up
Search      menu
اقلیم و هواشناسی :: مقاله توفان PDF
QR code - توفان

توفان

پيش بيني و کنترل توفان

هر ساله توفان هاي موسمي بسيار بزرگ که تندبادهايي با سرعت بيش از ۱۲۰ کيلومتر بر ساعت را ايجاد مي کنند، سراسر درياهاي گرمسيري را درنورديده و به سوي خطوط ساحلي حرکت مي کنند. اين امر غالباً باعث مي شود که بخش هاي وسيعي از نوارهاي ساحلي در نقاط مختلف جهان دچار آسيب هاي جدي و فراواني شوند. وقتي اين توفان هاي پي در پي که در ميان ساکنين سواحل اقيانوس اطلس و سواحل شرقي اقيانوس آرام به نام Hurricane، در سواحل غربي اقيانوس آرام به نام Typhoon و در سواحل حاشيه اي اقيانوس هند به نام Cyclone معروف اند به نواحي پرجمعيت هجوم مي برند، ممکن است هزاران نفر کشته و ميلياردها دلار خسارت بر جاي گذارند. و هيچ چيز، مطلقاً هيچ چيز، در برابر آنها توان ايستادگي و مقاومت ندارد.
اما آيا اين نيروهاي مهيب طبيعت بايد براي هميشه از حيطه کنترل ما خارج باشند؟ من و همکاران محقق ام هرگز اينگونه نمي انديشيم. تيم تحقيقاتي ما از مدت ها پيش در پي يافتن پاسخ اين سئوال است که چطور مي توان توفان ها را به مسيرهاي کم خطرتر هدايت کرد يا در غير اين صورت لااقل آنها را به جهات مختلف پراکنده ساخت. گرچه تحقق اين هدف بزرگ شايد براي دهه ها بعد قابل تصور باشد، اما نتايج تحقيقات ما نشان مي دهند که مطالعه احتمالات متعدد در اين زمينه چندان آسان نخواهد بود.
براي برداشتن نخستين گام ها در مسير کنترل توفان ها، محققان بايد قادر باشند که اولاً مسير جاري شدن يک توفان را با دقت فوق العاده زيادي پيش بيني کنند، ثانياً هويت تغييرات فيزيکي (از قبيل تغييرات دماي هوا) را که بر رفتار توفان اثرگذار خواهند بود تشخيص دهند و ثالثاً راه هايي را براي تأثيرگذاري بر آن تغييرات پيدا کنند. اين کار اکنون در مراحل آغازين خود قرار دارد، اما شبيه سازي هاي کامپيوتري توفان ها که طي چند سال گذشته با موفقيت قابل وصفي انجام شده اند به وضوح نشان مي دهند که تعديل رفتار توفان ها بالاخره روزي ميسر خواهد بود. در اين ميان، چيزي که بيش از هر چيز ديگر پيش بيني آب و هوا را مشکل مي سازد، حساسيت فوق العاده اتمسفر (جو زمين) به تحريکات کوچک است، اما همين امر مي تواند کليد واقعي دستيابي بشر به کنترلي باشد که دائماً در جست وجوي آن است. نخستين تلاش تيم تحقيقاتي ما براي اثرگذاري بر مسير يک توفان شبيه سازي شده، به عنوان مثال، از طريق ايجاد تغييرات کوچک در کيفيت اوليه توفان، به طور قابل ملاحظه اي موفقيت آميز از کار درآمد و نتايج بعدي نيز همچنان روند مطلوب قبلي را تداوم بخشيده اند.
● ماهيت توفان ها
براي اينکه ببينيم اساساً چرا توفان ها (Hurricanes) و ساير تندبادهاي گرمسيري مي توانند مستعد پذيرش مداخله انسان باشند، بايد ماهيت و منشاء اصلي وقوع توفان ها را دريافت. توفان ها، به شکل دسته هايي از تندبادهاي همراه با آذرخش و صاعقه بر فراز اقيانوس هاي گرمسيري ظاهر مي شوند. درياهاي واقع در عرض هاي جغرافيايي پايين دائماً حرارت و رطوبت زيادي را براي اتمسفر به ارمغان مي آورند و اين امر باعث مي شود تا هواي گرم و مرطوب فراواني بر فراز سطح دريا تشکيل شود. وقتي اين هوا به سمت سطوح فوقاني جو حرکت مي کند، بخار آب موجود در آن تقطير مي شود و بدان وسيله موجبات تشکيل ابرها و فرو ريختن انواع نزولات را فراهم مي سازد. تقطير بخار آب موجود در هوا باعث آزاد شدن حرارت در سطوح فوقاني جو مي شود و اين حرارت که اصطلاحاً از آن به عنوان «گرماي نهان تقطير» نام برده مي شود، به همراه حرارت تابشي خورشيد که اصلي ترين عامل تبخير آب در سطح اقيانوس محسوب مي شود، سبکي بيشتري را براي هوا به ارمغان آورده و باعث مي شوند تا هوا طي يک فرايند بازخوردي تقويتي (Feedback) آمادگي صعود به ارتفاعات بالاتر را پيدا کند. نهايتاً، فرود اين هواي گرمسيري باعث سازماندهي تدريجي و تقويت سامانه اي مي شود که به نوبه خود موجبات تشکيل «قطب مرکزي سکون»اي را فراهم مي سازد که يک توفان دريايي به دور آن مي چرخد. با رسيدن اين سامانه به زمين، منبع پايدار آب گرم توفان از آن جدا مي شود که همين امر به تضعيف سريع توفان مي انجامد.
