چه کسی گفت فردا بارانی است؟

هواشناسی دانش پیش‌بینی وضعیت آب و هوا برای بازه‌های زمانی کوتاه یا طولانی است. در این حوزه از روش‌های علمی برای تعیین دما، اندازه‌گیری مقدار رطوبت جو، سنجش فشار جو و وضع ظاهری آسمان از نظر وضعیت ابرها و تعیین جهت باد استفاده می‌شود. علم هواشناسی علاوه بر پیش‌بینی آب و هوای روزهای آینده اطلاعات علمی دیگری مانند میزان اسیدی شدن یا کاهش اکسیژن آب اقیانوس‌ها، خشکسالی، احتمال وقوع سیل و تغییرات به وجود آمده در لایه‌های جوی را نیز پوشش می‌دهد. هواشناسی با بخش‌هایی مثل کشاورزی و جنگلداری، خطوط حمل و نقل هوایی، حمل و نقل دریایی و مشاغلی که مرتبط با آب‌های آزاد و اقیانوس‌ها هستند، مثل خطوط انتقال نفت و گاز در ارتباط است و اطلاع از وضعیت آب و هوا برای این بخش‌ها اهمیت بسیاری دارد.

هواشناسان سال‌ها موضوعات پایه‌ای علم فیزیک را مطالعه می‌کنند و کشف تاثیر دی اکسید کربن در ایجاد گرمایش جهانی یکی از نتایج همین مطالعات در ابتدای قرن بیستم میلادی است. آنها باید اطلاعات بسیاری راجع به نحوه تابش امواج الکترومغناطیسی داشته باشند. نوری که از خورشید می‌تابد و جذب سطح زمین می‌شود و اثرات گازهای گلخانه ای جو زمین و تابش‌های امواج رادیویی و فروسرخ موضوعاتی هستند که هواشناسان با مطالعه و اندازه‌گیری آنها دقت پیش‌بینی‌های خود را افزایش می‌دهند.

اما با همه اینها، علم هواشناسی تا حد زیادی غیرقابل پیش‌بینی است؛ مثل پخت پیتزایی است که پیش از گذاشتن آن در فر اجاق، آشپز می‌داند شکل کلی آن چگونه خواهد شد، اما در نهایت نحوه آب شدن پنیر روی پیتزا غیرقابل پیش‌بینی است و نمی‌توان الگوی دقیقی برای آن به دست آورد!

علم هواشناسی در گذر تاریخ

نخستین نشانه‌های پیش‌بینی آب و هوا مربوط به تمدن بابل در 650 سال پیش از میلاد است، آنها از روی حرکت ابرها، وضع آب و هوای روزهای بعد را پیش‌بینی می‌کردند. حدود 300 سال بعد، ارسطو اولین الگوهای آب و هوایی را پیشنهاد کرد و پس از آن منجمان چینی و هندی روش‌های پیش‌بینی آب و هوا را توسعه دادند. برای مثال اگر هنگام غروب رنگ آسمان قرمز خاصی می‌شد، برای روز بعد آسمانی صاف را پیش‌بینی می‌کردند. اما هواشناسی به روش امروزی از قرن نوزدهم میلادی آغاز شد و اولین نقشه‌های هواشناسی سال 1820 میلادی تهیه شدند.

روش‌های مدرن هواشناسی از ابتدای قرن 19 میلادی به کار گرفته شد و با توسعه تلگراف و امکان ارسال اطلاعات به مناطق وسیع‌تر در زمان کمتر، پیش‌بینی وضعیت آب و هوا توسعه یافت. هنگام جنگ جهانی اول و دوم استفاده از اطلاعات هواشناسی برای حمل و نقل هوایی اهمیت پیدا کرد و علم هواشناسی به طور رسمی متولد شد. در تاریخ ایران دانشمندانی مثل زکریای رازی، ابن سینا، خیام و ابوریحان بیرونی در نوشته‌های خود مطالبی درباره پدیده‌های جوی داشته‌اند و می‌توان این اشاره‌ها را نخستین نمونه‌های هواشناسی در ایران عنوان کرد. پیش‌بینی‌های هواشناسی در ایران ابتدا در مناطق نفتخیز جنوب کشور آغاز شد و اولین ایستگاه‌های هواشناسی به علت نیاز به اطلاعات وضعیت آب و هوایی برای پرواز هواپیماها در هواپیمایی کشوری تاسیس شد. از سال 1338 نیز ایران به عضویت سازمان جهانی هواشناسی(WMO) در آمد. این سازمان در سال 1329/1950 در زیرمجموعه سازمان‌های تخصصی سازمان ملل متحد تاسیس شد و زمینه فعالیت‌های آن آب و هوا، اقلیم‌شناسی و ژئوفیزیک است.

