بخشی از مقاله
افزایش تراز دریاها در اثر گرمشدن جهانی (مروري برکارهاي گذشته)
چکیده
افزایش تراز آب دریاها در دهه گذشته روند رو به رشدي داشته است. اطلاعات تراز آب دریاها امروزه به کمک اندازهگیريهاي ماهوارهاي دقت بسیار بالایی دارد. اندازهگیريهاي انجام شده در ایستگاههاي ساحلی روند افزایشی 1/8-0/3میلیمتر در سال را در 50 سال گذشته براي تراز آب دریاها نشان میدهند در حالی که اندازهگیريهاي انجام شده توسط ماهوارههاي TOPEX/Poseidon و Jason-1 مقدار 3/1-0/4 میلیمتر در سال را براي سالهاي 1993 به بعد گزارش میدهند. در این مقاله به بررسی مقدار افزایش تراز آب دریاها و همچنین علل آن با توجه به پژوهشهاي انجام شده پرداخته خواهد شد.
کلمات کلیدي: تغییر اقلیم، افزایش تراز آب دریا، انبساط گرمایی، ذوب یخ، ذخیره زمینی آب
-1 مقدمه
براي بیان شرایط "آب و هوا"3 در یک زمان و مکان مشخص و همچنین براي تعیین "اقلیم"4 یک منطقه پارامترهایی مانند دما هوا، میزان بارش، سرعت باد، میزان ابري بودن هوا، فشار هوا و ... بیان میشود. ولی بین "آب و هوا" و "اقلیم" تفاوت وجود دارد.[1] آب و هوا شرایط فعلی جوي است که شامل دما، بارش، باد، میزان ابري بودن و میزان رطوبت در یک مکان مشخص میشود. در حقیقت آب و هوا آنچیزي است که در حال رخ دادن است یا در آیندهاي بسیار نزدیک (به طور مثال چند روز) رخ خواهد داد. از سوي دیگر اقلیم شرایط عمومی آب و هوا میباشد. به بیان دیگر اقلیم شرایط متوسط آب و هوا در یک منطقه است. روند رو به رشد استفاده از سوختهاي فسیلی پس از انقلاب صنعتی (سال 1850میلادي) و رشد فزاینده این روند در چند دهه اخیر باعث افزایش بیش از حد تولید گازهاي گلخانهاي به ویژه دياکسیدکربن شده است. این عامل باعث سرعت بخشیدن به پدیدهي "گرم شدن جهانی"1 شده است. از تبعات این پدیده برهم خوردن ایستایی روند متغییرهاي اقلیمی در سطح زمین میباشد که به آن "تغییر اقلیم"2 میگویند.
این پدیده اثرات زیادي بر کشاورزي، سیستمهاي منابع آب، محیط زیست، صنعت و ... خواهد داشت که لزوم مطالعه و بررسی دقیقتر آن را آشکار میسازد.
در سال 1988 میلادي هیئتی با نام شوراي بینالدول تغییر اقلیم (IPCC) 3 با همکاري دو ارگان سازمان ملل متحد یعنی سازمان جهانی هواشناسی (WMO)4 و برنامه محیطزیست سازمان ملل متحد (UNEP)5 تشکیل شد. یکی از اهداف اصلی این شورا تحقیق و بررسی در رابطه با مقولههاي علمی و فنی و خطرات بالقوه تغییرات آب و هوا و همچنین اثرات آن در سطح جهان و تعیین سیاستهاي مقابله با آن میباشد. این شورا در سال 1990 میلادي اولین گزارش ارزیابی خود را در رابطه با تغییر اقلیم منتشر کرد. آخرین و چهارمین گزارش آن نیز در سال 2007 میلادي منتشر شده است.
در چهارمین گزارش این شورا [2] آمده است که متوسط دماي سطح زمین در طی دوره 100 ساله 1906 تا 2005 به میزان 0/74 سانتیگراد با خطاي -0/18 سانتیگراد افزایش یافته است و این در حالی است که افزایش دما در50 سال دوم این دوره نسبت به 50 سال اول آن دو برابر بوده است. همچنین تغییرات مقادیر اکسترمم دما با گرم شدن اقلیم سازگار است؛ یعنی افزایش مقادیر ماکزیمم دما با کاهش تعداد روزهاي یخبندان، افزایش تعداد روزهاي با گرماي شدید و کاهش تعداد روزهاي با سرماي شدید در 70 تا 75 درصد مناطق سطح زمین، که داده آن در دسترس بوده است، تطابق دارد. از این مقایسه، نتیجه شده است که تغییري که در اقلیم مناطق مختلف مورد بررسی، رخ داده است، در اثر پدیده گرمشدن جهانی می- باشد و این تبعات و تغییرات، تغییر اقلیم نامیده شده است.
