لماذا يقلق العلماء المطر على الثلوج في جبال كاليفورنيا؟

تضرب جولة أخرى من الأنهار الجوية القوية ولاية كاليفورنيا، بعد العواصف في يناير وفبراير 2023 التي أسقطت كميات قياسية من الثلوج.وهذه المرة، أصبحت العواصف أكثر دفئًا، وهي كذلك بالفعل إطلاق تحذيرات من الفيضانات لأنها تجلب المطر إلى أعلى الجبال - فوق كتلة الثلج.

أستاذ كيث موسلمان, وأوضح، الذي يدرس المياه وتغير المناخ في معهد أبحاث القطب الشمالي وجبال الألب بجامعة كولورادو، المخاطر المعقدة التي يسببها هطول الأمطار على الثلوج وكيف يمكن أن تتغير في مناخ دافئ.

ماذا يحدث عندما يسقط المطر على الثلوج؟

بالنسبة لجزء كبير من الولايات المتحدة، يمكن أن تتزامن العواصف المصحوبة بأمطار غزيرة مع الغطاء الثلجي الموسمي.وعندما يحدث ذلك، فإن جريان المياه الناتج يمكن أن يكون أكبر بكثير مما ينتج عن المطر أو ذوبان الثلوج وحدها.لقد أدى الجمع إلى بعض من الأمة الفيضانات الأكثر تدميرا وتكلفة، بما في ذلك فيضانات الغرب الأوسط عام 1996 وفيضان 2017 ذلك تضرر سد أوروفيل في كاليفورنيا.

وخلافًا للاعتقاد السائد، فإن هطول الأمطار في حد ذاته له طاقة محدودة لإذابة الثلوج.بل إن درجات الحرارة الدافئة والرياح القوية والرطوبة العالية هي التي يمكنها نقل طاقة كبيرة على شكل كامن و حرارة معقولة, التي تؤدي في الغالب إلى ذوبان الثلوج أثناء أحداث هطول الأمطار على الثلوج.

تحتوي كتلة الثلج على مساحات هوائية يمكن للمياه أن تتحرك من خلالها.ومع سقوط المطر، يمكن للمياه أن تنتقل بسرعة نسبية عبر طبقات الثلوج للوصول إلى التربة الأساسية.وتعتمد كيفية استجابة الجداول لجريان المياه على كمية المياه المتدفقة بالفعل ومدى تشبع التربة.

عندما لا تكون التربة مشبعة بعد، يمكن أن تخفف أو تؤخر الاستجابة للفيضانات عن طريق امتصاص الأمطار وذوبان الثلوج.ولكن عندما تكون الأرض مشبعة، فإن ذوبان الثلوج مع المطر يمكن أن يؤدي إلى فيضانات سريعة ومدمرة.

أحد التحديات التي تواجه التعامل مع أحداث هطول الأمطار على الثلوج هو صعوبة التنبؤ بمخاطر الفيضانات.

يتطلب التنبؤ بحدوث الفيضان معرفة الظروف الجوية والهيدرولوجية.ويتطلب الأمر معرفة رطوبة التربة وظروف تراكم الثلوج قبل العاصفة، والارتفاع الذي يتحول عنده المطر إلى ثلج، ومعدل هطول الأمطار، وسرعة الرياح، ودرجة حرارة الهواء والرطوبة، وتقديرات لكيفية مساهمة هذه العوامل في ذوبان الثلوج.بالإضافة إلى ذلك، يختلف كل عامل من حيث الوقت أثناء العاصفة ويختلف بطرق معقدة، خاصة عبر المناظر الطبيعية الجبلية.

ولهذا السبب توصف فيضانات الأمطار على الثلوج بأنها الأحداث المتطرفة المركبة.على الرغم من الضرر الكبير الذي يمكن أن تسببه، قد يكون من المفاجئ قلة المعلومات المتوفرة عن كيفية اختلافها من حيث الزمن والمدى المكاني والشدة.

تحصل ولاية كاليفورنيا على نهر جوي آخر، مع توقع هطول المزيد من الأمطار على الثلوج.كيف يختلف تأثير المطر على الثلج باختلاف ارتفاع الجبال هناك؟

في جبال كاليفورنيا حاليًا، الارتفاعات الوسطى هي التي يحتاج الناس إلى الاهتمام بها.

