براى اينكه دريابيم آيا حساسيت سيستم جوى به تغييرات محيطىمى تواند براى تعديل پديده اى جوى به قدرت و شدت توفان ها مورد بهره بردارى قرارگيرد، تيم تحقيقاتى ما در AER اقدام به شبيه سازى كامپيوترى دو مورد توفان كرد كههر دو در سال 1992 اتفاق افتاده بودند. وقتى توفان Iniki جزيره Kauai واقع در مجمعالجزاير هاوايى را در سپتامبر 1992 درنورديد، چند نفر كشته شدند، خسارات مالى فوقالعاده اى برجاى ماند و تمام جنگل ها با خاك يكسان شدند. توفان Andrew كه يك ماهپيش از آن (آگوست 1992) سواحل جنوبى «ميامى» واقع در ايالت فلوريدا را درنورديدهبود، خسارات جبران ناپذيرى را به تأسيسات شهرى و امكانات زيربنايى آن منطقه واردكرد.واقعاً شگفت انگيز بود، اما نخستين تجربه شبيه سازى ما با علم به نواقص موجوددر زمينه فناورى هاى پيش بينى آب و هوا با موفقيت سريعى توأم بود. براى تغيير دادنمسير توفان Iniki، ما ابتدا جايى را كه مى خواستيم توفان پس از گذشت شش ساعت درآنجا به پايان برسد انتخاب كرديم: حدود 60 مايلى غرب مسير پيش بينى شده توفان. بعدما از اين هدف براى خلق مشاهدات مصنوعى استفاده كرديم و اطلاعات حاصله را به سيستمپيش بينى 4DVAR تحويل داديم. از كامپيوتر براى محاسبه كوچكترين تغييرات به عمل آمدهدر نخستين دسته از خواص كليدى معرف توفان كه مسير منتهى شونده به موقعيت هدف رانشان خواهد داد استفاده كرديم. در اين تجربه اوليه ما اجازه داديم كه هر نوع تغييرمصنوعى احتمالى در سيستم توفان اتفاق بيفتد.

ثابت شد كه مهمترين تغييرات دردماها و بادهاى اوليه رخ مى دهند. تغييرات دمايى حادث شده در سراسر ميله دمايىنمودار صرفاً 1/0 درجه سانتيگراد بودند، اما بيشترين تغيير به ميزان تقريبى 2 درجه (افزايش) در پايين ترين لايه مدل در غرب مركز توفان اتفاق افتاد. محاسبات بعدى نشانداد كه ميزان تغييرات سرعت باد در حد 2 الى 3 مايل بر ساعت (حدود 3 تا 5 كيلومتر برساعت) بوده است. هر چند، در چند موقعيت مكانى محدود، سرعت اين بادها به ميزانتقريبى 20 مايل بر ساعت تغيريافته بود كه علت آن چيزى جز بروز تغييرات كوچك در جهتوزش بادها در نزديكى مركز توفان نبود.

اگرچه نسخه هاى اصلى و بدلى (تغييريافته) توفان Iniki داراى ساختارهاى تقريباً يكسانى بودند، اما تغييرات بهعمل آمده در متغيرهاى كليدى به حد كافى بزرگ بودند تا نسخه بدلى طى 6 ساعت اوليهشبيه سازى ما به سوى غرب تغيير مسير داده و سپس به سوى شمال حركت كند، به طورى كهجزيره Kauai از دسترس خطرناك ترين بادهاى آن توفان در امان ماند. تغييرات مصنوعىنسبتاً كوچك به عمل آمده در شرايط اوليه توفان از طريق مجموعه پيچيده اى از معادلاتغيرخطى كه توفان را شبيه سازى كرده بودند انتشار يافت تا پس از گذشت 6 ساعت مجدداًدر موقعيت مكانى مطلوب آرام بگيرد. مشاهده اين وضع، اين اطمينان را در ما ايجاد كردكه ما در مسير صحيحى براى تعيين تغييرات مورد نظر براى ملايم سازى توفان هاى واقعىقرار داريم. براى آزمون هاى بعدى شبيه سازى توفان، تيم ما از فواصل ميله اى كوچكتربر روى نمودار ميله اى (كه لزوماً از دقت بيشترى برخوردار خواهد بود) براى مدل سازىتوفان و به كار انداختن 4DVAR براى تحقق بخشيدن به هدف كمينه كردن خسارات مالى آناستفاده كرد.

