گنبد گرما؛ کالبدشکافی یک کوره بی‌سقف

نکات کلیدی

• گنبد گرما زمانی شکل می‌گیرد که توده‌ای بسیار گرم با یک سامانه پرفشار گسترده در لایه‌های میانی یا بالایی جو همراه شود.
• «موج گرما» پیامد دمایی در سطح زمین است؛ اما «گنبد گرما» به سازوکار گردش جو اشاره دارد. هر موج گرمایی، گنبد گرما نیست.
• اصطلاح Heat Dome ابتدا بیشتر در میان هواشناسان تلویزیونی و رسانه‌های آمریکایی رواج داشت و تا سال ۲۰۲۲ تعریف رسمی در واژه‌نامه انجمن هواشناسی آمریکا نداشت.
• پژوهشی در سال ۲۰۲۶ نشان داد فقط ۴۷.۱ درصد از پهنه‌های گرمای بسیار شدید در آمریکای شمالی مستقیماً با گنبد گرما مرتبط بوده‌اند.
• گرمایش جهانی علاوه بر افزایش دمای زمینه، از طریق خشک‌شدن خاک می‌تواند شدت گرمای زیر سامانه‌های پرفشار را بیشتر کند.
• هنوز درباره تأثیر تغییرات اقلیمی بر فراوانی خودِ الگوهای بلوک جوی عدم‌قطعیت وجود دارد؛ اما تشدید موج‌های گرما بر اثر فعالیت انسانی از نظر علمی قطعی است.
• در ایران نیز هر دوره گرمای شدید را نباید بدون بررسی نقشه‌های تراز ۵۰۰ هکتوپاسکال، «گنبد گرما» نامید.

گنبد گرما در ادبیات رسانه‌ای شبیه سقفی نامرئی توصیف می‌شود که گرما را بر فراز یک منطقه زندانی می‌کند؛ اما آنچه در جو رخ می‌دهد پیچیده‌تر از یک درپوش ساده است. این پدیده حاصل برهم‌کنش گردش پرفشار، فرونشینی و گرم‌شدن هوا، کاهش ابرناکی، تابش شدید خورشید و گاهی بازخورد خشکی خاک است. گنبد گرما می‌تواند چند روز تا چند هفته بر فراز یک منطقه باقی بماند و موجی از گرمای خطرناک، شب‌های بدون خنکی، افزایش مصرف برق، افت کیفیت هوا، آتش‌سوزی و مرگ‌ومیر را به دنبال داشته باشد.

گنبد گرما چیست؟

انجمن هواشناسی آمریکا گنبد گرما را «توده هوای به‌طور استثنایی گرم در عرض‌های میانی و فصل گرم سال» تعریف می‌کند که با یک منطقه پرفشار در مقیاس همدیدی در لایه‌های بالایی جو همراه است. این پرفشار، حرکت صعودی هوا و تشکیل ابر و بارش را محدود می‌کند و در برخی موارد، فرونشینی هوا موجب گرم‌شدن بیشتر آن بر اثر فشرده‌شدن می‌شود. اگر این الگو کم‌تحرک یا مسدودکننده باشد، گرمای سطح زمین می‌تواند چندین روز ادامه یابد.

سه مؤلفه در این تعریف اهمیت دارد:

1. دمای سطح زمین باید نسبت به اقلیم همان مکان و همان فصل بسیار بالا باشد.
2. در لایه‌های میانی جو، یک مرکز یا پهنه مشخص پرفشار وجود داشته باشد.
3. میان گرمای سطحی و سامانه پرفشار بالای جو ارتباط مکانی و زمانی برقرار باشد.

بنابراین، ثبت دمای ۴۰ درجه سانتی‌گراد به‌تنهایی برای اعلام گنبد گرما کافی نیست. این دما ممکن است در منطقه‌ای بیابانی عادی باشد، درحالی‌که دمای ۳۲ درجه در شهری با اقلیم خنک می‌تواند یک رویداد حدی و مرگ‌بار به شمار رود.

چرا از واژه «گنبد» استفاده می‌شود؟

هوای گرم چگالی کمتری دارد و ستون جو در اثر گرم‌شدن منبسط می‌شود. در نتیجه، ارتفاع سطوح فشار در بالای این ستون افزایش می‌یابد. روی نقشه تراز ۵۰۰ هکتوپاسکال ــ در ارتفاع تقریبی پنج تا شش کیلومتری ــ این وضعیت به شکل برآمدگی خطوط ارتفاع ژئوپتانسیل یا یک مرکز بسته پرفشار دیده می‌شود.

