شکار طوفان با پهپاد!

نظارت و ردیابی صحیح طوفان‌ها اکنون بیش از هر زمان دیگری مهم شده است، چرا که فصل طوفان‌های آتلانتیک ۲۰۲۰ به معنای واقعی کلمه یک فاجعه بود و رکوردها یکی پس از دیگری شکسته می‌شدند، چرا که موج جدیدی از طوفان‌های بی‌سابقه آمریکای شمالی و مرکزی را درنوردید.

این فصل طوفان وحشیانه شامل ۳۰ طوفان گرمسیری، ۱۳ توفند دریایی و شش تندباد قابل توجه بود که همگی از لحاظ رکوردداری اولین یا دومین بودند. این فصل طوفان با خود خسارات اقتصادی، تلفات جانی و صدمه‌های فلج کننده‌ای به زیرساخت‌های منطقه به همراه داشت. طبق گزارش‌ها، این فصل طوفان ۷۳ درصد بیشتر از حد معمول فعال بود و حتی اگر اکنون به پایان رسیده باشد، زخم‌های ناشی از این طوفان‌های مهیب هنوز تازه هستند و به طور کلی به نظر می‌رسد که طوفان‌ها در حال قوی‌تر شدن هستند.

توفَند یا تندباد دریایی به یک سامانه جوی به شدت متلاطم گویند که مشخصه آن یک مرکز کم فشار است که همراه با بارندگی شدید توأم با بادهای با سرعت و سیلاب است.

در مطالعه‌ای که در مجله Nature منتشر شده است، متخصصان اقلیم اظهار داشته‌اند که با گرم شدن کره زمین ناشی از اثرات تغییرات آب و هوایی، طوفان‌های آتلانتیک(اطلس) شمالی در هنگام رسیدن به خشکی قدرت خود را بسیار بیشتر حفظ می‌کنند. این به نوبه خود منجر به ویرانی و خسارت و مرگ و میر بیشتر می‌شود.

اکنون این طوفان‌ها که اصطلاحا "طوفان کامل" نامیده می‌شوند، موجب افزایش استفاده از ابزارهای پیشرفته فناوری برای ردیابی و پیش‌بینی طوفان‌ها شده‌اند و هواپیماهای بدون سرنشین یا همان پهپادها به عنوان ابزاری مفید برای دانشمندان اقلیم در جستجوی طوفان‌های در حال ظهور هستند.

پهپادها؛ آینده جمع‌آوری اطلاعات

دانشمندان اقلیم و هواشناسان در سال‌های اخیر از فناوری هواپیماهای بدون سرنشین بهره برده‌اند. محققان سازمان ملی اقیانوسی و جوی(NOAA) آمریکا بر این باورند که هواپیماهای بدون سرنشینی که یک روز کامل قادر به پرواز هستند، می‌توانند به بخش منظمی از پیش‌بینی طوفان‌ها تبدیل شوند.

این سازمان در مقاله‌ای که در سال ۲۰۱۹ منتشر شد، نشان داد که چگونه هواپیماهای بدون سرنشین یک‌بار مصرف می‌توانند داده‌ها را از دیواره پایینی "چشم طوفان" که خطرناک‌ترین قسمت طوفان است، جمع کنند.

داده‌های لحظه‌ای از چشم یک طوفان می‌تواند برای هواشناسان بسیار مفید باشد. این منطقه از طوفان نشان می‌دهد که طوفان با چه شدت و سرعتی در حال گسترش است. درک بهتر از این ناحیه از طوفان به پیش‌بینی کنندگان این امکان را می‌دهد تا تصویر دقیق‌تری از نحوه گسترش یک طوفان داشته باشند و می‌توانند از این داده‌ها برای بهبود مدل‌های پیش‌بینی خود با دقت بالاتر در لحظه استفاده کنند.

"چشم طوفان"(hurricane's eyewall) ناحیه‌ای است با هوای آرام که در میانه طوفان‌های شدید گرمسیری ایجاد می‌شود. چشم طوفان پهنه‌ای تقریباً دایره‌وار، همراه با باد نسبتاً سبک و هوای صاف است که با ناحیه‌ای موسوم به "چشم‌دیواره" محصور می‌شود. قطر چشم طوفان معمولاً ۳۰ تا ۶۵ کیلومتر است.