در يك تجربه مجزا كه در آن باز هم از ايجاد تغيير در شرايطاوليه توفان براى كاستن از حجم ويرانى هاى آن استفاده شد، ما اقدام به محاسبه دقيقميزان افزايش دماى مورد نياز براى محدود ساختن حجم ويرانى هاى سطحى ناشى از وزشبادهاى سهمگين در جريان توفان Andrew كرديم كه در سال 1992 سواحل ايالت فلوريدا رادرنورديد. هدف ما حفظ اختلالات دمايى اوليه در يك حد كمينه (براى تحقق انجام آسانتر آن در زندگى واقعى) و محدود ساختن وزش ويران كننده ترين بادها به دو ساعت آخرفرجه شش ساعته آغازين بود. در اين آزمون، 4DVAR نشان داد كه بهترين راه براى محدودساختن حجم ويرانى هاى باد انجام بزرگترين دخالت ها (تغييرها) در دماى اوليه درمجاورت حوزه ديد توفان خواهد بود. اينجا شبيه سازى تيم تحقيقاتى ما تغييراتى را بهميزان دو يا سه درجه سانتيگراد در چند موقعيت مكانى معدود به وجود آورد. تغييراتدمايى كوچك تر (كمتر از 5/0 درجه سانتيگراد) به 500 يا 600 مايل (حدود 800 تا 1000كيلومتر) دورتر از حوزه ديد توفان گسترش پيدا كرد. بروز اين اختلالات نمايانگر وجوديك الگوى وزش باد شبيه حلقه هاى تناوبى گرمايش و سرمايش مستقريافته بر فراز توفاناست.

گرچه فقط دما در آغاز وقوع توفان تغييريافته بود، اما همه متغيرهاىكليدى آن سريعاً تحت تاثير قرار گرفتند. در مورد توفان شبيه سازى شده اوليه، بادهاىويرانگر (با سرعت بيش از 90 كيلومتر بر ساعت) نواحى مسكونى جنوب فلوريدا را تاپايان شش ساعت اول مورد هجوم خويش قرار دادند، اما در مورد مدل اصلاح شده (توسط تيمتحقيقاتى ما) آنها هرگز چنين كارى را نكردند.براى آزمايش ميزان مقبوليت علمى ايننتايج، ما اقدام به وارد كردن اختلالات مشابه در نسخه پيچيده ترى از مدل كرديم. نتايج حاصله بسيار شبيه نتايج پيشين بود و اين نشان مى داد كه تجربيات ما عقلاًحساسيتى به نوع انتخاب ويژه پيكربندى مدل ما ندارند. با اين حال پس از گذشت 6 ساعت،بادهاى ويرانگر در شبيه سازى تعديل يافته دوباره پديدار شدند، به طورى كه انجاممداخلات اضافى براى ايمن نگهداشتن جنوب فلوريدا از عواقب زيانبار توفان ضرورى بهنظر مى رسيد. در واقع اينگونه به نظر مى رسد كه انجام يك سرى اختلالات هوشمندانه وهدفمند براى كنترل يك توفان در طول هر بازه اى از زمان كاملاً ضرورى خواهد بود.

راهكارهاى عملى ملايم سازى توفان

اگراين درست باشد، همچنانكه نتايج ما نشان مى دهند، كه تغييرات كوچك در دما در داخل وپيرامون يك توفان مى تواند مسير آن را به يك جهت قابل پيش بينى تغيير دهد يا سرعتبادهاى آن را كاهش دهد، اكنون اين سئوال مطرح مى شود كه چطور چنين اختلالاتى قابلحصول خواهد بود؟ البته هيچكس نمى تواند دما را در سراسر چيزى به بزرگى يك توفانفوراً تغيير دهد. اما انجام چنين كارى عملاً با گرم كردن هوا در اطراف يك توفان ودر نتيجه حصول تغييرات دمايى در طول زمان ميسر خواهد بود.طرح هاى تيم ما براىدستيابى به تجربياتى در زمينه محاسبه الگو و نرخ دقيق گرمايش جوى مورد نياز براىملايم سازى شدت توفان يا ايجاد تغيير در مسير آن همچنان در حال تكميل شدن است. بىترديد انرژى مورد نياز براى انجام چنين كارى فوق العاده زياد خواهد بود، امانهايتاً مى توان از يك رشته نيروگاه خورشيدى در مدار زمين براى تأمين انرژى كافىاستفاده كرد. اين واحدها يا ماهواره هاى توليدكننده انرژى مى توانند از تعدادى آينهغول پيكر براى متمركز كردن اشعه خورشيد روى پيل هاى خورشيدى و سپس پرتو افشانىانرژى جمع آورى شده به پايين و هدايت آن روى گيرنده هاى مايكروويو (Microvawe Recievers) در سطح زمين استفاده كنند. طرح هاى فعلى نيروگاه هاى خورشيدى فضايىتشعشعات مايكروويو را با فركانس هايى مى تابانند كه از جو زمين بدون گرم كردن آنعبور مى كنند، به طورى كه هيچ اتلاف انرژى اى صورت نمى پذيرد. با اين حال، براىكنترل آب و هوا، تبديل فركانس تشعشعات مايكروويو ارسالى به زمين به فركانس هايى كهبهتر جذب بخار آب مى شوند خواهد توانست سطوح مختلفى از جو زمين را به طرز مطلوبىگرم كند.

