Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 107-116.

In recent years, the scientific community has increasingly focused on the
impacts of climate change on Earth's systems. This study examines these
impacts at a local scale, analyzing trends in maximum and minimum
temperatures as well as precipitation data for South Africa. Monthly maximum
and minimum temperature, as well as precipitation data, were collected from
18 selected South African Weather Service meteorological stations with
sufficiently complete and homogeneous datasets spanning from 1958 to 2020.
The results of the normality test indicate that most temperature records exhibit
a normal distribution, while precipitation data deviates from normality.
The coefficient of variation for annual maximum temperatures ranges from
20.7% to 27.3%, and for annual minimum temperatures, it ranges from 5.8% to
16%. Temperature patterns in monthly averages over the entire record period,
as well as seasonal and monthly trends, were examined. The analysis reveals
changes in mean monthly temperatures over the past 63 years, with both
increasing and diminishing patterns observed.The study employs the Mann–
Kendall (MK) test and Sen’s slope estimator to analyze trends and magnitudes
in maximum and minimum temperatures as well as precipitation under
monthly, seasonal, and annual timeframes. These analyses provide insights into
climate change using different natural and geographical contexts.
Results revealed that, maximum and minimum annual mean temperature
experienced an increasingly statistically significant trend (at a< 0.001) at 99.9%
confidence level. Seasonal mean maximum and minimum temperature trends
were statistically significant (a <0.001) while spring minimum temperatures
revealed a statistically significant trend (at a <0.01). However, the period 1990-
2020 predominantly experienced numerous extreme events. The seasonal
trends showed substantial variability across the months and years during the
study period. It was noticed that unlike the rainfall which had a decreasing
trend, both minimum and maximum temperatures were increasing. The level of
increase in temperature was significant. The increase in minimum temperature
was lower than the increase in maximum temperature.The significance of these
findings lies in the linkage of temperature to climate change and its potential
impacts on vegetation in particular and changes in the ecology in general.
Noted that unexpectedly high number of records with high maximum and
minimum temperature values in the latter part of the analysis period is mainly
due to the variability of the warming trend with acceleration in the last decade.
Detailed analysis of mean annual maximum temperatures show that the highest
positive mean annual trend recorded among the 18 stations over South Africa
was 0.03°C per year, whilst the lowest positive trend is 0.02°C per year. Not all
the areas in South Africa exhibited the same trends, with the north western
portions warming up the fastest. The general rising trends in temperature could


II



have implications for evaporation and water management in the South Africa.
Noted that the highest values of the maximum temperature trend were in the
northern region, while the lowest values were in the south. On the other hand,
the highest values of the minimum temperature trend were in the far west,
while the lowest values were in the far east.
The MK trend test results show that there is decrease in rainfall in South
African but not statistically significant except significant decrease trends was
seen for 6 stations. Subsequently, Sen’s slope analysis confirms that the
maximum annual rainfall decrease is -2.55 mm/year in the southern east region,
and the lowest decrease of -1.40 mm/year is in the southern region. Although
the relative magnitude of the annual decrease in rainfall in the Northern region
is small and not statistically significant, the most favorable condition is the
statistically significant increase in rainfall. The other important finding is that
the annual rainfall trend at the regional level is decreasing in the Eastern
region.A more increasing trend is observed during the time period (P1: 1958-
1988) and (P2: 1989-2020) possibly due to more industrial growth in that time.
Difference between the averages became apparent. The average for two
separates periods (P1: 1958-1988) and (P2: 1989-2020) indicates the faster
increase of T-Max and T-Min in all stations.
For aridity, the spatially interpolated maps of the aridity indices were prepared
using the Ordinary Kriging technique in a GIS environment. The arid and semi-
arid regions cover about 45% of South Africa according to the de Martonne
index, while about 26% of the country’s areas are classified as semi-humid and
humid climates. For aridity, analyses revealed that the South Africa was almost
entirely characterized by arid (22%), semi-arid (23%), Mediterranean (29%),
semi-humid (12%) and humid climates (14%).
