تحليل المناخ التغيرات في التأثيرات على المركبات الهيدرولوجيّة مع بيانات العالم الحقيقي

Understanding the Complex Between Climate Change and Water Systems

إن تغير المناخ يمثل أحد أكثر التحديات البيئية إلحاحا في عصرنا، مع ما يترتب على ذلك من عواقب بعيدة المدى بالنسبة لدورات المياه الجوفية الأرضية، والعلاقة المعقدة بين ارتفاع درجات الحرارة العالمية، والأنماط الهطولية المتغيرة، وتوافر المياه قد أصبح جليا بصورة متزايدة من خلال تحليل شامل للبيانات في العالم الحقيقي، وبما أن كوكبنا ما زال يدفأ، فإن فهم هذه الآثار على نظم المياه أمر أساسي لوضع استراتيجيات فعالة للتكيف، وحماية النظم الإيكولوجية الهشة، وضمان أمن المياه للأجيال المقبلة.

وتشمل الدورة الهيدرولوجية، المعروفة أيضا بدورة المياه، استمرار حركة المياه عبر الغلاف الجوي والأرض والمحيطات، وتشمل هذه العملية الأساسية لنظم الأرض التبخر والتثبيت والتهطال والتسرب والهروب والتخزين في مختلف الخزانات بما في ذلك المراحيض والمياه الجوفية والبحيرات والأنهار، ويعطل تغير المناخ كل عنصر من عناصر هذا التوازن الدقيق، ويخلق آثارا متوافرة على نوعية المياه.

ويوفر تحليل بيانات العالم الحقيقي من مصادر متنوعة معلومات دقيقة عن كيفية إعادة تشكيل أنماط تغير المناخ الهيدرولوجي في جميع أنحاء العالم، ومن خلال تكنولوجيات الرصد المتقدمة، والرصد بواسطة السواتل، وتقنيات النماذج المتطورة، يمكن للعلماء الآن تتبع التغيرات التي لم يسبق لها مثيل، مع الكشف عن الاتجاهات التي تسترشد بها القرارات المتعلقة بالسياسات واستراتيجيات إدارة الموارد المائية.

The Mechanisms of Climate Change Impact on Hydrological Cycles

إن ارتفاع درجات الحرارة العالمية يغير جوهريا فيزياء حركة المياه عبر نظم الأرض، ومع ارتفاع درجات الحرارة في الغلاف الجوي، فإن قدرة الهواء على تحمل الرطوبة تتسع، مما يؤدي إلى ارتفاع معدلات التبخر من المحيطات والبحيرات والأنهار وأسطح التربة، وهذا التهرب المعزز يخلق المزيد من بخار المياه في الغلاف الجوي، مما يمكن أن يؤدي فيما بعد إلى حدوث حالات تهطال أكثر حدة عند تهيئة الظروف المواتية.

فالعلاقة بين درجة الحرارة والطول ليست موحدة في جميع أنحاء العالم، إذ تشهد بعض المناطق ارتفاعا في هطول الأمطار والفيضانات، بينما تواجه مناطق أخرى حالات الجفاف المطول وندرة المياه، وهذه الأنماط المتباينة تعكس التفاعلات المعقدة بين نظم التداول الجوي، وتيار المحيطات، والطبوغرافيا، والظروف المناخية المحلية، ويتطلب فهم هذه التباينات الإقليمية تحليلا مفصلا للبيانات المراقبة إلى جانب نُهج نموذج المناخ.

التغييرات في التفرغ والتفريغ

ويؤدي التحلل، وعملية التحلل المختلط للمياه من السطح وتحولها من النباتات، دورا حاسما في الدورة الهيدرولوجية، حيث تتسارع درجات الحرارة المرتفعة معدلات التهرب من الأرض، وتحتمل أن تستنفد مسرط التربة بسرعة أكبر، وتؤثر على الإنتاجية الزراعية، والنباتات الطبيعية، وتوافر المياه للاستخدام البشري، وهذا التسارع واضح بشكل خاص في المناطق التي تعاني بالفعل من إجهاد المياه، حيث يمكن أن تؤدي زيادة التهرب من الجفاف.

وتوفر قياسات العالم الحقيقي من أبراج التفاخر باليد، ومقاييس المقاييس، ومنابر الاستشعار عن بعد بيانات قيمة عن اتجاهات التهرب من الأرض، وتكشف هذه الملاحظات عن ارتفاع معدلات التهرب من الأرض في مناطق عديدة خلال العقود الأخيرة، بما يتسق مع درجات الحرارة المشتعلة، غير أن العلاقة معقدة بسبب عوامل مثل تغيرات الغطاء النباتي، وتعديلات استخدام الأراضي، والتركيزات الكربونية في الغلاف الجوي،

التعديلات التلقائية

وتغير المناخ هو أساساً إعادة تشكيل أنماط التهطال العالمية، حيث تتلقى بعض المناطق مزيداً من الأمطار بينما تعاني مناطق أخرى من انخفاض التهطال، ويعني تكثيف الدورة الهيدرولوجية أنه عندما يحدث التهطال، كثيراً ما يصل إلى أحداث أكثر تركيزاً وتطرفاً بدلاً من أن يطرأ عليها هطول الأمطار المستمر، وهذا التحول نحو تهطال أكثر حدة آثاراً كبيرة على مخاطر الفيضانات، وتآكل التربة، وجودة المياه، وفعالية المياه.

ويكشف تحليل سجلات التهطال الطويلة الأجل من محطات الطقس في جميع أنحاء العالم عن اتجاهات واضحة نحو زيادة تقلب الأمطار وشدتها في مناطق كثيرة، وهذه التغييرات ليست مجرد توقعات نظرية بل حقائق قابلة للرصد موثقة عبر عقود من القياس والرصد الدقيقين، وتعكس الأنماط المكانية لهذه التغييرات ديناميات الغلاف الجوي المعقدة، بما في ذلك التحولات في مسارات العواصف، والتغيرات في نظم مونسون، والتعديلات التي تُجرى في قارات الأنهار الجوية التي تنقل.

Snow and Ice Melt Dynamics

ومن أبرز الآثار المترتبة على تغير المناخ في الدورات الهيدرولوجية، تسارع تذويب الثلج، والجليد، وصحائف الجليد، حيث تعمل حقيبة الثلج الجبلية كنظام لتخزين المياه الطبيعية في العديد من المناطق، وتتراكم الأمطار خلال أشهر الشتاء وتطلقها تدريجياً خلال الربيع والصيف عندما يكون الطلب على المياه أعلى مستوى، مع ارتفاع درجات الحرارة، وانخفاض تراكم الكثبان الجليدية، وتفاقم الأمطار الجليدية في وقت مبكر من الموسم.

وترتب على هذه التغييرات آثار عميقة بالنسبة لإدارة موارد المياه، ولا سيما في المناطق التي تعتمد على مصهر الثلج في الري الزراعي، وتوليد الطاقة الكهرمائية، والإمدادات المائية البلدية، وبيانات العالم الحقيقي من محطات رصد الجليد، وعمليات رصد مدى الغطاء الجليدي بواسطة السواتل، وقياسات التوازن الكتلي الجليدي، توثق التراجع الواسع النطاق لتخزين المياه في الغلاف الجوي، وقد شهدت مناطق جبلية كثيرة انخفاضا كبيرا في كمية الثلج التي بلغت ذروتها خلال العقود الأخيرة، مع توقعات تشير إلى استمرار الانخفاض في معدلات الاحترار.

ويمثل معتكف غلاسير جانباً هاماً آخر من جوانب تغيير تخزين المياه، ويعمل المزروعون بمثابة خزانات مجمدة تُطلق المياه خلال فترات دافئة، وتوفر تدفقاً أساسياً خلال موسم الجفاف، ومع تقلص الجليد وتختفي، تتناقص هذه القدرة العازلة، مما يؤدي إلى تغيير أنماط تدفق المياه مع زيادات محتملة في الزهر خلال الفترة الانتقالية، تليها تخفيضات طويلة الأجل بعد استنفاد مساحلات الجليدية.

