العلم خلف "تايفون سيسون" و نماذجهم الافتراضية

مقدمة: فهم الإعصارات وتأثيرها

إن إعصارا استوائيا قويا يشكل على المياه الدافئة في شمال غرب المحيط الهادئ، ويمكن لهذه العواصف أن تجلب رياحا مدمرة، ومطرا ثقيلا، وعواصف عواصف، وفيضانات، تؤثر على ملايين الناس في المناطق الساحلية في شرق وجنوب شرق آسيا، ويشتمل العلم وراء مواسم التايفون على تفاعل معقد بين الظروف الجوية والمحيطية التي يدرسها الباحثون بصورة مكثفة لتحسين قدرات التنبؤات.

فيزياء تكوين التايفون

المصدر: مياه المحيطات الحربية

فالطوابع هي محركات حرارية تستمد طاقتها من المياه السطحية المحيطية الحارة، وعندما تتجاوز درجات الحرارة السطحية في البحر 26.5 درجة مئوية (نحو 80 درجة شرقا)، يوفر المحيط قدرا كافيا من الرطوبة والحرارة لتغذية تطوير إعصار مداري، ويرتفع الهواء الطلق من سطح المحيط، ويخلق أيضا منطقة سميكة منخفضة الكساد في الوسط، ويدور حول الهواء في طوابير مائية مائية متناوبة.

The Coriolis Effect and Rotation

ومن العناصر الأساسية الأخرى تأثير كوريوليس الذي يلقي الضوء على العاصفة النامية، وقوة كوريوليس أقوى في القطبين وأضعفهما بالقرب من خط الاستواء، ولا يمكن للطيور أن تشكل في حدود خمس درجات تقريباً خط الاستواء، لأن هناك قوة غير كافية في كوريوليس لخلق التناوب، ومعظم الرهابيين يتطورون بين 10 و30 درجة شمالاً في غرب المحيط الهادئ.

مجلة " شمار "

إن تغير سرعة الرياح أو اتجاهها مع ارتفاعها يؤدي دوراً حاسماً في تكوين وقوام الأعصاب، إذ أن انخفاض الغطاء الرأسي يسمح لعاصفة نامية بأن تحافظ على هيكلها المنظم، مع ربط قنوات التدفق والتدفق الدافئ الرأسي، ويمكن أن تمزق العواصف المدارية العالية إلى أجزاء أخرى عن طريق استخدام نسيج الهواء التصاعدي، ومنع تكثيفها أو التسبب في إضعافها.

تايفون سيسونز والتوزيع العالمي

الدوريات الموسمية في غرب المحيط الهادئ

ويولد حوض شمال غرب المحيط الهادئ أعلى عدد من الأعاصير المدارية على الصعيد العالمي، حيث يبلغ متوسطه نحو 25 إلى 30 عاصفة سمية في السنة، ويمتد الموسم الرسمي للطيفون من أيار/مايو إلى تشرين الثاني/نوفمبر، حيث يبلغ النشاط الذروة عادة من تموز/يوليه إلى تشرين الأول/أكتوبر، غير أن العواصف يمكن أن تحدث على مدار السنة، ويقود الموسم إلى عوامل مثل وضع تربة مونسون، ودرجات البحر، وقوة المرتفعة.

الحوض المداري الآخر

وتسمى العواصف المماثلة الأعاصير في المحيط الأطلسي وشرق المحيط الهادئ والأعاصير في المحيط الهندي وجنوب المحيط الهادئ، ولكل حوض موسم خاص به: تمتد موسم الأعاصير الأطلسي من 1 إلى 30 تشرين الثاني/نوفمبر، بينما يقسم موسم الأعاصير في شمال المحيط الهندي إلى ذروتين (المون السابق وما بعد مونسون)، وتختلف المبادئ العلمية التي تحكم جميع هذه العواصف، على الرغم من أن الأنماط الجغرافية والمناخية الإقليمية تخلق تباينا في التواتر.

Climate Change and Shifting Seasons

وتشير البحوث إلى أن ارتفاع درجات الحرارة السطحية في البحر قد يغير مواسم الإعصار، فالمحيطات المحاربة توفر المزيد من الوقود، مما قد يزيد من نسبة العواصف الشديدة (الفئة 4 و 5)، كما أن هناك أدلة على أن التوزيع الجغرافي للتيفونات قد يتحول إلى القطب، مما يؤدي إلى زيادة العواصف إلى ارتفاع خطوط العرض مثل اليابان وكوريا، ويواصل العلماء دراسة هذه الاتجاهات باستخدام بيانات المراقبة ونماذج المناخ في عرض التغيرات المستقبلية في المستقبل.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على بحار التايفون

وهناك عدة عوامل في الغلاف الجوي والمحيطي تتفاعل على نطاقات زمنية متعددة لتشكيل مستوى النشاط في موسم الإعصار، ويعد فهم هذه المتغيرات أمرا حاسما بالنسبة للتنبؤ الموسمي والتنبؤ بالعواصف في الوقت الحقيقي.

