فرونشاندن خشم توفان

 

 

فرونشاندن خشم توفان
راس هوفمن

على عبدالمحمدى

براى اینکه دریابیم آیا حساسیت سیستم جوى به تغییرات محیطىمى تواند براى تعدیل پدیده اى جوى به قدرت و شدت توفان ها مورد بهره بردارى قرارگیرد، تیم تحقیقاتى ما در AER اقدام به شبیه سازى کامپیوترى دو مورد توفان کرد کههر دو در سال 1992 اتفاق افتاده بودند. وقتى توفان Iniki جزیره Kauai واقع در مجمعالجزایر هاوایى را در سپتامبر 1992 درنوردید، چند نفر کشته شدند، خسارات مالى فوقالعاده اى برجاى ماند و تمام جنگل ها با خاک یکسان شدند. توفان Andrew که یک ماهپیش از آن (آگوست 1992) سواحل جنوبى «میامى» واقع در ایالت فلوریدا را درنوردیدهبود، خسارات جبران ناپذیرى را به تأسیسات شهرى و امکانات زیربنایى آن منطقه واردکرد.واقعاً شگفت انگیز بود، اما نخستین تجربه شبیه سازى ما با علم به نواقص موجوددر زمینه فناورى هاى پیش بینى آب و هوا با موفقیت سریعى توأم بود. براى تغییر دادنمسیر توفان Iniki، ما ابتدا جایى را که مى خواستیم توفان پس از گذشت شش ساعت درآنجا به پایان برسد انتخاب کردیم: حدود 60 مایلى غرب مسیر پیش بینى شده توفان. بعدما از این هدف براى خلق مشاهدات مصنوعى استفاده کردیم و اطلاعات حاصله را به سیستمپیش بینى 4DVAR تحویل دادیم. از کامپیوتر براى محاسبه کوچکترین تغییرات به عمل آمدهدر نخستین دسته از خواص کلیدى معرف توفان که مسیر منتهى شونده به موقعیت هدف رانشان خواهد داد استفاده کردیم. در این تجربه اولیه ما اجازه دادیم که هر نوع تغییرمصنوعى احتمالى در سیستم توفان اتفاق بیفتد.

ثابت شد که مهمترین تغییرات دردماها و بادهاى اولیه رخ مى دهند. تغییرات دمایى حادث شده در سراسر میله دمایىنمودار صرفاً 1/0 درجه سانتیگراد بودند، اما بیشترین تغییر به میزان تقریبى 2 درجه (افزایش) در پایین ترین لایه مدل در غرب مرکز توفان اتفاق افتاد. محاسبات بعدى نشانداد که میزان تغییرات سرعت باد در حد 2 الى 3 مایل بر ساعت (حدود 3 تا 5 کیلومتر برساعت) بوده است. هر چند، در چند موقعیت مکانى محدود، سرعت این بادها به میزانتقریبى 20 مایل بر ساعت تغیریافته بود که علت آن چیزى جز بروز تغییرات کوچک در جهتوزش بادها در نزدیکى مرکز توفان نبود.

اگرچه نسخه هاى اصلى و بدلى (تغییریافته) توفان Iniki داراى ساختارهاى تقریباً یکسانى بودند، اما تغییرات بهعمل آمده در متغیرهاى کلیدى به حد کافى بزرگ بودند تا نسخه بدلى طى 6 ساعت اولیهشبیه سازى ما به سوى غرب تغییر مسیر داده و سپس به سوى شمال حرکت کند، به طورى کهجزیره Kauai از دسترس خطرناک ترین بادهاى آن توفان در امان ماند. تغییرات مصنوعىنسبتاً کوچک به عمل آمده در شرایط اولیه توفان از طریق مجموعه پیچیده اى از معادلاتغیرخطى که توفان را شبیه سازى کرده بودند انتشار یافت تا پس از گذشت 6 ساعت مجدداًدر موقعیت مکانى مطلوب آرام بگیرد. مشاهده این وضع، این اطمینان را در ما ایجاد کردکه ما در مسیر صحیحى براى تعیین تغییرات مورد نظر براى ملایم سازى توفان هاى واقعىقرار داریم. براى آزمون هاى بعدى شبیه سازى توفان، تیم ما از فواصل میله اى کوچکتربر روى نمودار میله اى (که لزوماً از دقت بیشترى برخوردار خواهد بود) براى مدل سازىتوفان و به کار انداختن 4DVAR براى تحقق بخشیدن به هدف کمینه کردن خسارات مالى آناستفاده کرد.

