فعالة، بينما في النموذج الثالث لا تغيّر النتيجة تقريبًا. وفي أي من النماذج لم تؤدِ هذه التحسينات الفيزيائية تلقائيًا إلى توافق أوسع لطور السحابة مع بيانات الأقمار الصناعية.

ما يعنيه هذا لتوقعات المناخ

النقطة الأكثر صلابة التي اتفقت عليها الدراسة هي أنه في السحب المختلطة الباردة جدًا فوق الدرجات الشمالية العليا، يكون التبلور الأولي للجليد السيطرة الحاسمة على مقدار السائل الذي يبقى. خارج هذا المجال الضيق، مع ذلك، تختلف النماذج الثلاثة بشأن أي عملية ميكروفزيائية هي الأهم، وحتى بشأن أي منها يمكن تجاهله بأمان. هذا النقص في الإجماع يعني أن الاستنتاجات المستخلصة من أي نموذج مناخي واحد حول فيزياء السحب في الغلاف الجوي الحقيقي ينبغي أن تُعامل بحذر. ولأغراض التنبؤ المناخي العملي، تدعو النتائج إلى استراتيجيتين متوازيتين: ملاحظات أفضل وأكثر استهدافًا تقيد مجموعات كاملة من عمليات السحب دفعة واحدة؛ ونهج نمذجة جديدة تمثل التأثير الصافي والإحصائي للعديد من العمليات الميكروفزيائية المتشابكة، بدل الاعتماد فقط على صيغ حتمية لكل عملية على حدة.

الاستشهاد: Frostenberg, H.C., Costa-Surós, M., Georgakaki, P. et al. Large discrepancies in dominant microphysical processes governing mixed-phase clouds across climate models. npj Clim Atmos Sci 9, 75 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01342-7

الكلمات المفتاحية: الغيوم ذات الطور المختلط, نماذج المناخ, الميكروفزياء الجليدية, طور السحابة, حساسية المناخ