پیش بینی بهتر آب و هوا با فناوری دیجیتال - کیوسک خبری آشنا

پیش بینی آب و هوا یکی از کار هایی است که از سالیان گذشته تا به امروز فناوری هایی بسکمک برای انجام آن توسعه یافته اند، اما اکنون و با وجود پدیده هایی مانند گرمایش جهانی باید این کار بسیار دقیق تر از قبل انجام شود.

اخیرا آمریکا شاهد بارش شدید برف در برخی از ایالت های جنوبی و مرکزی آمریکا همزمان با موج سرما و یخبندان بود و این موضوع مسائل عمده ای نیز برای شهفرایندان آن مناطق به وجود آورد. به دلیل گرمایش جهانی، رویداد های شدید هوای گرم و سرد و طوفان های شایع، بیشتر، شدیدتر و اغلب طولانی تر می شوند.

پیش بینی آب و هوا طی 20 سال گذشته راه زیادی را پیموده است و هنوز هم مسیری طولانی پیش رو دارد. اما آیا استفاده از فناوری های گوناگون می تواند به بهبود توانایی هواشناسان برای پیش بینی بهتر الگو های آب و هوایی کمک کند؟ چقدر دقیق می توان آب و هوا را پیش بینی کرد تا شاهد خسارت های جبران ناپذیر نباشیم؟

فرایند پیش بینی الگو های آب و هوا یک علم بسیار پیچیده است و نیاز به به تجزیه و تحلیل و رمزگشایی از مجموعه داده های بزرگ جمع آوری شده روزانه از هزاران حسگر و ماهواره های هواشناسی دارد.

دانشمندان تا به امروز با توسعه ابزار های پیشرفته نقش مهمی در این زمینه داشته اند. آن ها به لطف سرمایه گذاری های دولتی و خصوصی پیروز به توسعه ماهواره های پیش بینی آب و هوا و مدل های رایانه ای پیشرفته شده اند. در این خبر به بررسی فناوری هایی که می توانند در این زمینه به دانشمندان کمک کنند، پرداخته ایم.

مجموعه داده های بزرگ جمع آوری شده از شرایط جوی زمین پیش بینی رویداد های آینده را بسیار سخت می کند. مدل های کامپیوتری فعلی تنها برای نظارت و هشدار در مورد پدیده های بزرگ در نظر گرفته شده اند و شامل مواردی نظیر چگونگی گرم شدن جو زمین توسط خورشید، چگونگی تأثیر تغییر اختلاف فشار روی الگو های باد و چگونگی تغییر حالت آب (یخ به آب و سپس به بخار) بر جریان انرژی جو زمین است.

آن ها همچنین چرخش زمین در فضا را در نظر می گیرند چرا که هر تغییر کوچکی در یک متغیر می تواند رویداد های آینده را تغییر دهد. اینجا همان جایی است که هوش مصنوعی می تواند برای بهبود دقت و قابل اطمینان بودن پیش بینی آب و هوا به کار گرفته شود.

هوش مصنوعی می تواند برای استفاده در برنامه های ریاضی کامپیوتری و روش های حل مسائل محاسباتی در مجموعه داده های وسیع برای شناسایی الگو ها و ایجاد یک فرضیه مناسب و تعمیم داده ها مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به پیچیدگی ذاتی پیش بینی آب و هوا، دانشمندان در حال حاضر از هوش مصنوعی برای پیش بینی آب و هوا استفاده می کنند تا سریعاً نتایج خالص و دقیق به دست آید.

هوش مصنوعی با استفاده از مدل های ریاضی یادگیری عمیق می تواند از پفراینده های آب و هوایی گذشته برای پیش بینی آینده یاد بگیرد. شرکت های مختلف در حال حاضر به شدت در حال سرمایه گذاری روی هوش مصنوعی در پیش بینی آب و هوا هستند.

یکی از قدرتمندترین ابزار های هواشناسی ماهواره های زیست محیطی است. سازمان ملی اقیانوسی و جوی آمریکا (NOAA) دارای سه نوع ماهواره هواشناسی است که آب و هوای سراسر زمین را تحت نظر دارند. یکی از این ماهواره ها ماهواره گردش قطبی است که در ارتفاع تقریبی 805 کیلومتری زمین مستقر است.

این ماهواره ها به طور مداوم زمین را 14 بار در روز قطب به قطب دور می زنند تا بدین ترتیب هر قسمت از سیاره زمین دو بار در روز به طور کامل تحت نظر قرار بگیرد. این کار ماهواره ها را قادر می سازد مجموعه داده های بزرگی را در مورد جو زمین به صورت کامل از جمله ابر ها و اقیانوس ها با وضوح بسیار بالا فراهم کنند.

هواشناسان با استفاده از این نوع داده ها به طور نظری قادر به پیش بینی الگو های آب و هوایی بلندمدت هستند. این داده ها برای ارزیابی کیفیت هوا در طول زمان بسیار مفید هستند. این اطلاعات در مدل های هواشناسی گنجانده می شود که به نوبه خود به پیش بینی های دقیق تری از آب و هوا منجر می شود.

ابزار های دیگر همچنین می توانند برای تعیین دمای سطح دریا مورد استفاده قرار گیرند که یک عامل مهم دیگر در پیش بینی آب و هوا در دراز مدت است. سپس این داده ها می توانند برای پیش بینی آب و هوا از جمله تغییرات فصلی در مقیاس بزرگ استفاده شوند.

