हवामान अंदाजाची कला आणि शास्त्र

ब्रिटनच्या सावध राहा! लेखकाकडून

ऑक्टोबर १५, १९८७ रोजी एका स्त्रीने ब्रिटनच्या एका टीव्ही केंद्राशी दूरध्वनीने संपर्क करून, वादळ येणार असे आपण ऐकले असल्याची माहिती दिली. दूरदर्शन केंद्रातील हवामान अंदाज देणाऱ्‍याने मात्र दर्शकांना अशी खात्री दिली: “काळजी करू नका. वादळ येण्याचा संभव नाही.” पण त्याच रात्री एका मोठ्या वादळाने दक्षिण इंग्लंडला झोडपून काढले. या वादळात दीड कोटी झाडे उन्मळून पडली, १९ जण मृत्यूमुखी पडले आणि जवळजवळ १४० कोटी डॉलर्सचे नुकसान झाले.

दररोज सकाळी, लाखो लोक न चुकता हवामानाचा अंदाज ऐकण्यासाठी रेडिओ व टीव्ही लावतात. आकाश ढगाळ आहे, म्हणजे पाऊस येणार का? सकाळी लवकरच पडलेले ऊन दिवसभर टिकेल का? तापमानात वाढ झाल्यामुळे बर्फ वितळू लागेल का? हवामानाचा अंदाज ऐकल्यावर आपण कोणते कपडे घालावेत, बाहेर जाताना सोबत छत्री न्यावी का, वगैरे ठरवतो.

पण बऱ्‍याचदा हवामानखात्याचे अंदाज सपशेल खोटे निघतात. अलीकडील वर्षांत हवामान अंदाजांची अचूकता लक्षणीय प्रमाणात वाढली आहे; तरीसुद्धा हवामानाचा अंदाज वर्तवणे ही एक गुंतागुंतीची कला व शास्त्र आहे आणि प्रत्येक वेळेस हे अंदाज खरे ठरतीलच असे म्हणता येत नाही. पण हवामानाचा अंदाज वर्तवण्यात काय समाविष्ट आहे आणि हवामानाच्या अंदाजांवर आपण कितपत विश्‍वास ठेवू शकतो? या प्रश्‍नांच्या उत्तरांसाठी हवामान अंदाजाचे शास्त्र कसे विकसित झाले हे पाहू या.

हवामानाचे मापन

बायबलच्या काळात, केवळ डोळ्यांना दिसणाऱ्‍या गोष्टींवरून हवामानाचे अंदाज वर्तवले जायचे. (मत्तय १६:२, ३) आज मात्र हवामानतज्ज्ञांजवळ अनेक अत्याधुनिक उपकरणे उपलब्ध आहेत. यातील सर्वात मूलभूत उपकरणे हवेचा दाब, तापमान, आर्द्रता आणि वाऱ्‍यांचे मापन करण्यासाठी वापरली जातात.

इटलीचे भौतिकशास्त्रज्ञ इव्हान्जेलिस्टा टोरीसेली यांनी १६४३ साली हवेचा दाब मापणाऱ्‍या एका साध्या यंत्राचा अर्थात वायूदाबमापकाचा शोध लावला. लवकरच असे लक्षात आले की हवामानात जसजसे बदल होतात तसतसा हवेतील दाबही चढतो व उतरतो; सहसा दाबात घट झाल्यास वादळ येण्याचा संभव असतो. वातावरणातील आर्द्रतेचे मापन करणारे यंत्र अर्थात आर्द्रतामापक १६६४ साली तयार करण्यात आले. मग १७१४ साली जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ डॅनियल फॅरनहाइट यांनी पाऱ्‍याचा तापमापक शोधून काढला. या उपकरणाच्या साहाय्याने अचूक तापमान मोजणे शक्य झाले.

फ्रेंच वैज्ञानिक आँत्वान-लॉरेन लव्हॉइसियर यांनी १७६५ च्या सुमारास असे सुचवले की दररोज हवेतील दाब, आर्द्रता, वाऱ्‍याचा वेग आणि दिशा यांचे निरीक्षण करून त्याची नोंद केली जावी. त्यांचे असे म्हणणे होते की “या सर्व माहितीच्या आधारावर एकदोन दिवसांआधीच, बऱ्‍यापैकी अचूक हवामानाचा अंदाज वर्तवणे जवळजवळ प्रत्येक वेळी शक्य आहे.” पण वाटते तितके हे सोपे नव्हते.

