تحليل أنماط التهطال في المناطق الساحلية لتقييم مخاطر الفيضانات

مقدمة

وتواجه المناطق الساحلية في جميع أنحاء العالم تزايدا في أخطار الفيضانات الناجمة عن تغير أنماط التهطال، حيث يكثف تغير المناخ الدورة الهيدرولوجية، ويفهم كيف تتفاوت الأمطار عبر الزمن، ويصبح الفضاء ضروريا لتقييم مخاطر الفيضانات بشكل قوي، ولا يساعد هذا التحليل على التنبؤ بالأحداث المتطرفة فحسب، بل يسترشد به أيضا في تصميم استراتيجيات للهياكل الأساسية المرنة والاستجابة لحالات الطوارئ، وذلك عن طريق إدماج القياسات الأرضية، وعمليات الرصد بواسطة السواتل، والنماذج المناخية، والباحثين، والباحثين،

أهمية تحليل أنماط التمهيد في المناطق الساحلية

فالمناطق الساحلية معرضة للفيضانات بشكل فريد بسبب تقارب الهطول الشديد، وتدفقات العواصف، وارتفاع المد، بل إن الزيادات المتواضعة في كثافة الأمطار يمكن أن تحجب نظم الصرف، بينما تستمر الأحداث المركبة التي تتزامن فيها الأمطار الغزيرة مع ارتفاع مستويات سطح البحر - التي يمكن أن تؤدي إلى تمزق الكثافة، ويوفر تحليل نمط التهطال الأساس التجريبي لفهم هذه الظواهر.

وعلاوة على ذلك، فإن أنماط التهطال لا تؤثر فقط على مخاطر الفيضانات بل تؤثر أيضا على إعادة تغذية المياه الجوفية، واقتحام المياه المالحة، وصحة النظام الإيكولوجي، ففي المناطق الزراعية الساحلية، يمكن أن تؤثر نظم سقوط الأمطار المتغيرة على غلة المحاصيل وملوحة التربة، وبالنسبة للمناطق الحضرية، يؤدي التفاعل بين الأسطح غير المستقرة وسقوط الأمطار إلى تفاقم الاندلاع والفيضانات المفاجئة، وبالتالي فإن التحليل الشامل للنمط هو الأساس الجوهري للإدارة المتكاملة للمناطق الساحلية.

العوامل الرئيسية التي تؤدي إلى التغيير في التمهيد الساحلي

وهناك عوامل عديدة تدفع إلى إحداث تغييرات في تهطال السواحل، حيث تزيد درجات الحرارة السطحية في البحر المدفأة، وتغذية المزيد من كتل الهواء المطهرة، كما أن تغيير أنماط التداول في الغلاف الجوي، مثل التحولات في مسار الطائرات، أو التوسع في عواصف العجلات شبه المدارية إلى خطوط ساحلية معينة أو بعيدا عنها، مما يساعد أيضا على تغيير أنماط التحلل السطحي، بما في ذلك التحضر وإزالة الغابات.

أساليب تحليل أنماط التهطال

ويعتمد التحليل القوي لتهطال السواحل على مجموعات البيانات والتقنيات التكميلية، ولكل طريقة مواطن القوة والقيود، ويسفر دمجها عن أكثر الأفكار موثوقية.

شبكات ألعاب رين

(أ) يمكن للشبكات الكثيفة في المناطق الساحلية أن تلتقط عواصف متجانسة محلية قد تفتقدها البيانات الساتلية أو النموذجية، غير أن القمار يعاني من ثغرات مكانية، لا سيما بسبب المياه المفتوحة أو التضاريس المرنة، ويمكن أن تتضرر الأدوات أثناء الأحداث القصوى، ولمعالجة هذه القيود، تعمل الوكالات مثل محطات رصد الطقس الوطنية.

الاستشعار عن بعد من السواتل

وتقدم أجهزة الاستشعار الساتلية ذات القاعدة، مثل بعثة قياس التهطال العالمي، تغطية شبه عالمية، وهي ضرورية لرصد التهطال على المحيطات والسواحل النائية، وتقدر أجهزة الاستشعار المروية والأشعة تحت الحمراء، معدلات سقوط الأمطار في فترات منتظمة، مما يتيح الكشف عن أنماط واسعة النطاق ونظم عواصف، كما أن تدفق البيانات غير المتناثرة من السواتل يدعم عمليات الإنذار بالفيضانات في الأجل الحقيقي.