روياي کنترل توفاناز آنجايي که توفان بيشتر انرژي اش را از حرارت آزاد شده در نتيجه تقطير بخار آب بر فراز اقيانوس (که بعدها به تشکيل ابر و فرود نزولات جوي مي انجامد) به دست مي آورد، لذا نخستين چيزي که محققان در روياهاي خويش براي پيش بيني زمان وقوع اين پديده هاي وهم آسا مجسم ساخته بودند، تلاش همه جانبه براي ايجاد تغيير در فرايند تقطير با استفاده از تکنيک هاي بارورسازي ابرها بود که در دهه هاي دورتر به عنوان تنها راه عملي براي تأثيرگذاري بر شرايط آب و هوايي مناطق مطرح بود. در اوايل دهه ،۱۹۶۰ يک هيات مشاوره اي علمي به نام Project Stormfury که از سوي دولت آمريکا مأموريت يافته بود، اقدام به انجام يک سري آزمايش هاي دليرانه يا شايد متهورانه با هدف تعيين چگونگي امکان اجرايي کردن آن راهکار نمود.
هدف Project Stormfury کاستن از سرعت گسترش يک توفان از طريق تشديد يا تقويت سرعت نزول باران در نخستين باند يا حوزه باراني در خارج از Eye Wall يا حلقه ابرها و بادهاي شديدي بود که در حوزه ديد قرار داشتند [براي آگاهي بيشتر در اين زمينه به مقاله «تجربيات ملايم سازي توفان» اثر«آر اچ سيمپسون» و «جوآنه اس مالکوس» در نسخه دسامبر ۱۹۶۴ نشريه ساينتيفيک آمريکن مراجعه کنيد].
آنها تلاش کردند تا اين هدف را با پاشيدن ذرات يديد نقره بر روي ابرها به وسيله طياره محقق سازند: در اين روش، از ذرات يديد نقره به عنوان هسته هايي لازم براي تشکيل يخ از بخار آبي استفاده شد که پس از صعود به بالاترين و سردترين محدوده هاي ارتفاعي توفان عملاً مادون سرد (Supercooled) شده بود. اگر همه چيز طبق پيش بيني هاي روياپردازانه مبتکران آن طرح پيش رفته بود، ابرها سريع تر رشد مي کردند و موجودي هواي گرم و مرطوب نزديک سطح اقيانوس را به مصرف مي رساندند و در نتيجه جايگزين EyeWall قبلي مي شدند. اين فرايند در ادامه باعث افزايش شعاع عملکرد توفان و در نتيجه کاهش شدت آن مي شد، درست همان طوري که يک اسکيت باز خبره براي کاستن از سرعت دوران خود دستانش را به طرفين باز مي کند.نتايج تحقيقات Project Stormfury در بهترين حالت مبهم و دو پهلو بودند. هواشناسان امروزي انتظار ندارند که اين کاربرد ويژه بارورسازي ابرها در مورد توفان ها مؤثر باشد، زيرا برخلاف تصورات اوليه، توفان ها حاوي بخار آب مادون سرد نيستند.
● آب و هواي مغشوش
مطالعات جاري ما از دل يک کشف قديمي بيرون آمد که من ۳۰ سال پيش، زماني که تازه از دانشگاه فارغ التحصيل شده بودم و به تحقيق پيرامون ابعاد مختلف وجودي تئوري آشوب (Chaos Theory) مشغول بودم، به آن پي برده بودم. يک سيستم بي نظم (Chaotic System) سيستمي است که در نگاه اول به نظر مي رسد که رفتاري تصادفي داشته باشد، اما در واقع، همين سيستم تحت حاکميت قوانيني قرار دارد. چنين سيستمي به شرايط اوليه نيز بسيار حساس است، به گونه اي که ورودي هاي ظاهراً ناچيز و دلخواه قادرند تأثيرات شگرفي را بر روي آن داشته باشند که اين امر نيز به نوبه خود نتايج پيش بيني ناپذيري را در سريع ترين زمان ممکن در پي خواهد داشت. در مورد توفان ها، بروز تغييرات کوچک در جنبه هايي از قبيل دماي اقيانوس، موقعيت مکاني جريان هاي شديد باد (که تنظيم کننده سرعت و جهت حرکت توفان ها هستند)، يا حتي شکل ابرهاي باراني حاضر در سراسر حوزه ديد مي تواند تأثير عميقي را بر مسير حرکت و توان بالقوه يک توفان بر جاي نهد.
