الزحف العمراني في المدن والتحضر تسبب في زيادة الاحترار العالمي

ما مقدار الحرارة التي يضيفها الزحف العمراني إلى ظاهرة الاحتباس الحراري على نطاق واسع؟ هذا سؤال سعى الباحثون منذ فترة طويلة إلى الإجابة عليه في دراسة جديدة نُشرت مؤخرًا في مجلة One Earth .

كان يُعتقد سابقًا أن التحضر يغطي مساحة صغيرة جدًا من سطح الأرض بحيث لا يؤثر على المناخ على نطاقات أوسع، ويشير العمل الجديد إلى أن التحضر له بالفعل تأثير يمكن اكتشافه على ظاهرة الاحتباس الحراري على الأرض، مع احتمال حدوث المزيد مع استمرار المدن في النمو.

ويكون التأثير أكثر دراماتيكية في بعض المناطق الأسرع تحضرا في العالم، ففي حوض نهر اليانجتسي، على سبيل المثال، الذي يسكنه أكثر من 480 مليون شخص (ثلث إجمالي سكان الصين)، ساهم الزحف العمراني بنحو 40% من زيادة الانحباس الحراري للمنطقة بين عامي 2003 و2019.

وفي اليابان، حيث تم تطوير ما يقرب من 10% من إجمالي الأراضي، ساهم التحضر بربع الاحترار الإضافي الذي لوحظ خلال فترة الدراسة.

وكانت الإشارة الحضرية أقل وضوحا في أوروبا وأمريكا الشمالية، حيث أدى التوسع الحضري إلى زيادة الاحترار بنسبة 2-3٪ تقريبًا، ويرجع ذلك على الأرجح إلى أن الكثير من التطوير هناك قد حدث قبل فترة الدراسة، وبالتناسب، لا يزال هناك قدر كبير من الأراضي غير المطورة مقارنة بالمناطق والبلدان الأصغر الأخرى.

بشكل عام، أضافت المدن ما يزيد قليلاً عن 1% من زيادة ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض في جميع أنحاء العالم؛ 1.3% أثناء النهار و1.1% أثناء الليل.

“التحضر” هو مصطلح شامل من نوع ما، ولا يقتصر الأمر على الهياكل المبنية في المدن فحسب، بل يشمل أيضًا العديد من العوامل المؤثرة على المناخ مثل تلوث الهواء وحدائق المدينة والتضخم السكاني المرتبط بوجودها.

إشارة المناخ الحضري

تقليديا، يتم استبعاد المدن من نماذج المناخ العالمية أو يتم تمثيلها بطرق مبسطة للغاية، وفقا لمؤلفي الدراسة، عندما يستخدم علماء المناخ هذه النماذج لفهم كيف يمكن أن يتغير الطقس المتطرف في عالم أكثر دفئا، على سبيل المثال، نادرا ما يأخذون المدن في الاعتبار في عمليات المحاكاة الخاصة بهم، ولكن إذا تم تضمينها على الإطلاق، فلن يتم تصوير المدن على أنها كيانات متنامية ومتغيرة، على الرغم من أنه من المتوقع أن يتغير بقية العالم لعقود من الزمن في المستقبل.

وقال المؤلف الرئيسي وعالم الأرض تي سي تشاكرابورتي في مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني التابع لوزارة الطاقة، إن هذا عيب. توضح مجموعة كبيرة من الأبحاث أن المدن تؤثر على المناخ من حولنا بطرق لا تعد ولا تحصى.

تمتص المباني الحرارة وتحبسها، مما يعني أن المدن تستغرق وقتًا أطول بكثير للتدفئة والتبريد مقارنة بالمناطق الريفية. وفي بعض الحالات، قد يعني هذا أن سكان المدن قد يقضون وقتًا أطول في حرارة غير مريحة مقارنة بجيرانهم في الريف. يمكن لمناظر المدينة أن تغير الطريقة التي يتحرك بها الهواء من حولنا، أو حتى تزيد من حدة الطقس القاسي.

في حين أن تأثير الأراضي الحضرية كان واضحًا على المستوى المحلي، فقد تساءل الباحثون عما إذا كانت المدن مهمة على المستوى الإقليمي والقاري والكوكبي.