हवामानाचा वेध

१८५४ साली बालाक्लावाच्या क्रिमियन बंदरापासून काही अंतरावर आलेल्या एका उग्र वादळात एक फ्रेंच युद्धनौका आणि ३८ व्यापारी जहाजे बुडाली. फ्रेंच अधिकाऱ्‍यांनी पॅरिस वेधशाळेचे संचालक उर्बेन-झाँ-जोसेफ लव्हेर्ये यांना चौकशी करण्यास नेमले. हवामानाच्या अभिलेखांचे परीक्षण केल्यावर त्यांना असे दिसून आले की हे संकट येण्याच्या दोन दिवसांआधीच  हे वादळ निर्माण झाले होते आणि युरोपमध्ये वायव्येकडून आग्नेय दिशेने घोंघावत आले होते. वादळांचा मागोवा घेण्याची व्यवस्था असती तर त्या जहाजांना आगाऊ सूचना देता आली असती. या घटनेनंतर फ्रान्समध्ये वादळांची पूर्वसूचना देण्याची राष्ट्रीय यंत्रणा सुरू करण्यात आली. अशारितीने आधुनिक हवामानशास्राचा जन्म झाला.

पण वैज्ञानिकांना जगातील इतर ठिकाणच्या हवामानाच्या परिस्थितीची माहिती अत्यंत वेगाने प्रसारित करण्याची पद्धत शोधून काढण्याची गरज होती. आणि यासाठी सॅम्युएल मोर्स यांनी त्याच दरम्यान शोध लावलेली बिनतारी संदेशांची व्यवस्था अत्यंत उपयोगी ठरली. या व्यवस्थेच्या साहाय्याने पॅरिस वेधशाळेने १८६३ साली आधुनिक प्रकारचे पहिलेवहिले हवामान नकाशे प्रकाशित करण्यास सुरवात केली. १८७२ साली ब्रिटनच्या हवामानखात्यानेही असे करण्यास सुरवात केली होती.

हवामानतज्ज्ञांना जितकी अधिक माहिती मिळत गेली तितकेच त्यांच्या लक्षात आले की हवामानाचे शास्त्र अत्यंत गुंतागुंतीचे आहे. हवामान नकाशांतून अतिरिक्‍त माहिती प्रसारित करता यावी म्हणून अधिक स्पष्ट माहिती देण्याची नवीन पद्धत शोधून काढण्यात आली. उदाहरणार्थ, वायूदाबमापकानुसार सारखा दाब असलेल्या दोन ठिकाणांना जोडण्यासाठी समदाबरेषांचा उपयोग केला जातो. तसेच समान तापमान असलेल्या ठिकाणांना जोडण्यासाठी समतापरेषांचा उपयोग केला जातो. हवामान नकाशांत वाऱ्‍याची दिशा व जोर दाखवण्यासाठी विशिष्ट चिन्हे वापरली जातात; तसेच, रेषांच्या साहाय्याने उष्ण व शीत हवेचे दोन वेगळे पुंज मिळतात ती ठिकाणे दाखवली जातात.

बरीच अत्याधुनिक उपकरणे आता निघाली आहेत. आजकाल सबंध जगातील अनेक हवामान केंद्रांतून रेडिओसाँड्‌स हे उपकरण लावलेले फुगे हवेत सोडले जातात; या उपकरणाच्या साहाय्याने वातावरणीय परिस्थितीचे मापन करून ती माहिती रेडिओद्वारे हवामान केंद्राला प्रसारित केली जाते. रडार यंत्रणेचाही उपयोग केला जातो. ढगांतील मेघकणांकडून आणि बर्फकणांकडून परावर्तित होणाऱ्‍या रेडिओ तरंगांद्वारे हवामानतज्ज्ञ वादळाच्या मार्गाचा वेध घेऊ शकतात.