آن ها همچنین اطلاعاتی را برای کمک به پیش بینی شرایط آب و هوایی خطرناک مانند طوفان، گردباد، سیل و کولاک شدید پیش از وقوع جمع آوری می کنند.

این داده ها همچنین برای کمک به ارزیابی خطرات محیطی مانند خشکسالی، آتش سوزی جنگل ها و سیل مورد استفاده قرار می گیرند. نوع دیگری از ماهواره ها که توسط هواشناسان استفاده می شود، ماهواره های فضای عمیق نامیده می شود.

به عنوان مثال ماهواره DSCOVR در مدار یک میلیون مایلی (یک میلیون و 609 هزار کیلومتری) زمین قرار گرفته است. این نوع از ماهواره ها هشدار ها و پیش بینی ها در مورد خطرات فضایی را فراهم می کنند و بر انرژی خورشیدی که هر روز جذب زمین می شود، نظارت می کنند. DSCOVR همچنین قادر به ثبت اطلاعات در مورد سطح ازن و سطح هواژل موجود در جو است. نوع دیگر ماهواره این سازمان ماهواره زمین ثابت است.

این نوع ماهواره دارای یک مدار زمین ثابت است. خاصیت منحصر به فردی که این ماهواره ها دارند این است که می توانند دقیقاً در همان موقعیت ثابت آسمانی که از هر مکان ثابت روی زمین مشاهده می شوند، ثابت بمانند.

چندی پیش نیز ناسا ماهواره سنتینل -6 مایکل فرایلیچ را از پایگاه نیروی هوایی وندربرگ اسپیس لانچ در کالیفرنیا به مدار پرتاب کرد. ناسا گفت که هدف اساسی سنتینل-6 اندازه گیری سطح اقیانوس ها است. هر روز پرتاب ماهواره انجام نمی شود بنابراین جمع آوری اطلاعات مفیدتر درباره اقیانوس ها و جو بسیار مهم است.

سنتینل-6 حاصل همکاری ایالات متحده و اروپا است. سنتینل-6 یکی از دو ماهواره ای است که مأموریت کوپرنیکس سنتینل-6/جیسون-سی اس را تشکیل می دهد. همچنین قرار است در این ماموریت اطلاعاتی جمع آوری شود تا به پیش بینی هوا، تغییرات دما در جو و رطوبت بپردازد.

در این پروژه از دو ماهواره تحت عناوین سنتینل-6آ و سنتینل-6بی استفاده خواهد شد که به فاصله پنج سال از هم پرتاب خواهند شد. ماهواره مذکور به افتخار مایکل فرایلیچ مدیر سابق بخش علوم زمین ناسا که در پیشرفت اندازه گیری های اقیانوس های فضایی نقش مهمی داشته نامگذاری شده است.

دانشمندان در حال توسعه یک دوقلوی دیجیتال زمین هستند تا به کمک آن بتوانند وقایع مربوط به گرمایش جهانی که در آینده رخ خواهد داد را پیش بینی کنند.

اخیرا در بیانیه مطبوعاتی مؤسسه فناوری فدرال زوریخ آمده است که نسخه دیجیتالی کل زمین به آن ها امکان می دهد بتوانند تمام سناریو ها را بررسی کنند تا پیش بینی کنند که در آینده چه چیزی رخ خواهد داد. به گفته محققان این سیستم از چارچوب روش شناختی مرتبط در پیشرفت های استثنایی در پیش بینی عددی آب و هوا استفاده خواهد کرد.

هدف این است که این مدل بتواند تأثیرات سیاست های اقلیمی و سایر عوامل را قبل از وقوع بررسی کند که این موضوع بهترین راه برای کاهش اثرات گرمایش جهانی است.

اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده آمریکا سیستمی تحت عنوان سیستم پردازش اطلاعات پیشرفته هواشناسی (AWIPS) را توسعه داده است.

سیستم پردازش اطلاعات پیشرفته هواشناسی (AWIPS)، یک سیستم پردازش رایانه ای است که داده های جمع آوری شده توسط تمام ابزار های پیشین را به یک رابط گرافیکی متصل می کند و هواشناسان نیز از آن برای تجزیه و تحلیل داده ها و پیش بینی آب و هوا استفاده می کنند.

این سیستم از ابر رایانه های این اداره، برای پردازش داده ها از رادار داپلر، رادیوسوندها، ماهواره های هواشناسی و سیستم های مشاهده اتوماتیک سطح زمین استفاده می کند. پس از اینکه هواشناسان پیش بینی ها را آماده می کنند، سیستم پردازش اطلاعات پیشرفته هواشناسی، گرافیک آب و هوا و ساعت ها و هشدار های خطرناک آب و هوا را ایجاد می کند.

همه این ها کمک می کند تا هواشناسان بتوانند سریع تر و دقیق تر از همیشه شرایط آب و هوایی را پیش بینی کنند. علاوه بر اینسیستم های مشاهده اتوماتیک سطح زمین (ASOS) به طور مداوم بر شرایط آب و هوایی سطح زمین نظارت می کنند.

داده هایی که توسط سیستم های مشاهده اتوماتیک سطح زمین جمع آوری می شوند برای بهبود شرایط پیش بینی هوا و هشدار ها ضروری هستند.