وقال تشاكرابورتي: “الجواب هو نعم، إنهم يفعلون ذلك، إلى حد ما”. “إن للتحضر تأثيرًا يمكن اكتشافه على ظاهرة الاحتباس الحراري للأراضي العالمية. وهذا التأثير بسيط ولكنه ذو أهمية إحصائية على مستوى الأراضي العالمية، وهو واضح بشكل خاص على المستويات القارية. وعندما تقوم بتكبير مناطق معينة من العالم، يمكن أن تصبح التأثيرات كبيرة جدًا.”

وأضاف تشاكرابورتي أن الأمر يعتمد على المكان الذي تنظر إليه. في حالة جرينلاند، حيث تمت إضافة القليل جدًا من الأراضي الحضرية خلال فترة الدراسة، لم يشكل الزحف العمراني تأثيرًا كبيرًا على ظاهرة الاحتباس الحراري على نطاق واسع. ولكن في المناطق سريعة التحضر مثل أجزاء معينة من آسيا، رأى الباحثون ارتفاعًا قويًا وواسع النطاق في درجات الحرارة ينبع من التحضر.

تأثير انبعاثات غازات الدفيئة في المدن

على الرغم من أن المدن قد نمت بشكل كبير بما يكفي للتأثير على المناخ العالمي، إلا أن تأثيرها يظل صغيرًا بالمقارنة مع تأثير انبعاثات غازات الدفيئة وغيرها من التغيرات البشرية المنشأ.

وقال تشاكرابورتي إن النتائج الجديدة تتعارض مع نقطة مشتركة من الشكوك، مضيفا “يجادل البعض بأن تأثير الجزيرة الحرارية الحضرية هو المساهم المهيمن في ظاهرة الاحتباس الحراري على نطاق واسع، وتبين النتائج التي توصلنا إليها أن هذا غير صحيح: إن تأثير الجزيرة الحرارية الحضرية على ظاهرة الاحتباس الحراري للأراضي العالمية له أهمية إحصائية، لكنه بعيد كل البعد عن المساهم الرئيسي،”إن تقديراتنا على المستوى السكاني لهذا الاحترار باستخدام بيانات الأقمار الصناعية توضح ذلك بشكل فعال”.

وأضاف أن تأثير المناطق الحضرية على المناخ معقد، في وقت سابق من هذا العام، أظهر تشاكرابورتي وباحثون آخرون في PNNL أن إحدى المدن الصحراوية القاحلة بردت جزئيًا أثناء تطورها، ووجدوا أن إضافة المزيد من المتنزهات والأراضي الزراعية أكثر مما هو ممكن بشكل طبيعي في مناخ خلفي جاف ساعد المدينة على مقاومة اتجاه ظاهرة الاحتباس الحراري جزئيًا .

لاحظ المؤلفون تأثيرًا مشابهًا في العمل الجديد، ووجدوا أن الهند وأفريقيا، بما في ذلك الأخيرة بما في ذلك العديد من المدن القاحلة، أظهرتا إشارات تبريد حضرية أثناء النهار مع تطور المدن.

وقال تشاكرابورتي إنه في حالة الهند، فإن هذا عبارة عن مزيج من الري في المناطق الريفية الذي يعدل الفرق في درجات الحرارة بين المناطق الحضرية والريفية، فضلاً عن الانبعاثات الإضافية للهباء الجوي من المدن.

المدينة الامتداد في الارتفاع

بين عامي 1992 و2019، ارتفع الغطاء الأرضي الحضري العالمي بنسبة 226%. وهذا يعادل ما يقرب من 448,113 كيلومترًا مربعًا من الأراضي الحضرية التي تمت إضافتها في أقل من ثلاثة عقود، وهو ما يتجاوز بكثير حجم نمو المدن الذي حدث في القرن بأكمله الذي سبق فترة الدراسة. تخيل أن كل شبر من كاليفورنيا قد تم تطويره كمدينة؛ التي لا تزال تخجل من الاستيلاء على جميع الأراضي الحضرية المضافة خلال تلك الفترة الزمنية.

ونشأ معظم هذا النمو في آسيا. وقامت الولايات المتحدة بتوسيع منطقتها الحضرية بنسبة 181%، والهند بنسبة 366%، والصين بنسبة 413%، ومن بين البلدان ذات المناطق الحضرية الأكثر، أظهرت الصين والولايات المتحدة أكبر نمو في المناطق الحضرية.

