مدل سازی شرایط آب و هوایی به کمک پیش بینی تشکیل ابر

جام جم آنلاین: دانشمندان علوم جوی معادلات ساده فیزیکی را ایجاد کرده اند که برخی محدودیت های روش های کنونی جهت نمایش تشکیل ابر در مدل های آب و هوایی کره زمین را برطرف می سازد.

کد خبر: ۵۷۰۳۹

این مدل ها حائز اهمیت هستند زیرا آلودگی آئروسولی افزایش یافته باعث سردتر شدن ابرها شده و بر پدیده بارش تاثیر می گذارد.
این محققان تحت سرپرستی انستیتوی تکنولوژی جرجیا ابزار جدیدی را برای اندازه گیری شرایط و زمان مورد نیاز برای یک ذره که تبدیل به دراپلت ابری شود ، ایجاد کرده اند. این کار در تشخیص نحوه تاثیر انواع مختلف مواد متصاعد شده بر تشکیل ابر به دانشمندان کمک می کنند.
ابرها نقش مهمی در شرایط آب و هوایی دارند. ابرهای ضخیم و پایین یا انعکاس تشعشع خورشیدی زمین را سرد می کنند در حالی که لایه های کم ضخامت ابر که در سطوح بالا قرار دارند به لحاظ جذب اشعه مادون قرمز ساطع شده از طرف زمین ، تاثیر گرم کنندگی دارند. دانشمندان دریافته اند که فعالیت های انسانی بر تشکیل ابر تاثیر می گذارند. ذرات معلق در هوا رها شده از دودکش ها ، سوخت زغال سنگ و اگزوز اتومبیل ها ، رشد دراپلت های ابر را محدود می کنند و به این صورت باعث می شوند آب متراکم در میان تعداد بیشتری دراپلت های کوچک پخش شود. این پدیده تحت عنوان اثر غیرمستقیم آئروسول باعث افزایش سطح و قابلیت انعکاس ابرها می شود که به نوبه خود منجر به قدرت سردکنندگی بیشتر می شود.
از میان همه عوامل موثر در شرایط آب و هوایی ، تاثیر غیرمستقیم آئروسولی بیشترین اثر خنک کنندگی را بر هوا اعمال می کند ، گرچه ارزیابی های کمی کاملا مورد اطمینان نیستند. محققان می خواهند بدانند چگونه ذرات خواص ابرها را تغییر می دهند. تا زمانی که اثر غیرمستقیم آئروسولی نجومی شناخته نشود، جامعه قادر به ارزیابی تاثیر آن بر آب و هوای آینده نیست.
مدل های جدید کامپیوتری نشانگر شرایط اقلیمی نمی توانند بدرستی تشکیل ابر را پیش بینی کنند که این به نوبه خود توانایی آنها برای پیش بینی تغییر آب و هوا ناشی از فعالیت های انسانی را مانع می شود. مدل های کامپیوتری مقادیری را در مقیاس های بزرگ مسافتی (صدها کیلومتر) ایجاد می کنند و تنها می توانند سیستم های ابری بزرگ را نشان دهند.
اما ذرات آئروسولی بسیار کوچک اند و در مقیاس میکرومتر اندازه گیری می شوند. این بدان معنی است که نمونه های پیش بینی آب و هوایی باید فرآیندهایی را که در طیف بسیار گسترده در مقیاس روی می دهد را رفع کنند. معادلاتی که تشکیل ابر را شرح می دهند بسادگی در مدل های اقلیمی قابل استفاده نیستند و توان کامپیوتری موجود پاسخگوی این مشکل نیست و احتمالا تا پنجاه سال دیگر نیز نخواهد بود.
به هر حال برای درک چگونگی تاثیر فعالیت های انسان بر شرایط آب و هوایی باید تا حدی از چگونگی تشکیل ابر اطلاعات صحیح داشت. تلاش دانشمندان بر این بوده که تشکیل ابر را از طریق تکنیک های پارامتری آزمایشی پیش بینی کنند که بر اطلاعات تجربی همچون مقایسه تعداد ذرات موجود در جو با تعداد دراپلت های ابری تکیه دارد. با این حال هنوز ارتباط فیزیکی دقیقی با سببیتی بین تعداد این دو وجود ندارد.
به همین منظور و برای رفع نقص مدل های کامپیوتری و کاستی های موجود در پارامترسازی ، این گروه تحقیقاتی معادلات ساده فیزیکی را ایجاد کرده اند که بین ذرات آئروسول و دراپلت های ابر ارتباط برقرار می کند. سپس این معادلات در مقیاس سطح جهانی بررسی می شوند و پیش بینی های صحیحی را هزاران برابر سریعتر از مدل های جزیی تر به دست می دهند.
تغییر مهم دیگر در پیش بینی آب و هوا درک نحوه تاثیر سیستمی آئروسول ها بر تشکیل ابر است. هر ذره پتانسیل متفاوتی برای تشکیل یک دراپلت ابری دارد که به ترکیب ، موقعیت آن و مدت موجودیت آن در جو دارد. ذرات به سرعت مخلوط شده و تغییر خاصیت می دهند. بنابراین سن شیمیایی آئروسول را باید لحاظ نمود. در غیر این صورت احتمال خطا در زمان پیش بینی تعداد دراپلت های ابر زیاد است. محققان به کمک نوع جدید از شمارشگر چگالی هسته ای ابر (CCN) که ذرات مختلف آئروسولی را در معرض یک نوع اشباع شدگی قرار می دهد ، تعداد دراپلت های تشکیل شده و مدت زمان شکل گیری آن ها را تعیین می کنند.
این شمارشگر هم در زمین و هم در یک هواپیما قابل استفاده است و ارتباط مورد نیاز برای تعیین این که چطور انواع مختلف مواد دفع شده تشکیل ابر را تحت تاثیر قرار می دهند را در اختیار قرار می دهد.
در هر صورت هر دو این موارد یعنی روش مدل سازی جدید و ابزار CCN برای پیش بینی تغییر آب و هوا و الگوهای بارش کاربردهای گسترده ای دارند.
توانایی پیش بینی تغییرات آب و هوایی به کشورهایی که با عدم ثبات شرایط آب و هوایی مواجه هستند کمک می کند.