بررسی چالش‌های ناشی از تغییرات اقلیمی که ایران با آن مواجه است!

به گزارش مجله خبری نگار/مردم سالاری آنلاین،هواشناسی یکی از بنیادی‌ترین شاخه‌های علوم زمین است که با مطالعه جو، پدیده‌های جوی و تغییرات اقلیمی سر و کار دارد. این علم نقش حیاتی در حفظ ایمنی انسان‌ها، برنامه‌ریزی‌های اقتصادی، کشاورزی، حمل و نقل و حتی سیاستگذاری‌های زیست محیطی ایفا می‌کند. روز جهانی هواشناسی که هر سال در تاریخ ۲۳ مارس (۳ فروردین) برگزار می‌شود، یادآور اهمیت تلاش‌های جهانی برای درک بهتر رفتار جو و سازگاری با تغییرات اقلیم است.

این روز به‌مناسبت تأسیس سازمان جهانی هواشناسی (WMO) در سال ۱۹۵۰ گرامی داشته می‌شود و فرصتی را فراهم می‌کند تا کشور‌ها دستاورد‌های علمی و فناورانه خود را در زمینه پیش‌بینی وضعیت هوا، پایش تغییرات اقلیمی و کاهش اثرات بلایای طبیعی بازتاب دهند.

در جهان امروز، داده‌های هواشناسی نه‌تنها برای پیش‌بینی باران یا دما، بلکه برای تصمیم‌گیری‌های کلان در زمینه امنیت غذایی، مدیریت منابع آب و مقابله با بحران‌های اقلیمی اهمیت فزاینده‌ای یافته‌اند. بنابراین، روز جهانی هواشناسی پاسداشت تلاش انسان برای شناخت نیرو‌های پویا و پیچیده طبیعت و ساخت آینده‌ای پایدارتر بر پایه علم و همکاری جهانی است.

با توجه به موقعیت کشور در کمربند عرض جغرافیایی میانی، تغییرات زیست محیطی چالش‌های قابل توجهی را برای ایران ایجاد می‌کند؛ بیش از ۸۲ درصد ایران به عنوان مناطق خشک و نیمه‌خشک طبقه‌بندی شده و بارش سالیانه آن کمتر از یک سوم میانگین جهانی است.

طبق گزارش مرکز پژوهش‌های مجلس، دمای هوا در ایران با میانگین ۵۰ تا ۵۴ درجه سانتی‌گراد در فصول گرم سال همچنان در حال افزایش است و گزارش‌های اخیر حاکی از آن است که منطقه خاورمیانه و ایران در دهه‌های آینده شاهد افزایش میانگین دمای ۲.۶ درجه سانتی‌گراد و کاهش ۳۵ درصدی بارندگی است. از این رو، تغییر اقلیم در ایران و خاورمیانه شدیدتر از مناطق دیگر جهان است. منطقه خاورمیانه و ایران در دهه‌های آینده شاهد افزایش میانگین دمای ۲.۶ درجه سانتی‌گراد و کاهش ۳۵ درصدی بارندگی است. از این رو، تغییر اقلیم در ایران و خاورمیانه شدیدتر از مناطق دیگر جهان است.

تجزیه و تحلیل تغییرات میانگین دمای سالیانه نشان می‌دهد که ایران در دوره آینده نزدیک (تا سال۲۰۴۰) با شتاب بیشتری گرم خواهد شد و یکی از پیامد‌های مستقیم این تغییرات اقلیمی، افزایش شاخص فرابنفش (UV) است. کاهش پوشش ابر و افزایش دمای هوا، باعث شده است که تابش اشعه‌های مضر خورشید به سطح زمین افزایش یابد.

خشکسالی، ریزگردها، سیلاب‌های ناگهانی، طوفان‌های ریزگرد و فرونشست‌های زمین تنها بخشی از پیامد‌ها و اثرات تغییرات اقلیمی است و این در حالی است که خیلی از کشور‌ها با چالش‌های فنی و زیرساختی مانند کمبود ایستگاه‌های هواشناسی، فرسودگی تجهیزات یا ضعف در سیستم‌های پردازش داده مواجه‌اند.

ایران در سال ۲۰۱۵ هشتمین تولیدکننده گاز‌های گلخانه‌ای در جهان بود و کمبود آب، طوفان‌های گرد و غبار و آلودگی هوا از جمله مسائل محیط زیستی مهم کشور است که اغلب ناشی از سوءمدیریت و همچنین مرتبط با تغییرات اقلیمی است.