Heatwaves in South Africa, exacerbated by climate change, have had
devastating consequences, including loss of life and economic impacts. The
country is projected to experience more frequent shorter-duration heatwaves,
particularly in the north-west, while the central interior may see longer-lasting
heatwaves. Moderate greenhouse gas concentrations are expected to bring
consistent changes to heatwaves, albeit with relatively smaller magnitudes.
These trends pose significant risks to human health, economic activities, and
vulnerable communities.

قدمت هذه الدراسة تحليل التباين, اتجاة السلاسل الزمنية لدرجات الحرارة العظمى والصغرى وهطول الأمطار فى الفترة الممتدة من عام 1958م إلى 2020م فى جنوب افريقيا.
تمت دراسة الحد الأقصى والأدنى لدرجات الحرارة وهطول الأمطار على نطاقات زمنية مختلفة وتغطى فترات زمنية( شهرية – موسمية – سنوية ) وتغطية مكانية لجنوب افريقيا بأكملها مستعينين ببيانات 18 محطة ارصاد جوية على مدار (63 عام) منذ عام 1958 حتى 2020م .
زاد متوسط درجة حرارة السطح العالمية بمقدار 0.2 إلى 0.6درجه مئوية خلال القرن الماضى ومن المتوقع أنة بحلول العام 2100م يمكن ان تتراوح الزيادة فى درجات الحراره ما بين 1.4 إلى 5.8 درجة مئوية وتميزت هذه الدراسه بتوفير المزيد من التفاصيل المكانية لإتجاهات درجات الحراره فى جنوب افريقيا.
وتم رصد التباين فى النطاقات الزمنية المختلفه وتحديد الإشارات السائدة.وبشكل عام كان هناك زيادة مقدارها 0.12 درجة مئوية بالنسبه لمتوسط درجات الحراره السنويه لعدد ثلاثون مسطح من المياه خلال ثلاثة وستون عام وقد أظهرت الإختبارات الغير الباراميترية والتى طبقها العالمان ( مان كيندال - بينيت ) على بيانات سلسلة درجات الحرارة القصوى والصغرى السنوية زيادة مقارنة بالمحطات الرئيسية فى جنوب افريقيا.
ويبين تحليل البيانات انه يوجد إتجاه متزايد فى درجات الحرارة للمحطات ال (18) وأظهرت إرتفاع درجات الحرارة فى معظم مناطق الدراسة ووضحت اتجاهاً نحو الإحترار.
تم تحديد مرحلتين دافئتين الأولى كانت منذ بداية الخمسينيات وأواخر السبعينيات والثانية كانت من اوائل الثمانينات حتى نهاية فترة الدراسة وأظهرت استمرار إتجاة الزيادة فى درجات الحرارة العالمية وبشكل عام هناك إتجاة عام إيجابى فى السلاسل الزمنية للفترة من 1958 إلى 2020 على جنوب إفريقيا.
كان هناك نمط غير منتظم من التغيرات فى درجات الحرارة واضح عبر مسطحات المياة المختلفة ويكشف الفحص الشامل لدرجات الحرارة العظمى والصغرى الشهرية فى جنوب إفريقيا بخصوص الأعوام منذ (1975م – 2004م ) عن مؤشرات واضحه للإحترار وهو ما يتوافق مع الابحاث السابقه والتى ركزت على الإحتباس الحرارى الناجم عن زيادة تأثيرات الغازات الدفيئة وتظهر بيانات متوسط درجة الحرارة السنوية العظمى والصغرى إتجاه متزايد بدلالة إحصائية عند (> 0.01) عند مستوى ثقه 99% وتتوافق هذه النتائج مع (دراسة كولنز 2011م) والذي اشار الي ملاحظة وهي الاحترار السريع منذ عام 1970م فصاعدا في جنوب إفريقيا.