از آنجايى كه قطرات باران در جذب تشعشعات مايكروويو قوى عمل مىكنند، لذا بخش هايى از توفان كه در داخل و زير ابرهاى بارانى استتار مى شوندنخواهند توانست به طريق ذكر شده گرم شوند.در تجربيات پيشين ما، 4DVAR تغييرات دمايىبزرگى را درست در جايى كه گرمايش مايكروويو قادر به تأثيرگذارى نبود نشان مى داد،بنابراين ما تجربه جديدى را آغاز كرديم كه در آن دما را وادار كرديم تا در حينمحاسبه اختلالات بهينه ما در مركز توفان ثابت باقى بماند. نتايج پايانى ما شبيهنتايج اصل بودند، اما براى جبران تغييرات دماى اوليه در مركز توفان، بقيه تغييراتدما بايد بزرگتر مى بودند. شايان ذكر است كه تغييرات دما در حين شبيه سازى سريعاًدر نزديكى مركز توفان گسترش يافت.

روش بالقوه ديگرى براى ملايم سازى توفانهاى گرمسيرى شديد وجود خواهد داشت كه همانا محدودسازى مستقيم دسترسى به انرژى بهوسيله پوشاندن سطح رويى اقيانوس با لايه رقيقى از يك «روغن زيست ترقيق پذير» (Biodegradable Oil) است كه سرعت تبخير را كاهش خواهد داد. توفان ها را همچنين مىتوان با اعمال تغييرات تدريجى، روزها پيش از نزديك شدن آنها به اهداف نهايى شان وهزاران مايل دورتر از آن، تحت تاثير قرار داد. با تغيير واقعى فشار هوا، اينتأثيرات مى تواند تغييراتى را در الگوهاى وزش باد در مقياس وسيع در سطح جت جريان بهوجود آورد كه آن نيز به نوبه خود مى تواند تأثيرات قابل ملاحظه اى را بر شدت و مسيريك توفان بر جاى نهد. به علاوه با اعمال تغييرات نسبتاً كوچك در فعاليت هاى طبيعىبشرى از قبيل هدايت طرح هاى پروازى هواپيما به مسيرهاى عبورى دقيق و در نتيجهافزودن بر پوشش ابرها يا دگرگون سازى شيوه هاى متداول آبيارى محصول به منظور تقويتيا تضعيف فرايند تبخير مى توان تغييرات مناسب آغازين را پايه گذارى كرد.

پيش بينى آينده

اگر روياى كنترل توفانبا استفاده از ابزارهاى هواشناسى بالاخره روزى در آينده به حقيقت بپيوندد، اين امرموجبات بروز مسائل سياسى جدى ترى را فراهم خواهد ساخت. اگر كشورى از حربه كنترلتوفان براى آسيب وارد آوردن به قلمرو سرزمينى كشورى ديگر استفاده كند، در آن صورتچه اتفاقى خواهد افتاد؟ اگرچه استفاده از حربه هاى مرتبط با تعديل شرايط آب و هوايىبه عنوان يك سلاح با تصويب يك كنوانسيون بين المللى در اواخر دهه 1970 در سازمانملل متحد ممنوع اعلام شد، اما ممكن است برخى كشورها در آينده به وسوسه افتاده و ازحربه كنترل توفان براى دستيابى به مقاصد نامشروع خويش استفاده كنند. با اين حال پيشاز آنكه اين قبيل دغدغه ها اوج بگيرند، روش هاى ما نيازمند آن خواهند بود كه درمورد پديده جوى غير از توفان نيز كارآيى خود را ثابت كنند. در واقع ما معتقديم كهتكنيك هاى ابداعى مان بايد ابتدا در آزمونى براى افزايش ميزان بارندگى مورد محك جدىقرار داده شوند.

سپس، اين راهكار به عنوان بسترى براى آزمودن صحت مفاهيممورد نظرمان در منطقه نسبتاً كوچكى كه به خوبى با نصب حسگرهاى متعدد قابل كنترل واندازه گيرى باشد، مورد بهره بردارى قرار خواهد گرفت.در مورد چنين مقياس هاى تقليليافته اى، ايجاد تغييرات لازم در شرايط آب و هوايى محيط مى تواند با استفاده ازهواپيما يا از روى زمين صورت پذيرد. اگر درك ما از فيزيك ابرها، شبيه سازىكامپيوترى ابرها و تكنيك هاى يكسان سازى داده ها با همان سرعتى كه امروزه ما به آناميد بسته ايم پيشرفت كند، در آن صورت تلاش هاى امروزى ما احتمالاً طى 10 تا 20 سالآينده به ثمر خواهد نشست. با موفقيت در آن مقطع، بحث كنترل شرايط آب و هوايى درمقياس وسيع تر با استفاده از گرمايش هوا در ارتفاعات بالا مى تواند به هدفى قابلپذيرش و مستدل براى روى آوردن كشورها در سراسر جهان به بهره گيرى از آن تبديل شود.