از جمله شواهد تغییر اقلیم که در دو دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته است، تغییرات تراز آب دریاها میباشد. اجزا متعددي در سیستم کره زمین به صورت غیرخطی در تغییرات تراز آب دریاها اثر گذار هستند که شناسایی و درك هر یک از آنها یک اقدام مؤثر در شناسایی هر چه بیشتر تغییر اقلیم میباشد.
در فصل پنجم گزارش چهارم کارگروه 1 شوراي بین- الدول تغییر اقلیم در رابطه با تغییرات تراز آب دریاها آمده است: "امروزه تغییرات تراز آب دریا از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است چون این موضوع میتواند اثرات زیادي بر جوامع ساکن در مناطق ساحلی و جزایر داشته باشد."
نظر به اهمیت موضوع تراز آب دریاها و تبعاتی که کاهش یا افزایش این تراز در بر خواهد داشت در این مقاله به ارائه مروري بر دانش موجود در زمینه تغییر تراز آب دریاها و کارهاي انجام شده در این زمینه پرداخته خواهد شد.
-2 تغییرات مشاهده شده در تراز آب دریاها
تا قبل از سال 1990 اطلاعات تراز آب دریاها توسط ایستگاههاي ساحلی6 اندازهگیري میشد. طول اطلاعات موجود در این بازه در اکثر ایستگاهها به حداکثر 50 سال میرسد و معدود ایستگاههایی هستند که اطلاعات بیشتر از 50 سال داشته باشند. مطالعات Douglas و Peltier نشان داد که با استفاده از اطلاعات ایستگاههاي با دادهي بیش از 50 سال مقدار تغییرات تراز آب دریاها در قرن بیستم برابر با 1/84-0/35 میلیمتر در سال بدست می-آید.[3,4] این مقدار بسیار بیشتر از مقداري است که براي دوره قبل از انقلاب صنعتی (قبل از 1850 میلادي) از روي رسوبات اقیانوسها بدست آمده است 1) میلیمتر در سال).[5]
مطالعات دیگري که توسط افرادي چون Holgate و [6] Woodworthو همچنین Church و همکاران [7] انجام شده است مقدار افزایش تراز آب را 1/8 میلیمتر در سال براي بازه 1950 تا 2000 نشان میدهد که با مقدار بدست آمده توسط Douglas و Peltier همخوانی دارد.
در مطالعات انجام شده بر روي دادههاي ایستگاههاي ساحلی هیچگونه شتابی (روند افزایشی فزاینده) در افزایش تراز آب دریاها در سالهاي پایانی قرن بیستم مشاهده نشده است ولی مطالعات Church و White بر روي دادههاي بازسازي شده تراز آب دریاها نشان داد که یک روند افزایشی 1/7 میلیمتر درسال به ازاي هر قرن در دادههاي وجود دارد.[8]
در سال 1992 با ارسال ماهواره TOPEX/Poseidon به فضا اندازهگیري تراز آب دریاها با دقت بالا آغاز شد. در سال 2001 نیز ماهواره Jason-1 در ادامه مأموریت ماهواره TOPEX به فضا پرتاب شد و هماکنون یک مجموعه داده 16 ساله از تراز آب دریاها در اختیار می-
باشد. این ماهواره هر 10 روز یکبار به طور کامل دور زمین میچرخد و در نتیجه، اطلاعات آن از تراز آب دریاها به صورت 10 روز یکبار است. دقت اندازهگیريهاي آن در حدود 5-4 میلیمتر است. این اطلاعات تا سال 2006 یک افزایش 3/1-0/4 میلیمتر در سال را براي تراز آب دریاها نشان میدهد که در شکل شماره 1 نشان داده شده است.[9,10] خطاي این دادهها مربوط به خطاي کالیبراسیون تجهیزات اندازهگیري داخل ماهواره است که توسط اطلاعات اندازهگیري شده با ایستگاههاي ساحلی کالیبره شده است و خطاي آن حذف شده است.[11]
به وضوح قابل مشاهده است که اطلاعات ماهواره وجود یک روند افزایشی در تراز آب را اثبات میکنند اما سؤال اینجاست که آیا این روند در سالهاي آتی هم ادامه خواهد داشت یا اینکه این یک پدیده کوتاه مدت میباشد.
نکته قابل توجه دیگر یکسان نبودن میزان تغییرات در مکانهاي مختلف است. درست است که بر طبق اطلاعات ماهوارهاي تراز آب دریا به طور قابل ملاحظهاي روند افزایشی پیدا کردهاست ولی بر طبق اطلاعات ایستگاههاي ساحلی در بعضی مناطق مانند غرب اقیانوسیه مقدار افزایش تراز آب حدود 5 برابر مقدار محاسبه شده توسط اطلاعات ماهوارهاي میباشد و بر عکس در مناطقی چون شرق اقیانوسیه تراز آب دریا در مدت مشابه کاهش داشته است.