این برآمدگی در نمایش سه‌بعدی می‌تواند ظاهری گنبدمانند داشته باشد؛ اما گنبد گرما یک سازه فیزیکی یا دیواره بسته نیست. هوا همچنان می‌تواند به‌صورت افقی جابه‌جا شود و سامانه نیز ممکن است تغییر شکل دهد یا حرکت کند. از این رو، عبارت رایج «پرفشار، هوای گرم را مانند درپوش در نزدیکی زمین حبس می‌کند» یک تشبیه ارتباطی مفید، اما از نظر علمی ناقص است.

آنچه واقعاً اهمیت دارد، پایداری جو، حرکت نزولی هوا، کاهش ابر و بارش و تداوم الگوی گردش است؛ نه وجود یک سقف واقعی در جو.

گنبد گرما چگونه شکل می‌گیرد؟

۱. ایجاد پشته پرفشار در لایه‌های میانی جو

جریان‌های جتی در عرض‌های میانی معمولاً از غرب به شرق حرکت می‌کنند، اما مسیر آنها مستقیم نیست و به شکل امواج بزرگ موسوم به امواج راسبی پیچ‌وخم دارد. وقتی یکی از این امواج به سمت عرض‌های بالاتر کشیده شود، یک پشته پرفشار شکل می‌گیرد.

منشأ تقویت این پشته در هر رویداد متفاوت است. انتقال گرما از عرض‌های پایین‌تر، تغییرات دمای سطح اقیانوس، فعالیت‌های همرفتی مناطق حاره، خشکی سطح زمین و برهم‌کنش سامانه‌های کم‌فشار و پرفشار می‌توانند در آن نقش داشته باشند.

۲. فرونشینی و گرم‌شدن بی‌دررو هوا

در مرکز سامانه پرفشار، هوا معمولاً حرکت نزولی دارد. فشار جو با نزدیک‌شدن به سطح زمین افزایش می‌یابد؛ بنابراین بسته هوای در حال نزول فشرده و گرم می‌شود.

اگر تبادل گرما با محیط ناچیز باشد، این گرم‌شدن با آهنگ بی‌دررو خشک رخ می‌دهد که مقدار نظری آن حدود ۹.۸ درجه سانتی‌گراد به ازای هر کیلومتر نزول است.

۳. کاهش ابر و افزایش تابش خورشیدی

هوای نزولی گرم‌تر می‌شود و رطوبت نسبی آن کاهش می‌یابد. در چنین شرایطی، تشکیل ابرهای عمیق و بارش دشوارتر است. آسمان صاف اجازه می‌دهد انرژی خورشیدی بیشتری به زمین برسد و سطح خاک، ساختمان‌ها و پوشش‌های شهری را گرم کند.

با طولانی‌شدن این وضعیت، گرمای ذخیره‌شده در سطح افزایش می‌یابد و دمای روزهای بعد نیز بالاتر می‌رود.

۴. تضعیف ورود سامانه‌های خنک‌کننده

اگر پرفشار به یک «بلوک جوی» تبدیل شود، حرکت معمول سامانه‌های هوا از غرب به شرق مختل می‌شود. جبهه‌های سرد و سامانه‌های بارشی مجبور می‌شوند از اطراف این بلوک عبور کنند. به این ترتیب، یک منطقه ممکن است چند روز یا حتی چند هفته زیر الگوی تقریباً ثابتی از هوای گرم و خشک باقی بماند.

مطالعه علمی بلوک‌های جوی سابقه‌ای بسیار قدیمی‌تر از اصطلاح گنبد گرما دارد. دانیل رکس، هواشناس آمریکایی، در سال ۱۹۵۰ یکی از نخستین تعریف‌های علمی و مطالعات منظم درباره بلوک‌های جوی را منتشر کرد.

۵. بازخورد خشکی خاک

خاک مرطوب بخشی از انرژی دریافتی خورشید را صرف تبخیر آب می‌کند. این فرایند مانند یک سامانه خنک‌کننده طبیعی عمل می‌کند. اما وقتی خاک خشک باشد، سهم کمتری از انرژی به تبخیر اختصاص می‌یابد و سهم بیشتری مستقیماً سطح زمین و هوای مجاور آن را گرم می‌کند.

بنابراین یک چرخه تقویت‌کننده ایجاد می‌شود:

کاهش بارش، خشکی خاک، کاهش تبخیر، افزایش گرمای محسوس، افزایش دمای هوا و خشکی بیشتر.

