دانشمندان امیدوارند که شدیدترین شرایط طوفان را تقلید کنند

بادها با سرعت بیش از 300 کیلومتر در ساعت زوزه می کشند و به خانه چوبی دو طبقه ضربه می زنند و سقف آن را از دیوارهایش جدا می کنند. سپس آب می آید. موجی به ارتفاع 6 متر این سازه را در بر می گیرد و خانه را از پایه می اندازد و آن را می شست.

این چشم انداز وحشتناک محققانی است که در حال برنامه ریزی یک مرکز پیشرفته جدید برای بازسازی ویرانی های ایجاد شده توسط قوی ترین طوفان های روی زمین هستند. در ماه ژانویه، بنیاد ملی علوم کمکی 12.8 میلیون دلاری به محققان اعطا کرد تا تأسیساتی را طراحی کنند که بتواند سرعت باد حداقل 290 کیلومتر در ساعت را شبیه‌سازی کند – و در عین حال می‌تواند موج‌های مرگبار و طوفانی را ایجاد کند.

هیچ تاسیساتی وجود ندارد که بتواند چنین باد و آب شدیدی را یک یا دو پانچ تولید کند. اما این ایده ای است که زمان آن فرا رسیده است – و نه یک لحظه خیلی زود.

ریچارد اولسون، محقق بلایای طبیعی، مدیر تحقیقات رویدادهای شدید در دانشگاه بین المللی فلوریدا، یا FIU، در میامی، می گوید: «این مسابقه ای با زمان است.

طوفان‌ها با تغییرات آب و هوایی ناشی از انسان بدتر می‌شوند: آنها بزرگ‌تر، مرطوب‌تر ، قوی‌تر و کندتر می‌شوند .  دانشمندان پیش بینی می کنند که فصل طوفان اقیانوس اطلس 2022، که از 1 ژوئن تا 30 نوامبر را در بر می گیرد. هفتمین فصل متوالی با طوفان های بیشتر از حد متوسط ​​خواهد بود.

 فصول اخیر با افزایش طوفان های به سرعت در حال تشدید مرتبط با گرم شدن آب های اقیانوس ها مشخص شده است.

به گفته محققان، انتظار می رود این روند با گرم شدن بیشتر زمین ادامه یابد. و جوامع ساحلی در سرتاسر جهان باید بدانند چگونه آماده شوند: چگونه سازه‌هایی – ساختمان‌ها، پل‌ها، جاده‌ها، سیستم‌های آب و انرژی – بسازند که در برابر چنین بادها و امواج تنبیهی مقاوم باشند.

برای کمک به این آمادگی ها، محققان FIU تیمی متشکل از مهندسان باد و سازه، مهندسان ساحل و اقیانوس، مدل سازان محاسباتی و کارشناسان انعطاف پذیری از سراسر ایالات متحده را رهبری می کنند تا بهترین روش شبیه سازی این غول ها را بیابند. 

یوانیس زیسیس، مهندس باد در FIU می‌گوید ترکیب باد شدید و موج‌های آب در یک تأسیسات، قلمروی ناشناخته است. زیسیس می گوید: «نیاز به فشار دادن پاکت وجود دارد. اما در مورد نحوه دقیق انجام آن، «پاسخ ساده است: ما نمی دانیم. این چیزی است که ما می خواهیم کشف کنیم.»

آماده شدن برای “دسته 6”

اینطور نیست که چنین طوفان های شدیدی روی زمین دیده نشده باشد. فقط در چند سال گذشته، طوفان‌های دوریان (2019) و ایرما (2017) در اقیانوس اطلس و ابر طوفان هایان (2013) در اقیانوس آرام طوفان‌هایی با سرعت باد بیش از 290 کیلومتر در ساعت به ارمغان آورده‌اند.

 چنین طوفان های فوق شدید گاهی اوقات به عنوان طوفان های “رده 6” نامیده می شوند، اگرچه این یک نام رسمی نیست.

اداره ملی اقیانوسی و جوی، یا NOAA، طوفان‌های اقیانوس اطلس و اقیانوس آرام شرقی را بر اساس سرعت باد و میزان خسارتی که این بادها ممکن است وارد کنند، در مقیاس 1 تا 5 ارزیابی می‌کند. هر رده تقریباً 30 کیلومتر در ساعت افزایش می یابد.  

طوفان های رده 1، با سرعت باد 119 تا 153 کیلومتر در ساعت، “مقداری آسیب” ایجاد می کنند، برخی از خطوط برق را خراب می کنند، درختان را فرو می ریزند و شاید زوناهای سقف یا دیوارهای وینیل را از خانه می کوبند. 

طوفان های رده 5، با بادهایی با سرعت 252 کیلومتر در ساعت، باعث “خسارت فاجعه بار” می شوند. ساختمان ها را با بولدوزر خراب می کنند و احتمالاً محله ها را برای هفته ها تا ماه ها غیرقابل سکونت می کنند.

اما 5 به همان اندازه ای است که در مقیاس رسمی می شود. پس از همه، چه چیزی می تواند ویرانگرتر از خسارت فاجعه بار باشد؟ این بدان معناست که حتی طوفان های هیولایی مانند طوفان دوریان در سال 2019 که باهاما را با سرعت باد نزدیک به 300 کیلومتر در ساعت مسطح کرد، همچنان در دسته 5 در نظر گرفته می شوند .

