المركز العربي للمناخ – المهندس احمد العربيد
نماذج توازن الطاقة (Energy Balance Models – EBMs) هي نوع من النماذج الرياضية التي تُستخدم لفهم وتحليل مناخ الأرض أو الكواكب الأخرى من خلال التركيز على توازن الطاقة بين ما يدخل من طاقة إلى الكوكب (عادةً من الشمس) وما يخرج منه. هذه النماذج بسيطة نسبيًا مقارنة بالنماذج المناخية المعقدة، لكنها توفر رؤى مهمة حول استجابة النظام المناخي للتغيرات في المدخلات أو العوامل المؤثرة على المناخ.
المبدأ الأساسي لنماذج توازن الطاقة
تستند نماذج توازن الطاقة إلى قانون بسيط في الفيزياء: يجب أن يكون هناك توازن بين الطاقة التي يتلقاها كوكب من الشمس والطاقة التي يشعها إلى الفضاء. أي أن:
الطاقة الواردة (incoming energy): هي الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض.
الطاقة الصادرة (outgoing energy): هي الطاقة التي تشعها الأرض نحو الفضاء، بعد امتصاصها وتحويلها إلى حرارة.
إذا كان هناك عدم توازن بين هاتين القيمتين، فسيتغير مناخ الأرض. إذا كانت الطاقة الواردة أكبر من الطاقة الصادرة، فسوف يسخن الكوكب. وإذا كانت الطاقة الصادرة أكبر من الواردة، فسوف يبرد الكوكب.
أنواع نماذج توازن الطاقة
النماذج الصندوقية (Box Models):
يتم تقسيم الأرض إلى عدة مناطق أو “صناديق” بسيطة، حيث يتم حساب التوازن الحراري في كل منها. يتم تطبيق المعادلات الفيزيائية على كل منطقة لحساب كيفية توزيع الطاقة بينها.
النماذج الخطية (Linear Models):
تفترض هذه النماذج علاقة خطية بين درجات الحرارة والعمليات الفيزيائية مثل امتصاص أو إشعاع الطاقة. هذه النماذج أبسط من النماذج الصندوقية، وتستخدم لفهم التأثيرات العامة للتغيرات المناخية.
النماذج العالمية (Global EBMs):
هذه النماذج تأخذ الكوكب ككل وتفترض أن درجة الحرارة العالمية تتحدد ببساطة من خلال التوازن بين الطاقة الشمسية الواردة والإشعاع الصادر عن الأرض.
استخدامات نماذج توازن الطاقة
دراسة المناخ طويل الأمد: يمكن استخدام EBMs لفهم كيف تستجيب الأرض للتغيرات في الطاقة الشمسية أو العوامل المناخية الأخرى مثل انبعاثات الغازات الدفيئة.
التنبؤ بتغيرات درجات الحرارة: من خلال التلاعب بمعطيات مثل نسبة امتصاص الإشعاع أو انعكاسية السطح (albedo)، يمكن للنماذج تقدير تأثيرات العوامل المختلفة على التغيرات المناخية.
البحث في السيناريوهات المناخية المستقبلية: تستخدم EBMs لتقدير الاحترار العالمي الناتج عن تراكم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وتوفير سيناريوهات حول التأثيرات المستقبلية لتغير المناخ.
مميزات وعيوب نماذج توازن الطاقة
المميزات:
بسيطة وسهلة الحساب: تعتبر EBMs أبسط مقارنة بالنماذج المناخية العامة (GCMs)، مما يجعلها مفيدة في الحسابات السريعة أو التقديرات الأولية.
فعالة لفهم الأساسيات: تقدم نماذج توازن الطاقة رؤية واضحة حول كيفية استجابة النظام المناخي لتغيرات معينة، مثل التغير في الطاقة الشمسية أو الغازات الدفيئة.
العيوب:
تبسيط مفرط: لا تأخذ EBMs في الحسبان تفاصيل العمليات المناخية الدقيقة مثل حركة الرياح، تيارات المحيطات، أو السحب المعقدة .
نقص في الدقة المحلية: لا توفر هذه النماذج معلومات دقيقة على المستويات المحلية أو الإقليمية؛ فهي تركز على الاتجاهات العالمية.