درک علمی فرآیندهای جوی

هواشناسی به معنای به کارگیری علم و فناوری برای حدس زدن و پیش بینی وضعیت جو زمین در زمان آینده و برای یک منطقه جغرافیایی مشخص است. نسل بشر از دوره های تاریخی بسیار دور و زمان های گذشته تلاش می کرد وضع هوا را پیش بینی کند. اما امروزه پیش بینی های هواشناسی از راه جمع آوری اطلاعات ارزشمند و گرانبها در مورد وضعیت فعلی جو زمین و استفاده از «درک علمی فرآیندهای جوی» در شاخه یی از علم به نام «متئورولوژی» انجام می شود و اغلب نتایجی دقیق و علمی به دست می دهد. ماهیت بی نظم جوی که زمین ما را احاطه کرده است و نظریه آشوب نیز آن را تایید می کند، باعث می شود نیازمند قدرت محاسباتی عظیمی شویم تا بتواند معادله های توصیف گر وضعیت جو را تجزیه و تحلیل کند. به دست نیاوردن درکی درست از فرآیندهای جوی به معنای آن است که هر چقدر محدوده هواشناسی افزایش یابد، دقت و صحت اطلاعات ارائه شده توسط هواشناس نیز افت خواهد کرد.
● تاریخچه هواشناسی
در طول هزاران سال مردم ساکن در همه مکان ها و زمان ها سعی می کردند به شکل های مختلف وضع هوا را پیش بینی کنند. در سال ۶۵۰ قبل از میلاد مسیح، اهالی بابل سعی می کردند وضعیت هوا را از روی شکل هندسی ابرها پیش بینی کنند. در سال ۳۴۰ قبل از میلاد، ارسطو برای نخستین بار شکل ابرها را در علمی با عنوان Meteorologica بررسی کرد. پس از او تقریباً در سال ۳۰۰ قبل از میلاد، چینی ها نیز با روش های سنتی به هواشناسی پرداختند. روش های سنتی و باستانی پیش بینی هوا معمولاً متکی به صفات و خصوصیت های مشاهده شده آب وهوا توسط مردم بود. تجربیات جمع شده در طول سالیان، در نهایت به تکمیل دانش هواشناسی بشر منجر شد. با این حال به عقیده «جری ویلسون» هواشناس برجسته طبق آنچه در کتاب جدیدش با نام «نشانه های آسمانی هوا» منتشر شده در سال ۲۰۰۴ میلادی مطرح کرده است، بسیاری از پیش بینی های امروزی نیز کاملاً دقیق و علمی نیستند و به هیچ وجه نمی تواند پایه ارائه اطلاعات آماری متقن و دقیق باشد. تا پیش از اختراع دستگاه تلگراف در سال ۱۸۳۷ میلادی، نسل جدید روش های علمی هواشناسی هنوز کشف نشده بود. قبل از این زمان، ممکن نبود بتوان اطلاعات مربوط به وضعیت هوا را سریع تر از یک ترن بخار به جایی انتقال داد، بر اساس اطلاعات دایره المعارف بریتانیکا، اختراع تلگراف باعث شد بتوان در پایان دهه ۱۸۴۰ گزارش های هواشناسی را در آن واحد به چندین نقطه دنیا ارائه کرد. این موضوع به مسافران امکان می داد از اطلاعات هواشناسی ساده یی مثل وضعیت وزش بادهای مخالف مطلع شوند. اما نام دو نفر در دنیا با نام علم هواشناسی نوین امروزی گره خورده است؛ «فرانسیس بیوفورت» که به خاطر مقیاس هواشناسی بیوفورت شناخته می شود و شاگردش «روبرت فیتزروی» که بارومتر یا فشارسنج فیتزروی را اختراع کرد. هر دو این افراد، انسان هایی بانفوذ در نیروی دریایی ارتش انگلیس و حکومت بودند و با وجود اینکه کارشان در رسانه های آن زمان به شدت مورد استهزا قرار گرفته بود، با اختراعات و اکتشافات بی نظیرشان، اعتبار علمی بسیاری به دست آوردند و پس از تایید توسط ارتش بریتانیا، باعث شدند پایه دانش نوین هواشناسی امروز بنا شود. اما پیشرفت های اصلی علم هواشناسی در قرن بیستم اتفاق افتاد. امکان پیش بینی عددی وضع هوا در سال ۱۹۲۲ توسط «لوییز فرای ریچاردسون» پیشنهاد شد. این در حالی بود که کامپیوترهای قوی و سریع امروزی برای انجام محاسبات گسترده و پیچیده مربوط به رویدادهایی که هنوز اتفاق نیفتاده اند، وجود نداشت. استفاده از این روش در عمل از سال ۱۹۵۵ شروع شد و آغاز آن نیز ساخت کامپیوترهای الکترونیک قابل برنامه ریزی بود.