مصادر التحليل الهيدرولوجي الحقيقية العالمية

ويتطلب الفهم الشامل لآثار تغير المناخ على الدورات الهيدرولوجيا تكامل مصادر البيانات المتنوعة، التي توفر كل منها منظورا فريدا بشأن مختلف عناصر دورة المياه، وينشئ الجمع بين الملاحظات الأرضية والاستشعار عن بعد بواسطة السواتل والسجلات التاريخية أساسا قويا لكشف الاتجاهات وآليات التفاهم والتوقعات المتعلقة بالتغييرات المقبلة.

ساتلي Remote Sensing Technologies

وقد أدى الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل إلى ثورة قدرتنا على رصد المتغيرات الهيدرولوجية عبر نطاقات شاسعة من المقاييس المكانية مع رصدات متسقة ومكررة، وتحتوي سواتل رصد الأرض الحديثة على أدوات متطورة قادرة على قياس التهطال، ورطوبة التربة، والغطاء الجليدي، وحجم الجليد، ومنطقة المياه السطحية، والتبخر، بل وعلى تغييرات في تخزين المياه الجوفية من خلال قياس الجاذبية.

وتوفر بعثة قياس التهطال العالمي عمليات رصد التهطال على نطاق العالم كل بضع ساعات، مما يتيح إجراء تحليل مفصل لأنماط سقوط الأمطار والظواهر القصوى، وتكمل تقديرات التهطال القائمة على السواتل القياسات الأرضية، وتغطي المناطق النائية التي تتفاوت فيها محطات الطقس أو تغيبها، وتكشف البيانات عن مدى تغير كثافة الأمطار وتواترها عبر مختلف المناطق المناخية والمناطق الجغرافية.

وتقوم سواتل رطوبة التربة، مثل بعثة التصريف الناشط في مجال رطوبة التربة، بقياس محتوى المياه في الطبقات العليا من التربة في جميع أنحاء العالم، وهذه المعلومات حاسمة لفهم التنمية في الجفاف، والظروف الزراعية، وتقسيم التهطال بين الهرّب والتسلل.() وتكشف سجلات طمس التربة الطويلة الأجل من السواتل عن الاتجاهات في تجفيف سطح الأرض أو تبلّغها التي تعكس الظروف الهيدرولوجية المتغيرة.

وتتتبع بعثات قياس التأجير بواسطة السواتل وأجهزة قياس الجاذبية التغيرات في تخزين المياه عبر مختلف الخزانات، مما يتيح للعلماء تقدير التغيرات الكثيفة في المياه الجوفية والمياه السطحية والثلوج وتخزين الجليد على نطاق إقليمي، وقد كشفت هذه القياسات عن وجود بعض التباينات الكبيرة في الأراضي الجافة في الأرض الأرضية، التي تحدث نتيجة للتغيرات في الكتلة المائية، مما يمكِّن العلماء من قياس التغيرات الكمية في المياه الجوفية والمياه السطحية والثلجية، والتخزين الجليدي على نطاق إقليمي.

شبكات الرصد الأرضية

وعلى الرغم من مزايا عمليات الرصد بواسطة السواتل، لا تزال محطات الرصد الأرضية أساسية لتوفير سجلات عالية الجودة وطويلة الأجل للمتغيرات الهيدرولوجية، وتقيس محطات الطقس التهطال، ودرجة الحرارة، والرطوبة، وسرعة الرياح، والإشعاع الشمسي ذات الدقة العالية في الوقت المناسب، وتسجل قياسات قياسات تدفق الأنهار، وتوفر قياسات مباشرة لكيفية انتقال المياه من خلال مستجمعات المياه.

ولا تكمن قيمة الشبكات الأرضية في دقة قياسها فحسب، بل أيضا في طول سجلاتها التاريخية، وقد عملت بعض محطات الطقس باستمرار لأكثر من قرن، وقدمت بيانات قيمة لكشف الاتجاهات المناخية الطويلة الأجل، وإدخال تغييرات حديثة في السياق التاريخي، وهذه السجلات الطويلة ضرورية للتمييز بين إشارات تغير المناخ والقابلية للتباين الطبيعي والتحقق من النماذج المناخية والملاحظات الساتلية.

وتوفر شبكات الرصد الهيدرولوجي التي تديرها الوكالات الحكومية ومؤسسات البحوث والمنظمات الدولية قياسات موحدة في مختلف المناطق والبلدان، وتحتفظ منظمات مثل " المسح الجيولوجي " بالولايات المتحدة بشبكات واسعة النطاق من قياسات المجاري، وآبار المياه الجوفية، ومحطات رصد نوعية المياه التي تولد بيانات متاحة للجمهور من أجل تطبيقات البحث والإدارة.

Climate Reanalysis Datasets

تجمع بيانات تحليل المناخ بين بيانات المراقبة ونماذج التنبؤ بالطقس العددية من أجل إيجاد بيانات شاملة ومكتملة من الناحية المكانية عن الظروف الجوية والسطحية على مدى الفترات التاريخية، وتزيد هذه البيانات من المعلومات المستمدة من محطات الطقس والسواتل والسفن والطائرات وغيرها من المصادر إلى منتجات ثابتة ومترابطة ماديا تغطي العالم بأسره في فترات زمنية منتظمة.

وتوفر منتجات التحليل من قبيل " ERA5 " من المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية المتوسطة المدى بيانات ساعة عن مئات المتغيرات الجوية والسطحية من عام 1950 إلى الآن، وتتيح هذه البيانات تحليلا مفصلا لكيفية تغير مكونات الدورة الهيدرولوجية على مدى العقود الأخيرة، ودعم التحقيق في الآليات المادية التي تقود الاتجاهات الملاحظة، ويستخدم الباحثون بيانات تحليلية من أجل دراسة الأحداث النموذجية، وحساب ميزانيات المياه، والتحقق من صحتها.

سجلات الوكيل العام للمصابين بالسرطان

(ب) فهم كيفية استجابة الدورات الهيدرولوجية لتغير المناخ من دراسة التغيرات المناخية السابقة المسجلة في المحفوظات الطبيعية، حيث تحافظ حلقات الأشجار، ورواسب البحيرات، وبوابات الجليد، وتشكيلات الكهوف، وغيرها من البركات المخففة على المعلومات المتعلقة بالهيمنة السابقة، ودرجة الحرارة، والظروف الهيدرولوجية التي تمتد إلى عدة قرون، وتوفر هذه السجلات سياقاً لتقييم ما إذا كانت التغيرات الأخيرة غير مسبوقة، وتكشف عن كيفية استجابة شبكات المياه لتباينات المناخ السابقة.

فعلى سبيل المثال، يمكن أن تعيد سجلات حلقات الأشجار بناء ظروف تدفق المياه والجفاف على مدى عدة قرون في المناطق التي تسودها أشجار طويلة العمر، وتكشف هذه عمليات إعادة البناء عن حدوث حالات جفاف مؤخرا في بعض المناطق، وإن كانت شديدة، في نطاق التقلب الطبيعي الموثق على مدى القرون الماضية، وفي حالات أخرى، تبدو الظروف الأخيرة غير عادية أو غير مسبوقة مقارنة بالسجلات غير المستقرة، مما يدل على تأثير على تغير المناخ.

أساليب تحليلية لكشف التغييرات الهيدرولوجية وتوزيعها

ويتطلب تحويل بيانات المراقبة الأولية إلى أفكار عملية بشأن آثار تغير المناخ اتباع نهج تحليلية متطورة، وتساعد الأساليب الإحصائية، والنماذج الهيدرولوجية، وتقنيات إسناد المناخ العلماء على اكتشاف الاتجاهات، وفهم الآليات، وتحديد مدى إمكانية أن تعزى التغييرات الملحوظة إلى تغير المناخ الذي يسببه الإنسان مقابل التقلب الطبيعي.

كشف الاتجاهات والتحليل الإحصائي

ويتطلب تحديد الاتجاهات الهامة من الناحية الإحصائية في المتغيرات الهيدرولوجية تحليلا دقيقا يُعزى إلى التقلب الطبيعي، وقضايا جودة البيانات، وتأثير عوامل الخلط، وتفحص تقنيات تحليل السلسلة الزمنية السجلات الطويلة الأجل للتهطال، وتدفق المياه، ورطوبة التربة، والمتغيرات الأخرى لكشف الاتجاهات الاحتكارية، والتحولات في القيم الدنيئة، أو التغيرات في التقلبات والمتطرفة.

