براى اینکه دریابیم آیا حساسیت سیستم جوى به تغییرات محیطى مى تواند براى تعدیل پدیده اى جوى به قدرت و شدت توفان ها مورد بهره بردارى قرار گیرد، تیم تحقیقاتى ما در AER اقدام به شبیه سازى کامپیوترى دو مورد توفان کرد که هر دو در سال 1992 اتفاق افتاده بودند. وقتى توفان Iniki جزیره Kauai واقع در مجمع الجزایر هاوایى را در سپتامبر 1992 درنوردید، چند نفر کشته شدند، خسارات مالى فوق العاده اى برجاى ماند و تمام جنگل ها با خاک یکسان شدند. توفان Andrew که یک ماه پیش از آن (آگوست 1992) سواحل جنوبى «میامى» واقع در ایالت فلوریدا را درنوردیده بود، خسارات جبران ناپذیرى را به تأسیسات شهرى و امکانات زیربنایى آن منطقه وارد کرد.واقعاً شگفت انگیز بود، اما نخستین تجربه شبیه سازى ما با علم به نواقص موجود در زمینه فناورى هاى پیش بینى آب و هوا با موفقیت سریعى توأم بود. براى تغییر دادن مسیر توفان Iniki، ما ابتدا جایى را که مى خواستیم توفان پس از گذشت شش ساعت در آنجا به پایان برسد انتخاب کردیم: حدود 60 مایلى غرب مسیر پیش بینى شده توفان. بعد ما از این هدف براى خلق مشاهدات مصنوعى استفاده کردیم و اطلاعات حاصله را به سیستم پیش بینى 4DVAR تحویل دادیم. از کامپیوتر براى محاسبه کوچکترین تغییرات به عمل آمده در نخستین دسته از خواص کلیدى معرف توفان که مسیر منتهى شونده به موقعیت هدف را نشان خواهد داد استفاده کردیم. در این تجربه اولیه ما اجازه دادیم که هر نوع تغییر مصنوعى احتمالى در سیستم توفان اتفاق بیفتد.

ثابت شد که مهمترین تغییرات در دماها و بادهاى اولیه رخ مى دهند. تغییرات دمایى حادث شده در سراسر میله دمایى نمودار صرفاً 1/0 درجه سانتیگراد بودند، اما بیشترین تغییر به میزان تقریبى 2 درجه (افزایش) در پایین ترین لایه مدل در غرب مرکز توفان اتفاق افتاد. محاسبات بعدى نشان داد که میزان تغییرات سرعت باد در حد 2 الى 3 مایل بر ساعت (حدود 3 تا 5 کیلومتر بر ساعت) بوده است. هر چند، در چند موقعیت مکانى محدود، سرعت این بادها به میزان تقریبى 20 مایل بر ساعت تغیریافته بود که علت آن چیزى جز بروز تغییرات کوچک در جهت وزش بادها در نزدیکى مرکز توفان نبود.

اگرچه نسخه هاى اصلى و بدلى (تغییریافته) توفان Iniki داراى ساختارهاى تقریباً یکسانى بودند، اما تغییرات به عمل آمده در متغیرهاى کلیدى به حد کافى بزرگ بودند تا نسخه بدلى طى 6 ساعت اولیه شبیه سازى ما به سوى غرب تغییر مسیر داده و سپس به سوى شمال حرکت کند، به طورى که جزیره Kauai از دسترس خطرناک ترین بادهاى آن توفان در امان ماند. تغییرات مصنوعى نسبتاً کوچک به عمل آمده در شرایط اولیه توفان از طریق مجموعه پیچیده اى از معادلات غیرخطى که توفان را شبیه سازى کرده بودند انتشار یافت تا پس از گذشت 6 ساعت مجدداً در موقعیت مکانى مطلوب آرام بگیرد. مشاهده این وضع، این اطمینان را در ما ایجاد کرد که ما در مسیر صحیحى براى تعیین تغییرات مورد نظر براى ملایم سازى توفان هاى واقعى قرار داریم. براى آزمون هاى بعدى شبیه سازى توفان، تیم ما از فواصل میله اى کوچکتر بر روى نمودار میله اى (که لزوماً از دقت بیشترى برخوردار خواهد بود) براى مدل سازى توفان و به کار انداختن 4DVAR براى تحقق بخشیدن به هدف کمینه کردن خسارات مالى آن استفاده کرد.

در یک تجربه مجزا که در آن باز هم از ایجاد تغییر در شرایط اولیه توفان براى کاستن از حجم ویرانى هاى آن استفاده شد، ما اقدام به محاسبه دقیق میزان افزایش دماى مورد نیاز براى محدود ساختن حجم ویرانى هاى سطحى ناشى از وزش بادهاى سهمگین در جریان توفان Andrew کردیم که در سال 1992 سواحل ایالت فلوریدا را درنوردید. هدف ما حفظ اختلالات دمایى اولیه در یک حد کمینه (براى تحقق انجام آسان تر آن در زندگى واقعى) و محدود ساختن وزش ویران کننده ترین بادها به دو ساعت آخر فرجه شش ساعته آغازین بود. در این آزمون، 4DVAR نشان داد که بهترین راه براى محدود ساختن حجم ویرانى هاى باد انجام بزرگترین دخالت ها (تغییرها) در دماى اولیه در مجاورت حوزه دید توفان خواهد بود. اینجا شبیه سازى تیم تحقیقاتى ما تغییراتى را به میزان دو یا سه درجه سانتیگراد در چند موقعیت مکانى معدود به وجود آورد. تغییرات دمایى کوچک تر (کمتر از 5/0 درجه سانتیگراد) به 500 یا 600 مایل (حدود 800 تا 1000 کیلومتر) دورتر از حوزه دید توفان گسترش پیدا کرد. بروز این اختلالات نمایانگر وجود یک الگوى وزش باد شبیه حلقه هاى تناوبى گرمایش و سرمایش مستقریافته بر فراز توفان است.

