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