حساسيت شديد جو زمين به تغييرات کوچک و آميختگي سريع خطاهاي کوچک با مدل هاي پيش بيني آب و هوا چيزي است که پيش بيني طولاني مدت (بيش از پنج روز پيش از وقوع توفان) را تا اين حد مشکل ساخته است. اما اين حساسيت همچنين من را به تعجب وا مي دارد که چطور ممکن است ورودي ها يا تحريکات جزيي چنان تأثيرات عميقي را بر توفان ها بر جاي نهند که بتوانند آنها را از مراکز جمعيتي ساحلي دور کرده يا لااقل از سرعت بادهاي همراه آنها بکاهند.
من در زمان هاي دور قادر به پيگيري آن ايده ها نبودم، اما طي دهه گذشته، شبيه سازي کامپيوتري و فناوري هاي حساس به تغييرات بسيار جزيي به قدري رشد کرده اند که ظاهراً قادر به تحقق بخشيدن روياهاي دوره جواني من در کنترل پديده هاي آب و هوايي در مقياس بزرگ خواهند بود. هم اينک، من و همکارانم در مؤسسه «تحقيقات جوي و زيست محيطي» (AER) که يک شرکت مشاوره اي در زمينه تحقيقات و توسعه محسوب مي شود، با حمايت مالي «مؤسسه مفاهيم پيشرفته ناسا» (سازمان فضانوردي آمريکا) مشغول بهره برداري از مدل هاي کامپيوتري توفان ها با هدف تشخيص انواع عملياتي هستيم که ممکن است نهايتاً در جهان واقعي به مورد اجرا گذاشته شوند. به ويژه، ما از فناوري پيش بيني وضعيت آب و هوا براي شبيه سازي رفتار توفان هاي قبلي و سپس آزمايش نتايج مداخلات متعدد از طريق مورد ملاحظه قرار دادن تغييرات در توفان هاي مدل سازي شده استفاده مي کنيم.
● مدل سازي آب و هواي مغشوش
حتي بهترين مدل هاي کامپيوتري پيش بيني وضعيت آب و هوا در روزگار فعلي وقتي پاي پيش بيني به ميان مي آيد بسياري چيزها را در حد رويا باقي مي گذارند، اما با توسل جستن به آنها مي توان مدل سازي توفان ها را ساده تر کرد. مدل هاي کامپيوتري ياد شده به روش هاي عددي اي بستگي دارند که فرايند پيچيده گسترش يک توفان را با به محاسبه درآوردن شرايط برآورده شده جوي در فواصل زماني کوتاه و پي در پي شبيه سازي مي کنند. محاسبات عددي پيش بيني وضعيت آب و هوا بر اين فرض اوليه استوارند که در جو زمين هيچ آفرينش يا انهدام جرم، انرژي، مومنتوم (اندازه حرکت) و رطوبتي ميسر نخواهد بود [اصل بقاي جرم، انرژي و . . . ]. در يک سيستم سيال، نظير يک توفان، اين کميت هاي تغييرناپذير دوشادوش جريان توفان جابه جا مي شوند. با اين حال، نزديک مرزها يا حواشي سيستم، بر پيچيدگي مسائل افزوده مي شود. به عنوان مثال، در سطح دريا، شبيه سازي هاي ما بايد بتوانند پاسخگوي به دست آوردن يا از دست دادن چهار کميت تغييرناپذير اصلي باشند.
مدل سازان وضعيت جوي را به عنوان يک ويژگي کامل متغيرهاي فيزيکي قابل اندازه گيري، از جمله فشار، دما، رطوبت نسبي، و سرعت و جهت باد، تعريف مي کنند. اين کميت ها معادل خواص فيزيکي تغييرناپذيري هستند که شبيه سازي هاي کامپيوتري بر آنها استوارند. در بيشتر مدل هاي آب و هوايي، اين متغيرهاي رويت پذير بر روي يک نمودار ميله اي سه بعدي از اتمسفر به تصوير کشيده مي شوند، بنابراين مي توان نقشه اي از هر ويژگي را براي هر ارتفاع معيني رسم کرد. مدل سازان به هيچ وجه مجموعه مقادير همه اين متغيرها را نقاط ميله اي کيفيت مدل نمي نامند.براي انجام يک پيش بيني مناسب، يک مدل عددي پيش بيني وضعيت آب و هوا پي درپي کيفيت مدل را لحظه به لحظه در فواصل زماني کوتاه (از چند ثانيه تا چند دقيقه بسته به مقياس طرح مورد بررسي توسط مدل) بهبود مي بخشد. مدل عددي ياد شده ميزان تأثيرات به وجود آمده را که حين هر فاصله زماني معين در مقادير خواص متعدد جوي و نيز فرايندهاي تبخير، بارش، سايش سطحي، سرمايش مادون قرمز و گرمايش خورشيدي که در ناحيه مورد نظر اتفاق مي افتد، محاسبه مي کند.