ويُستخدم اختبار مان - كيندال وأساليب غير قياسية مماثلة عادة لكشف الاتجاهات في السلسلة الزمنية الهيدرولوجية لأنها لا تتبع بيانات تُتبع توزيعا إحصائيا خاصا، وهي قوية بالنسبة للمتفوقين، ويمكن لهذه الاختبارات أن تحدد ما إذا كانت المتغيرات آخذة في الازدياد أو التناقص بمرور الوقت، وتقييم الأهمية الإحصائية للاتجاهات المكتشفة، ويطبق الباحثون هذه الأساليب على السجلات الثابتة، والبيانات الجاهزة، والملاحظات الساتلية على خرائط الأنماط المكانية للتغير الهيدرولوجي.

ويركز تحليل القيمة القصوى تحديدا على التغيرات في تواتر وشدة الأحداث النادرة مثل الفيضانات والجفاف والتنبؤ المكثف، إذ أن توزيع القيم المفرطة العامة وطرق الذروة التي تتجاوز حدتها توصف الخصائص الإحصائية للمتطرفين وكيفية تغيرها بمرور الوقت، وهذا التحليل مهم بصفة خاصة بالنسبة لتخطيط الموارد المائية وتصميم الهياكل الأساسية، التي يجب أن تُحسب لتغير مخاطر الفيضانات والجفاف.

النُهج المنهجية للنمذجة الهيدرولوجيّة

وتحفز النماذج الهيدرولوجية حركة المياه وتخزينها عن طريق مستجمعات المياه، مما يمثل عمليات مثل التهطال والتب والتهرب وتدفق التربة وتدفق المياه الجوفية وتوليد تدفق المياه، وتتراوح هذه النماذج بين التمثيل المفاهيمي البسيط والمحاكاة المعقدة والمادية التي تحل المعادلة التي تصف تدفق المياه والطاقة في قرارات مكانية وزمنية دقيقة.

وتشتمل النماذج الهيدرولوجية القائمة على العمليات على فهمنا للآليات المادية التي تنظم حركة المياه ويمكن استخدامها للتحقيق في كيفية تأثير تغير المناخ على مختلف مكونات دورة المياه، وبدفع هذه النماذج ببيانات مناخية ملاحظ أو متوقعة، يمكن للباحثين أن يحفّزوا الظروف الهيدرولوجية التاريخية، وأن يعزو التغييرات الملحوظة إلى عوامل مناخية معينة، وأن يُتوقعوا توافر المياه في المستقبل في إطار سيناريوهات مناخية مختلفة.

وتمثل نماذج سطح الأرض تبادلاً للمياه والطاقة بين سطح الأرض والغلاف الجوي داخل النماذج المناخية، وهذه النماذج تحفيز رطوبة التربة، والتهرب، والهروب، وديناميات الثلج في جميع أنحاء العالم، وتوفر معلومات عن كيفية تأثير تغير المناخ على تخزين المياه الأرضية وتدفقاتها، وتساعد مقارنة المحاكاة النموذجية بالملاحظات على التحقق من صحة نماذج العمليات الهيدرولوجية وتحديد المجالات التي يلزم فيها إدخال تحسينات نموذجية.

Climate Change Attribution Studies

(د) تحديد ما إذا كان يمكن أن تعزى التغيرات الهيدرولوجية الملحوظة إلى تغير المناخ الذي يتسبب فيه الإنسان يتطلب مقارنة الملاحظات مع محاكاة نموذج المناخ التي تجري في إطار سيناريوهات مختلفة، وعادة ما تقارن دراسات الإسناد المحاكاة التي تشمل فرضيات مناخية طبيعية وبشرية على حد سواء مع محاكاة لا تشمل سوى التسبب الطبيعي مثل تقلب الشمس والثورات البركانية.

وإذا كانت الاتجاهات الملاحظة تقع ضمن نطاق المحاكاة بما في ذلك التأثيرات البشرية، ولكن خارج نطاق المحاكاة الطبيعية وحدها، فإن ذلك يوفر دليلا على الإسناد البشري، وقد أظهرت هذه الدراسات أن الزيادات الملحوظة في محتوى الطرطوبة الجوية، وتكثيف أحداث التهطال الثقيلة، والتغيرات في توقيت تدفق المياه في الأحواض التي تسودها الصهر الجليدي، تتمشى مع الاستجابات المتوقعة لتغير المناخ البشري ومن غير المرجح أن تنجم عنه.

وتبحث دراسات الإسناد في الأحداث ما إذا كان تغير المناخ قد غير احتمال أو كثافة أحداث متطرفة معينة مثل الفيضانات الفردية أو الجفاف، وتستخدم هذه الدراسات مجموعات كبيرة من محاكاة نموذج المناخ لتقدير مدى تغير احتمال حدوث حدث بسبب التأثير البشري على المناخ، وتشير النتائج المستخلصة من دراسات عزو الأحداث العديدة إلى أن تغير المناخ قد زاد من احتمال حدوث العديد من الأحداث المتطرفة الملاحظ حدوثها وحالات الجفاف، رغم ضخامة تأثيرها على المناخ.

الآثار الإقليمية ودراسات الحالات الإفرادية

وتتجلى آثار تغير المناخ على الدورات الهيدرولوجية بشكل مختلف في جميع المناطق، مما يعكس تفاوتات في المناخ والجغرافيا والعمليات المهيمنة التي تنظم دورات المياه المحلية، ويوضح بحث أمثلة إقليمية محددة تنوع الطرق التي يؤثر بها تغير المناخ على الموارد المائية والتحديات التي تواجهها المجتمعات المحلية في التكيف مع هذه التغيرات.

غرب أمريكا الشمالية: قطع الثلج والأوائل سنوميلت

وتعتمد الولايات المتحدة الغربية وكندا اعتمادا كبيرا على حزمة الثلج الجبلية من أجل إمدادات المياه، حيث توفر البطيخ الثلجي أغلبية التدفقات السنوية في العديد من أحواض الأنهار، وتوثق البيانات المراقبة من شبكات رصد الجليد انخفاضا كبيرا في ثلوج 1 نيسان/أبريل عبر معظم المنطقة خلال العقود الأخيرة، مع وجود تخفيضات واضحة بوجه خاص في الارتفاعات الدنيا والمتوسطة حيث تدفأ درجات الحرارة فوق التجمّد أكثر تواترا خلال الشتاء.

وقد تحول توقيت صهر الثلج في وقت سابق إلى النمط الموسمي لتدفقات المياه، حيث حدثت تدفقات ذروة قبل مرور أسابيع من التاريخ، وهذا التغيير يخلق تحديات لنظم إدارة المياه التي تستهدف الاستيلاء على مياه الصهر الثلجي وتخزينها لاستخدامها خلال أشهر الصيف، ويمكن أن يؤدي التبديل السابق إلى تسرب خزانات في الربيع عندما تكون قدرة التخزين محدودة، مما يقلل من توافر المياه في وقت لاحق من الموسم المتزايد عندما يكون الطلب أعلى.

وتشير التوقعات المتعلقة بنموذج المناخ إلى أن هذه الاتجاهات ستستمر وتزداد مع تقدم الاحترار، مع توقع حدوث تخفيضات كبيرة في حقائب الثلج بحلول منتصف القرن حتى في إطار سيناريوهات منخفضة للانبعاثات، ويقوم مديرو المياه بوضع استراتيجيات للتكيف تشمل تعزيز القدرة على التخزين، وتحسين نظم التنبؤ، وعمليات الخزان المعدلة لمواجهة أنماط البطيخ المتغيرة.

منطقة البحر الأبيض المتوسط: تزايد تواتر الجفاف وشدتها

وقد شهد حوض البحر الأبيض المتوسط اتجاهات جمة في التجفيف خلال العقود الأخيرة، مع انخفاض معدلات التهطال، وزيادة التهرب، وحالات الجفاف الأكثر تواتراً وشدّة، وتُتوقع نماذج المناخ باستمرار استمرار الجفاف في هذه المنطقة كرد قوي على إرغام غازات الدفيئة، مما يجعل البحر الأبيض المتوسط منطقة ساخنة لتغير المناخ بالنسبة لتأثيرات الموارد المائية.

