«رودخانه‌های جوّی» دالان‌هایی هستند که رطوبت را به دور از نواحی گرمسیری انتقال می‌دهند. تشکیل این رودخانه‌ها ممکن است در برخی موارد به ساختارهای همدوسی مربوط باشد که در الگوهای بادیِ بزرگ‌مقیاس دیده می‌شوند؛ تیمی از دانش‌مندان در اسپانیا و سوئیس به این نتیجه دست یافته‌اند. این پژوهش‌گران معتقدند که کار آن به بهبود تشخیص و طبقه‌بندی رودخانه‌های جوّی می‌انجامد و به پیش‌بینی بهتر شرایط  آب‌وهوایی کمک خواهد کرد.

حرکت بخار آب از نواحی گرمسیری به عرض‌های جغرافیایی بالاتر فرآیندی متناوب است که با رطوبت  ۹۰٪ و به شکل رودخانه‌های جوّی رخ می‌دهد. این رودخانه‌ها دالان‌های باریکی از رطوبت هستند. هر دالان معمولاً چند هزار کیلومتر درازا دارد اما تنها از ۴۰۰ تا ۶۰۰ کیلومتر پهنا برخوردار است که اغلب٬ آبِ بیشتری از رود آمازون را با خود حمل می‌کند. در هر زمانِ مشخص چهار تا پنج رودخانه در هر نیمکره وجود دارند. یک مثال معروف از این رودخانه‌ها « Pineapple Express» است که رطوبت را از هاوایی به ساحل غربیِ آمریکای جنوبی انتقال می‌دهد.

وقتی چنان رودخانه‌ای به زمین برسد بارش حاصل شده از آن بسیار شدید بوده و بزرگترین سیل‌های قابل اندازه‌گیری را رقم خواهد زد. هرچند این رودخانه‌های جوی٬ هم بر فعالیت‌های انسانی و هم بر چرخه‌ی آب و هوای زمین اثر دارد اما با این حال تشکیل این ساختارها چنان خوب درک نشده است.

استخوان‌بندی دینامیکی

اخیراً مفهوم ساختارهای همدوسِ لاگرانژینی به عنوان راهی برای کاوش چگونگی انتقال در درون جریان‌های شاره‌ایِ بزرگ‌مقیاس ظهور کرده است. این ساختارها سطوح مجزایی از مسیرها در یک جریان هستند و اسکلتِ سیستم‌های دینامیکیِ بزرگ‌تر را تشکیل می‌دهند. این ساختارها به میزان کافی دوام می‌آورند تا مناطق مجزایی از سیال (هریک با ویژگی‌های انتقالی متمایز از هم) را تشکیل دهند. مطالعه‌ی این ساختارها درک ما را از تنوعِ شارش سیال‌ها گسترش می‌دهد که ابرهایی از خاکستر آتشفشانی٬ شکوفه‌هایی از پلانکتون‌ها و نشتِ نفت‌های دریایی از آن دسته‌اند.

ویسنته پرز-مونزوری (Vicente Pérez-Muñuzuri) از اعضای این تیم که فیزیک‌پیشه‌ای از دانشگاه سانتیاگو د کامپوستلا هست می‌گوید: «با توجه به اینکه رودخانه‌های جوّی بر روی اقیانوس‌های اطلس و آرام به شکل رشته‌های همدوسی از بخار آب ظاهر می‌شوند و تا یک هفته دوام می‌آورند و اینکه معلوم شده که ساختارهای همدوس لاگرانژینی تشکیل دیگر جریان‌های ژئوفیزیکی را توضیح می‌دهند٬ اما سوال اینجاست که ساختارهای همدوس لاگرانژینی چگونه ممکن است نقشی را در تشکیل رودخانه‌های جوّی بازی کنند».

برای آن‌که این ایده در معرض آزمون قرار بگیرد پرز-مونزوری و همکارانش داده‌هایی را بر روی سرعت باد و شار بخار آب در رودخانه‌های جوّی که بر روی اقیانوس اطلس از کارائیب به سوی شبه جزیره ایبری در حال حرکت‌ است را مطالعه کرده‌اند. این داده‌ها با پیش‌بینی‌های ناشی از یک مدل رایانه‌ای که حرکت هزاران ذرات هوا را شبیه‌سازی می‌کنند٬ مقایسه شده است.

نتایج بدست آمده نشان از شباهت نزدیکی بین ساختارهای همدوس لاگرانژینی تشکیل شده در شبیه‌سازی‌ها و الگوهای رودخانه‌های جوّی دارد که در طول اقیانوس اطلس در ماه‌های فصل زمستان تشکیل می‌شوند. به گفته‌ی پرز-مونزوری: «ساختارهای همدوس لاگرانژینی همچون داربست‌های موقت هستند که رودخانه‌های جوّی حول آن رشد یافته و طولانی‌تر می‌شوند». این‌کار با میدان‌های بادی صورت می‌گیرد که جت‌های رشته‌ای و برشی را تشکیل داده و بعنوان یک سد انتقالی عمل می‌کنند و مناطق قوی و ضعیف جریان‌های رطوبت را از هم جدا می‌سازند.

در مقابل٬ ساختارهای همدوس لاگرانژینی که متناسب با رودخانه‌های جوّی کوتاه‌تر و با عمر کوتاه (که معمولاً در تابستان تشکیل می‌شود) یافت نشده است. پژوهش‌گران پیشنهاد می‌دهند در این رودخانه‌ها تعادل بخار-آب می‌تواند تحت سلطه‌ی منابع محلی قرار گیرد. آن‌طور که دانیال گاروبا (Daniel Garaboa) از اعضای این تیم توضیح می‌دهد٬ بادهای قدرتمند و با ثبات بیشتر که در زمستان رخ می‌دهند به الگوهای انتقال رطوبت همگن‌تری می‌انجامند.

به گفته‌ی بین جوآن (Bin Guan) که یک فیزیک‌دان آب‌وهوا در آزمایشگاه پیشرانش جت سازمان ناسا در کالیفرنیاست و در این پژوهش دخیل نبوده: «این کارِ جدید تاثیرات مهمی بر تعریف و آشکارسازیِ رودخانه‌های جوّی دارد». آن‌گونه که او توضیح می‌دهد٬ رودخانه‌های جوّی می‌توانند شکل‌ها و بارهای رطوبتی مختلف داشته باشند. پیش‌ترها چالش اصلی٬ توسعه‌ی معیارهای جهانی برای تعریف این ویژگی‌ها بوده است. درک بهتر از چگونگی تشکیل این رودخانه‌ها (و طبقه‌بندی انواع آن‌ها) ممکن است به پیش‌بینی اینکه کدام نوع از آن‌ها به شرایط شدید آب‌وهوایی میانجامد کمک کند.

این مطالعه در مجله Chaos توصیف شده است.      

درباره‌ی نویسنده:

ایان راندال (Ian Randall) نویسنده‌ای علمی از نیوزیلند است.

منبع:

New study could help predict floods caused by atmospheric rivers