"چشم‌دیواره" دیواره‌ای از ابرهای کومولونیمبوس(کومه‌ای‌بارا) است که چشم طوفان را دربرمی‌گیرد. چشم‌دیواره جایی است که حلقه‌ای از تندرهای بلندبالا و توفنده در آن قرار دارند و شدیدترین هوای طوفانی در آن رخ می‌دهد.

کمترین فشار جوی طوفان در چشم آن پدید می‌آید و این فشار می‌تواند تا ۱۵ درصد کمتر از فشار جوی منطقه بیرون از طوفان باشد.

در طوفان استوایی، همرفت باعث می‌شود باندهایی از هوای پر از بخار شروع به چرخش در اطراف یک مرکز مشترک کنند. ناگهان باند هوا در فاصله شعاعی معینی شروع به چرخش بیشتر از سایر نقاط می‌کند. این منطقه به شکل یک "چشم" درمی‌آید که قوی‌ترین بادهای طوفان را در خود دارد. بیشتر هوایی که از سطح اقیانوس به سمت طوفان حرکت می‌کند پس از آن بر فراز ابرهای طوفانی و اطراف لبه بیرونی به جایی که آغاز شده است، جریان می‌یابد. این حلقه یک بازخورد مثبت ایجاد می‌کند که گسترش طوفان را به دنبال دارد.

به دلایل ناشناخته تمام هوایی که از درفت‌ها بالا می‌رود، در لبه بیرونی طوفان جریان ندارد. مقدار کمی به طرف دیگر می‌رود که در مرکز طوفان در حال غرق شدن است. در یک مقطع خاص، وزن این هوای سرکش مقاومت نیروی درفت در منطقه مرکزی را خنثی می‌کند. سپس از قدرت آنها پیشی می‌گیرد، اما به سختی هوا شروع می‌کند به آرامی در مرکز طوفان فرود می‌آید و منطقه‌ای بدون باران را ایجاد می‌کند. در روی زمین، مرکز چشم آرام‌ترین بخش طوفان است با آسمانی عاری از باد، ابر و یا باران. با این وجود برفراز اقیانوس خطرناک‌ترین منطقه است، چرا که داخل آن، امواج از همه جهت به یکدیگر می‌خورند و امواج مهیبی به ارتفاع ۴۰ متر ایجاد می‌کنند.

لازم به ذکر است که از آنجا که این ناحیه از طوفان دارای شدیدترین وزش باد است، پروازهای سرنشین‌دار به این قسمت از طوفان شدنی نیست.

از سال ۲۰۰۵ و با همکاری شرکت "Raytheon"، سازمان ملی اقیانوسی و جوی آمریکا در حال تولید هواپیماهای بدون سرنشینی است که قادر به پرواز موقت در بادهای آشفته و قدرتمند طوفان هستند. از سال ۲۰۱۶، هواپیماهای بدون سرنشین بال ثابت این شرکت موسوم به "کویوت"(Coyote) برای ردیابی اندازه گیری‌های مهم هوا مانند دما، فشار، سرعت باد، جهت باد، رطوبت و دمای سطح دریا استفاده شده‌اند و دید بهتری نسبت به نواحی بسیار خطرناک طوفان‌ها به دانشمندان ارائه داده‌اند.

پروژه هواپیماهای بدون سرنشین مخصوص پیش بینی و شناسایی طوفان‌ها همچنان در حال توسعه است و اکنون در سال ۲۰۲۱ شاهد پیشرفته‌ترین پهپاد مخصوص شکار طوفان موسوم به "آلتیوس-۶۰۰"(Altius-۶۰۰) هستیم که هم اکنون در حال آزمایش است.

هنگامی که "آلتیوس" آزمایشات گسترده خود را پشت سر بگذارد، می‌تواند به "کویوت" ملحق شود و داده‌های طوفان را از دیواره چشم جمع کند. این پهپاد همچنین ویژگی‌های جدیدی مانند توانایی پرواز تا چهار ساعت و پیمایش مسافت تا ۴۲۵ کیلومتر از محل پرتاب را برای جمع آوری اطلاعات ارائه می‌دهد. اما متأسفانه همانند "کویوت"، هنگام پس از اعزام آن به طوفان، نمی‌توان "آلتیوس" را بازگرداند.