گرچه فقط دما در آغاز وقوع توفان تغییریافته بود، اما همه متغیرهاى کلیدى آن سریعاً تحت تاثیر قرار گرفتند. در مورد توفان شبیه سازى شده اولیه، بادهاى ویرانگر (با سرعت بیش از 90 کیلومتر بر ساعت) نواحى مسکونى جنوب فلوریدا را تا پایان شش ساعت اول مورد هجوم خویش قرار دادند، اما در مورد مدل اصلاح شده (توسط تیم تحقیقاتى ما) آنها هرگز چنین کارى را نکردند.براى آزمایش میزان مقبولیت علمى این نتایج، ما اقدام به وارد کردن اختلالات مشابه در نسخه پیچیده ترى از مدل کردیم. نتایج حاصله بسیار شبیه نتایج پیشین بود و این نشان مى داد که تجربیات ما عقلاً حساسیتى به نوع انتخاب ویژه پیکربندى مدل ما ندارند. با این حال پس از گذشت 6 ساعت، بادهاى ویرانگر در شبیه سازى تعدیل یافته دوباره پدیدار شدند، به طورى که انجام مداخلات اضافى براى ایمن نگهداشتن جنوب فلوریدا از عواقب زیانبار توفان ضرورى به نظر مى رسید. در واقع اینگونه به نظر مى رسد که انجام یک سرى اختلالات هوشمندانه و هدفمند براى کنترل یک توفان در طول هر بازه اى از زمان کاملاً ضرورى خواهد بود.

راهکارهاى عملى ملایم سازى توفان

اگر این درست باشد، همچنانکه نتایج ما نشان مى دهند، که تغییرات کوچک در دما در داخل و پیرامون یک توفان مى تواند مسیر آن را به یک جهت قابل پیش بینى تغییر دهد یا سرعت بادهاى آن را کاهش دهد، اکنون این سئوال مطرح مى شود که چطور چنین اختلالاتى قابل حصول خواهد بود؟ البته هیچکس نمى تواند دما را در سراسر چیزى به بزرگى یک توفان فوراً تغییر دهد. اما انجام چنین کارى عملاً با گرم کردن هوا در اطراف یک توفان و در نتیجه حصول تغییرات دمایى در طول زمان میسر خواهد بود.طرح هاى تیم ما براى دستیابى به تجربیاتى در زمینه محاسبه الگو و نرخ دقیق گرمایش جوى مورد نیاز براى ملایم سازى شدت توفان یا ایجاد تغییر در مسیر آن همچنان در حال تکمیل شدن است. بى تردید انرژى مورد نیاز براى انجام چنین کارى فوق العاده زیاد خواهد بود، اما نهایتاً مى توان از یک رشته نیروگاه خورشیدى در مدار زمین براى تأمین انرژى کافى استفاده کرد. این واحدها یا ماهواره هاى تولیدکننده انرژى مى توانند از تعدادى آینه غول پیکر براى متمرکز کردن اشعه خورشید روى پیل هاى خورشیدى و سپس پرتو افشانى انرژى جمع آورى شده به پایین و هدایت آن روى گیرنده هاى مایکروویو (Microvawe Recievers) در سطح زمین استفاده کنند. طرح هاى فعلى نیروگاه هاى خورشیدى فضایى تشعشعات مایکروویو را با فرکانس هایى مى تابانند که از جو زمین بدون گرم کردن آن عبور مى کنند، به طورى که هیچ اتلاف انرژى اى صورت نمى پذیرد. با این حال، براى کنترل آب و هوا، تبدیل فرکانس تشعشعات مایکروویو ارسالى به زمین به فرکانس هایى که بهتر جذب بخار آب مى شوند خواهد توانست سطوح مختلفى از جو زمین را به طرز مطلوبى گرم کند.

از آنجایى که قطرات باران در جذب تشعشعات مایکروویو قوى عمل مى کنند، لذا بخش هایى از توفان که در داخل و زیر ابرهاى بارانى استتار مى شوند نخواهند توانست به طریق ذکر شده گرم شوند.در تجربیات پیشین ما، 4DVAR تغییرات دمایى بزرگى را درست در جایى که گرمایش مایکروویو قادر به تأثیرگذارى نبود نشان مى داد، بنابراین ما تجربه جدیدى را آغاز کردیم که در آن دما را وادار کردیم تا در حین محاسبه اختلالات بهینه ما در مرکز توفان ثابت باقى بماند. نتایج پایانى ما شبیه نتایج اصل بودند، اما براى جبران تغییرات دماى اولیه در مرکز توفان، بقیه تغییرات دما باید بزرگتر مى بودند. شایان ذکر است که تغییرات دما در حین شبیه سازى سریعاً در نزدیکى مرکز توفان گسترش یافت.

روش بالقوه دیگرى براى ملایم سازى توفان هاى گرمسیرى شدید وجود خواهد داشت که همانا محدودسازى مستقیم دسترسى به انرژى به وسیله پوشاندن سطح رویى اقیانوس با لایه رقیقى از یک «روغن زیست ترقیق پذیر» (Biodegradable Oil) است که سرعت تبخیر را کاهش خواهد داد. توفان ها را همچنین مى توان با اعمال تغییرات تدریجى، روزها پیش از نزدیک شدن آنها به اهداف نهایى شان و هزاران مایل دورتر از آن، تحت تاثیر قرار داد. با تغییر واقعى فشار هوا، این تأثیرات مى تواند تغییراتى را در الگوهاى وزش باد در مقیاس وسیع در سطح جت جریان به وجود آورد که آن نیز به نوبه خود مى تواند تأثیرات قابل ملاحظه اى را بر شدت و مسیر یک توفان بر جاى نهد. به علاوه با اعمال تغییرات نسبتاً کوچک در فعالیت هاى طبیعى بشرى از قبیل هدایت طرح هاى پروازى هواپیما به مسیرهاى عبورى دقیق و در نتیجه افزودن بر پوشش ابرها یا دگرگون سازى شیوه هاى متداول آبیارى محصول به منظور تقویت یا تضعیف فرایند تبخیر مى توان تغییرات مناسب آغازین را پایه گذارى کرد.

پیش بینى آینده

اگر رویاى کنترل توفان با استفاده از ابزارهاى هواشناسى بالاخره روزى در آینده به حقیقت بپیوندد، این امر موجبات بروز مسائل سیاسى جدى ترى را فراهم خواهد ساخت. اگر کشورى از حربه کنترل توفان براى آسیب وارد آوردن به قلمرو سرزمینى کشورى دیگر استفاده کند، در آن صورت چه اتفاقى خواهد افتاد؟ اگرچه استفاده از حربه هاى مرتبط با تعدیل شرایط آب و هوایى به عنوان یک سلاح با تصویب یک کنوانسیون بین المللى در اواخر دهه 1970 در سازمان ملل متحد ممنوع اعلام شد، اما ممکن است برخى کشورها در آینده به وسوسه افتاده و از حربه کنترل توفان براى دستیابى به مقاصد نامشروع خویش استفاده کنند. با این حال پیش از آنکه این قبیل دغدغه ها اوج بگیرند، روش هاى ما نیازمند آن خواهند بود که در مورد پدیده جوى غیر از توفان نیز کارآیى خود را ثابت کنند. در واقع ما معتقدیم که تکنیک هاى ابداعى مان باید ابتدا در آزمونى براى افزایش میزان بارندگى مورد محک جدى قرار داده شوند.

سپس، این راهکار به عنوان بسترى براى آزمودن صحت مفاهیم مورد نظرمان در منطقه نسبتاً کوچکى که به خوبى با نصب حسگرهاى متعدد قابل کنترل و اندازه گیرى باشد، مورد بهره بردارى قرار خواهد گرفت.در مورد چنین مقیاس هاى تقلیل یافته اى، ایجاد تغییرات لازم در شرایط آب و هوایى محیط مى تواند با استفاده از هواپیما یا از روى زمین صورت پذیرد. اگر درک ما از فیزیک ابرها، شبیه سازى کامپیوترى ابرها و تکنیک هاى یکسان سازى داده ها با همان سرعتى که امروزه ما به آن امید بسته ایم پیشرفت کند، در آن صورت تلاش هاى امروزى ما احتمالاً طى 10 تا 20 سال آینده به ثمر خواهد نشست. با موفقیت در آن مقطع، بحث کنترل شرایط آب و هوایى در مقیاس وسیع تر با استفاده از گرمایش هوا در ارتفاعات بالا مى تواند به هدفى قابل پذیرش و مستدل براى روى آوردن کشورها در سراسر جهان به بهره گیرى از آن تبدیل شود

  چه کسى دیواره یخى لارسن را مى شناسد؟ این کوه عظیم یخى شناور در آب هاى دریا که در ارتباط با یخچال هاى خشکى شبه جزیره قطب جنوب است، زمان درازى تنها براى پژوهشگران قطب جالب بود. لیکن در سى و یکم ژانویه سال 2002 ناگهان این غول یخى نظر تمام جهانیان را به خود جلب کرد. دلیل: عکس هاى ماهواره هاى ناسا نشان دادند که چگونه ظرف یک فاصله زمانى پنج هفته اى تکه بزرگى از یخ به حجم 3250 کیلومترمربع تقریباً به بزرگى مالورکا _ از دیواره یخى لارسن جدا شد. کارشناسان حدس مى زنند که آب حاصل از ذوب یخ ها همچون چشمه هاى کوچک بى شمار به داخل دیواره یخى راه یافته و آنجا یخ زده و بدین ترتیب حجمى اضافه تشکیل شده که قاعدتاً از تکه یخ غول آسا جدا شده است. این تکه یخ که به نام «لارسن ب» خوانده شد، 220 متر ضخامت و 720 میلیارد تن وزن داشت و به هزاران تکه کوچک تقسیم شد.

این نخستین بارى نیست که یخ موجود در قطب جنوب از بین مى رود. در ماه هاى مارس و مه سال 2000 تکه هاى بزرگى از کمربند یخى جدا شده و از بین رفتند. یک رکورد جهانى تا آن زمان، تکه اى از یخ به بزرگى ده هزار کیلومترمربع جدا و به سمت دریاى روس (Ross) رهسپار شد.

در فیلم علمى _ تخیلى رولاند امریش «روز پس از فردا» یک دانشمند پژوهشگر آمریکایى هوا به نام جک هال ماجرایى را درست شبیه آنچه که بر سر دیواره یخى لارسن آمده پیش بینى مى کند که در سال 2002 رخ مى دهد. در این فیلم هالیوود که به یک شعر حماسى بیشتر شبیه است نیز تکه عظیم یخ جدا مى شود. خدمه هال با رویدادى به غایت دهشتناک مواجه شدند. شکافى عظیم (با استفاده از متحرک سازى کامپیوترى) در یخچال مقابل شان دهان باز کرد و تقریباً آنها را بلعید. در اینجا واقعیت و خیال درهم مى آمیزند: امریش در فیلمنامه تمام جزئیات تلاش هاى این انسان ها را به تصویر مى کشد. اما کارگردان با لحن هجوآمیزى مى گوید: «باید در نوشتن فیلمنامه تعجیل مى کردیم، والا از فیلم سینمایى خبرى نبود، تنها چیزى که باقى مى ماند مستندسازى رویدادها بود.» منشأ و علت واقعه اى براى یخ هاى قطب جنوب رخ داد و پیش زمینه داستان فیلم همانا گرم شدن روزافزون کره زمین است: بدین ترتیب میدان هاى یخ قطب ها بیش از پیش ذوب مى شوند. زمینه ساز چنین دگرگونى در آب و هوا اثر گلخانه اى است با بالاترین سطح گازهاى مضر از نقطه نظر آب و هوا مثل دى اکسیدکربن(Co2) در جو، کره زمین را پوششى از گاز فرا مى گیرد، چنین رویدادى نتایج مرگبارى را به دنبال دارد. گرماى بیشترى از خورشید به کره زمین مى تابد چرا که این اشعه گرمایى در فضا منعکس مى شود. نتیجه آن که نوعى شبنم ناشى از گرما ظاهر خواهد شد (قطره آب به کندى تبخیر مى شود)، توده هاى عظیم یخى شروع به آب شدن خواهند کرد و مقادیر فراوانى از آب شیرین سرد به داخل اقیانوس ها سرازیر خواهند شد. امریش کارگردان فیلم از این واقعیت علمى به عنوان نقطه شروع سوگنامه آب و هوایى خویش استفاده مى کند. گلوله هاى شناور حرارت سنج ها در آتلانتیک شمالى دیوانه مى شوند و خبر از آن مى دهند که چشمه هاى آب گرم در اقیانوس واقع در نیمکره شمالى خشک شده اند.

همچنانکه این «حرارت» به نقطه اوج خود مى رسد، فاجعه سرما نیز به کمک جلوه هاى ویژه قطعى و تاثیرگذار به نظر مى رسد: رگبارهاى تگرگ به درشتى مشت انسان توکیو را درهم مى کوبند، بادهاى سخت و توفانى لس آنجلس را خالى از سکنه مى کنند، یک موج عظیم مد آب هاى اقیانوس نیویورک را در خود غرق مى سازد. آنگاه فاجعه عظیم رخ مى دهد: سرتاسر نیمکره شمالى در زیر یخ و برف مدفون مى شود. فیلمنامه مى گوید که هواى بسیار سرد منهاى 101 درجه سانتیگراد از استراتوسفر به سمت زمین مى آید و انسان ها در ظرف چند ثانیه جملگى یخ مى زنند.

تصاویر امریش تکان دهنده اند ولى باورکردنى به نظر نمى رسند. از یک سو روزانه اخبارى راجع به گرم تر شدن تدریجى سیاره مان مى شنویم و مى خوانیم، از طرف دیگر عصر جدیدى از یخ پیش بینى مى شود. کدامیک را بپذیریم؟

یک منبع آگاه احتمالاً مى تواند پاسخگوى پرسش هاى ما پیرامون آب وهوا باشد. «گروه بین دولتى براى تغییر آب و هوا» شامل جمعى از زبده ترین کارشناسان است. مذاکرات پیرامون آب و هوا در چارچوب ملل متحد نیز براساس اعلامیه این گروه صورت مى گیرد. بر طبق گزارشات گروه طى فاصله زمانى 1990 تا 2100 درجه حرارت کل کره زمین به طور متوسط بین 4/1 تا 8/5 درجه سانتیگراد افزایش خواهد یافت (در مجموع در طول قرن بیستم: به علاوه 6/0 درجه). تفاوت بین این دو رقم قابل توجه است، چه به سختى مى توان آثار حاصل از عوامل گوناگون دخیل در این پدیده را به دقت پیش بینى نمود: عواملى چون افزایش جمعیت یا افزایش گاز (Co2)در نتیجه استفاده از سوخت هاى فسیلى، به علاوه تغییرات در آب و هوا بسیار به کندى صورت مى گیرد: حتى اگر بشر انتشار گازهاى گلخانه اى را به سرعت به صفر برساند.

ده ها سال طول مى کشد که گرم تر شدن کره زمین متوقف شود. درست مثل اتومبیلى که با سرعت بالایى در حرکت است، براى آن که از سرعتش کاسته شود، لازم است چندین کیلومتر مسافت را طى کند. بسته به اینکه گرم شدن زمین و آب شدن توده هاى یخ تا چه اندازه شدید باشد سطح آب اقیانوس ها بین 20 تا 86 سانتیمتر افزایش خواهد یافت. بدون اقدامات حفاظتى همچون برپا کردن سدهاى مرتفع مساحت وسیعى از سواحل دریاها و اقیانوس ها و زمین هاى در مجاورت آنها به زیر آب خواهند رفت. بسیارى از جزایر رویایى دریاى جنوب براى همیشه محو خواهند شد.

اما همین حالا هم شاهد نتایج حاصل از پدیده قدرتمند گرم تر شدن زمین هستیم: طوفان هایى که تاکنون نظیرشان اتفاق نیفتاده، باران هاى سیل آسا و طغیان رودخانه ها، تابستان هاى گرم و طاقت فرسا با تلفات عظیم در محصولات گیاهى و دامى و آتش سوزى هاى وسیع جنگل ها، یخچال هاى آلپ آب و در بسترهاى عظیم یخى خلل وارد مى شود و ساختمان ها دستخوش تزلزل مى شوند. اکوسیستم درهم مى ریزد، تمام حیوانات و گیاهان نابود مى شوند و فضاى زندگى انسان ها به شدت در معرض تهدید قرار مى گیرد. «گروه بین دولتى براى تغییر آب و هوا» در «خلاصه اى براى سیاستگزاران» باز هم نتایج بیشترى را برمى شمارد. سالخوردگان بیشترى به خاطر گرما جان خود را از دست مى دهند؛ عوامل مضر و بیمارى زا گسترش مى یابند (مثلاً پشه هاى مالاریا راه سرزمین هاى شمالى تر را در پیش مى گیرند)؛ کوه هاى بیشترى ریزش مى کنند، فرسایش زمین ها و سواحل دریاها سرعت مى گیرد، حتى جزایر مرجانى نیز در این میان آسیب مى بینند و زمانى که بسترهاى یخى دائمى اندک اندک ذوب مى شوند، مقادیر عظیمى متان و دى اکسیدکربن آزاد و اثر گلخانه اى بیش از پیش تشدید مى شود. اگرچه دانشمندان در مورد این آثار و نتایج اتفاق نظر دارند، ولى افزایش سریع دماى زمین در ده سال اخیر پرسش هاى زیادى را براى انسان مطرح کرده که لازم است پاسخ هایى براى آنها پیدا شود. افزایش شدت حرارت خورشید در 100 ساله اخیر تنها موجب 2/0 درجه افزایش درجه حرارت زمین شده است.

گرم تر شدن زمین یک واقعیت است که در حدود مشخصى اتفاق خواهد افتاد. اما چگونه مى توان از این واقعیت این طور نتیجه گرفت که دوران یخبندانى در راه است؟ لااقل آن طور که امریش وانمود مى کند. کارگردان و فیلمنامه نویس در فیلم خویش از آنجا شروع مى کنند که یخ هاى ذوب و رها شده از قطب هاى کره زمین با جریانات آب گرم اقیانوس ها برخورد پیدا مى کنند. چنین فیلمنامه اى را نمى توان پیشاپیش رد یا قبول کرد، چه یک بار حدود 11هزار تا 12هزار سال پیش جریان اقیانوسى گلف استریم کاملاً متوقف شد. در این زمان پس از یک دوره آب و هواى گرم درجه حرارت در گرینلند در مدار 15 درجه به یک بار افت کرد. بدین ترتیب تا آنجا که به دانشمندان مربوط مى شود، مى توان از وضعیت جریان آب داخل اقیانوس ها به عنوان شاخصى از وضعیت کلى آب وهوا استفاده نمود. به قول ماروتسکه رئیس موسسات ماکس پلانک در رشته هواشناسى در هامبورگ: «در دهه هاى آینده جریان آب داخل اقیانوس بار دیگر بسیار ضعیف خواهد شد. اما این بار موضوع ضعیف تر شدن طبیعى آن مطرح نیست، بلکه این انسان ها هستند که موجب چنین وضعیتى خواهند بود.»

این طور حدس زده مى شود که این جریان اقیانوسى (golfstream) قبل از همه اقیانوس اطلس جنوبى در طول دماغه امیدنیک منشأ گرفته، عرض اقیانوس را به سمت شمال پیموده، به سواحل آمریکاى جنوبى و مرکزى نزدیک مى شود و به خلیج مکزیک مى رسد، در آنجا گرم تر مى شود، از آنجا در مسیر ساحل ایالات متحده تا حوالى 35 درجه عرض شمالى پیش مى رود و در دماغه هاتراس (کارولیناى شمالى) با سرعتى معادل 5 کیلومتر در ساعت و با عرض 50 کیلومتر به سمت شرق راه کج مى کند و راه دریاهاى آزاد را در پیش مى گیرد. جریان گلف استریم در مسیر 1500 کیلومترى خویش شاخه هاى بسیارى تشکیل مى دهد، طورى که بخشى از آن تا سواحل نروژ ادامه پیدا مى کند. این جریان اقیانوس اطلس شمالى _ که در فیلم امریش نیز به همین نام اشاره مى شود _ در آب هاى قطب شمال در حوالى گرینلند مجدداً سرد شده به عمق آب اقیانوس فرو مى رود و به صورت یک آبشار عظیم از سطح به عمق و کف اقیانوس به جریان مى افتد و رهسپار آب هاى گرم نواحى جنوبى اقیانوس مى شود. بدین ترتیب یک دوره کامل طى مى شود که 50 سال به طول مى انجامد. ولى براى آب هایى که راه خود را گم و طولانى مى کنند، این زمان مى تواند به پانصد سال هم برسد.

گرمایى که گلف استریم در هر ثانیه به سمت شمال با خود حمل مى کند، چیزى معادل نیم میلیون واحد نیروى کار است. هنگامى که جریان آب به سواحل آب هاى سرد شمال نزدیک مى شود گرماى موجود در آن از طریق زمین راه غرب را در پیش مى گیرد. نتیجه آن که اروپاى شمال غربى در مقایسه با سایر نواحى هم ارز از نظر جغرافیایى (مثلاً روسیه یا لابرادور) آب و هوایى که به طور غیرعادى ملایم است پیدا مى کند.

ولى نیروى محرک گردش جریان گلف استریم کدام است؟ بادهاى موسمى نواحى گرمسیرى، بادهاى غربى عرض هاى جغرافیایى میانى کره زمین، گردش کره زمین، معمارى بستر اقیانوس اطلس و به اصطلاح گردش دمایى _ نمکى از جمله عواملى هستند که پیش برنده این جریان به شمار مى روند. دمایى _ نمکى به معناى تفاوت کمک محلول در آب در نتیجه تغییر در درجه حرارت است. این نیروى محرکه بدین صورت عمل مى کند: وقتى که آب گلف استریم حرارتش را در شمال از دست داده سرد مى شود، و حرارت پایین و نمک فراوانش چگالى آن را بالا مى برد؛ این آب از آب هاى اطراف سنگین تر بوده و به عمق مى رود که از آنجا به سمت جنوب جارى مى گردد. بدین ترتیب گردش آب تداوم پیدا مى کند.

گردش دمایى _ نمکى به ویژه در برابر گرم تر شدن کل کره زمین و ذوب شدن یخ هاى قطب ها حساس است. هنگامى که اثر گلخانه اى بیش از پیش تشدید شود، گلف استریم به میزان سابق سرد نخواهد شد، در همین زمان آب شیرین بیشترى در نتیجه ذوب شدن یخ ها و باران هاى سیل آسا وارد اقیانوس خواهند شد. نتیجه: آب دیگر به چگالى مطلوب براى فرورفتن به اعماق اقیانوس نخواهد رسید. موتور ماشین جوش آورده از حرکت بازخواهد ایستاد، در بدترین حالت دیگر اثرى از گلف استریم نخواهد بود _ همچون رودخانه اى دچار خشکسالى شده _ و به دنبال آن سرما سر خواهد رسید.

پس حق با امریش است، این پرسش در عمل هنوز پاسخ دقیقى ندارد، چرا که اطلاعات ما بسیار اندک است با این حال با محاسبات کامپیوترى نتایج حاصل از بدترین حالت، یعنى از بین رفتن کامل گرماى حاصل از گلف استریم پیش بینى شده اند اما نتایج مذکور اظهارنظرهاى قاطع فیلم را تائید نمى کنند: در کشورهایى مانند انگلستان، ایرلند و اسکاندیناوى حداکثر تنها 6 درجه از دماى هوا کاسته خواهد شد. پروفسور اشتفان رامشتورف از «موسسه پژوهش در آب و هوا» واقع در پوتسدام پیش از این در مصاحبه اى تصویرى از چنین وضعیتى را ارائه داده است. در این صورت باید به برایتون در جنوب انگلستان درخت و محصولات گیاهى وارد نمود زیرا در این شهر نیز همچون ایسلند کنونى در فصل تابستان هم از گرما خبرى نخواهد بود. در نروژ در فصل زمستان دسترسى به اقیانوس ممکن نخواهد بود زیرا دیوارى زرهى از یخ سواحل اقیانوس را فراخواهد گرفت و هواى آلمان دو تا 5 درجه سردتر خواهد شد. بررسى ها نشان داده اند که مثلاً در کالسروهه تعداد روزهاى یخبندان سال دو برابر امروز خواهد بود.

اما اینکه این اتفاقات ظرف چند هفته یا حتى چند روز (آن طور که در فیلم آمده) رخ دهند چه؟ یوخم ماروتسکه مى گوید: «غیر ممکن است!» این فروپاشى آب و هوا، اگر قرار باشد اتفاق بیفتد «لااقل ده تا بیست سال به طول مى انجامد.» اما آیا اصلاً اتفاق خواهد افتاد؟ به گفته ماروتسکه «اتفاقى چون تضعیف گلف استریم را اصلاً نمى توان با قطعیت اعلام نمود.» پس خیالمان راحت باشد به هیچ وجه! کارشناسان خطر را حس مى کنند و در جست وجوى کسب اطلاعات بیشترند.

صحنه عوض شده، این بار سواحل باهاما در مقابل چشمان ما قرار دارد. جزیره آباکو با ساحل ماسه اى که در زیر نور آفتاب مى درخشد و قایق هاى بادبانى که کشتى پژوهشى انگلیسى به نام «اکتشاف» در میان آنها نظرها را به خود جلب مى کند. کشتى انگلیسى 90 متر طول، 20 تن خدمه و حدود یک دو جین دانشمند دارد که بیشترشان انگلیسى و آمریکایى هستند. مدار جغرافیایى محل کشتى دقیقاً عرض 5/26 درجه شمالى است. از اواسط فوریه تا اوایل ماه مه سال 2004 کشتى «اکتشاف» از جزایر قنارى تا باهاما در حرکت بود و اندازه گیرى هاى زیادى را صورت داد. این بخشى از یک برنامه پژوهشى پنج ساله تا سال 2008 است، برنامه اى که 20 میلیون پوند بودجه دارد و دولت انگلیس به رهبرى ماروتسکه اجراى آن را برعهده دارد.

از بالاى عرشه کشتى «اکتشاف» جرثقیل هاى بزرگ چرخ هاى بزرگ قطارهاى قدیمى راه آهن را به داخل آب مى اندازند. این اجسام سنگین یک سر طناب هایى را با خود به قعر دریا مى برند و سر دیگر آنها با اتصال به شناورهاى عظیم بر سطح آب ثابت مى شوند. در طول طناب هاى مذکور دستگاه هاى مخصوص سنجش ارتفاع، نمک موجود و فشار آب را در نقاط مختلف زیر دریا اندازه گیرى مى کنند. ماروتسکه اشاره مى کند: «مى خواهیم بدانیم در چه عمقى جریان آب گلف استریم در جهت جنوب باز مى گردد؟» پیش از این، چنین اتفاقى در عمق 1500 تا 4000 مترى زیر سطح آب پیش مى آمد. اگر جریان آب در عمق کمترى جهت عوض کند آنگاه تا عرض جغرافیایى کمترى در شمال پیش خواهد رفت. این علامت خطرى براى پژوهشگر آب و هوا به شمار مى رود، چه عملاً به معناى ضعیف تر شدن جریان آب گلف استریم است.

نخستین پیش بینى هاى کشتى «اکتشاف» تا پیش از پایان سال جارى امکان پذیر نیست و تا این زمان دستگاه هاى اندازه گیرى همچنان در زیر آب باقى خواهند ماند. علاوه بر این پژوهشگران به کمک ماهواره هاى Quikscat و Topex-Poseidon از ارتفاع 1300 کیلومترى قدرت باد و تموجات سطح آب ها را ثبت مى کنند. اکنون اطلاعاتى از این پژوهش ها منتشر نشده، نمى توانیم ماجراهاى فیلم امریش را رد یا قبول کنیم. تا به امروز دانشمندان پیش بینى هاى مشخصى پیرامون آثار و نتایج حاصل از اتفاقات امروزى کرده اند. به قول ماروتسکه: «اطلاعات ما از سال 1957 چهار برابر شده، ولى هنوز هم نمى توانیم قطعاً بگوئیم که تضعیف جریان دریایى گلف استریم در راه است.»

سخن آخر این که یک دوره آب و هوایى چیزى حدود 30هزار تا 50هزار سال به طول مى انجامد که در یک انتهاى آن دیگر مى توان سخن از سرماى واقعى و یخبندان حقیقى گفت.

بر اساس آخرین مطالعات تا کنون 5 میلیارد سال از عمر زمین می گذرد و شواهد مشان می دهد که آب از همان ابتدای تشکیل کره زمین نقش مهمی در تحول و قابل سکونت کردن آن به عنوان تنها سیاره قابل زیست داشته است . با تشکیل اقیانوسها و در یاها و تشگیل بخار از روی آنها و ایجاد ابر و بارندگی و به طور کلی گردش آب در طبیعت و جاری شدن آب در رودخانه ها و بازگشت مجدد آن به طروق مختلف به اقیانوسها ، ابتدا زندگی اولیه با گیاهان و جانداران پست آغاز شد و سپس گیاهان و حیوانات عالی به وجود آمدند.

پوسته زمین که از سنگهای آذرین سرد شده تشکیل شده بود در اثر تماس با هوا و جو تحت تأ ثیر پدیده هوازدگی قرار گرفت و تغییرات همزمان آب ، دما و یخبندان باعث تکه تکه شدن سنگها شده وجاری شدن آبها آنها را جابه جا کرده و دشتهای وسیعی را که دارای پوشش خاک بودند به وجود آوردند . این پوشش خاکی همراه با آب قابل دسترس در طبیعت محیط مناسبی را برای رشد گیاهان فراهم شد و محیط مناسب برای زندگی بشر آماده و مهیا گردید . انسانهای نخستین از آب تنها برای شرب استفاده می کردند بتدریج با پیشرفت تمدن و گذشت زمان از آن برای گردش آسیابها ، کشاورزی و حمل و نقل نیز استفاده کرد.

همزمان با پیشرفت تمدنها استفاده از آب نیز شکل تازه ای به خود گرفت به طوری که در بسیاری از زمینه ها ، از کشاورزی گرفته تا صنعت و از همه مهمتر تولید انرژی از آب استفاده می شود و امروزه دسترسی به آب کافی و با کیفیت مناسب در زمان و مکان مناسب مد نظر می باشد و هرگونه کمبود آب را مانعی در جهت توسعه پایدار می داند به همین دلیل هرساله سرمایه های زیادی برای توسعه منابع آب و طرحهای مرتبط با آن مثل سدسازی و احداث شبکه های آبیاری و زهکشی ، آبخیز داری ، مهار سیل و تغذیه آبهای زیر زمینی انجام می دهند .

سیکل (چرخة) هیدرولوژی

گردش آب درطبیعت که به آن سیکل هیدرولوژی یا چرخة آب گفته می شود، عبارت است از حرکت وجابجائی آب درقسمتهای مختلف کره زمین. این سیکل یک چرخش ساده نیست بلکه مجموعه ای از حرکات وچرخشهای مختلف تحت تأثیر نیروی متفاوتی از جمله نیروی جاذبه ، نیروی ثقل، تغییرات فشار وانرژی خورشیدی می باشد.این چرخش درسه بخش مختلف کره زمین یعنی اتمسفر(هواسپهر) یاچون هیدروسفر یا آب سپهر، لیتوسفریا سنگ سپهر صورت می گیرد. آب درداخل وبین این سرلایه درلایه ای به ضخامت 16 کیلومتر صورت می گیرد که 15کیلومترآن دراتمسفر وتنها 1 کیلومترآن درداخل لیتوسفر قراردارد.

سیکل هیدرولوژی درواقع یک سیکل بدون ابتدا وانتها می باشد. بدین ترتیب که آب ازسطح دریاها وخشکیها تبخیر شده وارد اتمسفر می گردد وسپس دوباره بخارآب واردشده به جو طی فرآیندهای گوناگون به صورت نزولات جوی یا برسطح زمین ویا بر سطح دریاها واقیانوسها فرو می ریزد. پس نزولات جوی ممکن است با سه حالت روبرو شوند:

1- قبل از رسیدن به سطح زمین توسط شاخ وبرگ گیاهان گرفته می شوند.(برگاب،باران گیرش)

2- درسطح زمین جاری می شوند.(رواناب)

3- درخاک نفوذ می کنند.

مقداری از آب که در داخل خاک نفوذ می کند یا براثر تبخیر به هوا برمی گردد یا وارد منابع آب زیر زمینی می شود که سرانجام از طریق چشمه ها ویا تراوش به داخل رودخانه ها مجدداً در سطح زمین ظاهر می گردد. درتمام این موارد آب با تبخیر وبازگشت مجدد به اتمسفر سیکل هیدرولوژییا گردش آب در طبیعت را تکمیل می کند .درشکل 1 که نموداری از چرخه هیدرولوژی می باشد نقل وانتقالات آب در طبیعت را نشان میدهد. همانطور که شکل1 نشان میداد عناصر مهم گردش آب در طبیعت را بارندگی P) -( رواناب(R)-تبخیر(E) -تعرق(T) -نفوذ(I) -وجریانهای زیرزمینی(G) تشکیل می دهند

بارندگی: PRECIPITATION

بارندگی مقدار آبی است که از سطح خشکی ها ودریاها تبخیر می شود ودرداخل جو بطور موقت بصورت بخار ذخیره میگردد. این بخار آب موجود درجو طی فرآیندهای فیزیکی مختلف متراکم (CONDENSATION) می شود وبه شکل ابر در می آیدکه پس از اشباع شدن ، قطرات آب با ذرات یخ تشکیل شده بصورت برف ، باران، تگرگ وغیره که جمعاً نزولات جوی یا بارندگی گفته می شوند دوباره به زمین برمی گردند. بارندگی پدیده ای است که انسان کمتر در آن می تواند دخل وتصرف کند.

تبخیر:EVAPORATION

تبخیر پدیده ای است که از هرگونه سطح مرطوب مانند سطوح آزاد آب یا سطح مرطوب خاک وگیاه صورت می گیرد. طی این فرآیند آب مایع به بخار تبدیل می شود ومجدداً آب به جو زمین برمی. از عوامل مؤثر براین فرآیند می توان به دمای هوا، سرعت باد، تابش خورشید اشاره کرد که هرچه میزان آن بیشتر باشد سرعت تبخیر نیز بیشتر است.

اهمیت آب در ایران :

ایران با توجه به موقعیت خاص جغرافیایی که در بین مدار 25تا40 درجه عرض شمالی و 44تا 64 درجه طول شرقی واقع شده است از مناطق خشک جهان به شمار میرود زیرا میزان متوسط بارندگی سالانه آن کمتر از یک سوم متوسط بارندگی کره زمین (860) می باشد . این مقدار بارندگی هم در سطح کشور به طور یکنواخت توزیع نشده است به علت کمبود میزان بارندگی به جز نواحی شمالی و شمال غرب و تا حدودی غرب کشور رود خانه های دائمی کم تر وجود دارد . در سطح کشور مناطقی وجود دارد که نه تنها با کمبود آب سطحی مواجه هستند بلکه آب زیر زمینی آنها هم شور است.البته این کمبود آب در کشور ما مربوط به عصر حاضر نبوده بلکه در گذشته نیز مردم با کمبود آب مواجه بوده اند وجود سدها و بندهای تاریخی کشور دلیلی بر این ادعاست .اما از آنجایی که در گذشته سطح توقع مردم به علت پایین بودن شرایط زندگی کم بوده است ، قرنها بطور هماهنگ از منابع آب و خاک استفاده کرده اند و آب مورد نیاز را از طروق مختلف به دست آورده اند و مسئله کمبود آن مطرح نبوده و مسئله اصلی روش های بهره برداری از آن بوده است . اما در عصر حاضر از یک طرف کمبود آب قابل استفاده و از طرف دیگر افزایش رشد جمعیت و مصرف آب و از همه مهمتر بالا رفتن سطح زندگی و ماشینی و صنعتی شدن و رشد تکنولوژی مسئله نیاز به آب و کمبود آن رابیش از پیش مطر ح می سازد :

مسائل شناخت آبهای سطحی :

برای جلوگیری از هدر رفتن آبهای سطحی و خسارات ناشی از آنها دو کار زیر بنایی عبارت است از :

1- تأ‌مین نیروی انسانی

2 - تأسیس ایستگاههای اندازه گیری آب و آمار برداری مرتب از آنها

امروزه هیچ طرح عمرانی و زیر بنایی بدون استفاده از آمار در زمینه های مختلف امکان پذیر نمی باشد . لذا آمار مورد استفاده باید دقیق و دارای قابلیت اعتماد باشد و همچجنین تعداد سالهای آماری نیز زیاد باشد .

