نفوذ برنامه‌های رایانه‌ای در سامانه‌های هواشناسی

 با توجه به اهمیت این موضوع‌، پیشرفت سیستم‌ها و روش‌های پیش‌بینی وضعیت آب و هوا و همچنین دستیابی به روشی مطمئن برای پیش‌بینی شرایط جوی در بلند‌مدت و‌ آمادگی در برابر وقوع حوادث و بلایای طبیعی ناشی از بحران‌ها و نوسانات جوی، ضروری خواهد بود.

علم یا فناوری؟

علم هواشناسی در حقیقت تلفیقی از علم و فناوری برای پیش‌بینی شرایط جوی در زمان آینده و در یک منطقه بخصوص است. انسان‌ها از گذشته‌های دور همواره در تلاش بوده‌اند، به روش‌های دقیق و علمی برای پیش‌بینی شرایط جوی دست یابند. در گذشته معمولا از مشاهدات عینی و تغییرات ایجاد شده در شرایط جوی و همچنین برخی از شاخص‌ها مانند رنگ آسمان در هنگام غروب خورشید یا شکل ابرها در آسمان برای پیش‌بینی آب و هوا استفاده می‌شد یا به تجاربی که در طول سالیان سال توسط افراد مختلف جمع‌آوری شده بود، استناد می‌شد. اما امروزه از روش‌های مدون علمی، جمع‌آوری داده‌ها و مدل‌های رایانه‌ای که منطبق با فرآیندهای جوی شبیه‌سازی شده‌اند برای پیش‌بینی تغییرات آب و هوا در آینده استفاده می‌شود. با توجه به‌آنچه گفته شد می‌توان به این نتیجه رسید که هواشناسی علمی است که ریشه در تاریخ گذشته زندگی انسان‌ها دارد. از آنجا که هرگونه تغییرات جزیی در شرایط و وضعیت ‌آب و هوایی می‌تواند تغییرات بزرگ‌تری را به همراه داشته باشد، لازم است سیستم‌های جدیدی را برای پیش‌بینی وضعیت ‌آب و هوا طراحی کنیم که بتواند پاسخگوی نیاز ما انسان‌‌ها در زندگی آینده باشد.

پیش‌بینی‌های دقیق‌تر

اگرچه در سال‌های اخیر محققان توانسته‌اند به فناوری‌های جدیدی در زمینه شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای پیش‌بینی 5 روزه وضعیت آب و هوا دست یابند، اما همچنان سالانه بیش از 1300 نفر به دلیل فجایع و بلایای طبیعی ناشی از تغییرات و نوسانات آب و هوایی جان خود را از دست می‌دهند. با توجه به اهمیت این موضوع محققان همچنان در تلاش هستند به روش‌هایی دقیق‌تر در زمینه پیش‌بینی شدت وقوع سیل، طوفان و دیگر پیامدهای ناشی از بحران‌های جوی دست یابند. اگرچه امروزه استفاده از فناوری‌های جدید همچون رادارهای کپلر که تعیین‌کننده اشیای ثابت و متحرک هستند پیش‌بینی وضعیت آب و هوا در کوتاه‌مدت را امکان‌پذیر ساخته است، اما پیش‌بینی وضعیت آب و هوا در بلندمدت تنها با استفاده از مدل‌های جوی رایانه‌ای امکان‌پذیر خواهد بود. در این روش از گزارش‌های هواشناسی ارائه‌شده از ایستگاه‌های زمینی، ماهواره‌ای و ایستگاه‌های سیار مستقر در بالون‌ها برای جمع‌آوری اطلاعات و داده‌های مورد نیاز سیستم‌های رایانه‌ای استفاده می‌شود که چندان مورد اطمینان نخواهد بود. به گفته محققان دستیابی به مدل‌های رایانه‌ای پیشرفته‌تر که از قابلیت تفسیر اطلاعات بیشتری برای پیش‌بینی وضعیت آب و هوا برخوردار باشند یکی از مهم‌ترین راهکارها برای افزایش قابلیت اطمینان از پیش‌بینی وضعیت جوی در بلندمدت است.