وتظهر السجلات المراقبة انخفاض تدفق المياه في العديد من الأنهار في البحر الأبيض المتوسط، وانخفاض مستويات المياه الجوفية، وزيادة الضغط على المياه للزراعة والنظم الإيكولوجية، مما يعكس انخفاض معدلات التهطال وزيادة الطلب على المياه نتيجة ارتفاع درجات الحرارة، ويخلق الجمع بين تزايد ندرة المياه وزيادة التنمية السكانية والاقتصادية تحديات كبيرة للإدارة المستدامة للمياه.

وتوفر نظم رصد الجفاف التي تدمج عمليات الرصد الساتلية والقياسات الأرضية والنماذج الهيدرولوجية إنذارا مبكرا بتنمية نقص المياه ودعم قرارات إدارة الجفاف، غير أن التكيف مع اتجاهات الجفاف الطويلة الأجل يتطلب تغييرات أساسية في ممارسات استخدام المياه والنظم الزراعية وسياسات تخصيص المياه.

جنوب آسيا: الفرق الموسمي ومرجعية غلاسير

وتعتمد موارد المياه في جنوب آسيا اعتماداً حاسماً على التهطال الريحي والزراع الجليدي من الهيمالايا وغيرها من النطاقات الجبلية، ويؤثر تغير المناخ على كل من مصادر المياه، مع ما يترتب على ذلك من آثار معقدة على بلايين الناس الذين يعيشون في المنطقة، ويظهر تذبذب مونسوناً عالياً بين السنوات، حيث يجلب فيضانات مدمرة وغيرها من حالات الجفاف الشديد.

ويكشف تحليل سجلات التهطال الطويلة الأجل عن حدوث تغيرات في التوقيت الممون والكثافة والأنماط المكانية، رغم اختلاف الاتجاهات بين مختلف أجزاء المنطقة، فقد شهدت بعض المناطق ارتفاعا في هطول الأمطار الموسمية بينما تظهر مناطق أخرى اتجاهات متناقصة، وقد ازداد تواتر أحداث التهطال المفرط في مواقع كثيرة، مما أسهم في حدوث فيضان أكثر حدة.

وقد تراجعت غلايسي هيماليان تراجعا كبيرا خلال العقود الأخيرة، موثقة من خلال عمليات الرصد الساتلية، والقياسات الميدانية، وتكرار التصوير، وبينما يسهم مذوفات الجليد حاليا في تدفق الأنهار الجليدية، فإن استمرار التراجع سيقلل في نهاية المطاف من هذا الإسهام، مما يؤثر على توافر المياه للزراعة، والطاقة الكهرمائية، والاستخدام المحلي، ويتفاوت توقيت وحجم هذه الآثار حسب الغطاء الجليدي والأولوية النسبية للتدفقات.

المناطق القطبية الشمالية: بيرمفروست ثاو وتغيّر الهيدرولوجيا

وتسخن المنطقة القطبية الشمالية بسرعة أكبر من أي منطقة أخرى على الأرض، مع ما يترتب على ذلك من عواقب عميقة بالنسبة للدورات الهيدرولوجية، ويغير مشارف البرموفرت الهيدرولوجيا السطحية وشبه السطحية من خلال تغيير قابلية التربة للشرب، وأنماط الصرف، والوصل بين المياه السطحية والمياه الجوفية، ويمكن أن يخلق البراميستات الجديدة في بعض المناطق بينما يستنفد أجسام المياه الموجودة في مناطق أخرى مع تطور مسارات تصريف المياه الجوفية.

وتعيد تشكيل النظم الهيدرولوجية في المنطقة القطبية الشمالية، وتفتت الجليد في وقت سابق من الربيع، وزادت معدلات التهطال في الشتاء بسبب سقوط الأمطار بدلا من الثلج، وتنشأ في وقت سابق من الربيع، وتشهد بعض الأنهار زيادة في تدفقات الشتاء بسبب تعزيز تصريف المياه الجوفية من البرموفر المطلوبة، وتؤثر هذه التغيرات على النظم الإيكولوجية المائية، والهياكل الأساسية القائمة على البرموفيروست، والمجتمعات الأصلية التي ترتبط ممارساتها التقليدية ارتباطا وثيقا بأنماط الموسمي.

وتشهد عمليات الرصد بواسطة السواتل والتتبع الأرضي تغييرات سريعة في البحيرات القطبية الشمالية، حيث تتقلص أو تختفي آلاف البحيرات الجديدة بينما تشكل البحيرات الجديدة، وتعكس هذه التغييرات تفاعلات معقدة بين مشارف المحيط الهادي، وذوبان الجليد الأرضية، والتغيرات في التهطال والتب، ونوبات الغطاء النباتي، ولا يزال فهم التغيرات الهيدرولوجية في القطب الشمالي والتنبؤ بها أمراً صعباً بسبب تعقيد العمليات التي تنطوي عليها وشبكات المراقبة المحدودة في المناطق النائية.

الآثار على الموارد المائية والنظم الإيكولوجية

وللتغيرات في الدورات الهيدرولوجيّة التي يُسدّدها تغير المناخ آثار مُثبطة على توافر المياه لأغراض الاستخدام البشري، وعلى صحة النظم الإيكولوجية، ونوعية المياه، والخدمات التي توفرها نظم المياه العذبة، ويعتبر فهم هذه الآثار أمراً أساسياً لوضع استراتيجيات تكيف فعالة وإدارة الموارد المائية على نحو مستدام في ظل تغير المناخ.

إمدادات المياه والطلب عليها

ويؤثر تغير المناخ على إمدادات المياه من خلال التغيرات في التهطال، وصهر الثلوج، وتدفق المياه، من خلال زيادة التبخر وتغير الاحتياجات الزراعية والصناعية والمائية المحلية، وفي العديد من المناطق، تتجه اتجاهات العرض والطلب نحو اتجاهات معاكسة، مع تزايد الطلب على المياه، وزيادة الضغط على المياه.

ويتأثر الطلب على المياه الزراعية، الذي يمثل نحو 70 في المائة من حالات سحب المياه العذبة على الصعيد العالمي، بشكل خاص بتغير المناخ، ويزيد ارتفاع درجات الحرارة من احتياجات المياه من المحاصيل من خلال زيادة التهرب من المياه، في حين أن التغيرات في أنماط التهطال تؤثر على الحاجة إلى الري، وتواجه المناطق التي تعتمد على الري تحديات من حيث انخفاض توافر المياه وزيادة الطلب على مياه المحاصيل، مما يهدد الإنتاجية الزراعية والأمن الغذائي.

وتتأثر إمدادات المياه البلدية والصناعية بالتغيرات في موثوقية تدفق المياه وتوزيعها الموسمي، وقد تكون نظم الإمداد بالمياه المصممة على أساس الهيدرولوجيات التاريخية غير كافية في ظل ظروف متغيرة، مما يتطلب استثمارات في تدابير إضافية للتخزين أو المصادر البديلة أو إدارة الطلب، وتواجه المجتمعات الساحلية التحدي الإضافي المتمثل في تدخيل المياه المالحة إلى طبقات المياه العذبة مع ارتفاع مستويات سطح البحر وانخفاض مستويات المياه الجوفية.

الاستجابة للتغيرات الهيدرولوجية

وتتأثر نظم تدفق المياه العذبة والنظم الإيكولوجية الأرضية بدرجة كبيرة بالتغيرات في توافر المياه وتوقيتها وتقلبها، إذ تؤثر نظم تدفق المياه المصحوبة على الموائل المائية، وعلى سكان الأسماك، والنباتات المشاطئة، وقد تكافح الأنواع المكيفة مع أنماط تدفق محددة من أجل البقاء مع تحول هذه الأنماط، مما يؤدي إلى تغيرات في تكوين المجتمعات المحلية ووظيفتها.

والأراضي الرطبة، التي توفر خدمات النظم الإيكولوجية الحيوية، بما في ذلك تنقية المياه، وتكثيف الفيضانات، والموئل للأنواع المختلفة، معرضة بشكل خاص للتغييرات الهيدرولوجية، لأن أنماط التهطال المصحوبة، والتغيرات في مستويات المياه الجوفية، ونظم الفيضانات النهرية المعدلة يمكن أن تؤدي إلى تجفيف الأراضي الرطبة أو تحويلها إلى أنواع مختلفة من الأراضي الرطبة، وبعض الأنواع التي تعتمد على الأراضي الرطبة تواجه فقدان الموئل مع تقلص الأراضي الرطبة أو اختفاء.