ایستگاههای اندازه گیری دبی رو دخانه ها در ایران از سال 1325 تأسیس شده اند اما تعداد آنها کم بوده و طول دوره آماری آنها با توجه به سال تأسیس کوتاه می باشد اما در کشور های پیشرفته طول دوره آماری به بیش از 150 سال می رسد . در کشور ما تهداد ایستگاههای که دارای آمار بیش از 50 سال می باشند بسیا رکم است و تنها شامل ایستگاههایی است که بر روی رودخانه های جاجرود ، لار و گلپایگانو یکی دو رودخانه دیگر است ، می باشد. امروزه در سطح کشور ایستگاههای اندازه گیری دبی آب زیاد بوده ودر حال گسترش می باشد.

نه تنها تعداد ایستگاهها و طول دوره آماری مهم است بلکه تععن دقیق ایستگاههای هیدرومتری اهمیت زیادی دارد که حتما باید توسط متخصصان این امر تععن شود .

دما

دما یکی از عناصر اساسی شناخت هوا می باشد، با توجه به دریافت نامنظم انرژی خورشیدی توسط زمین، دمای هوا در سطح زمین دارای تغییرات زیادی است که این تغییرات به نوبه خود سبب تغییرات دیگری در سایر عناصر هوا می گردد. دمای هوا را به وسیله دماسنج اندازه گیری می کنند.

انواع دماسنج ها

1 - دماسنج معمولی (استاندارد Thermometer)

این دماسنج یک لوله بسیار باریک شیشه ای مسدود است که در انتهای آن محفظه ای تعبیه و از جیوه یا الکل پر شده است. در داخل لوله دماسنج خلاء کامل وجود دارد. گرم و سرد شدن مخزن باعث گرم و سردشدن مایع درون مخزن شده و متعاقب آن باعث بالا و پایین رفتن مایع در داخل مخزن شیشه ای می شود، با مشاهده سطح مایع در داخل لوله دماسنج و قرائت عددی که روی بدنه شیشه نوشته شده است دمای هوا در آن لحظه مشخص می شود.

2 - دماسنج حداکثر (Max-Thermometer)

اغلب نیاز است علاوه بر دمای معمولی هوا حداکثر دمایی که در طول یک دوره معین مثلاً یک شبانه روز اتفاق افتاده است نیز اندازه گیری و تثبیت شود به این منظور از دماسنج حداکثر استفاده می کنند. این نوع دماسنج با یک تفاوت جزیی تقریبا مشابه دماسنج های معمولی است به این صورت که لوله مویین آن در محلی که به مخزن منتهی می شود بسیار باریک شده است. هنگامی که دما زیاد می شود جیوه داخل مخزن منبسط شده و نیروی حاصل می تواند باعث راندن جیوه از داخل مجرای باریک بالای مخزن به قسمت بالای لوله گردد به این ترتیب ارتفاع جیوه در داخل مخزن بالا می رود و با کاهش دما مایع داخل مخزن منقبض می شود ولی باریک بودن لوله از برگشت مایع به داخل مخزن جلوگیری می کند و سطح مایع در داخل لوله در محلی که بالاترین دمای قبلی اتفاق افتاده است باقی می ماند بنابراین سطح فوقانی جیوه نشان دهنده حداکثر دمای اتفاق افتاده است.

3 - دماسنج حداقل (Minimum Thermometer)

دماسنج های حداقل برای تثبیت پایین ترین دمای اتفاق افتاده در یک دوره معین به کار می رود دماسنج های حداقل مشابه دماسنج های معمولی است با این تفاوت که مایع داخل مخزن این نوع دماسنج به جای جیوه از مایعات رقیق تر مانند الکل استفاده می شود. به علاوه در داخل لوله مویین یک سوزن شیشه ای که دو سر آن گرد می باشد رها گردیده که به عنوان شاخص از آن استفاده می شود، وقتی دمای هوا کاهش می یابد با انقباض مایع سطح بالای الکل در داخل لوله مویین با اعمال نیروی کشش سطحی شاخص سوزنی را نیز به طرف پایین مخزن حرکت می دهد با افزایش دما مجدداً الکل در داخل لوله مویین از اطراف سوزن عبور کرده و به طرف بالا صعود می کند اما سوزن در پایین ترین محلی که قبلا در اثر کشش سطحی پایین آمده بود باقی می ماند.

بنابراین قسمت بالایی شاخص شیشه ای پایین ترین دمایی را که اتفاق افتاده است نشان می دهد در حالی که انتهای سطح الکل در بالای لوله دمای لحظه ای هوا را نشان می دهد.

4 - دماسنج حداقل - حداکثر (Min-Max Thermometer)

این دماسنج ترکیبی از دو دماسنج حداقل و حداکثر می باشد، این دماسنج از یک لوله شیشه ای U شکل ساخته شده است که دو انتهای آن مسدود می باشد. قسمت پایینی لوله U شکل با جیوه پر شده است. علاوه بر جیوه قسمت بالایی لوله قسمت چپ به طور کامل از الکل پر شده است اما نصف حجم لوله سمت راست که انتهای آن به صورت یک مخزن گشاد شده می باشد از الکل پر شده است و نصف دیگر آن از یک نوع گاز پر شده است. در بالاترین سطح جیوه و در داخل الکل در هر دو ستون شاخص های شیشه ای رنگی که یک سوزن در وسط آن تعبیه شده است وجود دارد در اثر گرم و سرد شدن و متعاقب آن انبساط و انقباض سطح جیوه بالا و پایین می رود. بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت چپ بالا رفته است دمای حداقل و بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت راست بالا رفته دمای حداکثر را نشان می دهد.

5 - دمانگار (Thermograph)

دمانگار یک وسیله کاملاً مکانیکی است و با استفاده از یک عنصر فلزی که انحنای آن با دما تغییر می کند ساخته شده است یک طرف عنصر فلزی حساس به تغییرات دما که دارای انحنا می باشد به بازوی اهرم طویل و متحرکی بسته شده است که این بازو ممکن است مستقیماً دما را از روی یک مقیاس ساده درجه بندی شده نشان دهد و یا اینکه انتهای بازو به یک قلم ثبات متصل گردد. با تغییر دمای هوا انحنای فلز تغییر می کند و این امر با توجه به نحوه تغییرات دما باعث انحراف قلم در انتهای بازوی مکانیکی به طرف بالا و پایین در روی کاغذ گراف می گردد و دماها ثبت می شوند.