● سیستم نوین پیش بینی هوا
در سیستم نوین پیش بینی وضعیت هوا، پنج مرحله و قسمت اصلی وجود دارد که در زیر به آنها اشاره می شود.
۱) جمع آوری اطلاعات؛ مشاهده وضعیت جوی فشار هوا، دما، سرعت باد، جهت باد، رطوبت هوا توسط ایستگاه های خودکار پیش بینی هوا، شناورهای آبی و ماهواره های هواشناسی انجام می گیرد. WMO یا سازمان بین المللی هواشناسی تصمیم دارد ابزارهای مورد استفاده کشورها در این زمینه را استاندارد سازی و یکپارچه و لوازم مورد نیاز و نیز قوانین مربوط به بررسی هوا را در سراسر دنیا به شکلی یکسان پیاده سازی کند. در حال حاضر در سراسر دنیا استخراج داده ها از طریق ماهواره های هواشناسی به طور فزاینده یی رایج ترین روش بررسی هوا محسوب می شود. ضمن اینکه تصویرهای شفاف و قابل مشاهده آنها از عوارض جوی به هواشناسان برای بررسی روند حرکت ابرها و نیز هواشناسی عددی بسیار کمک خواهد کرد. این تصویرها که به صورت امواج مادون قرمز مخابره می شود، می تواند از دمای سطح و بالای ابرها خبر دهد و به پیش بینی جهت وزش باد نیز کمک کند. رادارهای خاصی نیز در مراکز هواشناسی مورد استفاده قرار می گیرد که شدت و محل اتفاق افتادن یک فرآیند جوی را نشان می دهد و سرعت و جهت وزش باد را بررسی می کند. با فرستادن بالن های هواشناسی به آسمان می توان دما، رطوبت و میزان ابرهای بالای جو را اندازه گیری کرد. این بالن ها اطلاعات را از سطح ۳۰ هزار متری بالای زمین تا رسیدن به استراتوسفر می سنجند و مخابره می کنند. در سال های اخیر هواپیماهای تجاری نیز که تا ارتفاعات قابل قبولی از سطح زمین اوج می گیرند، به فرآیند هواشناسی جهانی کمک کرده اند.
۲) جمع بندی اطلاعات؛ در این فرآیند که جمع بندی و ترکیب اطلاعات نامیده می شود، اطلاعات به دست آمده از راه مشاهدات و منابع در مقایسه و نتیجه گیری با آخرین مدل های عددی و گرافیکی از وضع هوای ساعات و لحظات قبلی قرار می گیرد و با مدت مشابه در روزها و هفته های قبل سنجیده می شود تا وضعیت هوا آنالیز و تحلیل شود. به همین دلیل نیز این کار بهترین تخمین برای وضعیت هوای کنونی و آینده جو را به دست می دهد. برای این جمع بندی نیز از یک شبیه سازی سه وجهی شامل دما، رطوبت و مشخصات باد استفاده می شود.