این روند جهانی تغییر اقلیم و افزایش ردپای کربن موجب شد تا «روز جهانی هواشناسی» هر سال در ۲۳ مارس (۳ فروردین) برگزار شود. این روز به مناسبت تأسیس سازمان جهانی هواشناسی (WMO) در سال ۱۹۵۰ نامگذاری شده و فرصتی برای افزایش آگاهی عمومی درباره اهمیت هواشناسی و نقش آن در زندگی روزمره، ایمنی و توسعه پایدار است.

فناوری به کمک پایش‌های هواشناسی آمد

برای پایش و پیش‌بینی ریزگرد‌ها در سراسر جهان، از ترکیبی از فناوری‌های پیشرفته استفاده می‌شود. این فناوری‌ها به ما کمک می‌کنند تا منشأ، مسیر حرکت، شدت و زمان رسیدن گرد و غبار را تشخیص دهیم. یکی از مهمترین فناوری‌ها در این زمینه انواع مختلفی از ماهواره‌ها هستند.

ماهواره‌های سنجش از دور داده‌های ارزشمندی در طیف‌های مختلف نوری و فروسرخ جمع‌آوری می‌کنند. تصاویری که از ماهواره‌ها به دست می‌آید، به محققان امکان می‌دهد تا توده‌های گرد و غبار را در مقیاس وسیع مشاهده، مسیر حرکت آنها را دنبال کنند و حتی غلظت ذرات را تخمین بزنند. ماهواره‌هایی مانند MODIS، VIIRS، CALIPSO و MSG (Meteosat Second Generation) نقش مهمی در این زمینه دارند.

لیـدار فضایی نیز برای اندازه‌گیری پروفیل عمودی ذرات در جو استفاده می‌شود. این اطلاعات به تفکیک انواع ذرات مانند گرد و غبار، دود، یا برف و ارتفاع پراکندگی کمک می‌کند.

در کنار ماهواره‌ها، مدل‌های پیش‌بینی وضع هوا شرایط جوی آینده مانند باد، دما، رطوبت و بارش را بر اساس قوانین فیزیکی جو شبیه‌سازی می‌کنند.

رادار‌های هواشناسی نیز می‌توانند ذرات درشت‌تر موجود در جو را تشخیص دهند. اگرچه برای ریزگرد‌ها به تنهایی کارایی محدودی دارند، اما در ترکیب با داده‌های دیگر می‌توانند اطلاعاتی در مورد شدت بارش و پدیده‌های مرتبط با طوفان‌های گرد و غبار ارائه دهند.

هوش مصنوعی و یادگیری ماشین

با توسعه هوش مصنوعی، حالا محققان حوزه هواشناسی قادرند با بهره‌گیری از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای بهبود دقت پیش‌بینی‌ها، تشخیص الگو‌های پیچیده در داده‌های ماهواره‌ای و مدل‌ها و شناسایی مناطق مستعد وقوع طوفان‌های گرد و غبار استفاده کنند.

هوش مصنوعی می‌تواند برای پیش‌بینی‌های بسیار کوتاه‌مدت (چند ساعت آینده) بر اساس داده‌های آنی (real-time) ماهواره‌ای و زمینی به کار رود.

ترکیب این فناوری‌ها به سازمان‌های هواشناسی و محیط زیست در سراسر جهان امکان می‌دهد تا هشدار‌های به‌موقع صادر کنند، اثرات ریزگرد‌ها بر سلامت عمومی و فعالیت‌های اقتصادی را کاهش دهند و تحقیقات علمی خود را در این زمینه توسعه بخشند.

تلاش ایران برای توسعه فناوری‌های هواشناسی

در ایران نیز تلاش‌های قابل توجهی برای توسعه فناوری‌های مرتبط با پایش و پیش‌بینی ریزگرد‌ها صورت گرفته است. این تلاش‌ها عمدتاً بر استفاده از منابع داخلی و بومی‌سازی دانش فنی متمرکز بوده‌اند.