در یک تجربه مجزا که در آن باز هم از ایجاد تغییر در شرایطاولیه توفان براى کاستن از حجم ویرانى هاى آن استفاده شد، ما اقدام به محاسبه دقیقمیزان افزایش دماى مورد نیاز براى محدود ساختن حجم ویرانى هاى سطحى ناشى از وزشبادهاى سهمگین در جریان توفان Andrew کردیم که در سال 1992 سواحل ایالت فلوریدا رادرنوردید. هدف ما حفظ اختلالات دمایى اولیه در یک حد کمینه (براى تحقق انجام آسانتر آن در زندگى واقعى) و محدود ساختن وزش ویران کننده ترین بادها به دو ساعت آخرفرجه شش ساعته آغازین بود. در این آزمون، 4DVAR نشان داد که بهترین راه براى محدودساختن حجم ویرانى هاى باد انجام بزرگترین دخالت ها (تغییرها) در دماى اولیه درمجاورت حوزه دید توفان خواهد بود. اینجا شبیه سازى تیم تحقیقاتى ما تغییراتى را بهمیزان دو یا سه درجه سانتیگراد در چند موقعیت مکانى معدود به وجود آورد. تغییراتدمایى کوچک تر (کمتر از 5/0 درجه سانتیگراد) به 500 یا 600 مایل (حدود 800 تا 1000کیلومتر) دورتر از حوزه دید توفان گسترش پیدا کرد. بروز این اختلالات نمایانگر وجودیک الگوى وزش باد شبیه حلقه هاى تناوبى گرمایش و سرمایش مستقریافته بر فراز توفاناست.

گرچه فقط دما در آغاز وقوع توفان تغییریافته بود، اما همه متغیرهاىکلیدى آن سریعاً تحت تاثیر قرار گرفتند. در مورد توفان شبیه سازى شده اولیه، بادهاىویرانگر (با سرعت بیش از 90 کیلومتر بر ساعت) نواحى مسکونى جنوب فلوریدا را تاپایان شش ساعت اول مورد هجوم خویش قرار دادند، اما در مورد مدل اصلاح شده (توسط تیمتحقیقاتى ما) آنها هرگز چنین کارى را نکردند.براى آزمایش میزان مقبولیت علمى ایننتایج، ما اقدام به وارد کردن اختلالات مشابه در نسخه پیچیده ترى از مدل کردیم. نتایج حاصله بسیار شبیه نتایج پیشین بود و این نشان مى داد که تجربیات ما عقلاًحساسیتى به نوع انتخاب ویژه پیکربندى مدل ما ندارند. با این حال پس از گذشت 6 ساعت،بادهاى ویرانگر در شبیه سازى تعدیل یافته دوباره پدیدار شدند، به طورى که انجاممداخلات اضافى براى ایمن نگهداشتن جنوب فلوریدا از عواقب زیانبار توفان ضرورى بهنظر مى رسید. در واقع اینگونه به نظر مى رسد که انجام یک سرى اختلالات هوشمندانه وهدفمند براى کنترل یک توفان در طول هر بازه اى از زمان کاملاً ضرورى خواهد بود.

راهکارهاى عملى ملایم سازى توفان

اگراین درست باشد، همچنانکه نتایج ما نشان مى دهند، که تغییرات کوچک در دما در داخل وپیرامون یک توفان مى تواند مسیر آن را به یک جهت قابل پیش بینى تغییر دهد یا سرعتبادهاى آن را کاهش دهد، اکنون این سئوال مطرح مى شود که چطور چنین اختلالاتى قابلحصول خواهد بود؟ البته هیچکس نمى تواند دما را در سراسر چیزى به بزرگى یک توفانفوراً تغییر دهد. اما انجام چنین کارى عملاً با گرم کردن هوا در اطراف یک توفان ودر نتیجه حصول تغییرات دمایى در طول زمان میسر خواهد بود.طرح هاى تیم ما براىدستیابى به تجربیاتى در زمینه محاسبه الگو و نرخ دقیق گرمایش جوى مورد نیاز براىملایم سازى شدت توفان یا ایجاد تغییر در مسیر آن همچنان در حال تکمیل شدن است. بىتردید انرژى مورد نیاز براى انجام چنین کارى فوق العاده زیاد خواهد بود، امانهایتاً مى توان از یک رشته نیروگاه خورشیدى در مدار زمین براى تأمین انرژى کافىاستفاده کرد. این واحدها یا ماهواره هاى تولیدکننده انرژى مى توانند از تعدادى آینهغول پیکر براى متمرکز کردن اشعه خورشید روى پیل هاى خورشیدى و سپس پرتو افشانىانرژى جمع آورى شده به پایین و هدایت آن روى گیرنده هاى مایکروویو (Microvawe Recievers) در سطح زمین استفاده کنند. طرح هاى فعلى نیروگاه هاى خورشیدى فضایىتشعشعات مایکروویو را با فرکانس هایى مى تابانند که از جو زمین بدون گرم کردن آنعبور مى کنند، به طورى که هیچ اتلاف انرژى اى صورت نمى پذیرد. با این حال، براىکنترل آب و هوا، تبدیل فرکانس تشعشعات مایکروویو ارسالى به زمین به فرکانس هایى کهبهتر جذب بخار آب مى شوند خواهد توانست سطوح مختلفى از جو زمین را به طرز مطلوبىگرم کند.

