فرونشاندن خشم توفان

برای اینكه دریابیم آیا حساسیت سیستم جوی به تغییرات محیطی می تواند برای تعدیل پدیده ای جوی به قدرت و شدت توفان ها مورد بهره برداری قرار گیرد، تیم تحقیقاتی ما در AER اقدام به شبیه سازی كامپیوتری دو مورد توفان كرد كه هر دو در سال ۱۹۹۲ اتفاق افتاده بودند. وقتی توفان Iniki جزیره Kauai واقع در مجمع الجزایر هاوایی را در سپتامبر ۱۹۹۲ درنوردید، چند نفر كشته شدند، خسارات مالی فوق العاده ای برجای ماند و تمام جنگل ها با خاك یكسان شدند. توفان Andrew كه یك ماه پیش از آن (آگوست ۱۹۹۲) سواحل جنوبی «میامی» واقع در ایالت فلوریدا را درنوردیده بود، خسارات جبران ناپذیری را به تأسیسات شهری و امكانات زیربنایی آن منطقه وارد كرد.واقعاً شگفت انگیز بود، اما نخستین تجربه شبیه سازی ما با علم به نواقص موجود در زمینه فناوری های پیش بینی آب و هوا با موفقیت سریعی توأم بود. برای تغییر دادن مسیر توفان Iniki، ما ابتدا جایی را كه می خواستیم توفان پس از گذشت شش ساعت در آنجا به پایان برسد انتخاب كردیم: حدود ۶۰ مایلی غرب مسیر پیش بینی شده توفان. بعد ما از این هدف برای خلق مشاهدات مصنوعی استفاده كردیم و اطلاعات حاصله را به سیستم پیش بینی ۴DVAR تحویل دادیم. از كامپیوتر برای محاسبه كوچكترین تغییرات به عمل آمده در نخستین دسته از خواص كلیدی معرف توفان كه مسیر منتهی شونده به موقعیت هدف را نشان خواهد داد استفاده كردیم. در این تجربه اولیه ما اجازه دادیم كه هر نوع تغییر مصنوعی احتمالی در سیستم توفان اتفاق بیفتد.
ثابت شد كه مهمترین تغییرات در دماها و بادهای اولیه رخ می دهند. تغییرات دمایی حادث شده در سراسر میله دمایی نمودار صرفاً ۱/۰ درجه سانتیگراد بودند، اما بیشترین تغییر به میزان تقریبی ۲ درجه (افزایش) در پایین ترین لایه مدل در غرب مركز توفان اتفاق افتاد. محاسبات بعدی نشان داد كه میزان تغییرات سرعت باد در حد ۲ الی ۳ مایل بر ساعت (حدود ۳ تا ۵ كیلومتر بر ساعت) بوده است. هر چند، در چند موقعیت مكانی محدود، سرعت این بادها به میزان تقریبی ۲۰ مایل بر ساعت تغیریافته بود كه علت آن چیزی جز بروز تغییرات كوچك در جهت وزش بادها در نزدیكی مركز توفان نبود.
اگرچه نسخه های اصلی و بدلی (تغییریافته) توفان Iniki دارای ساختارهای تقریباً یكسانی بودند، اما تغییرات به عمل آمده در متغیرهای كلیدی به حد كافی بزرگ بودند تا نسخه بدلی طی ۶ ساعت اولیه شبیه سازی ما به سوی غرب تغییر مسیر داده و سپس به سوی شمال حركت كند، به طوری كه جزیره Kauai از دسترس خطرناك ترین بادهای آن توفان در امان ماند. تغییرات مصنوعی نسبتاً كوچك به عمل آمده در شرایط اولیه توفان از طریق مجموعه پیچیده ای از معادلات غیرخطی كه توفان را شبیه سازی كرده بودند انتشار یافت تا پس از گذشت ۶ ساعت مجدداً در موقعیت مكانی مطلوب آرام بگیرد. مشاهده این وضع، این اطمینان را در ما ایجاد كرد كه ما در مسیر صحیحی برای تعیین تغییرات مورد نظر برای ملایم سازی توفان های واقعی قرار داریم. برای آزمون های بعدی شبیه سازی توفان، تیم ما از فواصل میله ای كوچكتر بر روی نمودار میله ای (كه لزوماً از دقت بیشتری برخوردار خواهد بود) برای مدل سازی توفان و به كار انداختن ۴DVAR برای تحقق بخشیدن به هدف كمینه كردن خسارات مالی آن استفاده كرد.
