الرياضيات وظاهرة النينو المناخية

رياضياً؛ بالإمكان التعبيرُ عن الأنظمة البيئية والمناخية وتغيُّراتها بمعادلاتٍ تفاضليةٍ معتمدة على الزمن؛ إذ تُمَثَّلُ متغيرات النظام القابلةُ للقياس الكمي بدوال زمنية يعكسُ سلوكُها التغيراتِ الحاصلة في المتغيرات، ويعبر عن المؤثرات الخارجية (التي تُعدُّ قابلة للقياس) بوسطاء تتغير مع الزمن بصورة مستقلة عن الدوال التي تمثل متغيرات النظام، ولدراسة التغير الديناميكي للمتغيرات تُدرس مشتقات دوال المتغيرات بالنسبة للزمن مما يُنتج نظاماً من المعادلات التفاضلية تعكس حلولها تقلبات النظام. تجدر الإشارة إلى أن عملية نمذجة الظواهر ليست بهذه البساطة، فكتابة المعادلات الخاصة ليست بهذه السهولة بل تتطلب فهمًا كبيرًا للآليات الفيزيائية الكامنة خلف العمليات الطبيعية والإحاطة بالمبادئ الأولية لهذه الآليات، وهذا الأمر بالتحديد ليسَ من السهولة بمكان؛ فارتباطُ أنظمة البيئة والمناخ وتعقيدها الكبير يجعل من الصعوبة اختزال العمليات بمعادلاتٍ بسيطة، والصعوبة الأخرى تكمن في حل هذه المعادلات بعد التوصل لصياغتها.

لذلك نجد مرةً أخرى نتيجة التعقيد في هذه الظواهر المناخية والبيئية أنَّ المعادلات عادةً تحتوي على تقريبات لا يمكن أن تخلو من أخطاء (1).

ومن هذه المعادلات التي تصفُ ظاهرةً مناخيةً شهيرة، والتي تُحل عددياً أو برمجياً أو تُدرس الخصائص النوعية لحلولها، هي المعادلة التفاضلية التأخرية التي لها هذا الشكل:

بحيث  و  و  و   هي وسطاء حقيقية موجبة حيث   و  و

تعبر المعادلة أعلاه عن نموذجٍ لتذبذبات ظاهرة النينو الجنوبي El-Niño Southern Oscillation والتي تُسمى اختصار (ENSO) علماً أنَّ الوسطاء تشير لما يلي:

:   قوة التأثير الموسمي.

:  ارتباط (اقتران) الغلاف الجوي المحيط.

:  فترة انتشار الأمواج المحيطية عبر المحيط الهادي.

وتشير   إلى انحراف الخط الحراري عن المتوسط السنوي في شرق المحيط الهادي. 

إنَّ ظاهرة تذبذب النينو الجنوبي (ENSO) هي أبرز إشارةٍ إلى تقلب المناخ الموسمي بين السنوات؛ إذ يُلاحظ نظامان من التقلُّب، وهما نظامٌ مستقر ونظامٌ غير مستقر، وهذه الظواهر معروفة منذ قرون للصيادين على طول الساحل الغربي لأمريكا الجنوبية؛ إذ شهدوا ارتفاع درجات الحرارة المتقطع والمفاجئ للمياه الباردة الغنية بالمغذيات، والتي تدعم السلسلة الغذائية في تلك المناطق، وأدّى ارتفاع درجات الحرارة هذا إلى الفوضى في حصاد الأسماك الخاصة بهم.

 إنَّ الحدوث الشائع لارتفاع درجات الحرارة هذا الذي يحصل بعد عيد الميلاد بمدٍّة وجيزة أوحى إليهم بالتسمّية "النينو" وهو ما يعني "الطفل المسيح" وذلك ابتداءً بسبعينيات القرن العشرين، ثمَّ اكتُشِفَ أنَّ تأثيرات النينو المناخية أوسعَ بكثير من مجرد  ظاهرة قبالة سواحل البيرو، هذا الإدراك أدى إلى الوعي العالمي بأهمية ENSO، والزخم لمحاولة تحسين التنبؤات القوية لأحداث النينو (2,3). 

المصادر: