يأمل العلماء في محاكاة ظروف الأعاصير الأكثر قسوة


تعوي الرياح بسرعة تزيد عن 300 كيلومتر في الساعة ، وتضرب منزلًا خشبيًا من طابقين وتمزق سقفه من جدرانه. ثم يأتي الماء. موجة ارتفاعها 6 أمتار تبتلع الهيكل ، وتطيح بالمنزل عن أساساته وتجرفه بعيدًا.

هذه هي الرؤية المرعبة للباحثين الذين يخططون لمنشأة جديدة على أحدث طراز لإعادة خلق الخراب الذي أحدثته أقوى الأعاصير على الأرض. في كانون الثاني (يناير) ، منحت المؤسسة الوطنية للعلوم منحة قدرها 12.8 مليون دولار للباحثين لتصميم منشأة يمكنها محاكاة سرعة الرياح التي لا تقل عن 290 كم / ساعة – ويمكنها ، في الوقت نفسه ، إنتاج عواصف مميتة وشاهقة.

لا توجد منشأة يمكنها إنتاج مثل هذه الضربة الشديدة من الرياح والماء الشديدة. لكنها فكرة حان وقتها – وليست لحظة مبكرة.

يقول ريتشارد أولسون ، الباحث في شؤون الكوارث ، مدير أبحاث الأحداث المتطرفة في جامعة فلوريدا الدولية ، أو FIU ، في ميامي: “إنه سباق مع الزمن”.

تزداد الأعاصير سوءًا بسبب تغير المناخ الذي يسببه الإنسان: إنها تزداد اتساعًا ، رطبو أقوى وأبطأ (SN: 9/13/18؛ SN: 11/11/20). يتوقع العلماء أن يكون موسم أعاصير المحيط الأطلسي لعام 2022 ، والذي يمتد من 1 يونيو إلى 30 نوفمبر ، الموسم السابع على التوالي مع وجود عواصف أكثر من المتوسط. تم تمييز المواسم الأخيرة بـ زيادة في تكثيف الأعاصير بسرعة مرتبطة بارتفاع حرارة مياه المحيط (SN: 12/21/20).

يقول الباحثون إنه من المتوقع أن تستمر هذه الاتجاهات مع ارتفاع درجة حرارة الأرض. وتحتاج المجتمعات الساحلية في جميع أنحاء العالم إلى معرفة كيفية الاستعداد: كيفية بناء الهياكل – المباني والجسور والطرق وأنظمة المياه والطاقة – التي تكون مرنة لمثل هذه الرياح والأمواج القاسية.

للمساعدة في هذه الاستعدادات ، يقود باحثو وحدة الاستخبارات المالية فريقًا من مهندسي الرياح والهيكل ، ومهندسي السواحل والمحيطات ، ومصممي النماذج الحاسوبية وخبراء المرونة من جميع أنحاء الولايات المتحدة للتوصل إلى أفضل السبل لمحاكاة هذه العملاقة. يقول يوانيس زيسيس ، مهندس الرياح في وحدة الاستخبارات المالية ، إن الجمع بين الرياح الشديدة والاندفاعات الشديدة في المياه في منشأة واحدة هو منطقة مجهولة. يقول زيسيس: “هناك حاجة لدفع الظرف”. ولكن فيما يتعلق بكيفية القيام بذلك بالضبط ، “الإجابة بسيطة: لا نعرف. هذا ما نريد اكتشافه “.

التحضير “للفئة 6”

ليس الأمر أن مثل هذه العواصف الشديدة لم تُر على الأرض. فقط في السنوات القليلة الماضية ، تسبب إعصار دوريان (2019) وإيرما (2017) في المحيط الأطلسي والإعصار الفائق هايان (2013) في المحيط الهادئ في حدوث عواصف بسرعة رياح تزيد عن 290 كم / ساعة. يشار أحيانًا إلى مثل هذه العواصف شديدة الشدة باسم “الفئة 6” من الأعاصير ، على الرغم من أن هذا ليس تحديدًا رسميًا.

تصنف الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي ، أو NOAA ، الأعاصير في المحيطين الأطلسي والشرقي من المحيط الهادئ على مقياس من 1 إلى 5 ، بناءً على سرعات الرياح ومقدار الضرر الذي قد تحدثه هذه الرياح. تمتد كل فئة بمقدار 30 كم / ساعة تقريبًا.

تنتج الأعاصير من الفئة 1 ، مع سرعة رياح من 119 إلى 153 كم / ساعة ، “بعض الضرر” ، حيث تسقط بعض خطوط الكهرباء ، وتطيح بالأشجار وربما تقرع ألواح السقف أو الفينيل الذي ينحرف عن المنزل. العواصف من الفئة الخامسة ، مع سرعة رياح تبدأ من 252 كم / ساعة ، تسبب “أضرارًا كارثية” ، وتهدم المباني بالجرافات وربما تترك الأحياء غير صالحة للسكن لأسابيع إلى شهور.

لكن الرقم 5 مرتفع كما هو الحال في المقياس الرسمي ؛ بعد كل شيء ، ما الذي يمكن أن يكون أكثر تدميرا من الضرر الكارثي؟ هذا يعني أنه حتى العواصف الوحشية مثل 2019 إعصار دوريان، التي سوت جزر البهاما بالأرض بسرعات رياح تصل إلى ما يقرب من 300 كم / ساعة ، لا تزال تعتبر من الفئة 5 (SN: 9/3/19).