ابزارهای هواشناسی پیشرفته

دکتر محمدحسین ناصرزاده، استادیار گروه آب وهواشناسی دانشگاه خوارزمی، یکی از روش‌های پیش‌بینی وضع هوا در کوتاه مدت را استفاده از شبکه‌های عصبی هواشناسی عنوان می‌کند و به جام‌جم می‌گوید: شبکه‌های عصبی با الهام از ساختار عصبی مغز انسان طراحی شده‌اند و برای پردازش اطلاعات در حوزه‌های مختلف از آنها استفاده می‌شود.

این شبکه‌ها اطلاعات را با تعداد زیادی از عناصر پردازشی به صورت موازی و همزمان تحلیل می‌کنند. در هواشناسی و اقلیم شناسی نیز پارامترهایی مثل فشار، دما و رطوبت به کمک نرم‌افزارهای شبکه‌های عصبی، روش‌های آماری یا مدل‌های دینامیکی اندازه‌گیری می‌شود. برای استفاده از شبکه‌های عصبی ابتدا نیاز به آموزش و آزمایش است و پس از آن برای پیش‌بینی وضع آب و هوا از آنها استفاده می‌شود. ایستگاه‌های محلی و داده‌های بین‌المللی نیز اطلاعات آماری و دینامیکی بسته به نوع داده‌های موجود به ما می‌دهند که آنها را در مقیاس کوچک به هر منطقه تعمیم می‌دهند. هرچه به مدت زمانی این پیش‌بینی‌ها اضافه شود، به سمت پیش‌بینی‌های اقلیمی میل می‌کند و گستره منطقه و جهان را دربر می‌گیرد. کاربرد سیستم‌های مبتنی بر شبکه عصبی در هواشناسی حوزه کشاورزی برآورد محصولات کشاورزی با استفاده از پارامترهای جوی و بررسی شاخص‌های خشکسالی همچون تبخیر و تعرق و بارش است. برای مثال یک شبکه عصبی وضعیت آب و هوا و نشانه‌های اقلیمی ازجمله تغییرات فشار در تراز سطح آب دریا و اختلاف فشار بین نقاط پرفشار و کم‌فشار با بارش منطقه را تعیین می‌کند. سپس با شبیه‌سازی از این مدل‌ها، میزان بارش در آینده را پیش‌بینی می‌کند. مزیت این شبکه‌ها قابلیت برقراری ارتباطات پیچیده و خطای نسبتا کم است. با این حال استفاده از این روش نیازمند آموزش طولانی و بسیار زمانبر است.

پیش‌بینی‌های اقلیمی

اقلیم‌شناسی دانش مطالعه اقلیم و مطالعه مشخصات آب و هوایی در دوره‌ای خاص است. این رشته با کمک علوم هواشناسی، اقیانوس‌شناسی، زیست شیمی و علوم زمین به بررسی تغییرات آب و هوایی و سامانه‌های اقلیمی در حدود 30 سال آینده می‌پردازد.

دکتر بهلول علیجانی، استاد اقلیم‌شناسی و بنیانگذار اقلیم‌شناسی سینوپتیک در ایران درباره روش‌های کار اقلیم‌شناسان در پیش‌بینی وضعیت آب و هوا به جام‌جم می‌گوید: پیش‌بینی آب و هوا دو نوع کوتاه‌مدت و بلند مدت دارد.

هواشناسان با توجه به نقشه‌های هوا و اطلاعات دستگاه‌های هواشناسی و ماهواره‌ای وضعیت آب‌وهوا را پیش‌بینی می‌کنند. پیش‌بینی اقلیمی نیز بر اساس رفتار طولانی‌مدت هوا از نظر دما و فشار و بارش و دیگر متغیرها در زمانی حدود 30سال است. میانگین پارامترهای هوا مثل دما و رطوبت در مدت زمان حدود 30 تا 50 سال مرجع آب و هواست و رفتار اقلیمی هر منطقه را تعیین می‌کند.