Weather Radar

وتوفر رادارات الطقس الأرضية حلا مكانيا وزمانيا عاليا على نطاقات صغيرة نسبيا، مما يجعلها مثالية لتتبع النظم المتسرعة التي تقترب من خط ساحلي، ويمكن لرادار دوبلر أن يقيس كثافة التهطال، والتحركات، وفي بعض الحالات، يمثل التوزيع المتصاعد، وهو أمر حاسم بالنسبة لتقدير معدلات سقوط الأمطار، أما شبكات الرادار الساحلية، مثل تلك التي تعمل بها دوائر الأرصاد الجوية الوطنية، فتدمج بشكل متزايد في نظم التنبؤ بالفيضانات.

Climate Models and Reanalyses

(أ) نماذج [العمليات] للتدفئة العامة والنماذج المناخية الإقليمية تحاكي عمليات التهطال في إطار سيناريوهات الانبعاثات التاريخية والمقبلة، ومع ذلك، فإن نماذج المنتجات التي تُدمج في نماذج مقارنات تُظهر وجوداً كاملاً من حيث المكان، وبيانات متعددة المديات، وهذه الأدوات قيمة بالنسبة لدراسة الاتجاهات الطويلة الأجل، وللاسقاطات المخفضة التي تُعرض على الأحواض الساحلية.

تكامل البيانات والتحليل المكاني

وتجميع مصادر البيانات المتعددة - المشابك والرادار والسواتل والنماذج - اللحام صورة أكمل للتهيج الساحلي، وتستخدم نظم المعلومات الجغرافية كمنبر لإطالة حقول التهطال بالطبوغرافيا، واستخدام الأراضي، وشبكات الصرف، والكثافة السكانية، وتبرز تقنيات الاستقطاب المكاني مثل طرق الحرق أو التعلم الآلي الثغرات القائمة بين الرصد، بينما تُجمع أساليب عدم اليقين.

ويتزايد استخدام تقنيات استيعاب البيانات المتقدمة في دمج عمليات الرصد في الوقت الحقيقي مع نماذج التنبؤ، وتحسين دقة التنبؤات التهطالية القصيرة الأجل، وعلى سبيل المثال، فإن استيعاب انعكاسات الرادار في نماذج التنبؤ بالطقس العددي قد أدى إلى تحسين الإنذارات المفاجئة في المناطق الحضرية الساحلية، كما أن تذبذب الأشعة الساتلية المتطورة مع شبكات قياسية أكثر قابلية للفيضانات.

الآثار المترتبة على إدارة مخاطر الفيضانات

وتسترشد مباشرة في وضع استراتيجيات إدارة مخاطر الفيضانات بمعرفة مفصلة بأنماط التهطال، وتبرز الفروع التالية التطبيقات الرئيسية.

نظم الإنذار المبكر

وتستخدم نظم الإنذار المبكر القائمة على الحياكة بيانات وتوقعات تهيؤية في الوقت الحقيقي لتنشيط التحذيرات للمجتمعات الضعيفة، ومن خلال تحليل المتطرفات التاريخية، يحدد العلماء عتبات الإنذار المصممة حسب القدرة المحلية على الصرف وخصائص الفيضانات، وفي المناطق الساحلية، يجب أن تكون هذه النظم بمثابة أحداث مركبة، مثلاً، عندما يتزامن حدوث موجة مائية كبيرة أو عواصفة عالية.

تصميم الهياكل الأساسية وتكييفها

ويسترشد تحليل نمط التهطال في تصميم بنية أساسية جديدة وإعادة تجهيز الأصول الموجودة، حيث تُعمد نظم الترميم، والمناشف، والسدود باستخدام عواصف التصميم المستمدة من تحليلات ترددات الأمطار التاريخية، ومع تحول أنماط التهطال، فإن تحديث قيم التصميم أمر حاسم، وتتزايد المدن الساحلية في اعتماد منحازة للهياكل الأساسية الخضراء، والحدائق المطرية، والتجاوزات التي يمكن استيعابها وإلغاءها.