اولسون می‌گوید: «به‌طور دقیق، می‌دانم که [NOAA] نیازی به دسته ۶ نمی‌بیند. او می گوید، اما در برداشت عمومی تفاوت وجود دارد. “من آن را نوعی طوفان متفاوت می بینم، طوفانی که به سادگی ترسناک تر است.”

اولسون می‌گوید، جدای از برچسب‌ها، نیاز به آماده شدن برای این طوفان‌های قوی‌تر واضح است. او می‌گوید: «فکر نمی‌کنم کسی بخواهد 20 سال بعد توضیح دهد که چرا ما این کار را نکردیم. ما طبیعت را به چالش کشیده ایم. به بازپرداخت خوش آمدید.»

شبیه سازی ابر طوفان

FIU در حال حاضر میزبان دیوار باد است، یک شبیه‌ساز طوفان بزرگ که در یک آشیانه بزرگ قرار دارد که در یک انتهای آن توسط قوس ۱۲ فن زرد عظیم لنگر انداخته است.

 حتی در سرعت های کم باد – مثلاً در حدود 50 کیلومتر در ساعت – فن ها صدای بلند و ناراحت کننده ای تولید می کنند. در حالت انفجار کامل، این فن ها می توانند سرعت باد تا 252 کیلومتر در ساعت ایجاد کنند که معادل یک طوفان درجه پایین دسته 5 است.

در داخل، محققان آشیانه را با سازه هایی شبیه آسمان خراش ها، خانه ها و درختان یا اشکالی که نمایانگر برجستگی ها و فرورفتگی های سطح زمین هستند پر می کنند. 

مهندسان از سرتاسر جهان از این تاسیسات بازدید می‌کنند تا مقاومت ساخته‌های خود را در برابر باد آزمایش کنند. و شاهد ضربه زدن باد به طرح‌های سازه‌شان باشند.

این یکی از هشت تأسیسات در شبکه ملی آزمایشگاه‌هایی است که اثرات بالقوه خطرات باد، آب و زلزله را مطالعه می‌کنند

. که در مجموع به نام زیرساخت تحقیقات مهندسی مخاطرات طبیعی ایالات متحده یا NHERI نامیده می‌شود.

دیوار باد برای آزمایش باد در مقیاس کامل کل سازه ها طراحی شده است. ماشین بادی دیگری که در دانشگاه فلوریدا در گینزویل میزبانی شده است، می‌تواند رفتار آشفته بادها را درست در مرز بین جو و زمین بزرگنمایی کند. سپس مخازن امواج آب غول‌پیکر شبیه‌سازی سونامی و موج طوفان در دانشگاه ایالتی اورگان در کوروالیس هستند.

هدف این تاسیسات جدید بر روی شانه های این غول ها و همچنین سایر آزمایشگاه های آزمایشی در سراسر کشور است. پیش‌بینی می‌شود که فاز طراحی چهار سال طول بکشد، زیرا تیم به این فکر می‌کند که چگونه سرعت باد را افزایش دهد .

احتمالاً با فن‌های بیشتر یا قوی‌تر از دیوار باد – و چگونه می‌توان آن بادهای تندباد و مخازن آب عظیم را در یک واحد ترکیب کرد. فضای آزمایشی

فارست مسترز، مهندس باد در دانشگاه فلوریدا و رئیس تأسیسات NHERI آن مؤسسه، می‌گوید آزمایشگاه‌های موجود که باد و امواج را با هم مطالعه می‌کنند. هرچند در مقیاسی بسیار کوچک‌تر، می‌توانند بینشی از این جنبه از طراحی ارائه دهند.

این مرحله طراحی همچنین شامل ساخت یک نسخه کوچک شده از آزمایشگاه آینده به عنوان اثبات مفهوم است. ساخت این تاسیسات در مقیاس کامل به دور جدیدی از بودجه و چندین سال دیگر نیاز دارد.

رویکردهای گذشته برای مطالعه اثرات طوفان‌های باد شدید، تمایل دارند از یکی از سه رویکرد استفاده کنند: مشاهدات میدانی از پیامدهای یک طوفان معین. ایجاد امکانات آزمایشی برای ایجاد مجدد طوفان؛ و با استفاده از شبیه‌سازی‌های محاسباتی برای تجسم نحوه انجام این تأثیرات در مناطق جغرافیایی بزرگ.

 تریسی کیجوسکی کورئا، مهندس خطر بلایا در دانشگاه نوتردام در ایندیانا، می‌گوید هر یک از این رویکردها دارای نقاط قوت و محدودیت‌هایی هستند.

Kijewski-Correa می‌گوید: «در این مرکز، ما می‌خواهیم همه این روش‌ها را گرد هم بیاوریم» تا هرچه بیشتر به بازآفرینی آنچه مادر طبیعت می‌تواند انجام دهد نزدیک شویم.  

این یک مشکل مهندسی چالش برانگیز، اما هیجان انگیز است. مسترز می گوید: “شوق زیادی برای این امر در جامعه علمی گسترده تر وجود دارد.” “اگر ساخته شود، چیزی شبیه به آن وجود نخواهد داشت.”