توسعه مدل‌های پیش‌بینی بومی اولین گام‌های کشور در زمینه توسعه فناوری‌های این حوزه است. سازمان هواشناسی ایران و مراکز تحقیقاتی دیگر، از مدل‌های پیشرفته هواشناسی مانند WRF (Weather Research and Forecasting) و نسخه شیمیایی آن WRF-Chem استفاده می‌کنند. این مدل‌ها با داده‌های ورودی منطقه‌ای و محلی کالیبره شده و برای پیش‌بینی شرایط جوی و انتقال آلاینده‌ها، از جمله گرد و غبار به کار گرفته می‌شوند.

پژوهشگران در دانشگاه‌ها و سازمان‌های تحقیقاتی، مدل‌های دیگری را نیز توسعه داده یا بومی‌سازی کرده‌اند که بر پیش‌بینی ریزگرد‌ها در مقیاس‌های کوچک‌تر (مانند یک استان یا منطقه خاص) تمرکز دارند.

در کنار آن پروژه‌های تحقیقاتی در دانشگاه‌های تهران، تربیت مدرس، صنعتی شریف و ... در زمینه منشأیابی گرد و غبار، مدل‌سازی انتقال، اثرات بهداشتی و ارائه راهکار‌های مقابله‌ای انجام شده‌اند. این پژوهشگران در حال توسعه الگوریتم‌های جدید برای بهبود دقت پیش‌بینی‌ها با استفاده از داده‌های موجود و تکنیک‌های هوش مصنوعی هستند.

شرکت‌های دانش‌بنیان در کنار محققان دانشگاهی نقش مهمی در توسعه و بومی‌سازی فناوری‌های مرتبط با پایش و پیش‌بینی ریزگرد‌ها ایفا کرده‌اند. این شرکت‌ها با تمرکز بر نوآوری و استفاده از دانش روز، دستاورد‌هایی در زمینه‌های مختلف داشته‌اند که به شرح زیر است:

نرم‌افزار‌های مدل‌سازی

برخی شرکت‌ها با استفاده از مدل‌های پیش‌بینی عددی (مانند WRF) و بومی‌سازی آنها، نرم‌افزار‌هایی را برای پیش‌بینی کوتاه‌مدت و میان‌مدت گرد و غبار ارائه کرده‌اند. این نرم‌افزار‌ها با دریافت داده‌های هواشناسی و تصاویر ماهواره‌ای، الگو‌های حرکت و غلظت ریزگرد‌ها را شبیه‌سازی می‌کنند.

سامانه‌های پایش آنلاین: شرکت‌های دانش‌بنیان موفق به توسعه سامانه‌های نرم‌افزاری شده‌اند که به صورت آنلاین و لحظه‌ای (real-time) داده‌های ایستگاه‌های سنجش کیفیت هوا و تصاویر ماهواره‌ای را دریافت، پردازش و تحلیل کرده و وضعیت آلودگی هوا و گرد و غبار را نمایش می‌دهند.

تولید سنسور‌ها و ایستگاه‌های سنجش کیفیت هوا

برخی شرکت‌ها در زمینه طراحی و تولید انواع سنسور‌های اندازه‌گیری ذرات معلق (PM۱۰ و PM۲.۵)، گاز‌های آلاینده و همچنین ساخت ایستگاه‌های کامل سنجش کیفیت هوا فعالیت می‌کنند. این تجهیزات با استاندارد‌های بین‌المللی مطابقت داشته و در پروژه‌های مختلف دولتی و خصوصی به کار گرفته شده‌اند.

* دستگاه‌های سنجش توزیع اندازه ذرات: تولید دستگاه‌هایی که قادر به تعیین توزیع اندازه ذرات ریز در هوا هستند، یکی دیگر از دستاورد‌های این شرکت‌هاست که برای تحقیقات علمی و پایش دقیق‌تر کاربرد دارد.

الگوریتم‌های پیش‌بینی مبتنی بر هوش مصنوعی

شرکت‌های دانش‌بنیان در حال توسعه الگوریتم‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی برای بهبود دقت پیش‌بینی‌های گرد و غبار با تحلیل داده‌های تاریخی، ماهواره‌ای و مدل‌های عددی هستند.

تحلیل داده‌های حجیم (Big Data):

این شرکت‌ها با بهره‌گیری از تکنیک‌های تحلیل داده‌های حجیم، به استخراج الگو‌ها و روابط پیچیده در داده‌های مربوط به ریزگرد‌ها می‌پردازند تا به درک بهتر پدیده و پیش‌بینی دقیق‌تر آن کمک کنند.