در یك تجربه مجزا كه در آن باز هم از ایجاد تغییر در شرایط اولیه توفان برای كاستن از حجم ویرانی های آن استفاده شد، ما اقدام به محاسبه دقیق میزان افزایش دمای مورد نیاز برای محدود ساختن حجم ویرانی های سطحی ناشی از وزش بادهای سهمگین در جریان توفان Andrew كردیم كه در سال ۱۹۹۲ سواحل ایالت فلوریدا را درنوردید. هدف ما حفظ اختلالات دمایی اولیه در یك حد كمینه (برای تحقق انجام آسان تر آن در زندگی واقعی) و محدود ساختن وزش ویران كننده ترین بادها به دو ساعت آخر فرجه شش ساعته آغازین بود. در این آزمون، ۴DVAR نشان داد كه بهترین راه برای محدود ساختن حجم ویرانی های باد انجام بزرگترین دخالت ها (تغییرها) در دمای اولیه در مجاورت حوزه دید توفان خواهد بود. اینجا شبیه سازی تیم تحقیقاتی ما تغییراتی را به میزان دو یا سه درجه سانتیگراد در چند موقعیت مكانی معدود به وجود آورد. تغییرات دمایی كوچك تر (كمتر از ۵/۰ درجه سانتیگراد) به ۵۰۰ یا ۶۰۰ مایل (حدود ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ كیلومتر) دورتر از حوزه دید توفان گسترش پیدا كرد. بروز این اختلالات نمایانگر وجود یك الگوی وزش باد شبیه حلقه های تناوبی گرمایش و سرمایش مستقریافته بر فراز توفان است.
گرچه فقط دما در آغاز وقوع توفان تغییریافته بود، اما همه متغیرهای كلیدی آن سریعاً تحت تاثیر قرار گرفتند. در مورد توفان شبیه سازی شده اولیه، بادهای ویرانگر (با سرعت بیش از ۹۰ كیلومتر بر ساعت) نواحی مسكونی جنوب فلوریدا را تا پایان شش ساعت اول مورد هجوم خویش قرار دادند، اما در مورد مدل اصلاح شده (توسط تیم تحقیقاتی ما) آنها هرگز چنین كاری را نكردند.برای آزمایش میزان مقبولیت علمی این نتایج، ما اقدام به وارد كردن اختلالات مشابه در نسخه پیچیده تری از مدل كردیم. نتایج حاصله بسیار شبیه نتایج پیشین بود و این نشان می داد كه تجربیات ما عقلاً حساسیتی به نوع انتخاب ویژه پیكربندی مدل ما ندارند. با این حال پس از گذشت ۶ ساعت، بادهای ویرانگر در شبیه سازی تعدیل یافته دوباره پدیدار شدند، به طوری كه انجام مداخلات اضافی برای ایمن نگهداشتن جنوب فلوریدا از عواقب زیانبار توفان ضروری به نظر می رسید. در واقع اینگونه به نظر می رسد كه انجام یك سری اختلالات هوشمندانه و هدفمند برای كنترل یك توفان در طول هر بازه ای از زمان كاملاً ضروری خواهد بود.
راهكارهای عملی ملایم سازی توفان
اگر این درست باشد، همچنانكه نتایج ما نشان می دهند، كه تغییرات كوچك در دما در داخل و پیرامون یك توفان می تواند مسیر آن را به یك جهت قابل پیش بینی تغییر دهد یا سرعت بادهای آن را كاهش دهد، اكنون این سئوال مطرح می شود كه چطور چنین اختلالاتی قابل حصول خواهد بود؟ البته هیچكس نمی تواند دما را در سراسر چیزی به بزرگی یك توفان فوراً تغییر دهد. اما انجام چنین كاری عملاً با گرم كردن هوا در اطراف یك توفان و در نتیجه حصول تغییرات دمایی در طول زمان میسر خواهد بود.طرح های تیم ما برای دستیابی به تجربیاتی در زمینه محاسبه الگو و نرخ دقیق گرمایش جوی مورد نیاز برای ملایم سازی شدت توفان یا ایجاد تغییر در مسیر آن همچنان در حال تكمیل شدن است. بی تردید انرژی مورد نیاز برای انجام چنین كاری فوق العاده زیاد خواهد بود، اما نهایتاً می توان از یك رشته نیروگاه خورشیدی در مدار زمین برای تأمین انرژی كافی استفاده كرد. این واحدها یا ماهواره های تولیدكننده انرژی می توانند از تعدادی آینه غول پیكر برای متمركز كردن اشعه خورشید روی پیل های خورشیدی و سپس پرتو افشانی انرژی جمع آوری شده به پایین و هدایت آن روی گیرنده های مایكروویو (Microvawe Recievers) در سطح زمین استفاده كنند. طرح های فعلی نیروگاه های خورشیدی فضایی تشعشعات مایكروویو را با فركانس هایی می تابانند كه از جو زمین بدون گرم كردن آن عبور می كنند، به طوری كه هیچ اتلاف انرژی ای صورت نمی پذیرد. با این حال، برای كنترل آب و هوا، تبدیل فركانس تشعشعات مایكروویو ارسالی به زمین به فركانس هایی كه بهتر جذب بخار آب می شوند خواهد توانست سطوح مختلفی از جو زمین را به طرز مطلوبی گرم كند.