وتستجيب النظم الإيكولوجية الأرضية للتغيرات في توافر طرطوبة التربة، مع ما يترتب على ذلك من آثار بالنسبة لتوزيع الغطاء النباتي والإنتاجية وتخزين الكربون، ويمكن أن يؤدي الإجهاد الناجم عن الجفاف إلى وفيات الأشجار، والتخلف الغذائي عن الغابات، والتحولات في تكوين المجتمعات المحلية للنباتات، ويمكن أن تغذي هذه التغيرات في الغطاء النباتي مرة أخرى على الدورات الهيدرولوجي عن طريق تغيير معدلات التبخر، والقدرة على التسلل، وتوليد الطاقة، مما يخلق تفاعلات المعقدة بين المناخ والهيدرولوجيا والنظم الإيكولوجية.

الشواغل المتعلقة بجودة المياه

وتؤثر آثار تغير المناخ على الدورات الهيدرولوجية تأثيراً كبيراً على نوعية المياه، إذ إن ارتفاع درجات حرارة المياه يقلل من مستويات الأكسجين المبتلة ويمكن أن يعزز البلوز الطحالب الضارة في البحيرات والمستودعات، ويؤدي ارتفاع كثافة أحداث التهطال إلى زيادة التحات ونقل الرواسب، وإلى تدهور نوعية المياه، وإلى ملء الخزانات بالرواسب.

وتؤثر التغيرات في أنماط تدفق المياه على تفكك ونقل الملوثات، ويؤدي انخفاض التدفقات خلال فترات الجفاف إلى الحد من قدرة الأنهار على ترهيب الملوثات، مما يؤدي إلى ارتفاع تركيز الملوثات، وعلى العكس من ذلك، يمكن أن تؤدي أحداث التهطال المكثفة إلى تعبئة الملوثات من الأراضي الزراعية والمناطق الحضرية والمواقع الصناعية، مما يتسبب في تدهور نوعية المياه.

إن تدخل مياه الصرف الصحي إلى طبقات المياه الجوفية الساحلية ومستحضرات المياه، مدفوعا بارتفاع مستوى سطح البحر وانخفاض تدفقات المياه العذبة، يهدد إمدادات مياه الشرب والنظم الإيكولوجية المزروعة، كما يمكن أن تتأثر نوعية المياه الجوفية بالتغيرات في أنماط التغذية وزيادة تعبئة الملوثات الطبيعية التي تحدث مثل الزرنيخ في ظل ظروف مائية متغيرة.

تكنولوجيا الرصد والتنبؤ المتقدمة

ومن الضروري مواصلة التقدم في مجال تكنولوجيات الرصد والقدرات التنبؤية لفهم آثار تغير المناخ على الدورات الهيدرولوجية والتصدي لها، كما أن التكنولوجيات الناشئة ونظم النماذج المحسنة تعزز قدرتنا على مراقبة وتحليل الظروف الهيدرولوجية والتنبؤ بها عبر مقاييس مكانية وزمنية متعددة.

البعثات التالية لسواتل الملاحة

وستوفر البعثات الساتلية المقبلة قدرات معززة لرصد المتغيرات الهيدرولوجية بتحسين عملية الاستبانة المكانية والتغطية الزمنية ودقة القياس، وستستخدم بعثة المياه السطحية وأصول المحيطات، التي أطلقت في أواخر عام 2022، أجهزة الوصل الرادار لقياس ارتفاع سطح الماء في الأنهار والبحيرات والأراضي الرطبة على الصعيد العالمي، مما يوفر معلومات غير مسبوقة عن تخزين المياه السطحية وتدفقها.

وستؤدي البعثات المخططة إلى تحسين رصد التهطال ورطوبة التربة والمياه الجوفية والثلوج والتبخر، وستمكن سواتل التصوير الهيدروجيني من إجراء تقييم أكثر تفصيلاً لبارامترات نوعية المياه من الفضاء، وقد توفر برمجيات السواتل الصغيرة مزيداً من الرصد، مما يتيح الكشف عن التغيرات الهيدرولوجية السريعة والأحداث المتطرفة ورصدها على نحو أفضل.

شبكة الإنترنت للأشياء وشبكات الاستشعار

ويمكِّن انتشار أجهزة الاستشعار المنخفضة التكلفة وتكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية من نشر شبكات رصد الكثيفة التي توفر بيانات عالية الاستبانة عن المتغيرات الهيدرولوجية، وتربط شبكة الإنترنت بين شبكات الاستشعار التي تقيس طرطان التربة ومستويات المياه ومعايير نوعية المياه ومتغيرات الأرصاد الجوية، وتحيل البيانات في الوقت الحقيقي للتحليل واتخاذ القرارات.

وتشرك مبادرات علوم المواطنين المتطوعين في جمع الملاحظات الهيدرولوجية، وتوسيع نطاق التغطية المكانية لشبكات الرصد وزيادة الوعي العام بقضايا المياه، وتتيح التطبيقات المتنقلة للمواطنين الإبلاغ عن عمليات رصد أحوال المجاري، والتهطال، والفيضانات، وغيرها من الظواهر الهيدرولوجية، مكمِّلة شبكات الرصد التقليدية.

تطبيقات التعلم والاستخبارات الفنية

وتطبق تقنيات التعلم من الآلات والاستخبارات الاصطناعية بصورة متزايدة على التحليل والتنبؤ الهيدرولوجيين، ويمكن لهذه الأساليب أن تحدد الأنماط المعقدة في مجموعات البيانات الكبيرة، وأن تحسن التنبؤ بالهيمنة والتدفقات، وأن تكتشف الشذوذات، والنواتج النموذجية المناخية المتدنية لضبط القرارات المكانية ذات الصلة بإدارة الموارد المائية.

وتظهر نُهج التعلم العميق وعدا بتحسين تقديرات التهطال الساتلية، والتنبؤ برطوبة التربة من مصادر البيانات المتعددة، والتنبؤ بالفيضانات والجفاف، ويمكن للشبكات العصبية أن تتعلم العلاقات بين المتغيرات المناخية والاستجابات الهيدرولوجية من البيانات التاريخية، مما قد يؤدي إلى تحسين التنبؤات في المناطق الغنية بالبيانات، غير أنه يلزم التحقق الدقيق من أن هذه الأساليب التي تحركها البيانات تؤدي بصورة موثوقة في ظل الظروف المناخية المتغيرة التي قد تختلف عن بيانات التدريب التاريخية.

أطر النماذج المتكاملة

(ب) أطر نموذجية متكاملة تُعد نماذج مناخية مقترنة بنماذج هيدرولوجية وبيولوجية وبشرية لتحفيز السلسلة الكاملة لآثار تغير المناخ على الموارد المائية والمجتمع، وتتيح هذه الأطر تقييم كيفية انتشار التغيرات الهيدرولوجية التي تحركها المناخ من خلال النظم الطبيعية والبشرية المترابطة، مما يؤثر على الزراعة وإنتاج الطاقة والنظم الإيكولوجية ورفاه الإنسان.

وتمثل نماذج نظام الأرض تفاعلات بين الغلاف الجوي والمحيطات وسطح الأرض وصحائف الجليد والدورات الكيميائية الأحيائية، وتوفر محاكاة شاملة لكيفية استجابة نظام المناخ لانبعاثات غازات الدفيئة، وتسمح هذه النماذج العالمية بالنماذج الهيدرولوية الإقليمية بإجراء تقييم مفصل لآثار تغير المناخ على الموارد المائية على نطاقات ذات صلة بقرارات الإدارة.

استراتيجيات التكيف والإدارة

وتتطلب الاستجابة بفعالية لآثار تغير المناخ على الدورات الهيدرولوجية اتباع نهج للإدارة التكييفية التي تُشكل عدم اليقين، وبناء القدرة على التكيف، وإدماج المعلومات المتعلقة بالمناخ في تخطيط الموارد المائية وصنع القرار، ويمكن أن تساعد مجموعة من الاستراتيجيات المجتمعات المحلية والنظم الإيكولوجية على مواجهة تغير توافر المياه وزيادة التباين الهيدرولوجي.

التكيف مع الهياكل الأساسية للمياه

وقد صممت الهياكل الأساسية الحالية للمياه على أساس افتراضات تتعلق بالمناخ التاريخي والهيدرولوجيا التي قد لا تكون في ظل ظروف متغيرة، كما أن تكييف الهياكل الأساسية لاستيعاب أنماط التهطال المتغيرة، وتغير ترددات الفيضانات والجفاف، وتعدّل توافر المياه الموسمية أمرا أساسيا للمحافظة على خدمات المياه الموثوقة.