پژوهشی در نشریه Nature Communications نشان داد بازخورد رطوبت خاک در موج گرمای ۲۰۲۱ غرب آمریکای شمالی، نقشی قابل مقایسه با گردش پرفشار داشت؛ هرچند این دو عامل مستقل از یکدیگر نبودند.

تفاوت گنبد گرما، موج گرما و جزیره گرمایی

اصطلاح	تعریف علمی	مقیاس	عامل اصلی
گنبد گرما	همراهی گرمای بسیار شدید سطحی با سامانه پرفشار مشخص در لایه‌های میانی جو	صدها تا هزاران کیلومتر	گردش پرفشار، فرونشینی و ماندگاری جو
موج گرما	چند روز هوای غیرمعمول گرم نسبت به اقلیم محلی	محلی تا قاره‌ای	عوامل متنوع جوی و سطحی
بلوک جوی	الگوی کم‌تحرکی که مسیر معمول سامانه‌های جوی را مسدود یا منحرف می‌کند	همدیدی تا قاره‌ای	تغییر آرایش جریان‌های غربی و جریان جتی
جزیره گرمایی شهری	بالاتر بودن دمای شهر نسبت به پیرامون روستایی	محله تا شهر	آسفالت، ساختمان، کمبود پوشش گیاهی و گرمای انسانی
انفجار گرمایی	افزایش ناگهانی دما همراه با باد شدید، معمولاً در اثر فروپاشی یک توفان	چند کیلومتر	فرونشینی سریع هوای خشک در مقیاس محلی

موج گرما با استفاده از دما و مدت رویداد تعریف می‌شود؛ اما گنبد گرما یک ویژگی گردش جو است. ممکن است موج گرمایی در اثر انتقال هوای داغ از منطقه‌ای دیگر، بادهای گرم پایین‌رو از کوهستان یا خشکی شدید خاک رخ دهد، بدون آنکه مرکز بسته پرفشاری در تراز ۵۰۰ هکتوپاسکال وجود داشته باشد.

از سوی دیگر، یک بلوک پرفشار می‌تواند در زمستان شکل بگیرد و موجب سرما یا بارش در مناطق اطراف خود شود. بنابراین بلوک جوی نیز همیشه مترادف گنبد گرما نیست.

تعریف کمّی جدید؛ همه گرماهای شدید گنبد گرما نیستند

یکی از مهم‌ترین مطالعات تازه در این زمینه در مه ۲۰۲۶ در نشریه Weather and Climate Extremes منتشر شد. پژوهشگران با استفاده از داده‌های بازتحلیل جوی بین سال‌های ۱۹۴۰ تا ۲۰۲۵، یک اقلیم‌شناسی ۸۵ساله از گنبدهای گرما در آمریکای شمالی تهیه کردند.

در این مطالعه، ابتدا «پهنه‌های گرمای بسیار شدید» به‌صورت مناطق پیوسته‌ای تعریف شدند که دمای بیشینه روزانه آنها از صدک ۹۹ دمای ماه‌های مه تا سپتامبر بالاتر بود. سپس بررسی شد که آیا این پهنه‌ها با یک واچرخند بسته در تراز ۵۰۰ هکتوپاسکال همراه بوده‌اند یا خیر.

نتایج قابل توجه بود:

• فقط ۴۷.۱ درصد از پهنه‌های گرمای بسیار شدید با تعریف گنبد گرما مطابقت داشتند.
• در میان رویدادهای گرمایی چندروزه، این سهم به ۶۹ درصد رسید.
• گنبدهای گرما در آمریکای شمالی بیشتر در جنوب عرض جغرافیایی ۴۵ درجه شمالی مشاهده شدند.
• بخشی از گرماهای بسیار شدید زیر پشته‌های باز یا الگوهای دیگری رخ داده بودند که مرکز بسته پرفشار نداشتند.

این یافته نشان می‌دهد کاربرد مترادف «موج گرما» و «گنبد گرما» از نظر علمی درست نیست.

مطالعه موردی؛ گنبد گرمای ۲۰۲۱ آمریکای شمالی

اواخر ژوئن ۲۰۲۱، یک بلوک پرفشار بسیار قوی بر فراز شمال‌غرب آمریکا و غرب کانادا شکل گرفت. تابش شدید خورشید، فرونشینی هوا، خشکی پیشین خاک، جابه‌جایی هوای گرم و تضعیف نفوذ هوای خنک اقیانوسی با یکدیگر ترکیب شدند.