تم تمثيل التقلب طويل المدى فى درجات الحرارة العظمى من خلال حساب الاتجاهات غير الخطية في سجلات البيانات علي الرغم من ان التباين في اتجاهات درجات الحرارة العظمي يظهر اعتمادا مكانيا الا انه الاتجاهات حقيقة بلا شك وان الاحترار كبير وخطير بلا شك بما يكفي لاحداث تاثيرات كبيرة على هطول الامطار والنظم البيئية فى المنطقة يتبع الاتجاه العام لدرجات الحرارة القصوي التوزيعات الموسمية لفترة الدراسة وتظهر جميع الفصول اتجاها ايجابيا .اظهرت اتجاه الحد الاقصى والادنى لمتوسط درجات الحرارة السنوي للبيانات منذ عام1958م الي 2020م اتجاه متزايد بدلالة احصائية ( .001> و .01>و ( .05>وتتفق هذه الدراسة مع دراسة ( هولم – دوهرتي واخرون لعام 2001م) بخصوص اتجاهات الاحترار في افريقيا ودراسة (نامولونج في اوغندا من 1947م الي 2009م). اظهرت الاتجاهات الموسمية لجميع المتوسطات لدرجات الحرارة العظمى والصغرى اتجاه ذو دلالة احصائية عند ( .001> و .01>و ( .05> من ناحية اخرى يشير متوسط درجة الحرارة الصغرى لفصل الصيف الى ارتفاع الاتجاه بدلالة احصائية عند اقل من .001 كما يتم استنتاج الاتجاهات الايجابية لجميع المواسم بالنسبة لدرجة الحرارة العظمى والصغرى.
يمكن الاستشهاد بدراسات اخرى تتعلق باتجاهات درجات الحرارة فى مناطق مختلفة من جنوب افريقيا ( دراسة كروجر وسكلي 2013م ) ودراسة ( ماكلر ونيو واخرون لعام2014م ) حيث يتميز فصلي الربيع والخريف بغلبة واضحة للاتجاهات الايجابية لدرجة الحرارة العظمى كما اظهرت جميع الاتجاهات دلالة احصائية (.02 -.03-.04 درجة مئوية / عقد ) عند مستوى ثقة 99.9% الموسم الاعلى اتجاه (متوسط درجة الحرارة العظمي ) هو الصيف والموسم الاعلي اتجاه (درجة الحرارة العظمى ) هو الخريف وتتوافق هذة الدراسة مع نتائج كلا من ( كروجر و شونج وي لعام 2004م ) ودراسة (موهيلن برش و تيجن لعام 1992م ) من الواضح ان درجة الحرارة العظمى والصغرى زادت فى الفترتين الاولي والثانية وهذا يوضح تاثير ظاهرة الاحتباس الحرارى .
ليس هناك شك ان الطقس المحلي فى جنوب افريقيا يتحول الى اكثر دفئا ومن ثم يمكن اكتشاف تغيرات كبيرة فى مجموعة متنوعة من انشطة درجات الحرارة الشديدة فى جنوب افريقيا وخاصة الجفاف وزيادة الموجات الدافئة وحرائق الغابات في (مدينة كيب تاون الغربية) تم اعداد الخرائط المستكملة مكانيا لمؤشرات الجفاف باستخدام تقنية (كيرنج العادية )في بيئة نظم المعلومات الجغرافية .
تغطى المناطق القاحلة وشبه القاحلة حوالي 45 % من مساحة جنوب افريقيا حسب مؤشر( دي مارتون )
في حين ان 26% من مناطق البلاد ذات مناخ رطب وشبه رطب اما بالنسبة للجفاف فقد كشفت التحليلات ان جنوب افريقيا كانت تتميز بالكامل بالمناخ القاحل بنسبة 22% و شبه القاحل 23% و الرطب 14% وشبه الرطب 12% ومناخ البحر الابيض المتوسط 29%. وتشير النتائج المقدمة هنا الى ان تغير المناخ فى جنوب افريقيا ليس على الارجح نتيجة لتغيرات ظاهرة ( النينو – التذبذب الحراري ) والمحتمل لذلك التغير المناخي هو التقلبات الطبيعية الخرى للمناخ او نتيجة لتزايد النشاط البشري ومع ذلك وحتي بدون تاكيد للاسباب المحددة فان النتيجة الاكثر اهمية فى هذا العمل هي اثبات حدوث ارتفاع كبير فى درجات الحرارة العظمى والصغري فى جنوب افريقيا بين عامين (1958م حتي 2020م ).