سازمان ملی جوی و اقیانوسی طی سال‌های گذشته از دو هواپیمای چهار موتوره توربو موسوم به "WP-۳D Orion" ساخت شرکت "لاکهید مارتین" برای جمع آوری داده‌های اساسی هواشناسی استفاده کرده است. البته این هواپیماها فاصله زیادی با چشم طوفان دارند، زیرا سرنشین‌دار هستند و همانطور که گفته شد این ناحیه از طوفان برای خلبان‌ها بسیار خطرناک است.

در عوض، دانشمندان حسگرهایی را که به چتر نجات متصل شده‌اند، از این هواپیماها به داخل طوفان می‌فرستند که آنها هنگام پایین آمدن از آسمان به سمت اقیانوس و طوفان، داده‌ها را جمع‌آوری می‌کنند و سرعت و جهت باد، دما، رطوبت و فشار را هنگام حرکت ثبت می‌کنند. هرچند که این داده‌ها موثر هستند، اما می‌توان گفت که مثل این است که یک عکس از طوفان به هواشناسان می‌دهند، در حالی که "آلتیوس" چیزی شبیه به یک فیلم را از طوفان در اختیار آنها قرار می‌دهد.

سازمان ملی جوی و اقیانوسی(NOAA) می‌گوید: این حسگرها عکس‌هایی فوری از شرایط آب و هوایی به ما می‌دهند، در حالی که جریان مداوم داده‌های جمع آوری شده توسط پهپادها چیزی نزدیک به یک فیلم را فراهم می‌کنند. استقرار و استفاده از پهپادها در نهایت به ما کمک می‌کند تغییرات شدت طوفان و ساختار کلی آن را بهتر تشخیص دهیم.

"آلتیوس" قادر است داده‌ها را برای مدت زمان طولانی‌تری جمع‌آوری کند و در عین حال، تصویر کلی‌تری از طوفان فراهم می‌کند. با این حال، هنگامی که در طوفان مستقر می‌شود، نمی‌توان آن را بازیابی کرد و بازگرداند.

دسترسی به اطلاعات دقیق‌تر هنگام رسیدن طوفان‌ها به خشکی با فراهم کردن امکان ایجاد مدل‌های پیش‌بینی بهتر منجر به محافظت از جان انسان‌ها و زیرساخت‌های منطقه می‌شود.

به نظر می‌رسد پیش‌بینی طوفان‌ها با پهپادها در حال پیشرفت است، چرا که خارج از سازمان ملی جوی و اقیانوسی نیز شرکت‌هایی مانند "بلک سوئیفت"(Black Swift) پهپادهایی را ساخته‌اند که قادر به حمل محموله‌های علمی در محیط‌های جوی خاص مانند ارتفاع زیاد، قطب شمال، کویر و طوفان‌های شدید هستند. آنها انتظار دارند که از پهپادهای خود برای انجام ماموریت‌های جوی مانند ارزیابی آتش‌سوزی‌ها در حیات وحش، آتشفشان‌ها و گردبادها استفاده کنند. این پهپادها که قادر به پرواز از راه دور هستند، مواردی مانند سرعت، فشار، دما، رطوبت و دمای سطح دریا را ردیابی می‌کنند و اطلاعات را هواپیمای مادر که از رها شده‌اند، ارسال می‌کنند.

شرکت "بلک سوئیفت" نیز همانند "آلتیوس" در حال آزمایش پهپادهای خود است و چیزهایی نظیر استقامت، دامنه ارتباطی و زمان پرواز آنها را می‌آزماید.

پهپادها پس از طوفان نیز قادر به ارزیابی آسیب‌های بجا مانده هستند. در نهایت به نظر می‌رسد که پهپادها هم درست مثل پسرعموهای مریخ نورد خود، در حال تبدیل شدن به ابزاری قدرتمند برای بررسی زمین پس از طوفان هستند.

پهپادها قادر به کشف مناطقی هستند که دسترسی به آنها دشوار است، قادر به نمایش خسارات کلی طوفان و برآورد خسارات هستند و همچنین می‌توانند به جستجوی افراد نجات یافته از بلایای طبیعی بپردازند.

فناوری پهپادها هنوز راه زیادی برای پیشرفت دارد. این ربات های پرنده ابزاری مفید و ارزان هستند که با مطالعه طوفان‌ها می‌توانند برای هواشناسان بسیار سودمند باشند.

منبع: ایسنا

66