با توجه به این موضوع می‌توان امیدوار بود که در آینده‌ای نه‌چندان دور با استفاده از روش‌ها و فناوری‌های نوین در پیش‌بینی وضعیت آب و هوا از پرواز هواپیماهای مجهز به حسگرهای جوی تا کاربرد امواج مادون قرمز برای دیده‌بانی در شب در ایستگاه‌های ماهواره‌ای بتوان به موفقیت‌هایی در این زمینه دست یافت. محققان دانشگاه آلاباما سیستم جدیدی را برای پیش‌بینی‌های وضعیت آب و هوا طراحی کرده‌اند که قابلیت استفاده از تصاویر گرفته شده توسط ماهواره در محدوده طول موج نور مرئی و امواج مادون قرمز را داشتند و می‌تواند هر 15 دقیقه اطلاعات جدیدی را درباره دمای هوا در لایه‌های فوقانی ابرها به مراکز هواشناسی در سطح زمین ارسال کند. اگرچه این سیستم از قابلیت اطمینان 65 درصدی در پیش‌بینی بارندگی‌های شدید یا وقوع سیل و طوفان یک ساعت پیش از وقوع هر گونه حادثه‌ای برخوردار خواهد بود، اما پیش‌بینی آب و هوا در بلندمدت هدفی است که دستیابی به آن مستلزم انجام تحقیقات بیشتر است.

کم‌گوی و گزیده‌گوی

علی‌رغم این‌که بسیاری از محققان گستردگی این طرح را از مهم‌ترین ویژگی‌های آن برشمرده‌اند بسیاری دیگر نیز بر این باورند که گاهی اعتماد بیش از اندازه به اجرای یک طرح عظیم و گسترده بیش از این‌که بتواند مشکل‌گشا باشد می‌تواند موانع و محدودیت‌های بسیاری را به همراه داشته باشد، بخصوص وقتی با پدیده‌های جوی سروکار داشته باشیم. اگر چه امروزه می‌توان با استفاده از برنامه‌های رایانه‌ای وضعیت آب و هوای روز بعد را براحتی پیش‌بینی کرد اما مشکل اینجاست که وقتی با انبوهی از اطلاعات را وارد این سیستم‌ها می‌کنیم با مجموعه‌ای از داده‌های مختلف درباره آب، باد و دما از ایستگاه‌های مختلف هواشناسی مواجه خواهیم بود که از یک دقیقه تا یک روز و حتی تا یک‌سال متفاوت است به این ترتیب رایانه برای جمع‌بندی این اطلاعات و رسیدن به یک نتیجه واحد اغلب با مشکلاتی مواجه خواهد بود که منجر به عدم قطعیت در پیش‌بینی وضعیت آب و هوا می‌شود. نسل جدید روش‌های محاسباتی پیش‌بینی وضعیت آب و هوا از طریق شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای می‌تواند نقش بسیار مهمی در پیشرفت سیستم‌های هواشناسی داشته باشد. براین اساس در آینده‌ای نه چندان دور بهره‌گیری از روش‌های جدید شبیه‌سازی داده‌ها می‌تواند پیش‌بینی روزانه شرایط جوی با استفاده از امکانات موجود در ایستگاه‌های هواشناسی را امکان‌پذیر سازد.

همچنین براین اساس می‌توان نسل بعدی شبکه‌های رایانه‌ای را برای تحت کنترل قراردادن تغییرات جوی در مناطق مختلف طراحی و مورد بهره‌برداری قرار داد.

اگر چه مدل‌ سازی‌های رایانه‌ای در رقابت با روش‌های مختلف پیش‌بینی وضعیت آب و هوا رتبه بیستم را در میان 737 شرکت کننده از آن خود ساخته است، اما همچنان به عنوان یکی از سریع‌ترین روش‌ها مورد توجه هواشناسان است، چرا که در این روش تنها با استفاده از یک سیستم ساده و اتوماتیک و به کمک روش‌های پردازش محاسباتی و آماری می‌‌توان وضعیت آب و هوا و بیشینه و کمینه‌ دما را برای بیست و چهار ساعت آینده پیش‌بینی کرد.

این در حالی است که پیش‌بینی وضعیت آب و هوا توسط متخصصان هواشناسی اغلب وقت‌گیر است، چرا که آنها باید در تمام ساعات شبانه روز اطلاعاتی را از مناطق مختلف جمع‌آوری کرده و با توجه به نتایج به دست‌آمده از تجزیه و تحلیل اطلاعات و داده‌ها وضعیت آب و هوا را برای 24 ساعت آینده پیش‌بینی کنند. اما برنامه‌های رایانه‌ای انجام این فرآیند را در مدت زمانی کوتاه‌تر و براساس متغیرهای متعدد نواحی در مختلف دنیا امکان‌پذیر می‌سازند.

فرانک فراهانی