-3 طبقهبندي عوامل افزایش تراز آب دریاها
در راستاي درك علل افزایش تراز آب دریاها تحقیقات و پژوهشهاي متعددي صورت گرفته ولی هنوز عدم قطعیتهایی در این زمینه وجود دارد. تغییر تراز دریاها ناشی از مجموعه اجزا مختلفی در سیستم کره زمین است که هریک به صورتی کاملاً غیرخطی در این تغییرات دخیل هستند، در نتیجه هر گونه تلاشی براي درك و کاهش عدم قطعیتها در این عوامل از اهمیت خاصی برخوردار است.
عوامل اصلی دخیل در تغییر تراز دریاها در اثر تغییر اقلیم را میتوان در دو گروه (1 انبساط گرمایی و (2 تبادل آب بین اقیانوسها و دیگر مخازن آبی (شامل تودههاي یخ، یخچالهاي طبیعی، مخازن آب احداث شده توسط بشر بر روي زمین و اتمسفر) طبقهبندي کرد که در ادامه هر یک از عوامل شرح داده میشوند.[2]
شکل :(1) تراز متوسط آب دریا از روي اطلاعات TOPEX و Jason-1 نقاط نشاندهنده اطلاعات خام میباشد (قرمزها مربوط به TOPEX و سبزها مربوط به (Jason-1 خط آبی رنگ، نمودار هموار اطلاعات تراز آب 60 روزه میباشد. خط مشکی هم بهترین خط گذرا از داده- ها به روش حداقل مربعات است. [9, 10]
-1-3 انبساط گرمایی
تراز آب دریاها در اثر گرمشدن افزایش و در اثر سرد شدن کاهش خواهد یافت چون چگالی آب تغییر خواهد کرد. اگر افزایش دما ثابت بود، تغییر متوسط تراز دریاي آزاد همسان با افزایش میزان گرماي دریاها بود. ولی از آنجایی که آبهاي گرم نسبت به آبهاي سرد با افزایش یکسان مقدار گرما، بیشتر پخش میشوند و همچنین آب در فشارهاي بالا بیشتر از فشارهاي کم پخش میشود، تغییر تراز متوسط آبهاي آزاد به توزیع سهبعدي تغییرات دماي اقیانوسها وابسته است .[2]
اطلاعات مربوط انبساط گرمایی اقیانوسها از طریق اندازهگیريهاي عمق – دما که توسط کشتیها انجام می- شود بدست میآید. این اطلاعات نشان میدهد که در طول 50 سال گذشته اقیانوسها به طور قابل ملاحظهاي ولی نه به طور یکنواخت گرمشدهاند.[12] در مقیاس جهانی انبساط گرمایی باعث افزایش تراز دریا در حدود 0/4 میلیمتر در سال در 50 سال گذشته شده است .[13,14]ولی بر طبق تحقیقات انجام شده در طول سالهاي 1992 تا 2006 میزان اثر انبساط گرمایی در افزایش تراز دریا در حدود 1/5 میلیمتر در سال بوده است .[15,16,17] اثر انبساط گرمایی نیز مشابه تغییر تراز آب دریاها در مکان-
هاي مختلف متفاوت است.
-2-3 تبادل آب بین اقیانوسها و دیگر مخازن آبی
تراز آب دریاها اگر آبی به آنها اضافه شود افزایش می- یابد و اگر آبی از آنها کاسته شود، کاهش مییابد. در این بخش سه توده جرم اصلی یعنی اتمسفر، یخها و یخچالها و ذخیره زمینی آب1 مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
میزان آب موجود در اتمسفر معادل 35 میلیمتر از تراز آب دریاها میباشد و روند تغییر در این ذخیره آب (اتمسفر)، به میزان 0/04 میلیمتر در سال که در دهههاي اخیر مشاهده شده است، در مقایسه با یخهاي اقیانوسها، یخچالهاي طبیعی و آبهاي ذخیره شده بر روي زمین ناچیز است .[2] اندازهگیريهاي مشاهداتی از یخچالهاي موجود بر روي سطح زمین بسیار محدود است و یک بخش بسیار کوچکی از آنها به صورت مستمر پایش می- شوند. ولی وقتی که مشاهدات این یخچالها به کل سطح زمین و براي بقیه یخچالها تعمیم داده میشود، نشان میدهد که حدود 0/5 میلیمتر در سال در 40 سال گذشته در افزایش تراز دریاها مؤثر بودهاند .[2] این مقدار براي بازه 1993 تا 2003 برابر با 0/8 میلیمتر در سال بوده- است .[18]