اپلیکیشن‌های موبایل و وب‌سایت‌های اطلاع‌رسانی

برخی شرکت‌ها اپلیکیشن‌های موبایل یا پلتفرم‌های آنلاینی را توسعه داده‌اند که اطلاعات کیفیت هوا و هشدار‌های مربوط به ریزگرد‌ها را به صورت کاربرپسند در اختیار عموم قرار می‌دهند.

سیستم‌های هشدار صنعتی

ارائه راهکار‌هایی برای هشدار به صنایع خاص (مانند کشاورزی، نیروگاه‌ها یا حمل و نقل) در مورد احتمال وقوع طوفان‌های گرد و غبار که می‌تواند بر فعالیت‌های آنها تأثیر بگذارد.

ارائه خدمات مشاوره‌ای

شرکت‌های دانش‌بنیان با بهره‌گیری از تخصص کارشناسان خود، خدمات مشاوره‌ای در زمینه ارزیابی ریسک گرد و غبار، مطالعات اثرات زیست‌محیطی و تدوین برنامه‌های مدیریتی برای مقابله با این پدیده به سازمان‌های دولتی و خصوصی ارائه می‌دهند.

حمایت از این شرکت‌ها و تقویت ارتباط بین صنعت و دانشگاه می‌تواند به تسریع روند توسعه و بومی‌سازی فناوری‌های مورد نیاز برای مقابله با چالش ریزگرد‌ها در ایران کمک شایانی کند.

شرکت‌های دانش‌بنیان دستاورد‌های قابل توجهی در بومی‌سازی و به‌کارگیری مدل‌های پیشرفته، توسعه شبکه‌های پایش و بهره‌گیری از هوش مصنوعی ارائه داده‌اند، با این حال نباید از چالش‌های پیش رو غافل شد. طوفان‌های ریزگرد که به دلیل تغییرات اقلیمی و عوامل انسانی تشدید شده‌اند، همچنان یکی از جدی‌ترین معضلات زیست‌محیطی، بهداشتی و اقتصادی کشور به شمار می‌روند. اگرچه مدل‌های پیش‌بینی و شبکه‌های پایش در ایران توانسته‌اند تا حدی به پیش‌بینی و هشدار در این زمینه کمک کنند، اما نیاز به دقت بالاتر، کاهش زمان پیش‌بینی (Nowcasting) و توسعه راهکار‌های جامع مدیریتی برای مقابله با کانون‌های داخلی و همکاری‌های مؤثر منطقه‌ای بیش از پیش احساس می‌شود.

در حوزه مدل‌های پیش‌بینی هواشناسی، ایران گام‌های مؤثری در جهت استفاده از مدل‌های جهانی و همچنین توسعه و بومی‌سازی مدل‌های منطقه‌ای برداشته است. بهره‌گیری از داده‌های ماهواره‌ای و ایستگاه‌های زمینی، در کنار به‌کارگیری الگوریتم‌های هوش مصنوعی، به ارتقاء دقت پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت و میان‌مدت کمک شایانی کرده است. با این وجود، چالش‌هایی نظیر نیاز به داده‌های با کیفیت‌تر و یکپارچه‌تر، ارتقاء توان محاسباتی، و توسعه مدل‌های تخصصی برای پدیده‌های پیچیده (مانند پیش‌بینی دقیق بارش در مناطق کوهستانی یا پیش‌بینی‌های محلی) همچنان پابرجا هستند.

بررسی‌ها نشان می‌دهد که توسعه فناوری‌های هواشناسی در ایران، با وجود تمامی دستاوردها، مسیری مستمر و نیازمند سرمایه‌گذاری پایدار، حمایت از نوآوری و شرکت‌های دانش‌بنیان و تقویت همکاری‌های علمی و بین‌المللی است. تاب‌آوری کشور در برابر چالش‌های اقلیمی، از جمله ریزگرد‌ها و مدیریت بهینه منابع آبی، به طور مستقیم به توانمندی‌های ما در حوزه هواشناسی و پیش‌بینی وابسته است. لذا، ادامه روند توسعه و ارتقاء این فناوری‌ها، نه تنها یک ضرورت علمی، بلکه یک الزام حیاتی برای تضمین توسعه پایدار و حفظ سلامت جامعه و محیط زیست در ایران است.