فرونشاندن خشم طوفان

هوپا/ براى اينکه دريابيم آيا حساسيت سيستم جوى به تغييرات محيطى مى تواند براى تعديل پديده اى جوى به قدرت و شدت توفان ها مورد بهره بردارى قرار گيرد، تيم تحقيقاتى ما در AER اقدام به شبيه سازى کامپيوترى دو مورد توفان کرد که هر دو در سال 1992 اتفاق افتاده بودند. وقتى توفان Iniki جزيره Kauai واقع در مجمع الجزاير هاوايى را در سپتامبر 1992 درنورديد، چند نفر کشته شدند، خسارات مالى فوق العاده اى برجاى ماند و تمام جنگل ها با خاک يکسان شدند. توفان Andrew که يک ماه پيش از آن (آگوست 1992) سواحل جنوبى «ميامى» واقع در ايالت فلوريدا را درنورديده بود، خسارات جبران ناپذيرى را به تأسيسات شهرى و امکانات زيربنايى آن منطقه وارد کرد.واقعاً شگفت انگيز بود، اما نخستين تجربه شبيه سازى ما با علم به نواقص موجود در زمينه فناورى هاى پيش بينى آب و هوا با موفقيت سريعى توأم بود. براى تغيير دادن مسير توفان Iniki، ما ابتدا جايى را که مى خواستيم توفان پس از گذشت شش ساعت در آنجا به پايان برسد انتخاب کرديم: حدود 60 مايلى غرب مسير پيش بينى شده توفان. بعد ما از اين هدف براى خلق مشاهدات مصنوعى استفاده کرديم و اطلاعات حاصله را به سيستم پيش بينى 4DVAR تحويل داديم. از کامپيوتر براى محاسبه کوچکترين تغييرات به عمل آمده در نخستين دسته از خواص کليدى معرف توفان که مسير منتهى شونده به موقعيت هدف را نشان خواهد داد استفاده کرديم. در اين تجربه اوليه ما اجازه داديم که هر نوع تغيير مصنوعى احتمالى در سيستم توفان اتفاق بيفتد. ثابت شد که مهمترين تغييرات در دماها و بادهاى اوليه رخ مى دهند. تغييرات دمايى حادث شده در سراسر ميله دمايى نمودار صرفاً 1/0 درجه سانتيگراد بودند، اما بيشترين تغيير به ميزان تقريبى 2 درجه (افزايش) در پايين ترين لايه مدل در غرب مرکز توفان اتفاق افتاد. محاسبات بعدى نشان داد که ميزان تغييرات سرعت باد در حد 2 الى 3 مايل بر ساعت (حدود 3 تا 5 کيلومتر بر ساعت) بوده است. هر چند، در چند موقعيت مکانى محدود، سرعت اين بادها به ميزان تقريبى 20 مايل بر ساعت تغيريافته بود که علت آن چيزى جز بروز تغييرات کوچک در جهت وزش بادها در نزديکى مرکز توفان نبود. اگرچه نسخه هاى اصلى و بدلى (تغييريافته) توفان Iniki داراى ساختارهاى تقريباً يکسانى بودند، اما تغييرات به عمل آمده در متغيرهاى کليدى به حد کافى بزرگ بودند تا نسخه بدلى طى 6 ساعت اوليه شبيه سازى ما به سوى غرب تغيير مسير داده و سپس به سوى شمال حرکت کند، به طورى که جزيره Kauai از دسترس خطرناک ترين بادهاى آن توفان در امان ماند. تغييرات مصنوعى نسبتاً کوچک به عمل آمده در شرايط اوليه توفان از طريق مجموعه پيچيده اى از معادلات غيرخطى که توفان را شبيه سازى کرده بودند انتشار يافت تا پس از گذشت 6 ساعت مجدداً در موقعيت مکانى مطلوب آرام بگيرد. مشاهده اين وضع، اين اطمينان را در ما ايجاد کرد که ما در مسير صحيحى براى تعيين تغييرات مورد نظر براى ملايم سازى توفان هاى واقعى قرار داريم. براى آزمون هاى بعدى شبيه سازى توفان، تيم ما از فواصل ميله اى کوچکتر بر روى نمودار ميله اى (که لزوماً از دقت بيشترى برخوردار خواهد بود) براى مدل سازى توفان و به کار انداختن 4DVAR براى تحقق بخشيدن به هدف کمينه کردن خسارات مالى آن استفاده کرد. در يک تجربه مجزا که در آن باز هم از ايجاد تغيير در شرايط اوليه توفان براى کاستن از حجم ويرانى هاى آن استفاده شد، ما اقدام به محاسبه دقيق ميزان افزايش دماى مورد نياز براى محدود ساختن حجم ويرانى هاى سطحى ناشى از وزش بادهاى سهمگين در جريان توفان Andrew کرديم که در سال 1992 سواحل ايالت فلوريدا را درنورديد. هدف ما حفظ اختلالات