تأثیر یخهاي گروئینلند و قطب جنوب در افزایش تراز آب دریاها هنوز به طور کامل معلوم نشده است. ولی اندازه- گیريهایی که به کمک سنجش از دور بر روي تراز یخ در سطح این دو توده در دو دهه اخیر انجام شده است نشان میدهد که مقادیر یخ این دو توده در حال کاهش است و در حدود 0/1 تا 0/2 میلیمتر در سال (در 20 سال اخیر) در افزایش تراز آب دریاها مؤثر بودهاند.[19,20,21]
از سال 2002 که ماهواره GRACE 2 به فضا پرتاب شده است امکان اندازهگیري تغییرات زمانی و مکانی در جرم- هاي سیال و جامد در زیر و روي پوستهي زمین فراهم شده است. در مقایسه با اندازهگیريهاي سنجش از دور گذشته که فقط تراز یخ را اندازهگیري میکردند و باید با استفاده از چگالی یخ مقدار آن تخمین زده میشد، ماهواره GRACE اطلاعات جرم یخ و تغییرات آن را مستقیماً اندازهگیري میکند. مشاهدات GRACE از گروئینلند مقادیر ارائه شده توسط اندازهگیريهاي قبلی را تأیید می-کند. در قطب جنوب هم GRACE کاهش حجم یخ در 4-3 سال گذشته را نشان میدهد .[22,23,24]
تغییرات در شوري آب دریاها میتواند معیاري از ذوب- شدن یخهاي موجود در اقیانوسها باشد ولی به دلیل نبود دقت کافی در تخمین حجم یخهاي موجود در اقیانوسها و همچنین تخمین تغییر شوري آب، خطاي برآورد این تغییرات در آب دریاها بسیار بالا است.یکی دیگر از موارد مطرح در بحث تبادل آب بین دریاها و مخازن آبی دیگر، تبادل آب با ذخیره زمینی آب است که تغییرات در این ذخیره باعث تغییر در تراز آب دریاها میشود. ذخیره زمینی آب شامل تمامی مقدار آبی است که در سطح و زیر زمین موجود است. یعنی تمامی مخازن، دریاچهها، رواناب سطحی، لایههاي آبدار زیر زمین و ... را شامل میشود.
تغییرات در ذخایر زمینی آب در اثر دو عامل اقلیمی و انسانی اتفاق میافتد و در حقیقت این تغییرات از شرایط اقلیمی، اثرات مستقیم بشر در چرخه آب و تغییرات بشر در سطح زمین (مانند ساخت سد، ایجاد سیستمهاي آبیاري، حفر چاههاي آب و ...) ناشی میشود. در مدل- سازي اثر فعالیتهاي بشر در تغییر ذخایر زمینی آب با توجه به در دسترس نبودن اطلاعات کافی تحقیقات زیادي انجام نشده است. ولی امروزه با فعالیت ماهوارههاي مختلف و جمعآوري اطلاعات تغییرات جرم آب در مناطق مختلف میتوان این اثر را برآورد کرد.
Ramillien و همکاران در سال 2004 در یک پروژه تحقیقاتی با استفاده از یک روش جدید بر پایه روشهاي معکوس خطی به جداسازي اثر هر یک از مخازن سیال (شامل: اقیانوسها، جو و کل ذخیره زمینی آب شامل: برف، رطوبت خاك، آب زیر زمینی و یخها) با استفاده از اطلاعات ماهانه ماهواره GRACE پرداختهاند. جهت مقایسه نتایج این مدل با واقعیت نیز از یک مدل هیدرولوژیکی جهانی در سطح 71 حوضه آبریز استفاده شده و نشان داده شده است که استفاده از مدل طراحی شده در این پژوهش میتواند در بازسازي تغییرات جرم آب به صورت ماهانه با دقت 1 سانتیمتر مؤثر باشد.[25] Ramillien و همکاران در سال 2005 با استفاده از اطلاعات واقعی 2 ساله ماهواره GRACE و همچنین مدلی که در پژوهش قبلی خود آن را طراحی کرده بودند توانستند تغییرات ذخیره آب قارهاي را در یک بازه 2 ساله بررسی کنند. همچنین در اینجا آنان به تخمین مقدار تبخیر و تعرق در هر حوضه با استفاده از معادله بیلان آب که تغییرات زمانی حجم آب را به بارش، تبخیر و تعرق و رواناب مرتبط میکند، پرداختند .[26]
Ngo-Duc و همکاران در سال 2007 به مقایسه نتایج بدست آمده توسط Ramillien و همکاران در سال 2005 با نتایج مدل ORCHIDEE 1 پرداختهاند. در این پژوهش با اصلاح مدل موجود ORCHIDEE نتایج بهتري که قابل قیاس با نتایج بدست آمده از GRACE در تحقیقات Ramillien و همکاران است، بدست آمده است. تصحیح صورت گرفته در این مدل، ساخت یک الگوي محاسبه مقدار آب زهکش شده و اضافه کردن آن به میزان ذخیره زمینی آب، بوده است.[27]