अचूक हवामान निरीक्षणात १९६० साली एक लक्षणीय प्रगती झाली. या वर्षी, टीव्ही कॅमेरा जोडलेल्या टायरोस १ नावाच्या पहिल्या हवामान उपग्रहाने आकाशात झेप घेतली. आज एका ध्रुवापासून दुसऱ्‍या ध्रुवापर्यंत पृथ्वीच्या भोवती अनेक हवामान उपग्रह फिरत आहेत. तर काही भूस्थिर उपग्रह पृथ्वीच्या कोणत्याही एका भागावर अवकाशात स्थिर राहून त्या विशिष्ट भागाचे सतत निरीक्षण करत राहतात. ही दोन्ही प्रकारचे उपग्रह, वरतून पाहिलेली हवामानाची चित्रे खाली पृथ्वीवर प्रसारित करतात.

हवामानाचे अंदाज वर्तवणे

सध्या हवामान कसे आहे हे अचूकपणे जाणून घेणे फारसे कठीण नाही. पण एका तासानंतर, चोवीस तासांनंतर किंवा सात दिवसांनंतर हवामान कसे असेल हे वर्तवणे वेगळे आहे. पहिल्या महायुद्धानंतर काही काळातच ल्युइस रिचर्डसन यांच्या लक्षात आले की ज्याअर्थी वातावरणात भौतिकशास्त्राच्या नियमांनुसार बदल होतात त्याअर्थी हवामानाचा अंदाज वर्तवण्यासाठी गणितशास्त्राचा उपयोग करता येईल. पण यासाठी वापरावे लागणारे सूत्र इतके  गुंतागुंतीचे आणि ही गणिते सोडवण्याच्या पद्धती इतक्या वेळखाऊ होत्या की हवामानतज्ज्ञांची गणिते सुटण्याआधीच हवामानाच्या आघाड्या बदललेल्या असायच्या. शिवाय, रिचर्डसन दर सहा तासांच्या अवकाशानंतर घेतलेल्या नोंदी वापरत होते. फ्रेंच हवामानतज्ज्ञ रेने शाबू सांगतात की “हवामानाचे अंदाज निदान काही अंशी यशस्वी होण्यासाठी जास्तीजास्त तीस मिनिटांच्या अवधीनंतर मापन करणे आवश्‍यक आहे.”

पण संगणकांचा शोध लागल्यापासून लांबलचक गणितेही चुटकीसरशी सोडवली जाणे शक्य झाले आहे. हवामानतज्ज्ञांनी रिचर्डसनच्या गणितांवरून एक गुंतागुंतीचा सांख्यिक नमुना अर्थात, हवामानावर प्रभाव करणाऱ्‍या सर्व ज्ञात भौतिक नियमांना सामावणाऱ्‍या समीकरणांची श्रृंखला तयार केली.

या समीकरणांचा उपयोग करण्यासाठी हवामानतज्ज्ञ पृथ्वीच्या भूपृष्ठाला समांतर रेषांच्या जाळीत विभाजित करतात. सध्या ब्रिटनच्या हवामानशास्त्राच्या कार्यालयात वापरल्या जाणाऱ्‍या जाळीत ८० किलोमीटरच्या अंतरावर एकेक बिंदू आहे. प्रत्येक चौकोनावरच्या वातावरणाला एक बॉक्स म्हटले जाते आणि वारा, हवेचा दाब, तापमान आणि आर्द्रता इत्यादीचे समुद्रसपाटीपासूनच्या २० वेगवेगळ्या उंचींवर मापन करून नोंद ठेवली जाते. सबंध जगातील वेधशाळांतून—३,५०० हून अधिक वेधशाळांतून—मिळालेल्या नोंदींचे संगणकाद्वारे विश्‍लेषण केले जाते आणि याच्या आधारावर पुढील १५ मिनिटांपर्यंत जगाचे हवामान कसे असेल याचा अंदाज वर्तवला जातो. यानंतर, अगदी लगेच पुढच्या १५ मिनिटांचा अंदाज तयार होतो. पुन्हापुन्हा या पद्धतीने अंदाज काढून संगणक पुढच्या सहा दिवसांपर्यंतचा जागतिक हवामानाचा अंदाज निव्वळ १५ मिनिटांत वर्तवू शकतो.

