پیشگویان توفان

به‌همین دلیل هم گاهی ممکن است مجبور باشیم بر اساس دانش قبلی و اصول علمی، برخی عددها را به‌صورت فرضی وارد مدل کنیم

صبح روز جمعه 24 مهرماه سال 1366، برای اهالی جنوب انگلستان یادآور ویرانی‌های بسیار است: 18 کشته، قطع جریان برق منازل هزاران نفر و شکستن 15 میلیون درخت در سراسر این کشور که باعث تغییر شکل مناظر طبیعی و بسته شدن خطوط راه‌آهن و جاده‌ها شده بود.

در «فوکستون» (Folkestone) حتی یک کرجی صد‌و ده متری حمل خودرو در حالی که در ساحل به گل نشسته بود، پیدا شد.

مقصر توفانی بود که بعدها به توفان بزرگ سال 1987 معروف شد، اما مشکل دیگری هم وجود داشت. هواشناسی توفان را با تاخیر پیش‌بینی کرده بود.

حتی گوینده‌ی اخبار هواشناسی شب قبل رو به دوربین گفته بود که قرار نیست توفانی رخ دهد اما رخ داد. پیش‌بینی که اگر زودتر اتفاق می‌افتاد می‌توانست از خسارات جانی و مالی فراوانی جلوگیری کند.

پیش‌بینی‌هوا در طول سال‌های اخیر پیشرفت قابل توجهی داشته اما هنوز هم گاهی دقت این پیش‌بینی‌ها کمتر از چیزی است که انتظار داریم.

در این میان باید پرسید که آیا ممکن است روزی بتوانیم وضعیت هوا را واقعا با دقت پیش‌بینی کنیم؟از 30 سال پیش تا‌کنون متخصصان علم هواشناسی پیشرفت‌های قابل‌ملاحظه‌ای در تمام زمینه‌های شبیه‌سازی آب‌و‌هوا داشته‌اند و پیش‌بینی‌های آن‌ها قابل اطمینان‌تر شده‌است.

امروزه می‌توان گفت پیش‌بینی‌های چهارروزه کنونی به اندازه‌ي پیش‌بینی‌های یک‌روزه‌ي سی سال پیش دقیق هستند. بخشی از این پیشرفت مدیون افزایش قدرت پردازش سوپرکامپیوترها‌ست.

در سال 1361، کامپیوترهای اداره‌ي هواشناسی بریتانیا قادر به اجرای 200 میلیون محاسبه در هر لحظه بودند، در سال 1376 این عدد به یک تریلیون محاسبه در ثانیه رسید و اوایل همین امسال، اداره‌ي هواشناسی انگلستان سوپرکامپیوتر جدید خود را با قدرت پردازش خیره‌کننده‌ی 14 کوادریلیون (میلیون میلیارد) محاسبه در ثانیه راه‌اندازی کرد.

اما این تمام داستان نیست. به دلیل پیشرفت‌های فناوری راداری و ماهواره‌ها، امروزه دسترسی بیشتری به اطلاعات هواشناسی وجود دارد. در واقع بسیاری از سازمان‌های هواشناسی در دنیا در حال به‌روزرسانی شبکه‌ی راداری خود هستند.

این رادارهای جدید نه‌تنها قادر به کشف مکان ریزش بارانند، بلکه می‌توانند اندازه و شکل قطرات باران را هم تشخیص دهند.

تشخیص این موضوع به متخصصان هواشناسی امکان می‌دهد بین برف و باران تفکیک قائل شوند و بتوانند بفهمند پدیده‌ای که در حال نزدیک شدن است، یک کولاک برفی است یا توفان.

برای کشورهای ساحلی خصوصا آن‌هایی که در سواحل اقیانوس‌ها قرار دارند وجود اطلاعات کافی از وضعیت آب و هوای اقیانوس اهمیت قابل توجهی دارد.

به همین دلیل هم ادارات هواشناسی بسیاری از کشورها مثل انگلیس شروع به نصب شناورهای مشاهداتی بیشتر در سطح اقیانوس کرده اند تا شکاف‌های اطلاعاتی موجود خود را اندکی کاهش دهند.

همچنین به‌کارگیری روش‌های جدید، از جمله پیش‌بینی همزمان (که در آن چندین مدل با مقادیر اولیه‌ي کمی متفاوت به صورت همزمان اجرا می‌شوند) به ما اجازه می‌دهند دقت پیش‌بینی را ارزیابی کنیم.

درصورتی که تمامی مدل‌ها به یک پیش‌بینی واحد برسند، متخصصان هواشناسی می‌توانند با اطمینان بیشتری آن را منتشر کنند.
در زمینه‌ی عدم قطعیت، تغییر بزرگ دیگری هم که در سه دهه‌ي اخیر رخ داده است، روش بیان پیش‌بینی‌ها‌ست. برای مثال قبلا گفته می‌شد فردا باران می‌بارد، اما امروزه گفته می‌شود احتمال بارش باران 60 درصد است.

دلیل این موضوع هم به عدم تمایل اداره‌ی هواشناسی برای استفاده از اطلاعات احتمالاتی و همچنین تصور آن‌ها مبنی بر این‌که عموم مردم قابلیت استفاده از آن‌ها را ندارند، باز می‌گردد.

البته سازمان‌های هواشناسی مختلف از این اطلاعات احتمالاتی به شکل‌های مختلفی استفاده می‌کنند. این اطلاعات اضافی می‌تواند به مردم کمک کند تا تصمیم‌های درست برای محافظت از خود و اموالشان بگیرند.