اطلاعات متغیرهای هوا، دما و بارندگی تاثیر بیشتر و مستقیم در زندگی انسان دارد و بقیه متغیرها وابسته به اینها هستند. وی با ذکر مثالی می‌گوید: سال گذشته در کنفرانس تغییرات اقلیمی پاریس، اقلیم‌شناسان بر اساس مدل‌های آب و هواشناسی اعلام کردند دمای کره زمین تا صد سال آینده حدود چهار درجه بیشتر می‌شود که با کاهش گازهای گلخانه‌ای و بخصوص دی‌اکسید‌کربن می‌توان این پیش‌بینی دما را تا دو درجه کاهش داد. در کل 23 مدل اقلیمی وجود دارد که سازگارترین مدلی که کمترین خطا را داشته باشد، برای هر منطقه انتخاب می‌کنند.

روش‌های پیش‌بینی آب و هوا

دکتر مهری اکبری، استادیار گروه آب وهواشناسی دانشگاه خوارزمی، درباره روش‌های پیش‌بینی آب و هوا به جام‌جم می‌گوید: پیش‌بینی با خود عدم قطعیت دارد. مثلا زمانی پیش‌بینی بارش باران می‌شود و باران نمی‌آید. در حال حاضر هواشناسان پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت هواشناسی را به روش همادی انجام می‌دهند. در این روش بر اساس مدل‌های آماری احتمال دما و بارش را به صورت درصد بیان می‌کنند و با قطعیت میزان دما یا احتمال بارش را پیش‌بینی نمی‌کنند.

مرکز پیش‌بینی هواشناسی در سازمان هواشناسی کشور قرار دارد و پیش‌بینی‌ها در رده ملی با استفاده از رادارهای هواشناسی، ایستگاه‌های سینوپتیک یا جو بالا، مدل‌سازی‌های پیش‌بینی عددی، پیش‌بینی‌های همادی و کوتاه مدت است. وی می‌افزاید: از طرف دیگر داده‌های بین‌المللی مثل استفاده از نقشه‌های سینوپتیک (نقشه‌های فشار ثابت) نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. درصد زیادی از رطوبت کشور ایران از غرب کشور، دریای مدیترانه و دریای سرخ و دریای سیاه وارد می‌شود و این مناطق خارج از مرزهای کشور ما ست. برای همین برای پیش‌بینی نیاز به استفاده از نقشه‌های جهانی داریم. گاهی به خاطر پیشروی جبهه هوایی قطبی در عرض‌های پایین‌تر سرمای شدید رخ می‌دهد و به همین دلیل از داده‌های ملی و بین‌المللی همزمان استفاده می‌شود. معمولا سازمان هواشناسی پیش‌بینی‌های فصلی و پیش‌بینی‌های ماهانه و پیش‌بینی‌های 120 ساعته از روی مدل‌های عددی ارائه می‌کند.

اکبری درباره نقش اقیانوس‌ها در پیش‌بینی‌های هواشناسی اضافه می‌کند: اقیانوس‌شناسی هم گرایشی از هواشناسی است. فرض کنید یک فنجان قهوه روی میز است و اگر دست خود را بالای آن بگیرید، گرمای آن را بدون دست زدن به فنجان حس می‌کنید. اقیانوس‌ها و اتمسفر هم همین حالت را دارند و ترکیبات شیمیایی و دمایی آنها در اتمسفر اثر می‌گذارد. مدل‌های جفتی، مدل‌های پیش‌بینی اتمسفری اقیانوسی هستند. برای مثال پدیده ال‌نینو یا توفان پاتریشیا در سال گذشته بر اساس این مدل‌های جفتی هواشناسی توجیه می‌شود. ال‌نینو هنگامی اتفاق می‌افتد که دمای اقیانوس از حد مشخصی بالاتر می‌رود.

ال‌نینوی سال گذشته در دنیا ال‌نینوی شدیدی بود و تقریبا همزمان با آن توفان پاتریشیا در آمریکا اتفاق افتاد. وقتی در اقیانوس‌ها حوضچه‌های آب گرم فعال می‌شوند، رطوبت اقیانوس به جو تزریق می‌شود و باعث ایجاد توفان‌های حاره‌ای شده و رطوبت را به صورت بارش شدید و سیل تخلیه می‌کند. وی در پایان تصریح می‌کند: مقیاس عمل رخدادهایی مثل ال‌نینو فراقاره‌ای است و ال نینوی سال گذشته نیز تاثیراتی مثل بارش‌های زیاد باران در فصل بهار امسال در ایران داشت. سال‌هایی که ال نینو اتفاق می‌افتد خاورمیانه بارش‌های خوبی دارد.

سپیده شعرباف

دانش