स्थानिक हवामानाचे अधिक सविस्तर आणि अचूक अंदाज वर्तवण्यासाठी ब्रिटिश हवामानखाते उत्तर ॲट्‌लांटिक आणि युरोपियन प्रदेशांपुरता असलेला मर्यादित क्षेत्राचा नमुना उपयोगात आणतात. या नमुन्यातील जाळीत ५०-५० किलोमीटरच्या अंतरावर बिंदू असतात. फक्‍त ब्रिटनची बेटे आणि सभोवतालच्या समुद्रांपुरता मर्यादित असलेला देखील एक नमुना आहे. त्यातील जाळीत पंधरा-पंधरा किलोमीटरच्या अंतरावर २,६२,३८४ बिंदू आहेत आणि समुद्रसपाटीपासून ३१ पातळ्यांवरील हवामान मापण्याची सोय आहे!

अंदाज वर्तवणाऱ्‍याची भूमिका

पण हवामान वर्तवण्यात केवळ वैज्ञानिक पैलूच समाविष्ट नाहीत. द वर्ल्ड बुक एन्सायक्लोपिडिया यात सांगितल्याप्रमाणे “संगणकांत वापरली जाणारी सूत्रे वातावरणात घडून येणाऱ्‍या बदलांचे केवळ मोघम वर्णन करतात.” शिवाय मोठ्या क्षेत्राकरता असणारा अंदाज अजूक असला तरीसुद्धा त्यात विशिष्ट ठिकाणच्या परिस्थितीचा हवामानावर कसा परिणाम होईल हे नेहमीच लक्षात घेतलेले नसते. त्यामुळे काही प्रमाणात या शास्त्राला एक कलात्मक पैलू देखील आहे. यासाठीच हवामानाचा अंदाज वर्तवणाऱ्‍याची भूमिका विचारात घ्यावी लागते. हातात आलेल्या माहितीला किती महत्त्व द्यावे हे तो आपल्या अनुभवाच्या आणि वैयक्‍तिक निर्णयशक्‍तीच्या आधारावर ठरवतो. या गोष्टी त्याला जास्तीतजास्त अचूक अंदाज वर्तवण्यास मदत करतात.

उदाहरणार्थ, उत्तरी समुद्रामुळे शीत झालेली हवा युरोपच्या प्रदेशावरून वाहते तेव्हा ढगांचा एक पातळ थर निर्माण होतो. पण एका डिग्रीच्या दहाव्या भागाइतक्या फरकाने देखील हे सांगता येते की ढगांचा हा थर कॉन्टिनेन्टल युरोपात दुसऱ्‍या दिवशी पाऊस येणार असल्याची पूर्वसूचना देत आहे की सूर्याच्या उष्णतेमुळे ढगांच्या या थराचे बाष्पीभवन होणार आहे. हवामानाचा अंदाज वर्तवणाऱ्‍याजवळ असलेल्या हवामानविषयक नोंदी आणि याबरोबर त्याचे स्वतःचे ज्ञान आणि पूर्वानुभवाच्या आधारावर तो विश्‍वसनीय माहिती सादर करू शकतो. अचूक अंदाज वर्तवण्याकरता, कला आणि विज्ञानाचा हा सुरेख संगम घडून येणे अनिवार्य आहे.

कितपत विश्‍वसनीय?

सध्याच्या घटकेला ब्रिटनचे हवामानखाते त्यांच्याद्वारे दर चोवीस तासांनंतर केला जाणारा हवामानाचा अंदाज ८६ टक्के अचूक असल्याचा दावा करते. युरोपियन सेंटर फॉर मिडियम-रेन्ज वेदर फोरकास्ट्‌स येथे वर्तवला जाणारा पाच दिवसांच्या हवामानाचा अंदाज ८० टक्के अचूक असतो. अर्थात १९७० साली दोन दोन दिवसांनी केल्या जाणाऱ्‍या अंदाजांपेक्षा हे निश्‍चितच अधिक विश्‍वसनीय आहेत. पण कौतुकास्पद असले तरीसुद्धा हे अंदाज शंभर टक्के अचूक असतात असे म्हणता येत नाही. हवामानाचे अंदाज शंभर टक्के अचूक का नाहीत?