وقد وضحت الدراسة المناطق الاكثر ارتفاعا فى درجات الحرارة واظهرت تغيرات فى مؤشرات الجفاف الخاصة بها ووضحت التغيرات فى هطول الامطار غير المتجانسة مع عدم وجود دليل على تغيرات كبيرة في مناطق واسعه من المنطقة وقد وضحت دراسات كثيرة مثل ( القناوي و مكابي واخرون لعام 2016م ) ان جميع المؤشرات تشير الي تغيرات كبيرة وسريعة وملحوظة فى كل القارة وكذلك فى ظروف الجفاف. يمكن للتغيرات السريعة والملحوظة فى القارة ان تسبب عواقب بيئية عميقة تؤثرعلي المنطقة وخاصة المتعلقة بمتطلبات الري وادارة موارد الطاقة وهذا ما يتوافق مع دراسة (شوفالية وتشيس لعام 2016م ) .
وضحت الدراسة الاثار القوية لموجات الحر علي جنوب افريقيا وقد شهدت البلاد احداث متطرفة في درجات الحرارة فقد ادت الى خسائر في الارواح – اتلاف المزروعات – اتلاف البنيه التحتيه العامه للبلاد مما ادى الى خسائر على الاقتصاد ( دراسة مكي و بنتو واخرون لعام 2022م ) .
ومن المتوقع ان يزداد التوتر والاحترار في ظل تغير المناخ مما يشكل تهديدا كبيرا على جنوب افريقيا ( دراسة فان ديروالت و فتشيت لعام 2022م).
ووضحت الدراسة ايضا ان موجات الحر في جنوب افريقيا اصبحت اكثر توترا واستمرارية لفترة اطول مع زيادات متوقعة فى درجات الحرارة القصوى وحدوث موجات الحر ( دراسة موبوكودو و بوبابي واخرون لعام 2020م) ونتيجة لضعف مجتمع جنوب افريقيا امام تاثيرات درجات الحرارة العظمى فكان من الضروري دراسة تاثير تغير المناخ على موجات الحر المستقبلية فى البلاد ( دراسة فان ديروالت و فتشيت لعام 2020م ) .
قد تكون الزيادة المتوقعة فى وتيرة موجة الحر ومدتها اثار كبيرة على صحة الانسان وجميع الانشطة الاقتصادية وسبل العيش ومتطابات المعيشة فى المجتمعات الطبيعية ( دراسة برادلي عام 2023م) وله تاثير ايضا علي نظم الهندسة المعمارية والاسكان وذلك بزيادة الطلب على تبريد المباني لتحقيق التكيف الذي يحقق معيشة امنه للإنسان مما يتطلب طاقة اكبر لابد ان تتوفر وهذا ما يتم ترجمته الى نفقات اكثر والتي من شأنها تؤثر علي ميزانية الافراد بوجه خاص و ميزانية الدول بوجه عام .
تعتبر جنوب إفريقيا واحده من أكثر الأقتصادات تنوعاً في إفريقيا حيث يبلغ عدد سكانها حوالى 62 مليون نسمه ويتنوع المناخ فيها كالتالى :
الشمال الغربى منطقه حاره وفاصله في صحراء (كلهارى)
الشرق منطقه شبه إستوائيه حيث الخضره نجدها علي مساحات شاسعه
الجنوب الغربي يكون فيها المناخ معتدل حيث تأثير المحيطان الاطلسي والهندى على طول الساحل الممتد لحوالى( 2500كم).
وتظل الزراعه والمناظر الطبيعيه الفنيه في جنوب إفريقيا لها أهميه قصوى في حياة المواطن حيث يفتقر العديد من المواطنين إلي القدره على الوصول إلي المؤن و الخدمات الأساسيه حيث يتركز المنضرون بشكل غير متناسب في المناطق منخفضه الدخل ويعيش أكثر من نصف السكان تحت خط الفقر الأعلى (دخل الأسره لايمكنهم من تغطيه تكاليف الغذاء والمعيشه الأساسيه )
يعانى حوالى ثلث السكان من البطاله ، 20% من السكان من إنعدام الأمن الغذائي .
لذلك فى ظل تلك التحديات نجد الزراعه و التنوع البيولوجي لها أهميه قصوى حيث تساهم الزراعه والسياحه الطبيعيه في توفير الأمن الغذائي وفرص العمل للمواطنين.