• هوای مجازی

طرز کار شبیه‌سازی‌های کامپیوتری وضعیت جوی زمین تقریبا با 30 سال پیش تفاوتی چندانی نداشته است و هنوز هم یک فرآیند سه مرحله‌ای است.

گام اول جمع‌آوری داده‌ها از ایستگاه‌های هواشناسی زمینی، شناورهای دریایی (بویه‌) در اقیانوس‌ها، بالن‌های هواشناسی در آسمان و ماهواره‌های هواشناسی در مدار زمین است.

این کار به ما اجازه می‌دهد از وضعیت جو زمین در هر لحظه باخبر باشیم. سپس در گام دوم این داده‌ها وارد مدل کامپیوتری هواشناسی می‌شود.

این مدل‌ها مجموعه‌ای از معادلات ریاضی هستند و نشان می‌دهد هوا و آب (دو بخش اصلی آب‌وهوا) در شرایط مختلف چطور رفتار می‌کنند. مثلا هوای گرم همیشه تمایل به بالاتر رفتن از هوای سرد دارد و می‌تواند بخار آب بیشتری در خود نگه دارد.

اما با افزایش ارتفاع، دمای هوای گرم کاهش می‌یابد و محتوای بخارآب آن تقطیر می‌شود و به شکل قطرات ریز آب در می‌آید (دقیقا مشابه اتفاقی که روی شیشه پنجره‌ها در هوای سرد زمستان می‌افتد) و به این شکل ابرها ساخته می‌شوند.

در نهایت، برای به دست آوردن یک پیش‌بینی قابل قبول، جو زمین به مجموعه‌ای از صندوق‌ها یا محدوده‌های مربعی تقسیم می‌شود.

به هر یک از این محدوده‌های مربعی، داده‌های حاصل از مشاهدات واقعی (گام اول) نسبت داده شده و سپس اجازه داده می‌شود بر اساس معادلات تعریف شده در مدل (گام دوم)، توسعه پیدا کنند.

با مشاهده‌ي اتفاقاتی که در طول زمان در این محدوده‌های مربعی می‌افتد، می‌توانیم وضعیت آب‌و‌هوا را پیش‌بینی کنیم.

• اشتباهات آب‌وهوايي

دلیل این‌که چرا گاهی پیش‌بینی‌های آب‌و‌هوا غلط از آب در می‌آیند، امکان بروز اشتباه در تمام مراحل انجام کار است.

در گام اول، ممکن است به اندازه‌ي کافی داده‌برداری انجام نشده باشد: اطلاع از وضعیت دقیق جوی در تمام کره‌ي‌زمین - بخصوص روی اقیانوس‌ها - امری غیرممکن است.

به همین دلیل هم گاهی ممکن است مجبور باشیم بر اساس دانش قبلی و اصول علمی، برخی عددها را به صورت فرضی وارد مدل کنیم.

اما وارد کردن اعدادی که تنها اندکی اشتباه هم داشته باشند، باعث ایجاد خطای محاسباتی می‌شود که به مرور به ابعاد آن اضافه می‌شود.

درست مانند مثال معروف پروانه‌ای که در قسمتی از جهان بال می‌زند و باعث ایجاد توفان در نقطه‌ای دیگر می‌شود.

متخصصان هواشناسی به این موضوع «آشوب» می‌گویند و دلیل اصلی پایین آمدن دقت پیش‌بینی‌های هواشناسی در طول زمان هم همین موضوع است.

حتی در صورتی که داده‌های بی‌نقصی هم داشته باشیم، باز هم پیش‌بینی ما ممکن است دقیق نباشد؛ زیرا معادله‌های مدل‌های ریاضی هم نواقص خود را دارند.

متخصصان هواشناسی بر‌اساس آخرین یافته‌های علمی، همواره در حال اصلاح خصوصیات فیزیکی مدل‌های هواشناسی هستند.

پیچیدگی جو زمین به این معنی است که هنوز تا پیش‌بینی دقیق وضعیت جوی در هر شرایط راه بسیاری باقی مانده‌ و حتی ممکن است هرگز موفق به این کار نشویم.

در نهایت، باید به مناطق مربعی مورد استفاده در شبیه‌سازی اشاره کنیم که هواشناس‌ها به آن‌ وضوح یا همان رزولوشن مدل هواشناسی می‌گویند.

می‌توانید این مربع‌ها را مثل پیکسل‌های نمایشگر لپ‌تاپ یا گوشی‌هوشمند خود تصور کنید که با افزایش تعداد آن‌ها، کیفیت تصویر بهبود پیدا می‌کند.

البته هر چقدر تعداد این مربع‌ها بیشتر باشد، به توان پردازشی بیشتری برای اجرای همزمان تمام آن‌ها نیاز خواهد بود. شاید به همین دلیل هم توفان بزرگ سال 1987 به درستی پیش‌بینی نشد.

ابعاد این مربع‌ها در آن زمان حدود 150 کیلومتر در 150 کیلومتر بود و به همین دلیل اگر درون یکی از این مربع‌ها پدیده‌ي آب‌وهوایی کوچکی رخ می‌داد، مدل قادر به پیش‌بینی آن نبود.

فوران گزنده‌ای که باعث ویرانگری عجیب این توفان شده بود، تقریبا 50 کیلومتر عرض داشت و به همین دلیل در نظر گرفتن تاثیرات آن توسط مدل غیرممکن بود.

منبع: همشهري دانستنيها