از زمان باستان، دريانورداني كه در شمال اقيانوس هند كشتي راني مي كردند، با واژه اي خطرناك آشنائي داشتند. باران هاي موسمي تابستان كه پيرامون شبه قاره هن ...

هر ساله توفان هاى موسمى بسيار بزرگ كه تندبادهايى با سرعت بيش از 120 كيلومتر بر ساعت را ايجاد مى كنند، سراسر درياهاى گرمسيرى را درنورديده و به سوى خطوط ...

از زمان باستان، دريانورداني كه در شمال اقيانوس هند كشتي‌راني مي‌كردند، با واژه‌اي خطرناك آشنائي داشتند. باران‌هاي موسمي تابستان كه پيرامون شبه‌قاره هن ...

هر ساله توفان هاى موسمى بسيار بزرگ كه تندبادهايى با سرعت بيش از 120 كيلومتر بر ساعت را ايجاد مى كنند، سراسر درياهاى گرمسيرى را درنورديده و به سوى خطوط ...

در جهان از عمر رسمى رشته هواشناسى بيش از يك قرن مى گذرد. اين رشته در ايران نيز سابقه زيادى دارد. اما مردم ما اعتماد چندانى به اين سازمان ندارند. امروز ...

هاريکن ها چرخند هايي هستند که برروي اقيانوس هاي گرم حاره اي توسعه مي يابند و داراي باد هاي تقويت شوند هاي هستند که سرعت آنها حد اقل ۶۴ نات (۷۴ متر در ...

چند بار تا به حال دوده خفه کننده ماشين ها را در خيابان ديده ايد؟ چرا در روز روشن آسمان آبي را نمي بينيد؟ فوران دوده از کارخانجات صنعتي چه فوايدي دارد؟ ...

● ديد کلي همه ابرها ذرات آب يا کريستالهاي يخ را با خود حمل مي کنند، اما اين ذرات بسيار کوچکتر از آن هستند که به زمين ببارند. اگر ارتفاع ابرها بيشتر شو ...

دانلود نسخه PDF - توفان