تغطى الزراعه حوالى 80 % من إجمالى مساحه جنوب إفريقيا وتمثل المزارع التجاريه 75 % من الأرض الزراعيه تنتج للسوق المحلى والتصدير و 25 % من باقي الأرض حيازات صغيرة تمثل 2-3 مليون حيازة زراعيه تكفي لإنتاج الغذاء لأسرهم و مبيعه بشكل محدود .
إن التأثيرات المناخيه واضحه بالفعل في جنوب إفريقيا وسوف تتفاقم مع إرتفاع درجات الحراره العالميه والتي تعتمد علي مستوى الأنبعاثات المستقبليه .
حيث أنه من المتوقع أن تصبح موجات الحر أكثر سخونه وأكثر تواتراً مما يزيد من الأجهاد الحرارى المميت وحدوث حالات الجفاف الشديد بشكل متكرر مثلما حدث بين عامي ( 2015م – 2017م) .
حيث ادى نقص هطول الأمطار إلي جفاف شديد و أزمه في مياه الشرب في (كيب تاون) وهو الحدث الذى أدى إلي تغير المناخ عن المعتاد 6:3 مره .
ورغم ذلك فإنه من المتوقع ايضاُ أن يزداد هطول الأمطار الغزيره في شرق جنوب إفريقيا مما يسبب فيضانات و اعاصير مداريه مدمره
وتصبح اكثر شده من التى كانت منذ عامى ( 2015م – 2017م ).
يعتبر أي حدث متطرف (فيضانات – جفاف – موجات حاره ) خطر على الأمن الوظيفي – الدخل – مستوى المعيشه .
ويهدد حياة النباتات والحيوانات وبالتالى قطاع السياحة والبنيه التحتيه بشكل مباشر .
وهو الأمر الذى يؤدى لخفض عدد السياح الى 40 % بحلول عام (2050م)بالنسبه للمتنزهات والمناطق المحميه وسيكون متنزه (كروجر) الوطني الأكثر تضرراً .بالتأثيرات المناخيه في جنوب إفريقيا
تسبب ايضاً تدمر للبنيه التحتيه مثل (شبكه الكهرباء - شبكه الصرف الصحى – شبكه الإتصالات – شبكه المواصلات – محطات المياه – المتنزهات – اعداد الحيوانات ) .
وخلل في (التنوع البيولوجى – الأمن الغذائي ) وبالتالي يهدد إقتصاد الدوله وايضاً لا ننسي تدهور الصحه وتكاليف المعيشه .
وهذا ما ظهر مؤخراً في إبريل 2020م حيث أجبر الالاف من المواطنين علي ترك منازلهم ووفاة أكثر من 400 شخص جراء الفيضانات الغزيره .
من المحتمل ان تستمر درجات الحراره في الأرتفاع وتصبح موجات الحر والجفاف أكثر تواتراً وتستمر لفتره أطول في جنوب إفريقيا

وهذا يدفع الدوله لإشباع خطط إستدامه مدروسه ومكلفه جداً لمواجهة تلك التغيرات ومكافحه التأثيرات وهذا كله يشكل ضغط علي خزانه الدوله
والتى يدفعها للإقتراض من الخارج لأن تكلفه التكيف والحد من التأثيرات كبيره وضخمه جداً .
وقد تواجه جنوب إفريقيا عوائق ضخمه تحول دون التكيف مثل مواكبه التكنولوجيا الحديثه بسبب نقص المال ويظهر هذا مع صغار الفلاحين
وايضاً لنقص امدادات (الكهرباء ، الصدمات المناخيه المفاجئه وعدم توافر الكوادر المدربه وبطئ برامج الأصلاح وضعف البنيه التحتيه و إتساع حجم الفجوه بين الطبقات ) .
وبالمختصر لابد من دراسه المناخ دراسه دقيقه لكى نستطيع ان نتوقع التغيرات المناخيه المستقبليه
وبالتالي عمل خطه لمواجهة التأثيرات والأحداث المتوقعه جراء الموجات الحاره الشديده ، الجفاف الشديد ، الفيضانات والتى بدورها تؤثر على رفاهيه المواطن وإحتياجاته الأساسيه وتؤثر على الأمن الغذائي والأمن الوظيفي وإقصاد الدوله.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.