دو توفان دوقلو بر فراز اقیانوس آرام و سپر نامرئی هاوایی

تصویری که یک دهه پیش ثبت شد

در ۲۹ اوت ۲۰۱۶، ماهواره هواشناسی سویمی NPP (Suomi NPP) در حال عبور از فراز اقیانوس آرام تصویری ثبت کرد که همچنان یکی از جالب‌ترین تصاویر هواشناسی به شمار می‌آید. دو توفان بزرگ به نام‌های مادلین (Madeline) در سمت چپ و لستر (Lester) در سمت راست، در فاصله‌ای نه‌چندان دور از یکدیگر قرار داشتند و چیدمان ابرهای پیرامون چشم آن‌ها چنان متقارن بود که پیکره‌ای شبیه یک چهره رنگ‌پریده را به ذهن می‌آورد؛ چهره‌ای که گویی به فضا خیره شده است. این تصویر تنها یک عکس چشم‌نواز نیست؛ سندی از فیزیک جوّ زمین و یادآور پیچیدگی سامانه‌های آب‌وهوایی است.

توفان گرمسیری چگونه زاده می‌شود

توفان گرمسیری (tropical cyclone) یک ماشین گرمایی غول‌پیکر است که سوخت آن را آب گرم دریا تأمین می‌کند. برای شکل‌گیری چنین سامانه‌ای معمولاً دمای سطح دریا باید دست‌کم حدود ۲۶٫۵ درجه سلسیوس باشد. هوای گرم و مرطوب از سطح اقیانوس بالا می‌رود، سپس سرد می‌شود و بخار آب درون آن میعان می‌یابد. در این فرایند مقدار زیادی گرمای نهان (latent heat) آزاد می‌شود که هوای پیرامون را گرم‌تر می‌کند و آن را به بالا رفتن بیشتر وامی‌دارد. این چرخه بازخوردی مثبت، فشار هوا را در مرکز سامانه کاهش می‌دهد و بادهای شدید را به سمت مرکز می‌کشاند.

نکته مهم آن است که این حرکت رو به بالا باید بچرخد. عامل این چرخش، نیروی کوریولیس (Coriolis force) است؛ همان اثری که از چرخش زمین برآمده و اجسام متحرک را در نیم‌کره شمالی به راست و در نیم‌کره جنوبی به چپ می‌رانَد. به همین دلیل توفان‌ها درست روی خط استوا شکل نمی‌گیرند، زیرا در آن نواحی نیروی کوریولیس بسیار ناچیز است. توفان‌های اقیانوس آرام شمال‌شرقی، از جمله مادلین و لستر، در نیم‌کره شمالی خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخند.

چشم توفان و دیواره آن

مشخصه‌ای که در تصویر ماهواره‌ای بیش از همه جلب توجه می‌کند، چشم توفان (eye) است؛ ناحیه‌ای نسبتاً آرام و کم‌ابر در مرکز سامانه. در مرکز توفان هوای خشک از لایه‌های بالایی به پایین فرو می‌کشد و ابر را کنار می‌زند، بنابراین در چشم توفان آسمان می‌تواند صاف باشد، در حالی که چند کیلومتر آن‌سوتر طوفانی مرگبار برپاست. بلافاصله پیرامون چشم، دیواره چشم (eyewall) قرار دارد که شدیدترین بادها و سنگین‌ترین بارش‌ها در آن رخ می‌دهد.

هرچه اختلاف فشار میان مرکز و پیرامون بیشتر شود، سرعت باد بیشتر می‌شود. هواشناسان شدت توفان‌ها را با مقیاس سافیر-سیمپسون (Saffir-Simpson scale) می‌سنجند که از رده یک تا پنج گسترده است. مادلین در ۳۰ اوت ۲۰۱۶ به رده چهار رسید و بادهایی نزدیک به ۲۱۰ کیلومتر بر ساعت پدید آورد. لستر نیز در نخستین روز سپتامبر به‌طور کوتاه به رده چهار رسید، اما به‌سرعت تضعیف شد و به رده سه بازگشت.

دو توفان، یک مسیر

در روز ثبت تصویر، مادلین کمتر از ۶۵۰ کیلومتر و لستر حدود ۱۴۵۰ کیلومتر از جزیره بزرگ هاوایی (Big Island) فاصله داشتند و هر دو کم‌وبیش در یک مسیر حرکت می‌کردند. مرکز ملی توفان‌های اقیانوس آرام هشدار توفان برای ایالت هاوایی صادر کرد و اعلام شد که مادلین به‌شکل خطرناکی از نزدیکی جزیره بزرگ عبور خواهد کرد. با این حال هیچ‌یک از دو سامانه به خشکی نرسید؛ مادلین در ۳۱ اوت از جنوب هاوایی گذشت، در حالی که به رده یک تنزل یافته بود، و لستر در ۲ سپتامبر از شمال جزیره بزرگ و در فاصله حدود ۲۱۰ کیلومتری هونولولو گذشت و سپس به‌شدت به سمت شمال چرخید و فروکش کرد. با وجود این، بادهای شدید، بارش سنگین و موج‌های بلند، خسارت‌هایی در ایالت به بار آوردند.