تخطيط استخدام الأراضي وتزويرها

كما أن خرائط مخاطر الفيضانات القائمة على تحليل نمط التهطال تدعم القرارات المعقولة المتعلقة باستخدام الأراضي، ويمكن تحديد المناطق التي يُتوقع أن تشهد المزيد من حالات سقوط الأمطار أو الكثافة بأنها مساحة مفتوحة أو تستخدم في الزراعة المتسامحة للفيضانات بدلا من التنمية السكنية، وعلى العكس من ذلك، فإن المناطق التي هي حالياً أقل عرضة للمخاطر قد تتطلب تحديث مدونات البناء لتوقع الظروف في المستقبل، وتحتاج حكومات محلية كثيرة الآن إلى بيانات تهيؤها في تقييم الأثر البيئي للتطورات الساحلية الجديدة.

دراسات حالة في تحليل التمهيد الساحلي

وتظهر التطبيقات في العالم الحقيقي الفوائد الملموسة لتحليل نمط التهطال الصارم.

جنوب شرق آسيا: الراحل الموسمي والفيضانات الحضرية

وتواجه المدن المتوسطة مثل بانكوك ومدينة هو تشي مينه وجاكارتا مخاطر فيضان شديدة بسبب ارتفاع الأمطار الموسمية، والتحضر السريع، والتخريب، ويكشف تحليل سجلات قياس الأمطار الطويلة الأجل عن الاتجاهات المتزايدة في التهطال اليومي السنوي خلال السنوات الخمسين الماضية، وتظهر البيانات الساتلية كذلك أن النطاق المكاني للأحداث الثقيلة قد توسع، مما يؤثر على شبكة مستوطنات تصريف مياه أوسع نطاقاً، وذلك باستخدام أحدثت السلطات التايلندية في ردها.

خليج الولايات المتحدة

Hurricane Harvey (2017) delivered recordлbreaking rainfall of more than 60 inches in parts of Texas, causing catastrophic flooding. Postevent analysis by the National Weather Service revealed that the storm’s precipitation totals exceed the 1 —‐-Ffold-year return period across a vast area. This event spurred the incorporation of non-station statistical methods into flood risk assessments, recognising floodrrod resilience records

أوروبا الغربية: الفيضانات المكمّلة من العواصف

وفي عام ٢٠٢١، أدى التهطال الشديد المرتبط بستورم برند إلى حدوث فيضانات مدمرة في جميع أنحاء ألمانيا وبلجيكا وهولندا، وأظهر تحليل بيانات الرادار والمطر أن هذا الحدث كان مدفوعا بنظام ثابت تقريبا منخفض الكساد الذي استخرج من بحر الشمال، وقد أدى الجمع بين التربة المشبعة بالآثار والمطر المكثفة التي أجرتها اللجنة الأوروبية إلى سرعة الارتحال في نماذج الفيضانات الصغيرة التي تسودها الأمطار.

التحديات في تحليل أنماط التمهيد للمناطق الساحلية

وعلى الرغم من التقدم المحرز، لا تزال هناك عقبات كبيرة في التحليل الدقيق للهيكل الساحلي والتنبؤ به.

جيم - الثغرات في البيانات وقضايا النوعية

وتفتقر العديد من المناطق الساحلية، ولا سيما في البلدان النامية، إلى شبكات مائية كثيفة، بينما تتسم التقديرات الساتلية، على الصعيد العالمي، بمهارة محدودة على خطوط السواحل المعقدة حيث تؤثر المقارنات بين المحيطين على الخوارزميات الاسترجاعية، وكثيرا ما تكون التغطية بالرادار غائبة على المحيط المفتوح، ويمكن أن تعاني الرادارات الساحلية القائمة من كتلة من الأشعة بواسطة التلال القريبة من الشاطئ أو الهياكل الطويلة، ويمكن سد الثغرات في البيانات باستخدام أجهزة التحيض، ولكن هذه المنتجات.