در ۲۹ ژوئن، دمای لیتون در بریتیش کلمبیا به ۴۹.۶ درجه سانتی‌گراد رسید؛ یعنی ۴.۶ درجه بیشتر از رکورد پیشین کانادا. این شهر یک روز بعد در آتش‌سوزی گسترده تقریباً ویران شد.

گزارش رسمی پزشکی قانونی بریتیش کلمبیا ۶۱۹ مرگ مرتبط با گرما را بین ۲۵ ژوئن تا اول ژوئیه ثبت کرد. ۹۸ درصد قربانیان در فضای بسته جان باختند؛ آماری که نشان داد «خانه» در صورت نبود تهویه و سرمایش مناسب، الزاماً پناهگاه امنی در برابر گرمای شدید نیست.

پژوهش انتساب اقلیمی این رویداد به این نتیجه رسید که:

• وقوع چنین موج گرمایی بدون تغییرات اقلیمی ناشی از فعالیت انسان تقریباً ناممکن بود.
• با فرض تداوم همان توزیع آماری، تغییرات اقلیمی احتمال رویداد را دست‌کم ۱۵۰ برابر افزایش داده بود.
• فعالیت انسانی شدت موج گرما را حدود دو درجه سانتی‌گراد افزایش داده بود.
• دمای ثبت‌شده در برخی نقاط ۱۶ تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد از میانگین روزهای مشابه سال بیشتر بود.

این اعداد فقط درباره رویداد مشخص ۲۰۲۱ صدق می‌کنند و نباید به تمام گنبدهای گرما تعمیم داده شوند.

ارتباط گنبد گرما با تغییرات اقلیمی

برای پاسخ علمی باید میان دو پرسش تفکیک قائل شد:

آیا گرمایش جهانی موج‌های گرما را شدیدتر می‌کند؟

بله. هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم اعلام کرده است که فراوانی و شدت گرماهای حدی از دهه ۱۹۵۰ در بیشتر مناطق خشکی افزایش یافته و تغییرات اقلیمی ناشی از فعالیت انسان، عامل اصلی این روند است. با هر نیم‌درجه افزایش بیشتر دمای جهانی، شدت و فراوانی گرماهای حدی نیز افزایش خواهد یافت.

گرمایش جهانی مانند بالابردن کف یک اتاق عمل می‌کند: سامانه‌های جوی طبیعی همچنان شکل می‌گیرند، اما بر بستری گرم‌تر فعالیت می‌کنند. بنابراین حتی اگر شدت گردش پرفشار تغییر نکند، دمای حاصل از آن می‌تواند بیشتر از گذشته باشد.

آیا تغییرات اقلیمی خودِ گنبدهای گرما را بیشتر می‌کند؟

پاسخ پیچیده‌تر است. برخی مدل‌ها افزایش احتمال گردش‌های شبیه گنبد گرما را در مناطق مشخصی از آمریکای شمالی نشان می‌دهند؛ اما میزان تغییر رفتار جریان جتی و بلوک‌های جوی هنوز از موضوعات مورد بحث علم اقلیم است.

فرضیه‌ای مشهور می‌گوید گرم‌شدن سریع‌تر قطب شمال، اختلاف دمای استوا و قطب را کاهش می‌دهد، جریان جتی را ضعیف‌تر و موج‌های آن را ماندگارتر می‌کند. با این حال، مطالعات موجود هنوز درباره اندازه و حتی جهت این اثر در همه مناطق به توافق نرسیده‌اند. پژوهش Nature Communications درباره موج گرمای ۲۰۲۱ نیز شواهد محکمی برای نسبت‌دادن آن رویداد به افزایش موج‌دارشدن جریان جتی در اثر کاهش یخ‌های قطبی پیدا نکرد.

نتیجه دقیق این است: اطمینان علمی درباره تشدید گرماهای حدی بسیار بالاست؛ اما درباره تغییر فراوانی و ماندگاری تمام انواع بلوک‌های جوی، عدم‌قطعیت بیشتری وجود دارد.

چرا گنبد گرما خطرناک است؟

خطر فقط به رکورد دمای روز محدود نمی‌شود. ماندگاری گرما و بالا ماندن دمای شبانه اهمیت بیشتری دارد؛ زیرا بدن، ساختمان‌ها و شبکه برق فرصت بازیابی پیدا نمی‌کنند.