از آنجایی كه قطرات باران در جذب تشعشعات مایكروویو قوی عمل می كنند، لذا بخش هایی از توفان كه در داخل و زیر ابرهای بارانی استتار می شوند نخواهند توانست به طریق ذكر شده گرم شوند.در تجربیات پیشین ما، ۴DVAR تغییرات دمایی بزرگی را درست در جایی كه گرمایش مایكروویو قادر به تأثیرگذاری نبود نشان می داد، بنابراین ما تجربه جدیدی را آغاز كردیم كه در آن دما را وادار كردیم تا در حین محاسبه اختلالات بهینه ما در مركز توفان ثابت باقی بماند. نتایج پایانی ما شبیه نتایج اصل بودند، اما برای جبران تغییرات دمای اولیه در مركز توفان، بقیه تغییرات دما باید بزرگتر می بودند. شایان ذكر است كه تغییرات دما در حین شبیه سازی سریعاً در نزدیكی مركز توفان گسترش یافت.
روش بالقوه دیگری برای ملایم سازی توفان های گرمسیری شدید وجود خواهد داشت كه همانا محدودسازی مستقیم دسترسی به انرژی به وسیله پوشاندن سطح رویی اقیانوس با لایه رقیقی از یك «روغن زیست ترقیق پذیر» (Biodegradable Oil) است كه سرعت تبخیر را كاهش خواهد داد. توفان ها را همچنین می توان با اعمال تغییرات تدریجی، روزها پیش از نزدیك شدن آنها به اهداف نهایی شان و هزاران مایل دورتر از آن، تحت تاثیر قرار داد. با تغییر واقعی فشار هوا، این تأثیرات می تواند تغییراتی را در الگوهای وزش باد در مقیاس وسیع در سطح جت جریان به وجود آورد كه آن نیز به نوبه خود می تواند تأثیرات قابل ملاحظه ای را بر شدت و مسیر یك توفان بر جای نهد. به علاوه با اعمال تغییرات نسبتاً كوچك در فعالیت های طبیعی بشری از قبیل هدایت طرح های پروازی هواپیما به مسیرهای عبوری دقیق و در نتیجه افزودن بر پوشش ابرها یا دگرگون سازی شیوه های متداول آبیاری محصول به منظور تقویت یا تضعیف فرایند تبخیر می توان تغییرات مناسب آغازین را پایه گذاری كرد.
پیش بینی آینده
اگر رویای كنترل توفان با استفاده از ابزارهای هواشناسی بالاخره روزی در آینده به حقیقت بپیوندد، این امر موجبات بروز مسائل سیاسی جدی تری را فراهم خواهد ساخت. اگر كشوری از حربه كنترل توفان برای آسیب وارد آوردن به قلمرو سرزمینی كشوری دیگر استفاده كند، در آن صورت چه اتفاقی خواهد افتاد؟ اگرچه استفاده از حربه های مرتبط با تعدیل شرایط آب و هوایی به عنوان یك سلاح با تصویب یك كنوانسیون بین المللی در اواخر دهه ۱۹۷۰ در سازمان ملل متحد ممنوع اعلام شد، اما ممكن است برخی كشورها در آینده به وسوسه افتاده و از حربه كنترل توفان برای دستیابی به مقاصد نامشروع خویش استفاده كنند. با این حال پیش از آنكه این قبیل دغدغه ها اوج بگیرند، روش های ما نیازمند آن خواهند بود كه در مورد پدیده جوی غیر از توفان نیز كارآیی خود را ثابت كنند. در واقع ما معتقدیم كه تكنیك های ابداعی مان باید ابتدا در آزمونی برای افزایش میزان بارندگی مورد محك جدی قرار داده شوند.
سپس، این راهكار به عنوان بستری برای آزمودن صحت مفاهیم مورد نظرمان در منطقه نسبتاً كوچكی كه به خوبی با نصب حسگرهای متعدد قابل كنترل و اندازه گیری باشد، مورد بهره برداری قرار خواهد گرفت.در مورد چنین مقیاس های تقلیل یافته ای، ایجاد تغییرات لازم در شرایط آب و هوایی محیط می تواند با استفاده از هواپیما یا از روی زمین صورت پذیرد. اگر درك ما از فیزیك ابرها، شبیه سازی كامپیوتری ابرها و تكنیك های یكسان سازی داده ها با همان سرعتی كه امروزه ما به آن امید بسته ایم پیشرفت كند، در آن صورت تلاش های امروزی ما احتمالاً طی ۱۰ تا ۲۰ سال آینده به ثمر خواهد نشست. با موفقیت در آن مقطع، بحث كنترل شرایط آب و هوایی در مقیاس وسیع تر با استفاده از گرمایش هوا در ارتفاعات بالا می تواند به هدفی قابل پذیرش و مستدل برای روی آوردن كشورها در سراسر جهان به بهره گیری از آن تبدیل شود.


راس هوفمن
علی عبدالمحمدی

منبع : شبکه فیزیکی هوپا