ومع استمرار تضخم عدد السكان، من المتوقع أن يعيش أغلبهم في المدن. وهذا يعني أن التمثيل الحضري المحسن في النماذج المناخية سوف يزداد أهمية مع سعي الباحثين إلى محاكاة تغير المناخ الإقليمي بشكل أفضل، خاصة عندما يفعلون ذلك بهدف توجيه استراتيجيات التخفيف والتكيف.

وقال تشاكرابورتي: “يستخدم الناس النماذج المناخية أكثر فأكثر لإجراء التقييمات على المستوى الإقليمي، مع وجود العديد من الخطط لتشغيل النماذج العالمية بدقة أفضل وأدق مع تحسن قدراتنا الحسابية”، “عندما تبدأ في القيام بذلك – النزول إلى النطاق الإقليمي – فأنت بحاجة إلى تمثيل المناطق الحضرية وتأثيراتها على درجة الحرارة على المستوى الإقليمي، والغطاء السحابي، وهطول الأمطار، وتلوث الهواء”.

وقال تشاكرابورتي إنه من خلال دمج تمدد المدن في النماذج المناخية، “يمكننا تحسين قدرتنا على تقدير موجات الحرارة الإقليمية بشكل أفضل”، علاوة على ذلك، “هناك الكثير من الأدلة على أن التحضر يمكن أن يزيد من هطول الأمطار الشديدة، ولكن من الصعب دراسة هذا التأثير باستخدام النماذج بسبب تمثيلها الخشن الحالي للأراضي الحضرية وخصائصها”.

وأضاف “ثم هناك المجهول”. “نظرًا لأننا نادرًا ما حاولنا دراسة تأثيرات التحضر على المناخ واسع النطاق، فليس لدينا سوى فكرة قليلة عن ردود الفعل الأخرى الناجمة عن التحضر، خاصة عند النظر في التغيرات في الخصائص الحرارية والإشعاعية والديناميكية الهوائية للمناطق الحضرية عبر الفضاء والمساحة”.

الأقمار الصناعية هي المفتاح

في معظم الأحيان، استخدمت التقييمات المناخية واسعة النطاق قراءات درجة حرارة الهواء السطحي من محطات الأرصاد الجوية كمدخلات، ومع ذلك، فإن مثل هذه القياسات تكون عرضة للتحيز في أخذ العينات لأن الأدوات السطحية غالبًا ما تكون قليلة ومتباعدة، ولا تقرأ إلا الظروف التي تحيط بها مباشرة.

وقال تشاكرابورتي: “من الصعب للغاية التقاط عدم التجانس الكامل للمناخ السطحي باستخدام هذه القياسات”، “على الرغم من الجهود الهائلة التي بذلت، من خلال شبكات المراقبة الجديدة وتقنيات استيعاب البيانات الأفضل، إلا أن هذه التقديرات جعلت هذه التقديرات أكثر موثوقية بمرور الوقت.”

ولمعالجة مسألة أخذ العينات، استخدم مؤلفو العمل الجديد بدلاً من ذلك تقديرات مستمدة من الأقمار الصناعية لتغير درجة حرارة سطح الأرض، تأخذ عمليات رصد الأقمار الصناعية درجة الحرارة الإجمالية لمنطقة ما عن طريق قياس الأشعة تحت الحمراء من كل بكسل على سطح الأرض، وإزالة تحيز أخذ العينات المكانية حسب التصميم.

وقال المؤلف المشارك وزميل المختبر يون تشيان، إن الباحثين في PNNL يعملون على دمج التحضر بشكل أفضل في النماذج المناخية، مضيفا “لقد قامت وزارة الطاقة مؤخرًا باستثمارات كبيرة في تعزيز ريادتها في النمذجة المناخية لدفع الأبحاث التي يمكن أن تساعد في تطوير تقنيات المرونة لحماية المجتمعات الأمريكية المتنوعة”.

“أحد هذه الجهود الرئيسية هو تحسين التمثيل الحضري في نموذج نظام الأرض الرائد للطاقة Exascale التابع لوزارة الطاقة. وتتعاون سبعة مختبرات وطنية في مشروع E3SM لتطوير التمثيل الأكثر شمولاً لنظام الأرض في إطار النمذجة ومعالجة المشكلات الأكثر تحديًا وتطلبًا، ضرورات أبحاث تغير المناخ”.