“بالمعنى الدقيق للكلمة ، أنا أفهم ذلك [NOAA doesn’t] ترى الحاجة إلى فئة 6 ، “يقول أولسون. لكنه يقول إن هناك اختلافًا في الإدراك العام. “أراها نوعًا مختلفًا من العاصفة ، عاصفة مرعبة بكل بساطة.”

وبغض النظر عن الملصقات ، فإن الحاجة إلى الاستعداد لهذه العواصف القوية واضحة ، كما يقول أولسون. يقول: “لا أعتقد أن أي شخص يريد أن يشرح بعد 20 عامًا من الآن لماذا لم نفعل ذلك”. “لقد تحدينا الطبيعة. مرحبًا بك في السداد. “

محاكاة العاصفة

تستضيف وحدة الاستخبارات المالية بالفعل جدار الريح، جهاز محاكاة إعصار ضخم موجود في حظيرة كبيرة مثبتة في أحد طرفيه بواسطة قوس مكون من 12 مروحة صفراء ضخمة. حتى عند سرعات الرياح المنخفضة – على سبيل المثال ، حوالي 50 كم / ساعة – تصدر المراوح همهمة عالية ومقلقة. عند الانفجار الكامل ، يمكن لهذه المراوح توليد سرعة رياح تصل إلى 252 كم / ساعة – أي ما يعادل إعصارًا منخفض الدرجة من الفئة الخامسة.

في الداخل ، يملأ الباحثون الحظيرة بهياكل تحاكي ناطحات السحاب والمنازل والأشجار ، أو الأشكال التي تمثل النتوءات والانخفاضات على سطح الأرض. يزور المهندسون من جميع أنحاء العالم المنشأة لاختبار مقاومة الرياح لإبداعاتهم الخاصة ، ومشاهدة الرياح وهي تهب على تصميماتها الهيكلية.

مراوح صفراء في مستودع تشكل جدار الريح
برج اثنا عشر مروحة فوق أحد طرفي جدار الرياح ، وهو منشأة تجريبية كبيرة في جامعة فلوريدا الدولية في ميامي. هناك ، تسمح الرياح التي تصل سرعتها إلى 252 كيلومترًا في الساعة للباحثين بإعادة تهيئة الظروف التي مروا بها خلال إعصار منخفض الدرجة من الفئة الخامسة.NSF-NHERI جدار الرياح / وحدة الاستخبارات المالية

إنها واحدة من ثماني منشآت في شبكة وطنية من المختبرات التي تدرس الآثار المحتملة لمخاطر الرياح والمياه والزلازل ، والتي تسمى مجتمعة البنية التحتية لأبحاث هندسة المخاطر الطبيعية في الولايات المتحدة، أو NHERI.

تم تصميم The Wall of Wind لاختبار الرياح على نطاق واسع للهياكل بأكملها. يمكن لآلة رياح أخرى ، استضافتها جامعة فلوريدا في غينزفيل ، أن تركز على السلوك المضطرب للرياح عند الحدود بين الغلاف الجوي والأرض. ثم هناك تسونامي وعرام العواصف العملاقة التي تحاكي خزانات موجات المياه في جامعة ولاية أوريغون في كورفاليس.

تهدف المنشأة الجديدة إلى البناء على أكتاف هؤلاء العمالقة ، وكذلك على المعامل التجريبية الأخرى في جميع أنحاء البلاد. من المتوقع أن تستغرق مرحلة التصميم أربع سنوات ، حيث يفكر الفريق في كيفية زيادة سرعات الرياح – ربما مع مراوح أكثر أو أقوى من مراوح جدار الرياح – وكيفية الجمع بين هذه الرياح العاصفة وخزانات المياه الضخمة في واحدة مساحة تجريبية.

يمكن للمختبرات الحالية التي تدرس الرياح والأمواج معًا ، وإن كان ذلك على نطاق أصغر بكثير ، أن تقدم بعض الأفكار عن هذا الجانب من التصميم ، كما يقول فورست ماسترز ، مهندس الرياح في جامعة فلوريدا ورئيس مرفق NHERI في تلك المؤسسة.

ستشمل مرحلة التصميم هذه أيضًا بناء نسخة مصغرة من المختبر المستقبلي كدليل على المفهوم. سيتطلب بناء المرفق واسع النطاق جولة جديدة من التمويل وعدة سنوات أخرى.

تميل المناهج السابقة لدراسة تأثيرات العواصف القوية للرياح إلى استخدام أحد الأساليب الثلاثة: إجراء عمليات رصد ميدانية لتداعيات عاصفة معينة ؛ بناء مرافق تجريبية لإعادة تكوين العواصف ؛ واستخدام المحاكاة الحسابية لتصور كيف يمكن أن تحدث هذه التأثيرات على مناطق جغرافية كبيرة. تقول تريسي كيجوسكي كوريا ، مهندسة مخاطر الكوارث في جامعة نوتردام في إنديانا ، إن كل من هذه الأساليب لها نقاط قوة وقيود.

تقول Kijewski-Correa: “في هذا المرفق ، نريد أن نجمع كل هذه المنهجيات معًا” ، لنقترب قدر الإمكان من إعادة إنشاء ما يمكن أن تفعله الطبيعة الأم.

إنها مشكلة هندسية صعبة ، لكنها مثيرة. يقول ماسترز: “هناك الكثير من الحماس لهذا في المجتمع العلمي الأوسع”. “إذا تم بناؤه ، فلن يوجد شيء مثله.”



المصدر

ندى عبدالرحمن
مهتمة في العلوم والفضاء خاصةً محبة للتقنية اعمل كاتبة في موقع اراود