درجة حرارة سطح البحر

وكما لوحظ، فإن نظام الضمان الاجتماعي هو عامل مهيمن، ففي غرب المحيط الهادئ، فإن منطقة الحوض الدافئ - وهي منطقة ذات درجات حرارة سطحية عالية بشكل استثنائي شرق الفلبين - توفر أرضاً خصبة للتكاثر في التايفونات، كما أن الأورام في المناطق المدارية، مثل المناطق التي تسبب فيها النينيو أو تذبذب المحيط الهادئ، يمكن أن تؤثر تأثيراً كبيراً على عدد العواصف وكثافةها في موسم معين.

الضغط الجوي ومحطة مونسون

وترتبط سلسلة الدير، وهي مجموعة مستمرة من الضغط المنخفض الذي يمتد عبر جنوب شرق آسيا وغرب المحيط الهادئ، ارتباطا وثيقا بجينات الإعصار، وخلال المراحل النشطة من الموسم، يصبح الثروة أكثر وضوحا، مما يهيئ الظروف المواتية لتنمشي عواصف متعددة، وعلى العكس من ذلك، عندما تتعزز أنماط الأمطار المدارية العالية وتراجعات التموين، كثيرا ما يتناقص النشاط في شرق البلد.

مجلة " شمار "

لقد سبق لنا أن تطرقنا إلى قذيفة الرياح، ولكنها تستحق التركيز بسبب دورها المزدوج، فالقلعة الضئيلة ضرورية للتكوين، ولكن يمكن أن تستمر العواصف المعتدلة في السماح بعواصف حادة إذا كانت الضباب ضعيفاً بما فيه الكفاية، وخلال موسم، يمكن أن تؤدي التغييرات في التداول على نطاق واسع، مثل موقع تيار الطائرات، إلى خلق جيوب من الماشية العالية التي تحجب التنمية، وترصد المسابقات عن كثب أنماط الرياح العليا لقياس الإمكانات السريعة.

El Niño-Southern Oscillation (ENSO)

ربما يكون أكثر العوامل شيوعاً في تغير المناخ الذي يميزه التايفون، وخلال النينيو، تتحول منطقة غرب المحيط الهادئ الدافئ شرقاً، وتمتد منطقة التكوينات المواتية إلى شرق الفلبين، وتتجه نحو إنتاج المزيد من أنواع التصفيات التي تدور حولها العواصف الجنوبية والتي تدور حول اليابان في كثير من الأحيان، وفي لا نينيا، تظل منطقة الدفء مركزة قرب الطرف الغربي من المحيط الهادئ،

النماذج الافتراضية والتقنيات الجاهزة

وقد تطور التنبؤ بالصور النمطية من مجرد ملاحظات وأساليب متماثلة إلى نماذج حاسوبية متطورة تدمج كميات كبيرة من البيانات، ويعتمد التنبؤ الحديث على مزيج من النهج الإحصائية، والنماذج الدينامية، وعلى نحو متزايد، على خوارزميات التعلم الآلاتي.

النماذج الإحصائية

وتستخدم النماذج الإحصائية، مثل مؤشر جينات سيكلونز المحتمل، العلاقات التاريخية بين المتغيرات المناخية (مثلاً، SST، قصفة الرياح، الرطوبة) والنشاط المداري السابق لتقدير احتمال تكوين العواصف في منطقة معينة على مدى موسم، وهذه النماذج تتسم بالكفاءة الحسابية وتوفر توقعات خط الأساس، ولكنها قد تكافح في ظروف غير مسبوقة من المناخ تنهار فيها العلاقات التاريخية.

النماذج الدينامية (التنبؤ بالأثر الرئوي)

وتحل النماذج الدينامية المعادلات الأساسية للفيزياء في الغلاف الجوي باستخدام شبكة ثلاثية الأبعاد للغلاف الجوي، وتستلزم نماذج عالمية مثل نظام إي إم دبليو إف (المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية المتوسطة المدى)، ونظام GFS (نظام التنبؤ العالمي)، والنماذج الإقليمية مثل نظام HWRF (البحث الطفيف في المدارات الأرضية، والتنبؤات الأولية بالعواصف الخفيفة) تحاكي باستمرار تطوراً كبيراً.