وتشمل النُهج زيادة قدرة التخزين الاحتياطي على الإمساك بموجات أكثر تغيرا، وتعديل عمليات السدود لتسديد التوقيت المتغير لصهر الثلج، وتحسين الهياكل الأساسية لحماية الفيضانات من أجل معالجة التهطال الأكثر كثافة، وتنويع مصادر إمدادات المياه للحد من الضعف أمام أي مصدر واحد، ويمكن أن تكمل الحلول المتعلقة بالهياكل الأساسية الخضراء مثل ترميم الأراضي الرطبة، والتصفيحات المائية الخضراء الحضرية الهياكل الأساسية التقليدية للجر عن طريق تعزيز التسرب، والحد من جودة المياه.

إدارة الطلب وحفظ المياه

ويمكن أن يساعد خفض الطلب على المياه من خلال تحسين الحفظ والكفاءة في تحقيق التوازن بين العرض والطلب في ظل الظروف الهيدرولوجية المتغيرة، ويمكن تحسين كفاءة استخدام المياه الزراعية من خلال تكنولوجيات الري الدقيقة، وأصناف المحاصيل المقاومة للجفاف، ووضع جدول زمني للري على أساس رصد رطب التربة والتنبؤات الجوية.

وتشمل تدابير حفظ المياه في المناطق الحضرية الأجهزة والتجهيزات الفعالة للمياه، وبرامج الكشف عن التسرب وإصلاحه، وإعادة استخدام المياه وإعادة تدويرها، وهياكل التسعير التي تشجع الحفظ، ويمكن تخفيض استخدام المياه من خلال المزارع المحلية والمتسامحة مع الجفاف، ونظم الري الفعالة، وجني المياه المطيرة من أجل الاستخدام في الأماكن الخارجية.

الإدارة المتكاملة لموارد المياه

(ب) النظر في أوجه الترابط بين المياه والأراضي والنظم الإيكولوجية، وإشراك أصحاب المصلحة في عمليات صنع القرار التعاونية، وتساعد أطر إدارة المياه الدولية على تحقيق التوازن بين متطلبات المياه المتنافسة، وحماية احتياجات النظام الإيكولوجي من المياه، وبناء القدرة على التكيف للاستجابة للظروف المتغيرة.

وينظر التخطيط على نطاق مستجمعات المياه في كيفية تأثير استخدام الأراضي واستخدام المياه والقرارات الإدارية في جميع أنحاء حوض ما على كمية المياه ونوعيتها، وتعترف الإدارة المنسقة لموارد المياه السطحية والمياه الجوفية بترابطها ويمكن أن تمنع الاستغلال المفرط لأي من الموارد، والتعاون في المياه العابرة للحدود أمر أساسي في أحواض الأنهار التي تشترك فيها ولايات قضائية متعددة لضمان توزيع المياه بصورة منصفة ومستدامة في ظل الظروف المتغيرة.

Climate Services and Decision Support Systems

وتوفر خدمات المناخ معلومات عن المناخ تتناسب مع احتياجات مديري موارد المياه، والمزارعين، ومديري الطوارئ، وغيرهم من صانعي القرار، وتترجم هذه الخدمات البيانات والتنبؤات والإسقاطات المتعلقة بالمناخ إلى معلومات قابلة للتنفيذ تدعم التخطيط والقرارات التنفيذية.

ويمكن للتنبؤات المناخية الموسمية أن تسترشد بقرارات تخصيص المياه، وعمليات الخزان، والتخطيط الزراعي بتقديم معلومات مسبقة عن التهطال المتوقع وظروف درجات الحرارة، وتدمج نظم الإنذار المبكر بالجفاف التنبؤات المناخية مع الرصد الهيدرولوجي لتحديد الظروف الناشئة للجفاف واتخاذ إجراءات التأهب لها، وتساعد توقعات تغير المناخ المرافق المائية والمخططين الزراعيين على تقييم المخاطر الطويلة الأجل ووضع استراتيجيات للتكيف.

وتدمج نظم دعم القرارات المعلومات المناخية مع النماذج الهيدرولوجية، وتوقعات الطلب على المياه، والمقاييس المثلى لتقييم البدائل الإدارية وتحديد الاستراتيجيات القوية التي تؤدي على نطاق واسع من الظروف المستقبلية الممكنة.

دور السياسات والحوكمة

وتتطلب الاستجابات الفعالة لآثار تغير المناخ على الدورات الهيدرولوجيا أطرا داعمة للسياسات وهياكل للإدارة التي تتيح الإدارة التكييفية، وتشجع على استخدام المياه بصورة مستدامة، وتضمن الحصول على الموارد المائية على نحو منصف، ويمكن أن تيسر التدخلات السياساتية على المستويات المحلية والوطنية والدولية تنفيذ استراتيجيات التكيف وبناء القدرة على التكيف مع التغيرات الهيدرولوجية.

نظم توزيع المياه والحقوق

وتحدد نظم تخصيص المياه كيفية توزيع المياه على المستعملين والاستخدامات المتنافسة، وقد تكون النظم التقليدية لحقوق المياه القائمة على أنماط الاستخدام التاريخية أو الأقدمية غير مرنة وغير منصفة في ظل الظروف الهيدرولوجية المتغيرة، ويمكن لإصلاح أطر تخصيص المياه لكي تشمل المرونة، وتلبي الاحتياجات من المياه البيئية، وتمكين إعادة التوزيع التكيفية من تحسين القدرة على التكيف مع تقلبات المناخ وتغيره.

ويمكن أن تيسر آليات السوق مثل تجارة المياه إعادة توزيع المياه بكفاءة إلى الاستخدامات العالية القيمة أثناء حالات النقص، مع تعويض من يقللون الاستهلاك، بيد أنه يلزم تنظيم دقيق لمنع الآثار السلبية على النظم الإيكولوجية، وضمان وصول المجتمعات المحلية المحرومة، وتجنب التركيز المفرط لحقوق المياه، وقد تؤدي النُهج الهجينة التي تجمع بين الأطر التنظيمية وآليات السوق إلى مزايا على النظم التنظيمية البحتة أو القائمة على السوق.

Climate Change Adaptation Planning

وتعترف خطط التكيف الوطنية والإقليمية لتغير المناخ على نحو متزايد بالموارد المائية باعتبارها قطاعاً ذا أولوية يتطلب تدابير التكيف المحددة الأهداف، وتقيِّم هذه الخطط أوجه الضعف في المناخ، وتحدد خيارات التكيف، وتضع أطراً للتنفيذ تشمل آليات التمويل، والمسؤوليات المؤسسية، ونظم الرصد لتتبع التقدم المحرز.

ويضمن تعميم التكيف مع المناخ في التخطيط لقطاع المياه إدماج الاعتبارات المناخية في عملية صنع القرار الروتينية بدلاً من التعامل معها باعتبارها شاغلاً مستقلاً، ويشمل ذلك إدراج توقعات تغير المناخ في تخطيط إمدادات المياه، وتحديث معايير تصميم الهياكل الأساسية للمياه لتبيان المخاطر المتغيرة في الفيضانات والجفاف، وتتطلب تقييمات مخاطر المناخ بالنسبة للمشاريع الرئيسية للمياه.

التعاون الدولي وتبادل المعارف

آثار تغير المناخ على الدورات الهيدرولوجيّة تتجاوز الحدود الوطنية، وتتطلب التعاون الدولي من أجل التصدي الفعال، وتواجه أحواض الأنهار العابرة للحدود التي تغطي حوالي 40 في المائة من مساحة الأراضي العالمية، وتعود إلى حوالي 40 في المائة من سكان العالم، تحديات خاصة في التكيف مع التغيرات الهيدرولوجيّة التي تؤثر على بلدان متعددة.

وتيسر الاتفاقات والمؤسسات الدولية التعاون بشأن الموارد المائية المشتركة، وتوفر أطرا لتبادل البيانات والرصد المشترك والإدارة المنسقة وتسوية النزاعات، وتقوم منظمات مثل ] ] بتعزيز التنسيق العالمي بشأن قضايا المياه ودعم البلدان في تنفيذ ممارسات الإدارة المستدامة للمياه.