دمايى اوليه در يک حد کمينه (براى تحقق انجام آسان تر آن در زندگى واقعى) و محدود ساختن وزش ويران کننده ترين بادها به دو ساعت آخر فرجه شش ساعته آغازين بود. در اين آزمون، 4DVAR نشان داد که بهترين راه براى محدود ساختن حجم ويرانى هاى باد انجام بزرگترين دخالت ها (تغييرها) در دماى اوليه در مجاورت حوزه ديد توفان خواهد بود. اينجا شبيه سازى تيم تحقيقاتى ما تغييراتى را به ميزان دو يا سه درجه سانتيگراد در چند موقعيت مکانى معدود به وجود آورد. تغييرات دمايى کوچک تر (کمتر از 5/0 درجه سانتيگراد) به 500 يا 600 مايل (حدود 800 تا 1000 کيلومتر) دورتر از حوزه ديد توفان گسترش پيدا کرد. بروز اين اختلالات نمايانگر وجود يک الگوى وزش باد شبيه حلقه هاى تناوبى گرمايش و سرمايش مستقريافته بر فراز توفان است. گرچه فقط دما در آغاز وقوع توفان تغييريافته بود، اما همه متغيرهاى کليدى آن سريعاً تحت تاثير قرار گرفتند. در مورد توفان شبيه سازى شده اوليه، بادهاى ويرانگر (با سرعت بيش از 90 کيلومتر بر ساعت) نواحى مسکونى جنوب فلوريدا را تا پايان شش ساعت اول مورد هجوم خويش قرار دادند، اما در مورد مدل اصلاح شده (توسط تيم تحقيقاتى ما) آنها هرگز چنين کارى را نکردند.براى آزمايش ميزان مقبوليت علمى اين نتايج، ما اقدام به وارد کردن اختلالات مشابه در نسخه پيچيده ترى از مدل کرديم. نتايج حاصله بسيار شبيه نتايج پيشين بود و اين نشان مى داد که تجربيات ما عقلاً حساسيتى به نوع انتخاب ويژه پيکربندى مدل ما ندارند. با اين حال پس از گذشت 6 ساعت، بادهاى ويرانگر در شبيه سازى تعديل يافته دوباره پديدار شدند، به طورى که انجام مداخلات اضافى براى ايمن نگهداشتن جنوب فلوريدا از عواقب زيانبار توفان ضرورى به نظر مى رسيد. در واقع اينگونه به نظر مى رسد که انجام يک سرى اختلالات هوشمندانه و هدفمند براى کنترل يک توفان در طول هر بازه اى از زمان کاملاً ضرورى خواهد بود. راهکارهاى عملى ملايم سازى توفان اگر اين درست باشد، همچنانکه نتايج ما نشان مى دهند، که تغييرات کوچک در دما در داخل و پيرامون يک توفان مى تواند مسير آن را به يک جهت قابل پيش بينى تغيير دهد يا سرعت بادهاى آن را کاهش دهد، اکنون اين سئوال مطرح مى شود که چطور چنين اختلالاتى قابل حصول خواهد بود؟ البته هيچکس نمى تواند دما را در سراسر چيزى به بزرگى يک توفان فوراً تغيير دهد. اما انجام چنين کارى عملاً با گرم کردن هوا در اطراف يک توفان و در نتيجه حصول تغييرات دمايى در طول زمان ميسر خواهد بود.طرح هاى تيم ما براى دستيابى به تجربياتى در زمينه محاسبه الگو و نرخ دقيق گرمايش جوى مورد نياز براى ملايم سازى شدت توفان يا ايجاد تغيير در مسير آن همچنان در حال تکميل شدن است. بى ترديد انرژى مورد نياز براى انجام چنين کارى فوق العاده زياد خواهد بود، اما نهايتاً مى توان از يک رشته نيروگاه خورشيدى در مدار زمين براى تأمين انرژى کافى استفاده کرد. اين واحدها يا ماهواره هاى توليدکننده انرژى مى توانند از تعدادى آينه غول پيکر براى متمرکز کردن اشعه خورشيد روى پيل هاى خورشيدى و سپس پرتو افشانى انرژى جمع آورى شده به پايين و هدايت آن روى گيرنده هاى مايکروويو (Microvawe Recievers) در سطح زمين استفاده کنند. طرح هاى فعلى نيروگاه هاى خورشيدى فضايى تشعشعات مايکروويو را با فرکانس هايى مى تابانند که از جو زمين بدون گرم کردن آن عبور مى کنند، به طورى که هيچ اتلاف انرژى اى صورت نمى پذيرد. با اين حال، براى کنترل آب و هوا، تبديل فرکانس تشعشعات مايکروويو ارسالى به زمين به فرکانس هايى که بهتر جذب بخار آب مى شوند خواهد توانست سطوح مختلفى از جو زمين را به طرز مطلوبى گرم کند. از آنجايى که قطرات باران در جذب تشعشعات مايکروويو قوى عمل مى کنند، لذا بخش هايى از توفان که در داخل و زير ابرهاى بارانى استتار مى شوند نخواهند توانست به طريق ذکر شده گرم شوند.