شهدت المرتفعات المنخفضة في المقام الأول هطول الأمطار بدلاً من الثلوج، لذلك هناك كمية أقل من الثلوج التي يمكن ذوبانها.وفي أعلى الارتفاعات، تعمل درجات الحرارة الباردة على تعزيز التراكم المستمر للثلوج العميقة وتقل احتمالية سقوط الأمطار.

في المنطقة الانتقالية الوسطى – حيث يمكن أن تحدث أمطار غزيرة أو تساقط الثلوج – تكون أحداث هطول الأمطار على الثلوج أكثر شيوعًا، مما يتسبب في ذوبان الجليد وخطر انهيار الأسطح.

إذا تم إنشاء جميع العواصف بشكل متساوٍ، فستكون هناك مناطق أمطار ومناطق ثلجية محددة جيدًا، وستكون مخاطر فيضانات الأمطار على الثلوج منخفضة.لكن هذا ليس ما يحدث.وبدلاً من ذلك، لا يختلف ارتفاع منطقة الثلج خلال الحدث فحسب، بل يختلف أيضًا بشكل كبير من عاصفة إلى أخرى.

تحدث أحداث هطول الأمطار على الثلوج الأكثر تدميراً عندما يكون ارتفاع الأنهار بالفعل وتكون التربة مشبعة، وهو ما يمكن أن يحدث استجابة لسلسلة من الأنهار الجوية الدافئة التي تتفاعل مع كتل ثلجية عميقة - كما تفعل جبال كاليفورنيا الآن.إن الترتيب الذي تحدث به هذه العواصف - أو تسلسل العواصف - مهم بشكل خاص لتقييم مخاطر الفيضانات لأن هذه الأحداث تنجم جزئيًا عن التحولات السريعة بين الفترات الباردة لتراكم الثلوج تليها أحداث هطول الأمطار الدافئة.

ماذا تظهر الأبحاث حول المخاطر المستقبلية لأحداث هطول الأمطار على الثلوج في مناخ دافئ؟

ولا يُعرف سوى القليل عن الكيفية التي قد تستجيب بها مخاطر فيضانات الأمطار على الثلوج مع ارتفاع درجة حرارة الكوكب.

في المناخ الأكثر دفئًا، سيكون هناك خطر أقل لتساقط الأمطار على الثلوج في المرتفعات المنخفضة مع تراجع كتلة الثلج, وخاصة في المناطق الأكثر دفئًا مثل شمال غرب المحيط الهادئ.

لكن على ارتفاعات أعلى، هطول أمطار على الثلوج بشكل متكرر الأحداث متوقعة.بينما درجات حرارة أكثر دفئا من المتوقع أن تزيد كثافة هطول الأمطار، تظهر الأبحاث أن هذا ليس هو المحرك الأكثر أهمية لهذا الخطر.إن الكثير من الزيادة المتوقعة في مخاطر فيضانات الأمطار على الثلوج هي نتيجة لـ المنطقة الانتقالية للأمطار والثلوج تتوسع إلى أعلى في الارتفاع ليشمل مناطق جبال الألب التي استقبلت تاريخيًا تساقط الثلوج في الغالب.

سيتعين على أنظمة التحكم في الفيضانات وإدارة الخزانات في هذه المناطق الجبلية أن تأخذ في الاعتبار هذه التغييرات المستقبلية في أحداث هطول الأمطار على الثلوج - بالإضافة إلى التغيرات في كثافة هطول الأمطار وتسلسل العواصف - من أجل فهم كامل والاستعداد ل خطر الفيضانات المحلية مع ارتفاع درجة حرارة الكوكب.

إذن، هل تؤدي الزيادات المتوقعة في معدلات هطول الأمطار المتطرفة والأمطار الشتوية إلى زيادة هطول الأمطار على الثلوج ومخاطر الفيضانات المرتبطة بها؟أم أن الغطاء الثلجي الأقل والعجز الأكبر في رطوبة التربة سيقلل من خطر فيضانات الأمطار على الثلوج في مناخ أكثر دفئًا؟

وفي المناخ المستقبلي، من المتوقع أن تتغير الاستجابة لمخاطر الفيضانات الناجمة عن هطول الأمطار على الثلوج بطرق معقدة ومتناقضة في كثير من الأحيان.التغييرات المتوقعة هي من المرجح أن تختلف حسب المنطقة والموسم والنموذج المناخي وسيناريو الانبعاثات والأفق الزمني المستقبلي.إنها أ مخاطر مكلفة الأمر الذي يتطلب المزيد من البحث.