Non-Stationarity and Climate Change

وتفترض الأطر التقليدية لمخاطر الفيضانات أن أنماط التهطال هي أنماط ثابتة - أي أن الخصائص الإحصائية للماضي ستستمر في المستقبل، ويبطل تغير المناخ هذا الافتراض، ويغير ارتفاع درجات الحرارة العالمية بالفعل وتيرة وشدة هطول الأمطار المفرطة، مما يجعل السجلات التاريخية أقل موثوقية لأغراض التصميم. ويجري وضع أساليب جديدة، مثل تحليل الترددات غير الثابتة ونمذجة التواتر، ولكن اعتمادها غير منتظم.

Scale Mismatches

وتمتد العمليات الساحلية عبر مجموعة واسعة من النطاق من الجداول: من التداولات المحلية في البحر - العصور التي تبلغ بضعة كيلومترات إلى الأنهار الجوية الكبيرة التي تمتد مئات الكيلومترات، وتظل النمذجة ومراقبة جميع الجداول ذات الصلة تشكل تحدياً، وتسد الفجوة بين التقنيات المتصاعدة - الدينامية والإحصائية على حد سواء، ولكنها تستحدث أوجه عدم يقين إضافية، وتصبح الأساليب التجميعية التي تُشكل نُهجاً متعددة في التباطؤاً في التدرج وفي سيناريوه.

الاتجاهات المستقبلية في تحليل أنماط التمهيد

وتعود التكنولوجيات والمنهجيات الابتكارية بتشديد فهمنا للتهطال الساحلي وآثاره على الفيضانات.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

ويجري تطبيق الخوارزميات التي تتعلم ماكينات، بما في ذلك التعلم العميق والغابات العشوائية، لتحسين التهطال الآن، والتصحيح التحيزي للنواتج النموذجية، والتنبؤ المكاني ببيانات القياس، مثلا، يمكن للشبكات العصبية التي يتم تدريبها على الصور الرادارية أن تنبأ بميادين قصيرة الأجل ذات مهارات مماثلة للطرق التقليدية القائمة على الارتداد أو تتجاوزها.

Citizen Science and Low —Cost Sensors

كما أن شبكات مراقبة سقوط الأمطار المجتمعية، مثل شبكة المدفعية التعاونية والهايول والسنو (CoCoRaHS)، تعزز الشبكات الرسمية التي لها قياسات الكثافة العالية، كما أن أجهزة الاستشعار ذات السماعة الناطقية وقياسات الأمطار الميسورة التكلفة التي تتيح للمقيمين في المناطق الساحلية الفقيرة من البيانات المساهمة في عمليات رصد في الوقت الحقيقي، وهذه الجهود المبذولة على مستوى القاعدة الشعبية لا تسد الثغرات المكانية فحسب، بل تزيد أيضا من الوعي العام والمشاركة في التأهب للفيضانات.

النماذج المتكاملة للمناطق الساحلية

ومن المرجح أن تستخدم تقييمات مخاطر الفيضانات في المستقبل نماذج مقترنة تحفز على استمرارية الأرصاد الجوية المائية بأكملها من التهطال على الصيد إلى تدفق الأنهار، وتدفق العواصف، والتخلي عن السواحل، ويمكن لهذه النماذج، التي تستمد من التنبؤات الجوية العالية الاستبانة، أن توفر إنذارات شاملة عن أحداث الفيضانات المركبة، وتقود مبادرات مثل برنامج " إفلاد آبت " الذي يلج في جميع أنحاء العالم إلى هذا النهج المتكامل.

خاتمة

إن تحليل نمط التهطال هو حجر الزاوية في تقييم مخاطر الفيضانات في المناطق الساحلية، إذ إن نشر مجموعة من مقاييس الطرق والقوارير والنماذج المناخية - وإدماجها من خلال تقنيات متقدمة للامتداد الجغرافي والإحصائي، يمكن أن نميز على نحو أفضل المفارقات التي تؤدي إلى تطهير المناطق الساحلية، وتسمح بنظم الإنذار المبكر، وتصميم الهياكل الأساسية، وتخطيط استخدام الأراضي، وتطويع الأرواح، والحد من الثغرات الاقتصادية.