ماكين للتعلم والاستخبارات الفنية

على مدى السنوات القليلة الماضية، نشأ التعلم الآلي كتكملة قوية للنماذج التقليدية، فالأغوريزم التي تم تدريبها على بيانات العواصف التاريخية يمكن أن تحدد أنماطاً خفية قد تضيع، مثل شبكات الفيزياء تستخدم لتحسين التنبؤات بالتكثيف السريع، أحد أكثر جوانب التنبؤ بالتيفون تحدياً، والتطبيق الآخر هو إنتاج النموذج الدينامي بعد التجهيز لتصحيح التحيزات المنهجية.

البيانات الساتلية والبيانات المراقبة

ولا يوجد نموذج مفيد بدون بيانات، فالركيزة الأساسية لكشف ورصد إعصارات الطيف هي مجموعة السواتل الثابتة المدارية والأعمدة المدارية، التي توفر في بعض الأحيان سواتل الاستطلاع الأرضية (هيماويري - 8) صوراً مرئية ومرئية باستمرار، مما يتيح للتنبؤات تتبع أنماط السحب وتقدير كثافة العواصف باستخدام تقنية الدفاك الاستطلاعية الدقيقة.

التحديات والقيود في مجال منع إعصار

وعلى الرغم من التقدم الهائل، لا يزال التنبؤ بالكثافة والطريق الدقيقين للتيفون صعبا، لا سيما عبر النطاقات الزمنية التي تستغرق أكثر من بضعة أيام، فالطبيعة الغابية للغلاف الجوي تعني أن الأخطاء الصغيرة في الظروف الأولية يمكن أن تنمو بشكل مكثف، ولا تزال هناك عدة تحديات محددة:

التكثيف السريع

فالتكثيف السريع - عندما تزداد الرياح القصوى المستمرة للعاصفة ب ٣٠ عقدة على الأقل )٥٥ كيلومترا/ساعة( في ٢٤ ساعة - يُحتمل أن تكون مخاطرة كبيرة متوقعة، ويحدث عندما تتواءم الظروف تماما: المياه الدافئ جدا، والخرف المنخفض، والرطوبة العالية، وكثيرا ما تفشل النماذج في استخلاص آليات الحفز الدقيقة، مما يؤدي إلى عدم التنبؤ بالقدرة النهائية.

Track vs. Intensity Uncertainty

فخلال خمسة أيام وسبعة أيام، يمكن أن تمتد مخروط عدم اليقين لتعقب العواصف مئات الكيلومترات، وفي حين انخفض متوسط الأخطاء المتوقعة في المسار باطراد (يبلغ المركز الوطني لل إعصار انخفاضاً بنسبة 75 في المائة منذ عام 1990)، فقد تحسنت الأخطاء المتوقعة في الكثافة ببطء أكبر، ويرجع ذلك جزئياً إلى أن كثافة العمليات الدقيقة - مثل دورات استبدال الجدران، وتغذية المحيطات - التي يصعب حلها بالحل النموذجي الحالي.

Climate Change and Non-Stationarity

ويستحدث تغير المناخ بيئة غير ثابتة: فالبيانات التاريخية المستخدمة لتدريب نماذج التعلم الإحصائية والآلات قد لا تمثل الظروف المقبلة، ونظرا لأن درجات الحرارة السطحية في البحر لا تزال دافئة، فإن العلاقة بين شدة العواصف العاصفة قد تتحول، أو قد تتغير سمات أنماط الرؤوس الريحية، ويجب على الراكبين أن يكيفوا باستمرار النماذج لحساب خطوط الأساس المتطورة، ولكن البيانات المستمدة من دول المناخ المقبلة غير متاحة أصلا، مما يؤدي إلى مزيد من عدم اليقين في موسم طويل.

التجمعات الإقليمية للتنبؤ

ولا تتاح لجميع البلدان إمكانية الوصول إلى نفس النماذج المتطورة أو البيانات الساتلية، وكثيرا ما تعتمد البلدان النامية في جنوب شرق آسيا على التوجيه الدولي من الوكالة اليابانية للأرصاد الجوية أو مركز الإنذار المشترك بمرض التايفون، ويجب على التنبؤات المحلية أن تفسر هذه المعلومات وتصدر تحذيرات مصممة خصيصا لجيولوجيتها المحددة، وهو ما يمكن أن يشكل تحديا عندما لا تكون كثافة السكان والهياكل الأساسية مرنة بصورة موحدة.

