تبیان، دستیار زندگی

بر گرفته از http://www.daneshsara.net/geography/foro-neshandane-khashm.html
نوشته ی راس هوفمن ترجمه ی علی عبدالمحمدی

براى اینكه دریابیم آیا حساسیت سیستم جوى به تغییرات محیطى مى تواند براى تعدیل پدیده اى جوى به قدرت و شدت توفان ها مورد بهره بردارى قرار گیرد، تیم تحقیقاتى ما در AER اقدام به شبیه سازى كامپیوترى دو مورد توفان كرد كه هر دو در سال 1992 اتفاق افتاده بودند.

وقتى توفان Iniki جزیره Kauai واقع در مجمع الجزایر هاوایى را در سپتامبر 1992 درنوردید، چند نفر كشته شدند، خسارات مالى فوق العاده اى برجاى ماند و تمام جنگل ها با خاك یكسان شدند. توفان Andrew كه یك ماه پیش از آن (آگوست 1992) سواحل جنوبى «میامى» واقع در ایالت فلوریدا را درنوردیده بود، خسارات جبران ناپذیرى را به تأسیسات شهرى و امكانات زیربنایى آن منطقه وارد كرد.واقعاً شگفت انگیز بود، اما نخستین تجربه شبیه سازى ما با علم به نواقص موجود در زمینه فناورى هاى پیش بینى آب و هوا با موفقیت سریعى توأم بود.

براى تغییر دادن مسیر توفان Iniki، ما ابتدا جایى را كه مى خواستیم توفان پس از گذشت شش ساعت در آنجا به پایان برسد انتخاب كردیم: حدود 60 مایلى غرب مسیر پیش بینى شده توفان. بعد ما از این هدف براى خلق مشاهدات مصنوعى استفاده كردیم و اطلاعات حاصله را به سیستم پیش بینى 4DVAR تحویل دادیم. از كامپیوتر براى محاسبه كوچكترین تغییرات به عمل آمده در نخستین دسته از خواص كلیدى معرف توفان كه مسیر منتهى شونده به موقعیت هدف را نشان خواهد داد استفاده كردیم. در این تجربه اولیه ما اجازه دادیم كه هر نوع تغییر مصنوعى احتمالى در سیستم توفان اتفاق بیفتد.

ثابت شد كه مهمترین تغییرات در دماها و بادهاى اولیه رخ مى دهند. تغییرات دمایى حادث شده در سراسر میله دمایى نمودار صرفاً 1/0 درجه سانتیگراد بودند، اما بیشترین تغییر به میزان تقریبى 2 درجه (افزایش) در پایین ترین لایه مدل در غرب مركز توفان اتفاق افتاد. محاسبات بعدى نشان داد كه میزان تغییرات سرعت باد در حد 2 الى 3 مایل بر ساعت (حدود 3 تا 5 كیلومتر بر ساعت) بوده است. هر چند، در چند موقعیت مكانى محدود، سرعت این بادها به میزان تقریبى 20 مایل بر ساعت تغیریافته بود كه علت آن چیزى جز بروز تغییرات كوچك در جهت وزش بادها در نزدیكى مركز توفان نبود.

اگرچه نسخه هاى اصلى و بدلى (تغییریافته) توفان Iniki داراى ساختارهاى تقریباً یكسانى بودند، اما تغییرات به عمل آمده در متغیرهاى كلیدى به حد كافى بزرگ بودند تا نسخه بدلى طى 6 ساعت اولیه شبیه سازى ما به سوى غرب تغییر مسیر داده و سپس به سوى شمال حركت كند، به طورى كه جزیره Kauai از دسترس خطرناك ترین بادهاى آن توفان در امان ماند. تغییرات مصنوعى نسبتاً كوچك به عمل آمده در شرایط اولیه توفان از طریق مجموعه پیچیده اى از معادلات غیرخطى كه توفان را شبیه سازى كرده بودند انتشار یافت تا پس از گذشت 6 ساعت مجدداً در موقعیت مكانى مطلوب آرام بگیرد. مشاهده این وضع، این اطمینان را در ما ایجاد كرد كه ما در مسیر صحیحى براى تعیین تغییرات مورد نظر براى ملایم سازى توفان هاى واقعى قرار داریم. براى آزمون هاى بعدى شبیه سازى توفان، تیم ما از فواصل میله اى كوچكتر بر روى نمودار میله اى (كه لزوماً از دقت بیشترى برخوردار خواهد بود) براى مدل سازى توفان و به كار انداختن 4DVAR براى تحقق بخشیدن به هدف كمینه كردن خسارات مالى آن استفاده كرد.