از آنجایى که قطرات باران در جذب تشعشعات مایکروویو قوى عمل مىکنند، لذا بخش هایى از توفان که در داخل و زیر ابرهاى بارانى استتار مى شوندنخواهند توانست به طریق ذکر شده گرم شوند.در تجربیات پیشین ما، 4DVAR تغییرات دمایىبزرگى را درست در جایى که گرمایش مایکروویو قادر به تأثیرگذارى نبود نشان مى داد،بنابراین ما تجربه جدیدى را آغاز کردیم که در آن دما را وادار کردیم تا در حینمحاسبه اختلالات بهینه ما در مرکز توفان ثابت باقى بماند. نتایج پایانى ما شبیهنتایج اصل بودند، اما براى جبران تغییرات دماى اولیه در مرکز توفان، بقیه تغییراتدما باید بزرگتر مى بودند. شایان ذکر است که تغییرات دما در حین شبیه سازى سریعاًدر نزدیکى مرکز توفان گسترش یافت.

روش بالقوه دیگرى براى ملایم سازى توفانهاى گرمسیرى شدید وجود خواهد داشت که همانا محدودسازى مستقیم دسترسى به انرژى بهوسیله پوشاندن سطح رویى اقیانوس با لایه رقیقى از یک «روغن زیست ترقیق پذیر» (Biodegradable Oil) است که سرعت تبخیر را کاهش خواهد داد. توفان ها را همچنین مىتوان با اعمال تغییرات تدریجى، روزها پیش از نزدیک شدن آنها به اهداف نهایى شان وهزاران مایل دورتر از آن، تحت تاثیر قرار داد. با تغییر واقعى فشار هوا، اینتأثیرات مى تواند تغییراتى را در الگوهاى وزش باد در مقیاس وسیع در سطح جت جریان بهوجود آورد که آن نیز به نوبه خود مى تواند تأثیرات قابل ملاحظه اى را بر شدت و مسیریک توفان بر جاى نهد. به علاوه با اعمال تغییرات نسبتاً کوچک در فعالیت هاى طبیعىبشرى از قبیل هدایت طرح هاى پروازى هواپیما به مسیرهاى عبورى دقیق و در نتیجهافزودن بر پوشش ابرها یا دگرگون سازى شیوه هاى متداول آبیارى محصول به منظور تقویتیا تضعیف فرایند تبخیر مى توان تغییرات مناسب آغازین را پایه گذارى کرد.

پیش بینى آینده

اگر رویاى کنترل توفانبا استفاده از ابزارهاى هواشناسى بالاخره روزى در آینده به حقیقت بپیوندد، این امرموجبات بروز مسائل سیاسى جدى ترى را فراهم خواهد ساخت. اگر کشورى از حربه کنترلتوفان براى آسیب وارد آوردن به قلمرو سرزمینى کشورى دیگر استفاده کند، در آن صورتچه اتفاقى خواهد افتاد؟ اگرچه استفاده از حربه هاى مرتبط با تعدیل شرایط آب و هوایىبه عنوان یک سلاح با تصویب یک کنوانسیون بین المللى در اواخر دهه 1970 در سازمانملل متحد ممنوع اعلام شد، اما ممکن است برخى کشورها در آینده به وسوسه افتاده و ازحربه کنترل توفان براى دستیابى به مقاصد نامشروع خویش استفاده کنند. با این حال پیشاز آنکه این قبیل دغدغه ها اوج بگیرند، روش هاى ما نیازمند آن خواهند بود که درمورد پدیده جوى غیر از توفان نیز کارآیى خود را ثابت کنند. در واقع ما معتقدیم کهتکنیک هاى ابداعى مان باید ابتدا در آزمونى براى افزایش میزان بارندگى مورد محک جدىقرار داده شوند.

سپس، این راهکار به عنوان بسترى براى آزمودن صحت مفاهیممورد نظرمان در منطقه نسبتاً کوچکى که به خوبى با نصب حسگرهاى متعدد قابل کنترل واندازه گیرى باشد، مورد بهره بردارى قرار خواهد گرفت.در مورد چنین مقیاس هاى تقلیلیافته اى، ایجاد تغییرات لازم در شرایط آب و هوایى محیط مى تواند با استفاده ازهواپیما یا از روى زمین صورت پذیرد. اگر درک ما از فیزیک ابرها، شبیه سازىکامپیوترى ابرها و تکنیک هاى یکسان سازى داده ها با همان سرعتى که امروزه ما به آنامید بسته ایم پیشرفت کند، در آن صورت تلاش هاى امروزى ما احتمالاً طى 10 تا 20 سالآینده به ثمر خواهد نشست. با موفقیت در آن مقطع، بحث کنترل شرایط آب و هوایى درمقیاس وسیع تر با استفاده از گرمایش هوا در ارتفاعات بالا مى تواند به هدفى قابلپذیرش و مستدل براى روى آوردن کشورها در سراسر جهان به بهره گیرى از آن تبدیل شود
/ 0 نظر / 28 بازدید