How Predictive Models help Communities Prepare

وفي حين أن التنبؤات لا تبشر بالكمال، فإن التحسينات في التنبؤ بالرهاب الرئوي تنقذ الأرواح وتخفض الخسائر الاقتصادية، إذ تستخدم الحكومات ومديرو الطوارئ منافذ موسمية لوضع إمدادات الإغاثة، وإجراء عمليات حفر مجتمعية، وتعزيز الليفيات، والتنبؤات القصيرة الأجل (3-5 يوما) تسترشد بها أوامر الإجلاء، وإغلاق الموانئ، وإلغاء الرحلات الجوية، كما أن قيمة التنبؤ الدقيق بتتبع المسار الذي يستغرق 48 ساعة هائلة، وإذا أمكن تحذير المدينة قبل 48 ساعة، فإن الهياكل الأساسية يمكن أن تنقل إلى أماكن الإيواء المحمية.

فعلى سبيل المثال، أتاح ارتفاع دقة التوقعات المتعلقة بـ " تيفون هايان " في عام 2013 لحكومة الفلبين إصدار إنذارات مبكرة، رغم أن موجة العواصف التي لم يسبق لها مثيل لا تزال تتسبب في وقوع خسائر هائلة، ومنذ ذلك الحين، استثمرت الفلبين بشدة في التنبؤات القائمة على التأثير، وربط كثافة العواصف والتنبؤات بمناطق معينة من مخاطر الفيضانات أو الأراضي، وتدمج نظم دعم القرار الحديثة الناتج النموذجي مع نظم المعلومات الجغرافية لتوليد خرائط مخاطر يمكن أن يتخذها المسؤولون المحليون إجراءات بشأنها.

كما أن التنبؤ الموسمي يفيد الصناعات مثل الزراعة والشحن البحري، إذ يمكن للمزارعين في المناطق المعرضة للطيف أن يعدلوا جداول الزراعة استنادا إلى احتمال وجود موسم مزدحم، وتعيد شركات الشحن شحن السفن إلى تجنب حدوث أسابيع محتملة للعواصف قبل ذلك، مما يقلل من خطر فقدان البضائع أو تلفها، وتستخدم صناعة التأمين نماذج مدخلات من طراز تيفون لتحديد أقساط وتقييم احتياجات إعادة التأمين.

مستقبل منع إعصار

نماذج أعلى للتجديد والتنبؤات التساهلية

ونظراً لأن الحواسيب الخارقة تصبح أكثر قوة، فإن النماذج التشغيلية تتحرك نحو حل أفقي ذي مقياس فرعي، يمكن أن يحفز صراحة ديناميات الحكاز العميق وجوارب العين، وينبغي أن تؤدي هذه القفزة إلى تحسين تمثيل التكثيف السريع والتغييرات في الهيكل، فالتنبؤات المحتملة، التي هي بالفعل معيار للتتبعات، ستزداد صقلاً بالنسبة للكثافة والتأثيرات.

الاستخبارات الفنية ودمج البيانات

ومن المرجح أن يهيمن التعلم في مجال الآلات على السلف القريبة من الأجل، إذ تقوم عدة أفرقة بحثية بوضع نماذج هجينة تجمع بين المعادلات المادية والإصلاحات المتعلمة، وتستخدم أفرقة أخرى التعلم العميق لاستخراج أقصى المعلومات من الإشعاعات الساتلية، وتحسين عملية الاستبدادية النموذجية في المناطق المحيطية المفصلة للبيانات، ويتمثل التحدي في ضمان أن تظل نماذج الأنشطة المنفذة تنفيذاً مشتركاً مادياً ولا تتعدى على الأنماط المناخية السابقة التي قد لا تستمر.

نظم الإنشاءات البحرية

والهدف النهائي هو نظام تنبؤات لا يرحم يمتد من دقائق إلى عقود، مع فيزياء متسقة عبر جميع الأزمنة، ويعني هذا بالنسبة للتيفونات نموذجاً لا يمكن التنبؤ به فقط للإحصاء الموسمي الإجمالي، بل أيضاً احتمال حدوث هبوط في مناطق محددة، مع فترات زمنية طويلة إلى أشهر.

خاتمة

فالعلم الذي خلف مواسم الإعصار هو مجال غني ومتطور يعتمد على علم المحيطات والفيزياء في الغلاف الجوي وعلم المناخ وعلم الحاسوب، وتُحدث عوامل رئيسية مثل درجة حرارة سطح البحر، وغطاء الرياح الرأسي، وسلسلة الرياح الموسمية، وتجمعات الينسو لتحديد مستوى النشاط في كل موسم، وتتوقع نماذج التنبؤات الحديثة، والنماذج غير المستقرة، وتتوقع وجود أعداد دقيقة من الناس.