در یك تجربه مجزا كه در آن باز هم از ایجاد تغییر در شرایط اولیه توفان براى كاستن از حجم ویرانى هاى آن استفاده شد، ما اقدام به محاسبه دقیق میزان افزایش دماى مورد نیاز براى محدود ساختن حجم ویرانى هاى سطحى ناشى از وزش بادهاى سهمگین در جریان توفان Andrew كردیم كه در سال 1992 سواحل ایالت فلوریدا را درنوردید. هدف ما حفظ اختلالات دمایى اولیه در یك حد كمینه (براى تحقق انجام آسان تر آن در زندگى واقعى) و محدود ساختن وزش ویران كننده ترین بادها به دو ساعت آخر فرجه شش ساعته آغازین بود. در این آزمون، 4DVAR نشان داد كه بهترین راه براى محدود ساختن حجم ویرانى هاى باد انجام بزرگترین دخالت ها (تغییرها) در دماى اولیه در مجاورت حوزه دید توفان خواهد بود. اینجا شبیه سازى تیم تحقیقاتى ما تغییراتى را به میزان دو یا سه درجه سانتیگراد در چند موقعیت مكانى معدود به وجود آورد. تغییرات دمایى كوچك تر (كمتر از 5/0 درجه سانتیگراد) به 500 یا 600 مایل (حدود 800 تا 1000 كیلومتر) دورتر از حوزه دید توفان گسترش پیدا كرد. بروز این اختلالات نمایانگر وجود یك الگوى وزش باد شبیه حلقه هاى تناوبى گرمایش و سرمایش مستقریافته بر فراز توفان است.

گرچه فقط دما در آغاز وقوع توفان تغییریافته بود، اما همه متغیرهاى كلیدى آن سریعاً تحت تاثیر قرار گرفتند. در مورد توفان شبیه سازى شده اولیه، بادهاى ویرانگر (با سرعت بیش از 90 كیلومتر بر ساعت) نواحى مسكونى جنوب فلوریدا را تا پایان شش ساعت اول مورد هجوم خویش قرار دادند، اما در مورد مدل اصلاح شده (توسط تیم تحقیقاتى ما) آنها هرگز چنین كارى را نكردند.براى آزمایش میزان مقبولیت علمى این نتایج، ما اقدام به وارد كردن اختلالات مشابه در نسخه پیچیده ترى از مدل كردیم. نتایج حاصله بسیار شبیه نتایج پیشین بود و این نشان مى داد كه تجربیات ما عقلاً حساسیتى به نوع انتخاب ویژه پیكربندى مدل ما ندارند. با این حال پس از گذشت 6 ساعت، بادهاى ویرانگر در شبیه سازى تعدیل یافته دوباره پدیدار شدند، به طورى كه انجام مداخلات اضافى براى ایمن نگهداشتن جنوب فلوریدا از عواقب زیانبار توفان ضرورى به نظر مى رسید. در واقع اینگونه به نظر مى رسد كه انجام یك سرى اختلالات هوشمندانه و هدفمند براى كنترل یك توفان در طول هر بازه اى از زمان كاملاً ضرورى خواهد بود.

راهكارهاى عملى ملایم سازى توفان

اگر این درست باشد، همچنانكه نتایج ما نشان مى دهند، كه تغییرات كوچك در دما در داخل و پیرامون یك توفان مى تواند مسیر آن را به یك جهت قابل پیش بینى تغییر دهد یا سرعت بادهاى آن را كاهش دهد، اكنون این سئوال مطرح مى شود كه چطور چنین اختلالاتى قابل حصول خواهد بود؟ البته هیچكس نمى تواند دما را در سراسر چیزى به بزرگى یك توفان فوراً تغییر دهد. اما انجام چنین كارى عملاً با گرم كردن هوا در اطراف یك توفان و در نتیجه حصول تغییرات دمایى در طول زمان میسر خواهد بود.طرح هاى تیم ما براى دستیابى به تجربیاتى در زمینه محاسبه الگو و نرخ دقیق گرمایش جوى مورد نیاز براى ملایم سازى شدت توفان یا ایجاد تغییر در مسیر آن همچنان در حال تكمیل شدن است.