مهم‌ترین پیامدها عبارت‌اند از:

• افزایش گرمازدگی و تشدید بیماری‌های قلبی، کلیوی و تنفسی؛
• افزایش مرگ‌ومیر سالمندان، کودکان، کارگران فضای باز و افراد فاقد سرمایش مناسب؛
• انباشت ازن سطح زمین و آلاینده‌ها بر اثر سکون هوا؛
• افزایش مصرف برق و احتمال فشار بر شبکه؛
• گرم‌شدن آسفالت، ریل و تجهیزات و بروز خرابی زیرساختی؛
• افت رطوبت خاک و کاهش عملکرد محصولات کشاورزی؛
• افزایش تنش حرارتی دام و حیات‌وحش؛
• فراهم‌شدن شرایط مساعد برای گسترش آتش‌سوزی‌ها؛
• افزایش دمای رودخانه‌ها و مناطق ساحلی و آسیب به آبزیان.

رطوبت نیز می‌تواند خطر را چند برابر کند. گنبد گرما الزاماً به معنای هوای خشک در سطح زمین نیست. در برخی مناطق، گردش جوی رطوبت زیادی را در لایه‌های پایین نگه می‌دارد. در این وضعیت، کاهش تبخیر عرق، توان بدن برای دفع گرما را محدود می‌کند و دمای احساسی بسیار بالاتر از دمای ثبت‌شده می‌رود.

آیا در ایران نیز گنبد گرما شکل می‌گیرد؟

ایران در تابستان به‌طور معمول زیر تأثیر پرفشار جنب‌حاره‌ای قرار دارد. پژوهش‌های اقلیمی، ارتباط مستقیمی میان ارتفاع ژئوپتانسیل تراز ۵۰۰ هکتوپاسکال، ضخامت ستون جو و دمای ایران و خاورمیانه نشان داده‌اند. سلطه پرفشار جنب‌حاره‌ای، فرونشینی هوا و آسمان صاف از عوامل اساسی گرمای تابستانی کشور هستند.

با این حال، وجود پرفشار تابستانی به‌تنهایی به معنای وقوع گنبد گرما نیست. برای استفاده دقیق از این اصطلاح باید مشخص شود:

• دما نسبت به اقلیم همان منطقه تا چه اندازه غیرعادی است؛
• پهنه گرما چه وسعتی دارد و چند روز پایدار می‌ماند؛
• آیا در تراز ۵۰۰ هکتوپاسکال مرکز بسته واچرخندی وجود دارد؛
• آیا گرمای سطحی با مرکز پرفشار بالای جو هم‌مکان است؛
• رطوبت خاک، انتقال هوای گرم و جزیره گرمایی شهرها چه سهمی دارند.

به همین دلیل، اعلام «گنبد گرما» صرفاً بر اساس پیش‌بینی دمای ۴۵ یا ۵۰ درجه در جنوب ایران از نظر علمی کافی نیست. در بسیاری از نقاط گرم کشور، عبور از یک عدد ثابت الزاماً رویدادی حدی محسوب نمی‌شود؛ معیار باید نسبت دما با اقلیم محلی باشد.

گنبد گرما چگونه پیش‌بینی می‌شود؟

پیش‌بینی این پدیده تنها با مشاهده دمای سطح زمین انجام نمی‌شود. هواشناسان مجموعه‌ای از شاخص‌ها را بررسی می‌کنند:

• ارتفاع ژئوپتانسیل و گردش باد در تراز ۵۰۰ هکتوپاسکال؛
• دمای تراز ۸۵۰ هکتوپاسکال در ارتفاع حدود ۱.۵ کیلومتری؛
• مسیر و شدت جریان جتی؛
• سرعت حرکت یا ماندگاری پشته پرفشار؛
• احتمال تشکیل بلوک امگا یا دیگر الگوهای مسدودکننده؛
• رطوبت خاک و میزان بارش هفته‌های پیشین؛
• دمای بیشینه و کمینه نسبت به صدک‌های اقلیمی؛
• شاخص گرما، دمای تر و شاخص WBGT برای ارزیابی فشار حرارتی بر بدن.

پیش‌بینی یک پرفشار قوی لزوماً به معنای پیش‌بینی دقیق پیامدهای آن نیست. شدت خسارت به آمادگی شهر، دسترسی به سرمایش، کیفیت ساختمان‌ها، سن جمعیت، وضعیت شبکه برق، رطوبت هوا و دمای شبانه وابسته است.