याचे साधेसोपे कारण असे की हवामान ही अतिशय गुंतागुंतीची गोष्ट आहे. आणि शंभर टक्के अचूक अंदाज वर्तवण्यासाठी आवश्‍यक असणाऱ्‍या सर्व गोष्टींचे मापन करणेही शक्य नाही. समुद्रांची अशी अनेक विस्तृत क्षेत्रे आहेत जेथे दूरदूरपर्यंत वेधशाळा नसल्यामुळे उपग्रहांच्या माध्यमाने पृथ्वीवरील केंद्रांत माहिती पाठवणे शक्य नाही. हवामानाच्या नमुन्यांतील जाळीत दाखवलेले बिंदू आणि हवामान  वेधशाळांचे नेमके ठिकाण बहुतेकवेळा वेगवेगळी निघतात. शिवाय, वैज्ञानिकांना अद्यापही हवामानावर प्रभाव पाडणाऱ्‍या सर्व नैसर्गिक नियमांना समजून घेणे शक्य झालेले नाही.

पण हवामानाचा अंदाज वर्तवण्याच्या शास्त्रात सतत सुधारणा केली जात आहे. उदाहरणार्थ, अगदी अलीकडच्या काळापर्यंत हवामानाचा अंदाज वर्तवणे केवळ वातावरणाच्या निरीक्षणावर अवलंबून होते. पण पृथ्वीगोलाचा ७१ टक्के प्रदेश समुद्राने व्यापलेला असल्यामुळे आता संशोधक, समुद्रांत ऊर्जा कशाप्रकारे साठवली जाते आणि मग पुन्हा वातावरणात कशाप्रकारे स्थलांतरित केली जाते यावर आपले लक्ष केंद्रित करत आहेत. पाण्यावर तरंगणाऱ्‍या मापकांच्या माध्यमाने जागतिक समुद्र निरीक्षण यंत्रणेकरवी एका प्रदेशातील समुद्रातील पाण्याच्या तापमानात झालेल्या किंचित चढउतारांची माहिती दिली जाते ज्यांमुळे दूरच्या ठिकाणाच्या हवामानावर लक्षणीय परिणाम होऊ शकेल. *

कुलपिता ईयोब याला एकदा असे विचारण्यात आले: “मेघांचा पसारा, मेघमंडपांतील गडगडाट याचे ज्ञान कोणाला होईल?” (ईयोब ३६:२९) आजही तुलनात्मकरित्या मनुष्याला हवामानाच्या सर्व पैलूंचे फार कमी ज्ञान आहे. पण तरीसुद्धा हवामानाचा अंदाज वर्तवण्याचे आधुनिक शास्र बऱ्‍याच प्रमाणात अचूक आहे आणि त्यावर विश्‍वास ठेवला जाऊ शकतो. दुसऱ्‍या शब्दांत, पुढच्या वेळी हवामान खात्याने पावसाची शक्यता आहे असे म्हटल्यास छत्री घरीच विसरण्याची चूक करू नका! (g०१ ४/८)

[तळटीप]

[१५ पानांवरील चित्रे]

लव्हेर्ये

तोरिसेली

जुन्या काळाचा काचेचा तापमापक

लव्हॉइसियर प्रयोगशाळेत

[चित्राचे श्रेय]

लव्हेर्ये, लव्हॉइसियर आणि तोरिसेली यांची छायाचित्रे: ब्राऊन बंधू

तापमापक: © G. Tomsich, Science Source/Photo Researchers

[१७ पानांवरील चित्रे]

उपग्रहे, हवामानाचे वेध घेणारे फुगे, संगणक इत्यादी हवामानाचा अंदाज वर्तवणाऱ्‍यांची आवश्‍यक साधने आहेत

[चित्राचे श्रेय]

पृष्ठे २ आणि १७: उपग्रह: NOAA/Department of Commerce; चक्रीवादळ: NASA photo

Commander John Bortniak, NOAA Corps