درخشش خورشیدی؛ چرا جزیره دیده نمی‌شود

در سمت چپ این تصویر، جزیره بزرگ هاوایی عملاً نامرئی است. علت آن پدیده‌ای است به نام درخشش خورشیدی (sunglint)؛ یعنی بازتاب نور خورشید از سطح آب در زاویه‌ای که به چشم یا سنسور ماهواره می‌رسد. در چنین وضعیتی، سطح دریا همچون آینه‌ای عمل می‌کند و روشن‌تر از خشکی دیده می‌شود. همین اثر به دانشمندان کمک می‌کند تا ناهمواری‌های سطح دریا، لایه‌های نازک روغن، تلاطم آب و حتی شدت باد سطحی را بهتر تشخیص دهند.

سپر نامرئی هاوایی

اینکه هر دو توفان درست پیش از رسیدن به جزایر تغییر مسیر دادند، تصادفی محض نیست. هاوایی در میانه کمربندی قرار دارد که بیشتر توفان‌های اقیانوس آرام در آن شکل می‌گیرند، اما به‌طرز شگفت‌آوری از برخورد مستقیم آن‌ها در امان مانده است. دو عامل اصلی این محافظت را توضیح می‌دهد. نخست، منطقه‌ای تقریباً همیشگی از فشار هوای زیاد در سمت شرق جزایر قرار دارد؛ همان سمتی که بیشتر توفان‌ها از آن‌جا می‌آیند. این پشته پرفشار مانند سدی نامرئی مسیر توفان را منحرف می‌کند. دوم، بادهای قوی‌ای که اغلب به سمت شرق از روی جزایر می‌وزند و جریان توفان را کنار می‌زنند. حاصل این دو عامل، سپری است که سامانه‌ها را وادار می‌کند جزایر را دور بزنند.

البته این سپر ضمانت ابدی نیست. در سال‌های اخیر دو توفان به نام‌های لاوول (Lowell) و لالا (Lala) به‌طور غیرمعمولی از نزدیکی جزیره کائوآی گذشتند و به خطوط برق، قایق‌ها و زیرساخت‌های ساحلی آسیب زدند. پژوهشگران بخشی از این تغییر رفتار را به ال‌نینوی قوی نسبت می‌دهند؛ پدیده‌ای که بادهای تجارتی (trade winds) را تضعیف می‌کند، آب سطحی اقیانوس آرام مرکزی و شرقی را گرم‌تر می‌سازد و دمای سطح دریا را به رکوردهای تازه می‌رساند.

ال‌نینو، گرمایش جهانی و آینده توفان‌ها

ال‌نینو (El Niño) بخشی از یک نوسان طبیعی بزرگ در سامانه اقیانوس-جو است. هنگام ال‌نینو، آب گرم سطحی از غرب اقیانوس آرام به سمت شرق جابه‌جا می‌شود و همین جابه‌جایی، الگوی بادها و بارش را در سراسر کره زمین تغییر می‌دهد. آب گرم‌تر به‌معنای سوخت بیشتر برای توفان‌ها است و می‌تواند مسیر آن‌ها را نیز به سمت جزایری بکشاند که پیش‌تر در حاشیه امن قرار داشتند.

در کنار این نوسان طبیعی، گرمایش جهانی ناشی از فعالیت انسان نیز در حال تغییر شرایط است. افزایش دمای سطح دریاها، مقدار بخار آب موجود در جو را بالا می‌برد و این بخار، سوخت اصلی توفان است. نتیجه این است که احتمال بارش‌های سیل‌آسا و توفان‌های بسیار شدید بیشتر می‌شود، هرچند ممکن است فراوانی کل توفان‌ها تغییر چشمگیری نکند. همچنین جابه‌جایی الگوهای باد می‌تواند مسیر حرکت توفان‌ها را به عرض‌های بالاتر یا مناطق پرجمعیت‌تر بکشاند.

چرا این تصویر اهمیت دارد

تصویر دو توفان دوقلو تنها یک عکس جذاب از فضا نیست؛ نمونه‌ای روشن از این حقیقت است که جو زمین یک سامانه به‌هم‌پیوسته است. گرمای پنهان در آب دریا، نیروی کوریولیس ناشی از چرخش زمین، پشته‌های پرفشار و بادهای تجارتی، همه در کنار هم تعیین می‌کنند که یک توفان کجا زاده شود، به کدام سو برود و کجا بمیرد. درک این زنجیره، پیش‌بینی دقیق‌تر را ممکن می‌سازد و پیش‌بینی دقیق‌تر، به‌معنای زمان بیشتر برای آماده‌سازی و نجات جان انسان‌ها است.

برای دانشجویان علوم زمین، درس بزرگ این تصویر آن است که اقلیم و آب‌وهوا را نمی‌توان با نگاه به یک نقطه فهمید. باید به‌طور همزمان به دمای اقیانوس، الگوهای فشار جو و موقعیت جغرافیایی نگریست. هاوایی سال‌ها از برخورد مستقیم توفان‌ها گریخته است؛ اما این شانس نتیجه تعادل ظریفی در سامانه اقلیمی است و تعادل‌هایی از این دست، با گرم‌تر شدن سیاره، شکننده‌تر می‌شوند.