وتساعد برامج تبادل المعارف ومبادرات بناء القدرات في نقل الخبرات والتكنولوجيات وأفضل الممارسات للتكيف مع المناخ في جميع المناطق والبلدان، والبلدان النامية التي غالباً ما تواجه أكبر أوجه الضعف في المناخ، ولكنها أقل قدرة على التكيف، ولا سيما الاستفادة من الدعم الدولي لبناء شبكات الرصد، وتطوير الخدمات المناخية، وتنفيذ تدابير التكيف.

توجيهات البحوث المقبلة وألعاب المعرفة

وعلى الرغم من التقدم الكبير المحرز في فهم آثار تغير المناخ على الدورات الهيدرولوجية، لا تزال هناك ثغرات كبيرة في المعرفة تحد من قدرتنا على التنبؤ بالتغييرات المقبلة ووضع استراتيجيات أفضل للتكيف، ولا بد من مواصلة البحوث لمعالجة هذه الثغرات وتحسين الأساس العلمي لإدارة الموارد المائية في ظل الظروف المناخية المتغيرة.

تحسين فهم العملية والتمثيل النموذجي

وتعتمد النماذج الهيدرولوجية على التمثيلات الرياضية للعمليات المادية التي تنظم حركة المياه وتخزينها، ويمكن لتحسين هذه التمثيلات، ولا سيما بالنسبة للعمليات التي لا يفهمها أو يصعب مراقبتها، أن يعزز الدقة والموثوقية النموذجيين، وتشمل المجالات ذات الأولوية تحسين تمثيل التفاعلات بين المياه الجوفية السطحية، والتأثيرات البشرية على دورات المياه، والتغذية المرتدة بالمياه النباتية، والعمليات في مناطق فصل البيانات مثل القطب الشمالي والمناطق الاستوائية.

إن العمليات دون السطحية، بما في ذلك تدفق المياه الجوفية، وديناميات طرطوبة التربة، وثبات البرموفر، هي عمليات صعبة للملاحظة والنموذج ولكنها هامة للغاية لفهم الاستجابات الهيدرولوجية لتغير المناخ، ويمكن أن يؤدي تعزيز رصد الظروف دون السطحية، إلى جانب تحسين نُهج النماذج، إلى الحد من أوجه عدم اليقين في توقعات توافر المياه الجوفية وتغيرات رطوبة التربة.

Reducing Uncertainties in Climate Projections

ولا تزال أوجه عدم اليقين في التوقعات النموذجية للمناخ المتعلقة بالهيدرولوجيات وغيرها من المتغيرات الهيدرولوجية كبيرة، ولا سيما على النطاقات الإقليمية، وتنشأ هذه الشكوك عن عدم فهم العمليات المناخية فهماً كاملاً، والقيود المفروضة على القرار النموذجي والتعقيد، وعدم القدرة على التنبؤ في نظام المناخ، ويتطلب الحد من هذه الشكوك مواصلة تطوير النماذج المناخية، وتحسين الملاحظات للحد من البارامترات النموذجية، وتحسين فهم التعليقات المناخية ونقاط التصفير.

وتظهر توقعات التهطال أقل اتفاقاً بين نماذج المناخ من توقعات درجات الحرارة، حيث تُظهر نماذج مختلفة في بعض الأحيان تغييرات عكسية في التهطال الإقليمي، إذ إن فهم مصادر هذه الخلافات وتحديد النماذج التي تمثل أكثر دقة العمليات ذات الصلة يمكن أن يساعد على تضييق نطاق المستقبل المعقول وتحسين الثقة في التوقعات.

فهم الأحداث البالغة الصغر والمخاطر المجمّعة

إن الأحداث الهيدرولوجية الشديدة مثل الفيضانات والجفاف والهيكل المكثف تسبب آثارا غير متناسبة على المجتمع والنظم الإيكولوجية، وتحسين فهم كيف يؤثر تغير المناخ على تواتر وشدة ومدة المتطرفين ومدتها ومكانها، أمر حاسم بالنسبة لتقييم المخاطر والتخطيط للتكيف، ويشمل ذلك تحسين توصيف الأحداث المركبة التي تحدث فيها مخاطر متعددة في آن واحد أو في تسلسلها، مثل الجفاف الذي يليه إطلاق النار البرية، ثم التهطال الشديد الذي يسبب الفيضانات وتدفقات الحطام.

فالأحداث السريعة الأثر، بحكم تعريفها، لا تُحصى في سجلات المراقبة، مما يجعلها تصعب كشف الاتجاهات ونماذج المصادقة، ويمكن أن تساعد السجلات البالية، وعمليات المحاكاة الكبيرة لنموذج المناخ، وتحسين الأساليب الإحصائية لتحليل القيمة القصوى على تحديد خصائص التغيرات في الأحداث النادرة على الرغم من محدودية الملاحظات.

إدماج الأبعاد البشرية والعناصر المرتدة

والأنشطة البشرية تؤثر على التغيرات الهيدرولوجية وتستجيب لها على السواء، وتخلق ردود فعل معقدة لا تمثل في كثير من الأحيان تمثيلا كاملا في تقييمات الأثر، وتغير قرارات استخدام المياه، وتغيرات استخدام الأراضي، وتطوير الهياكل الأساسية، وتدابير التكيف، الدورات الهيدرولوجية، ويمكن أن تضاعف أو تخفف من آثار تغير المناخ، كما أن الأطر النموذجية المتكاملة التي يمكن أن تلتقطها النظم البشرية والطبيعية، وتقدم توقعات أكثر واقعية بشأن توافر المياه واستخدامها في المستقبل.

ومن الضروري فهم العوامل الاجتماعية والاقتصادية والمؤسسية التي تتيح التكيف أو تحد منه من أجل وضع استجابات فعالة ومنصفة للتغيرات الهيدرولوجية، ويمكن أن يسترشد في البحوث المتعلقة بصنع القرارات المتعلقة بالتكيف، والحواجز التي تعترض التنفيذ، وفعالية مختلف تدابير التكيف بالسياسات والممارسات.

Leveraging Data Analytics for Actionable Insights

ويخلق انفجار البيانات الهيدرولوجية من السواتل والمجسات والنماذج فرصا وتحديات على السواء، ويتطلب استخراج الرؤى العملية من مجموعات البيانات الضخمة والمتجانسة اتباع نهج متقدمة لتحليل البيانات، ونظم قوية لإدارة البيانات، والاتصال الفعال بالنتائج لصانعي القرار والجمهور.

التحديات والحلول الكبيرة في مجال البيانات

وتولد نظم رصد الأرض الحديثة أنواعاً من البيانات سنوياً، تتجاوز قدرة أساليب التحليل التقليدية، وتوفر منابر حاسوبية متحركة بنية أساسية قابلة للتقدير لتخزين وتجهيز مجموعات بيانات كبيرة، مما يتيح إجراء تحليل غير عملي بشأن النظم الحاسوبية المحلية، وتيسر سياسات البيانات المفتوحة وأشكال البيانات الموحدة تبادل البيانات وقابليتها للتشغيل المتبادل بين مختلف المصادر والمنابر.

وتجمع تقنيات دمج البيانات بين المعلومات المستمدة من مصادر متعددة من أجل إيجاد بيانات أكثر اكتمالا ودقة عن الظروف الهيدرولوجية من أي مصدر واحد، فعلى سبيل المثال، يمكن لدمج تقديرات التهطال بواسطة السواتل مع القياسات الأرضية أن يحفز التغطية المكانية للسواتل ودقة عمليات الرصد الأرضية، ويفيد نموذج تحديث النماذج الهيدرولوجية بأن يطابق الظروف الملاحظ عليها، ويحسن التنبؤات والتحليلات.

التصور والاتصال

ومن الضروري تصور البيانات والتحليلية الهيدرولوجية وإبلاغها بصورة فعالة لإعلام أصحاب المصلحة بعملية صنع القرار وإشراكهم، وتتيح البرامج التفاعلية القائمة على الإنترنت للمستعملين استكشاف البيانات، وتكييف التحليلات، والحصول على المعلومات ذات الصلة باحتياجاتهم المحددة، وتوفر لوحات عرض المؤشرات الرئيسية لتوافر المياه، وظروف الجفاف، ومخاطر الفيضانات الوعي بالحالة السائدة في الإدارة والمستجيبين للطوارئ.