۳) پیش بینی عددی وضع هوا؛ در پیش بینی وضع هوا به روش دیجیتالی و عددی که اصطلاحاً NWP نامیده می شود، از میکروکامپیوترهای با پردازنده های فرامعمولی استفاده می شود که وضعیت جو را شبیه سازی می کنند. آنها اطلاعات فعلی هوا را دریافت می کنند، به طراحی و ترسیم نمودارها و نقشه های آن می پردازند و سپس برای یک مدت زمان مشخص از طریق برنامه هایی که مهندسان کامپیوتر با کمک علوم فیزیک و مکانیک سیالات (دینامیک-استاتیک) نوشته اند، شرایط جو در آینده را پیش بینی می کنند. معادلات پیچیده و چندهزار مجهولی ویژه یی که به زبان های برنامه نویسی خاص نوشته شده است تا وضعیت سیالات موجود در جو را بسنجند، با هر کامپیوتری اجرا نمی شود و به ابررایانه هایی نیاز دارد که در اختیار مراکز و پایگاه های هواشناسی بزرگ قرار دارد.
۴) فرآیند شبیه سازی مدل پیش بینی؛ اطلاعات به دست آمده خروجی، اغلب خام هستند و قبل از انتشار ویرایش شده و تغییر می یابند. برای این کار از روش ها و فنون آماری استفاده می شود که جانبداری های غیرعمدی ناشی از ساختار خاص کدهای برنامه نویسی نرم افزارهای پیش بینی و نیز دخالت عوامل انسانی را حذف می کند. ایجاد هماهنگی با دیگر پایگاه های ارائه دهنده اطلاعات که وضعیت جو را با NWP سنجیده اند نیز از دیگر کارهای مخصوص این فرآیند است. در گذشته کارشناسان هواشناسی تنها بابت آنچه از راه مشاهده ها نتیجه گیری می کردند، پاسخگو و مسوول بودند. اما امروزه پیش بینی وضع هواشناسی در ۲۴ ساعت آینده، کمترین بهره را از عوامل انسانی می برد و این امر ارزش اطلاعات استخراج شده را افزایش می دهد. امروزه مردم تنها خواستار این هستند که کارشناسان هواشناسی، اطلاعات پیچیده را برای آنها دوباره تفسیر کنند و با از بین بردن اضافه های تخصصی لب کلام را به زبان ساده برایشان بیان کنند.
۵) پخش داده ها بین کاربران؛ آخرین مرحله در فرآیند پیش بینی وضع هوا احتمالاً مهم ترین مرحله نیز هست. اینکه کاربر وکاربر پایانی به چه داده هایی در مورد وضع هوا نیاز دارد، به طوری که اطلاعات ارائه شده به او هم از سادگی و هم از کارایی و فایده لازم برخوردار باشد، یک دانش بسیار تخصصی است. عموم مردم و افکار عمومی مهم ترین مخاطبان داده های هواشناسی هستند. توفان های تندری می تواند باعث ایجاد بادهای شدید، رعد و برق های خطرناک و صاعقه زدگی های شدید، مرگ افراد، از کار افتادن نیروگاه های برق و خسارت های فراوان به سیستم حمل و نقل دریایی و زمینی شود. برف های سنگین و طولانی مدت نیز می تواند ارتباطات در راه های مواصلاتی و تجارت را از کار بیندازد و برای مدت زمان طولانی دچار رکود کند. گرما یا سرمای شدید نیز می تواند به مرگ یا بیماری افرادی که دارای تجهیزات حفاظتی لازم نیستند (به ویژه در کشورهای جهان سوم) منجر شود. رسانه ها موظفند در همه کشورها به شکل های مختلف؛ پیش بینی ها، مدل سازی ها، هشدارها و توصیه های هواشناسی را برای حفاظت از امنیت، زندگی و تجارت مردم به اطلاع عموم برسانند. در این فرآیند، شرکت های خصوصی با پرداخت هزینه های لازم برای استخدام کارکنان و تهیه تجهیزات هواشناسی برای ارائه این اطلاعات در کنار دیگر محصولات خود، از نقش قابل توجهی برخوردار هستند و با هدف رسیدن به سودآوری اقتصادی بیشتر، کمک های شایانی به مردم می کنند. شاید خدمات رسانه یی روزنامه ها و تلویزیون نیز با به کارگیری کارشناسان ویژه هواشناسی، تاثیرگذارترین نقش را برای آگاهی بخشیدن به مردم در مورد رویدادهای پیش رو و تغییرات غیرقابل انتظار جوی داشته باشد.

سیدایمان ضیابری

منبع : روزنامه اعتماد