28 مارس 2022 -توسط RIKEN
شکل 1. فضای فاز مدل سه متغیری لورنز. (الف) جذب کننده پروانه لورنز از NR بدون کنترل؛ (ب) NR تحت کنترل (D=0.05، T=⌈4T0⌉). هر نقطه هر مرحله زمانی را برای 8000 مرحله نشان می دهد. اعتبار: فرآیندهای غیرخطی در ژئوفیزیک (2022). DOI: 10.5194/npg-29-133-2022
تحت پروژه‌ای که توسط مرکز علوم محاسباتی RIKEN رهبری می‌شود، محققان از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای استفاده کرده‌اند تا نشان دهند که پدیده‌های آب‌وهوایی مانند باران‌های ناگهانی به طور بالقوه می‌توانند با انجام تنظیمات کوچک برای متغیرهای خاص در سیستم آب‌وهوا اصلاح شوند. آنها این کار را با بهره گیری از سیستمی انجام دادند که در نظریه آشوب به عنوان “جذب پروانه” شناخته می شود، که در آن یک سیستم می تواند یکی از دو حالت را داشته باشد – مانند بال های یک پروانه – و تغییرات کوچک در شرایط خاص بسته به اینکه بین دو حالت به عقب و جلو می رود.
در حالی که پیش‌بینی‌های آب و هوایی به لطف روش‌هایی مانند شبیه‌سازی‌های مبتنی بر ابر رایانه و شبیه‌سازی داده‌ها، که در آن داده‌های رصدی در شبیه‌سازی‌ها گنجانده می‌شود، به سطوح بالایی از دقت رسیده‌اند، دانشمندان مدت‌ها امیدوار بودند که بتوانند آب و هوا را کنترل کنند. تحقیقات در این منطقه به دلیل تغییرات آب و هوایی تشدید شده است که منجر به رویدادهای شدید آب و هوایی مانند باران سیل آسا و طوفان شده است.
در حال حاضر روش هایی برای اصلاح آب و هوا وجود دارد، اما موفقیت محدودی داشته اند. ایجاد تغییر در جو برای بارش باران نشان داده شده است، اما تنها زمانی ممکن است که جو از قبل در حالتی باشد که ممکن است باران ببارد. پروژه‌های مهندسی زمین پیش‌بینی شده‌اند، اما به دلیل نگرانی‌ها در مورد تأثیرات بلندمدت پیش‌بینی نشده‌ای که ممکن است داشته باشند، انجام نشده‌اند.
به عنوان یک رویکرد امیدوارکننده، محققان تیم RIKEN به نظریه آشوب برای ایجاد امکانات واقعی برای کاهش رویدادهای آب و هوایی مانند باران سیل آسا نگاه کرده اند. به طور خاص، آنها بر روی پدیده ای به نام جذب کننده پروانه ای تمرکز کرده اند که توسط ریاضیدان و هواشناس، ادوارد لورنتس، یکی از بنیانگذاران نظریه آشوب مدرن، پیشنهاد شده است. اساساً، این به سیستمی اشاره دارد که می‌تواند یکی از دو مداری را که شبیه بال‌های یک پروانه هستند، اتخاذ کند، اما می‌تواند مدارها را به‌طور تصادفی بر اساس نوسانات کوچک در سیستم تغییر دهد.
برای انجام کار، تیم RIKEN یک شبیه‌سازی آب‌وهوا را اجرا کرد تا به عنوان کنترل خود «طبیعت» عمل کند، و سپس شبیه‌سازی‌های دیگری را با استفاده از تغییرات کوچک در تعدادی از متغیرها که همرفت (نحوه حرکت گرما در سیستم) را توصیف می‌کنند، اجرا کردند. کشف کرد که تغییرات کوچک در چندین متغیر با هم می تواند منجر به این شود که سیستم پس از سپری شدن مدت زمان معینی در وضعیت خاصی قرار گیرد.
به گفته تاکماسا میوشی از مرکز علوم محاسباتی RIKEN، که رهبری تیم را بر عهده داشت، “این راه را برای تحقیق در مورد کنترل پذیری آب و هوا باز می کند و می تواند منجر به فناوری کنترل آب و هوا شود. در صورت تحقق، این تحقیق می تواند به ما در جلوگیری و کاهش طوفان های شدید و باران های سیل آسا و طوفان ها که خطرات آنها با تغییرات آب و هوایی در حال افزایش است.”
او ادامه می دهد: «ما یک نظریه و روش جدید برای مطالعه کنترل پذیری آب و هوا ساخته ایم. بر اساس آزمایش‌های شبیه‌سازی سیستم مشاهده‌ای که در مطالعات پیش‌بینی‌پذیری قبلی استفاده شده بود، ما توانستیم آزمایشی را برای بررسی قابلیت پیش‌بینی بر اساس این فرض طراحی کنیم که مقادیر واقعی (طبیعت) قابل تغییر نیستند، بلکه می‌توانیم ایده آنچه را که می‌توان تغییر داد. تغییر کند (شئی که باید کنترل شود).”
او با نگاهی به آینده می‌گوید: «در این مورد ما از یک مدل ایده‌آل کم‌بعدی برای توسعه یک نظریه جدید استفاده کردیم و در آینده قصد داریم از مدل‌های واقعی آب‌وهوا برای مطالعه قابلیت کنترل آب‌وهوا استفاده کنیم.»
این کار که در Nonlinear Processes in Geophysics منتشر شده است، به عنوان بخشی از برنامه هزاره تحقیق و توسعه Moonshot انجام شد .
