پیش‌بینی باران شدید با خوشه‌بندی ابرها
محققان از یک مدل آب‌وهوای جهانی با وضوح بالا برای درک چگونگی تأثیر خوشه‌بندی ابرها و طوفان‌ها بر شدت بارندگی در مناطق استوایی استفاده کردند که نشان می‌دهد که با افزایش دما، شدت رویداد‌های بارش شدید افزایش می‌یابد.
بارش شدید باران یکی از مخرب‌ترین بلایای طبیعی است که به قیمت جان انسان‌ها تمام شده و میلیارد‌ها خسارت به بار آورده است. فراوانی آن‌ها در سال‌های گذشته به‌دلیل گرم شدن آب‌وهوا افزایش یافته است.
چندین دهه است، دانشمندان از مدل‌های رایانه‌ای آب‌وهوای زمین برای درک بهتر مکانیسم‌های پشت این رویداد‌ها و پیش‌بینی رویه‌های آینده استفاده می‌کنند.
در این تحقیق جدید، گروهی از محققان موسسه علم و فناوری اتریش و مؤسسه هواشناسی مکس پلانک به رهبری دانشجوی دوره پسادکتری جیاوی بائو از یک مدل جدید آب‌وهوایی پیشرفته برای مطالعه چگونگی تأثیر خوشه‌بندی ابرها و طوفان بر رویداد‌های شدید بارندگی – به‌ویژه در مناطق استوایی - با جزئیات بیشتری نسبت به قبل استفاده کرد.
بائو که این پروژه را در ابتدا آغاز کرد، توضیح داد: این مدل جدید با وضوح بسیار بهتر نشان داد که با آب‌وهوای گرمتر، وقایع بارندگی شدید در مناطق استوایی به‌دلیل خوشه‌بندی ابرها، نسبت به آنچه در نظریه انتظار می‌رفت، با شدت بیشتری افزایش می‌یابد.
ما می‌توانیم ببینیم که وقتی ابرها بیشتر خوشه‌ای هستند، برای مدت طولانی‌تری باران می‌بارد، بنابراین مقدار کل بارندگی افزایش می‌یابد، همچنین دریافتیم که باران شدیدتر در مناطق پربارش به ازای گسترش مناطق خشک اتفاق می‌افتد که تغییر بیشتر به الگو‌های آب‌وهوایی شدید است. این امر به‌دلیل خوشه‌بندی ابرها و طوفان‌ها در کنار هم است که اکنون می‌توانیم آن را با این مدل آب‌وهوایی جدید شبیه‌سازی کنیم.
این مدل جدید که برای اولین بار در سال ۲۰۱۹ ارائه شد، آب‌وهوا را با وضوح بسیار بالاتری نسبت به مدل‌های قبلی شبیه‌سازی می‌کند. مدل‌های قبلی نمی‌توانستند ابرها و طوفان‌ها را با جزئیات زیاد در نظر بگیرند، بنابراین بسیاری از دینامیک‌های پیچیده حرکت هوا که ابرها را ایجاد و آن‌ها را برای تشکیل طوفان‌های شدیدتر جمع می‌کنند، از دست می‌دادند.
در حالی که این مدل کل جهان را به یکباره شبیه‌سازی می‌کند، دانشمندان تجزیه و تحلیل خود را روی مناطق استوایی اطراف خط استوا متمرکز کردند. آنان این کار را به‌دلیل اینکه تشکیل ابر و طوفان در آنجا متفاوت از سایر عرض‌های جغرافیایی عمل می‌کند، انجام دادند.
کارولین مولر، استادیار موسسه علم و فناوری اتریش، اظهار کرد: مدل‌های قبلی به تاثیر خوشه‌بندی ابرها بر شدت بارش اشاره کرده‌اند، اما نمی‌توانستند داده‌های لازم را ارائه دهند. با همکاری همکاران ما بیورن استیونز و لوکاس کلافت از موسسه هواشناسی مکس پلانک، یافته‌های ما به شواهد فزاینده‌ای اضافه می‌کند که نشان می‌دهد تشکیل ابر در مقیاس کوچکتر تأثیر مهمی بر پیامد‌های تغییرات آب‌وهوایی دارد.
مدل‌های مشارکتی
محققان سرتاسر جهان برای ایجاد مدل‌های دقیق‌تر و واقعی‌تر از آب‌وهوایی جهان برای درک تأثیرات تغییرات اقلیمی با یکدیگر همکاری می‌کنند.
مدل‌های اقلیمی جو زمین را به قطعات سه‌بعدی تقسیم می‌کنند که هر کدام داده‌های خاص خود را در مورد دما، فشار، رطوبت و بسیاری از خواص فیزیکی دیگر دارد، سپس از معادلات فیزیکی برای شبیه‌سازی نحوه تعامل و تغییر این قطعات در طول زمان برای ایجاد نمایشی از دنیای واقعی استفاده می‌کنند. از آنجایی که قدرت محاسباتی و ذخیره‌سازی نامحدود نیست، این مدل‌ها باید ساده‌سازی‌هایی را ارائه کنند و دانشمندان به‌طور مداوم برای دقیق‌تر کردن آن‌ها تلاش می‌کنند.
نسل‌های قدیمی‌تر مدل‌های اقلیمی از قطعات به طول افقی حدود ۱۰۰ کیلومتر استفاده می‌کنند که هنوز ده‌ها تا صد‌ها هزار نمونه از آن‌ها کل کره زمین را پوشش می‌دهد. پیشرفت در الگوریتم‌ها و ابررایانه‌ها، دانشمندان را قادر ساخت تا وضوح مدل‌ها را بیش از پیش افزایش دهند.
بائو افزود: ما از یک مدل آب‌وهوایی توسعه یافته در پلانک استفاده کردیم و داده‌های میزبانی شده در مرکز محاسبات آب‌وهوایی آلمان در هامبورگ را با وضوح تنها پنج کیلومتر که از نظر محاسباتی بسیار گران بود، تجزیه‌وتحلیل کردیم. تمام تحقیقات اقلیمی تلاش مشترک عظیم صد‌ها نفر است که می‌خواهند به درک ما از جهان و تأثیر ما بر آن کمک کنند.
بائو که برای اولین بار در طول دکترای خود در دانشگاه نیو ساوت ولز، استرالیا به تحقیقات آب‌وهوا علاقه‌مند شد، اکنون به‌عنوان دانشجوی پسادکتری در موسسه علم و فناوری اتریش کار می‌کند، وی می‌خواهد به کار خود در مورد رویداد‌های بارش شدید ادامه دهد تا با استفاده از مدل‌های اضافی شواهد بیشتری برای علل و تاثیرات آن‌ها پیدا کند.
کارولین مولر که ابتدا ریاضیات مطالعه کرد سپس اشتیاق خود را به سؤالات تحقیقاتی با تأثیر بیشتر در دنیای واقعی پیدا کرد، با گروه تحقیقاتی از مدل‌های آب‌وهوایی برای بررسی همرفت هوا و تشکیل ابرها و طوفان‌ها در مقیاس‌های مختلف -تا طوفان‌های استوایی- برای درک بهتر علل آن‌ها و تاثیرات تغییرات اقلیمی بر جامعه و طبیعت استفاده می‌کنند.
یافته‌های این تحقیق در مجله Science Advances منتشر شده است.