در تجربيات پيشين ما، 4DVAR تغييرات دمايى بزرگى را درست در جايى که گرمايش مايکروويو قادر به تأثيرگذارى نبود نشان مى داد، بنابراين ما تجربه جديدى را آغاز کرديم که در آن دما را وادار کرديم تا در حين محاسبه اختلالات بهينه ما در مرکز توفان ثابت باقى بماند. نتايج پايانى ما شبيه نتايج اصل بودند، اما براى جبران تغييرات دماى اوليه در مرکز توفان، بقيه تغييرات دما بايد بزرگتر مى بودند. شايان ذکر است که تغييرات دما در حين شبيه سازى سريعاً در نزديکى مرکز توفان گسترش يافت. روش بالقوه ديگرى براى ملايم سازى توفان هاى گرمسيرى شديد وجود خواهد داشت که همانا محدودسازى مستقيم دسترسى به انرژى به وسيله پوشاندن سطح رويى اقيانوس با لايه رقيقى از يک «روغن زيست ترقيق پذير» (Biodegradable Oil) است که سرعت تبخير را کاهش خواهد داد. توفان ها را همچنين مى توان با اعمال تغييرات تدريجى، روزها پيش از نزديک شدن آنها به اهداف نهايى شان و هزاران مايل دورتر از آن، تحت تاثير قرار داد. با تغيير واقعى فشار هوا، اين تأثيرات مى تواند تغييراتى را در الگوهاى وزش باد در مقياس وسيع در سطح جت جريان به وجود آورد که آن نيز به نوبه خود مى تواند تأثيرات قابل ملاحظه اى را بر شدت و مسير يک توفان بر جاى نهد. به علاوه با اعمال تغييرات نسبتاً کوچک در فعاليت هاى طبيعى بشرى از قبيل هدايت طرح هاى پروازى هواپيما به مسيرهاى عبورى دقيق و در نتيجه افزودن بر پوشش ابرها يا دگرگون سازى شيوه هاى متداول آبيارى محصول به منظور تقويت يا تضعيف فرايند تبخير مى توان تغييرات مناسب آغازين را پايه گذارى کرد. پيش بينى آينده اگر روياى کنترل توفان با استفاده از ابزارهاى هواشناسى بالاخره روزى در آينده به حقيقت بپيوندد، اين امر موجبات بروز مسائل سياسى جدى ترى را فراهم خواهد ساخت. اگر کشورى از حربه کنترل توفان براى آسيب وارد آوردن به قلمرو سرزمينى کشورى ديگر استفاده کند، در آن صورت چه اتفاقى خواهد افتاد؟ اگرچه استفاده از حربه هاى مرتبط با تعديل شرايط آب و هوايى به عنوان يک سلاح با تصويب يک کنوانسيون بين المللى در اواخر دهه 1970 در سازمان ملل متحد ممنوع اعلام شد، اما ممکن است برخى کشورها در آينده به وسوسه افتاده و از حربه کنترل توفان براى دستيابى به مقاصد نامشروع خويش استفاده کنند. با اين حال پيش از آنکه اين قبيل دغدغه ها اوج بگيرند، روش هاى ما نيازمند آن خواهند بود که در مورد پديده جوى غير از توفان نيز کارآيى خود را ثابت کنند. در واقع ما معتقديم که تکنيک هاى ابداعى مان بايد ابتدا در آزمونى براى افزايش ميزان بارندگى مورد محک جدى قرار داده شوند. سپس، اين راهکار به عنوان بسترى براى آزمودن صحت مفاهيم مورد نظرمان در منطقه نسبتاً کوچکى که به خوبى با نصب حسگرهاى متعدد قابل کنترل و اندازه گيرى باشد، مورد بهره بردارى قرار خواهد گرفت.در مورد چنين مقياس هاى تقليل يافته اى، ايجاد تغييرات لازم در شرايط آب و هوايى محيط مى تواند با استفاده از هواپيما يا از روى زمين صورت پذيرد. اگر درک ما از فيزيک ابرها، شبيه سازى کامپيوترى ابرها و تکنيک هاى يکسان سازى داده ها با همان سرعتى که امروزه ما به آن اميد بسته ايم پيشرفت کند، در آن صورت تلاش هاى امروزى ما احتمالاً طى 10 تا 20 سال آينده به ثمر خواهد نشست. با موفقيت در آن مقطع، بحث کنترل شرايط آب و هوايى در مقياس وسيع تر با استفاده از گرمايش هوا در ارتفاعات بالا مى تواند به هدفى قابل پذيرش و مستدل براى روى آوردن کشورها در سراسر جهان به بهره گيرى از آن تبديل شود.