بى تردید انرژى مورد نیاز براى انجام چنین كارى فوق العاده زیاد خواهد بود، اما نهایتاً مى توان از یك رشته نیروگاه خورشیدى در مدار زمین براى تأمین انرژى كافى استفاده كرد. این واحدها یا ماهواره هاى تولیدكننده انرژى مى توانند از تعدادى آینه غول پیكر براى متمركز كردن اشعه خورشید روى پیل هاى خورشیدى و سپس پرتو افشانى انرژى جمع آورى شده به پایین و هدایت آن روى گیرنده هاى مایكروویو (Microvawe Recievers) در سطح زمین استفاده كنند. طرح هاى فعلى نیروگاه هاى خورشیدى فضایى تشعشعات مایكروویو را با فركانس هایى مى تابانند كه از جو زمین بدون گرم كردن آن عبور مى كنند، به طورى كه هیچ اتلاف انرژى اى صورت نمى پذیرد. با این حال، براى كنترل آب و هوا، تبدیل فركانس تشعشعات مایكروویو ارسالى به زمین به فركانس هایى كه بهتر جذب بخار آب مى شوند خواهد توانست سطوح مختلفى از جو زمین را به طرز مطلوبى گرم كند.

از آنجایى كه قطرات باران در جذب تشعشعات مایكروویو قوى عمل مى كنند، لذا بخش هایى از توفان كه در داخل و زیر ابرهاى بارانى استتار مى شوند نخواهند توانست به طریق ذكر شده گرم شوند.در تجربیات پیشین ما، 4DVAR تغییرات دمایى بزرگى را درست در جایى كه گرمایش مایكروویو قادر به تأثیرگذارى نبود نشان مى داد، بنابراین ما تجربه جدیدى را آغاز كردیم كه در آن دما را وادار كردیم تا در حین محاسبه اختلالات بهینه ما در مركز توفان ثابت باقى بماند. نتایج پایانى ما شبیه نتایج اصل بودند، اما براى جبران تغییرات دماى اولیه در مركز توفان، بقیه تغییرات دما باید بزرگتر مى بودند. شایان ذكر است كه تغییرات دما در حین شبیه سازى سریعاً در نزدیكى مركز توفان گسترش یافت.

روش بالقوه دیگرى براى ملایم سازى توفان هاى گرمسیرى شدید وجود خواهد داشت كه همانا محدودسازى مستقیم دسترسى به انرژى به وسیله پوشاندن سطح رویى اقیانوس با لایه رقیقى از یك «روغن زیست ترقیق پذیر» (Biodegradable Oil) است كه سرعت تبخیر را كاهش خواهد داد. توفان ها را همچنین مى توان با اعمال تغییرات تدریجى، روزها پیش از نزدیك شدن آنها به اهداف نهایى شان و هزاران مایل دورتر از آن، تحت تاثیر قرار داد. با تغییر واقعى فشار هوا، این تأثیرات مى تواند تغییراتى را در الگوهاى وزش باد در مقیاس وسیع در سطح جت جریان به وجود آورد كه آن نیز به نوبه خود مى تواند تأثیرات قابل ملاحظه اى را بر شدت و مسیر یك توفان بر جاى نهد. به علاوه با اعمال تغییرات نسبتاً كوچك در فعالیت هاى طبیعى بشرى از قبیل هدایت طرح هاى پروازى هواپیما به مسیرهاى عبورى دقیق و در نتیجه افزودن بر پوشش ابرها یا دگرگون سازى شیوه هاى متداول آبیارى محصول به منظور تقویت یا تضعیف فرایند تبخیر مى توان تغییرات مناسب آغازین را پایه گذارى كرد.