ويستلزم ترجمة المعلومات التقنية إلى أشكال يسهل الوصول إليها بالنسبة للجماهير غير المتخصصين اهتماماً دقيقاً للغة ورسمية ورسمية، كما أن التواصل غير المتيقن أمر صعب للغاية ولكنه مهم، حيث أن صناع القرار لا يحتاجون إلى فهم التغييرات المتوقعة فحسب بل أيضاً الثقة في تلك الإسقاطات ونطاق النتائج الممكنة.

العلم المفتوح والتكاثر

ومن شأن الممارسات العلمية المفتوحة، بما في ذلك تبادل البيانات، وتوافر الرموز، وتوثيق الأساليب الشفافة، أن تعزز مصداقية البحوث الهيدرولوجية وفائدتها، ويتيح إتاحة البيانات والتحليلات للجمهور للباحثين الآخرين التحقق من النتائج، والاستفادة من الأعمال السابقة، وتطبيق الأساليب على المناطق أو الأسئلة الجديدة، كما أن قابلية النتائج العلمية للانتعاش تعزز الثقة في النتائج وتعجل بالتقدم العلمي.

ويمكن لأطر نموذج المجتمعات المحلية التي تساهم فيها أفرقة بحث متعددة في وضع نماذج مشتركة أن تعجل بإدخال تحسينات وأن تضمن أن تتضمن النماذج خبرات متنوعة، وأن تخفض أدوات البرامجيات المفتوحة المصدر لأغراض التحليل الهيدرولوجي الحواجز أمام دخول الباحثين والممارسين في البيئات المحدودة الموارد وتعزز توحيد الأساليب.

The Path Forward: Building Water Resilience in a Changing Climate

وتشكل آثار تغير المناخ على الدورات الهيدرولوجية تحديات كبيرة لأمن المياه، وصحة النظام الإيكولوجي، والتنمية المستدامة، غير أن الجمع بين تحسين الفهم، وقدرات الرصد والنموذج المتقدمة، والاعتراف المتزايد بالحاجة إلى التكيف، يخلق فرصا لبناء القدرة على التكيف وإدارة الموارد المائية على نحو أكثر استدامة.

وتوفر بيانات العالم الحقيقي من مصادر متنوعة أدلة واضحة على أن دورات الهيدرولوجية تتغير استجابة لدرجات الحرارة المتغيرة وأنماط التهطال المتغيرة، وهذه التغيرات ليست توقعات مستقبلية بعيدة بل حقائق يمكن ملاحظتها تؤثر على المجتمعات والنظم الإيكولوجية اليوم، فالاتجاهات الموثقة من خلال تحليل دقيق لسجلات المراقبة تتواءم مع التوقعات النظرية والتوقعات النموذجية للمناخ، مما يوفر الثقة بأن التغيرات ستستمر وتزداد دون إجراء تخفيضات كبيرة في انبعاثات غازات الدفيئة.

وتتطلب الاستجابات الفعالة إدماج علوم المناخ في تخطيط وإدارة الموارد المائية، وتنفيذ استراتيجيات التكيف التي تعزز القدرة على التكيف مع زيادة التقلب وعدم اليقين، والعمل المنسق على نطاق القطاعات والمقاييس، ولن يعالج أي حل بمفرده جميع التحديات؛ بل إن حافظات التدابير التكميلية المصممة للظروف والأولويات المحلية توفر أفضل سبيل للمضي قدما.

ومن الضروري مواصلة الاستثمار في رصد الشبكات والبحوث وبناء القدرات من أجل تحسين التفاهم والحد من أوجه عدم اليقين وإيجاد حلول مبتكرة، كما أن من المهم بنفس القدر الإصلاحات المؤسسية والسياساتية والإدارية اللازمة لتمكين الإدارة التكيفية وضمان تكافؤ فرص الحصول على الموارد المائية في ظل الظروف المتغيرة.

إن التغيرات الهيدرولوجية التي يحركها تغير المناخ هي من بين الآثار المترتبة على البشرية، مما يؤثر على الموارد الأساسية التي تديم الحياة والنظم الإيكولوجية والاقتصادات، ويستلزم تحقيق هذا التحدي التزاما مستمرا وتعاونا على نطاق التخصصات والقطاعات، والاستعداد لتغيير ممارسات إدارة المياه من أجل مواجهة واقع المناخ المتغير، وتتوفر البيانات والأدوات بصورة متزايدة، والضرورة الآن هي تطبيقها بفعالية لبناء مستقبل آمن للمياه للجميع.

خاتمة

وقد أثبت تحليل بيانات العالم الحقيقي بصورة قاطعة أن تغير المناخ يغير جذرياً من دورات الهيدرولوجيا في جميع أنحاء العالم، ومن انخفاض حزمة الثلج الجبلية وتحول أنماط التهطال إلى التعجيل بتراجع الجليد وتغيير نظم تدفق المياه، فإن دليل التحول غامر ولا يزال يتراكم، وهذه التغيرات لها آثار عميقة على توافر المياه، وعلى صحة النظام الإيكولوجي، والإنتاجية الزراعية، ورفاه البشر.

إن إدماج عمليات الرصد الساتلية، وشبكات الرصد الأرضية، والسجلات غير المستقرة، ونظم النماذج المتقدمة يوفر صورة شاملة بصورة متزايدة عن كيفية استجابة دورات المياه لدرجات الحرارة المتغيرة والظروف الجوية المتغيرة، وتكشف التحليلات الإحصائية عن اتجاهات هامة في العديد من المتغيرات الهيدرولوجية، بينما تؤكد دراسات الإسناد أن التغيرات الملحوظة تتسق مع الاستجابات المتوقعة لتغير المناخ الذي يتسبب فيه الإنسان ومن غير المحتمل أن تنجم عن التغير الطبيعي وحده.

وتختلف الآثار الإقليمية اختلافا كبيرا، مما يعكس الاختلافات في المناخ والجغرافيا والعمليات المهيمنة التي تنظم دورات المياه المحلية، وتواجه بعض المناطق تزايد الجفاف وندرة المياه، بينما تواجه مناطق أخرى تهطل وفيضانات أكثر حدة، وتعاني مناطق كثيرة من التطرف، مع تزايد التباين في نظم إدارة المياه التي تستهدف ظروفا تاريخية أكثر استقرارا.

ويتطلب التكيف مع هذه التغييرات اتباع نهج متعددة الجوانب تجمع بين التعديلات في الهياكل الأساسية، وإدارة الطلب، وتحسين نظم التنبؤ والإنذار المبكر، وإصلاحات السياسات، والإدارة المتكاملة لموارد المياه، وخدمات المناخ التي تترجم المعلومات العلمية إلى توجيه عملي تدعم اتخاذ القرارات عبر النطاقات الزمنية من التوقعات الموسمية إلى التخطيط الطويل الأجل، وييسر التعاون الدولي وتبادل المعارف التعلم وبناء القدرات، ولا سيما لفائدة المناطق المحدودة الموارد للتكيف.

ولا تزال هناك ثغرات هامة في المعرفة، بما في ذلك أوجه عدم التيقن في التوقعات الإقليمية للتهطال، وعدم فهم بعض العمليات الهيدرولوجية، ومحدودية إدماج الأبعاد الإنسانية والتغذية المرتدة في تقييمات الأثر، وسيؤدي استمرار البحوث التي تعالج هذه الثغرات إلى تحسين قدرتنا على توقع التغييرات في المستقبل ووضع استجابات فعالة.

ويتطلب المسار إلى الأمام التزاماً مستمراً برصد تدابير التكيف والبحث بشأنها وتنفيذها، ويتطلب تحويل نماذج إدارة المياه لكي تشمل المرونة، وتُسَدِّد الشكوك، وتُبنى القدرة على التكيف مع الظروف المتغيرة والمتغيرة بصورة متزايدة، والأهم من ذلك أنه يتطلب الاعتراف بأن الدورات الهيدرولوجية التي استمرت الحضارات في جميع أنحاء التاريخ، وأن نُهجنا الإدارية يجب أن تتطور تبعاً لذلك، من خلال تحليل دقيق لبيانات العالم الحقيقي، وتطبيق التفاهم العلمي، والعمل التعاوني، يمكن أن نتطور.