Can Hurricanes be Moderated or Diverted?

Can Hurricanes be Moderated or Diverted?

A   Each year, massive swirling storms bringing along winds greater than 74 miles per hour wipe across tropical oceans and land on shorelines—usually devastating vast swaths of territory. When these roiling tempests strike densely inhabited territories, they have the power to kill thousands and cause property damage worth of billions of dollars. Besides, absolutely nothing stands in their way. But can we ever find a way to control these formidable forces of nature?

B   To see why hurricanes and other severe tropical storms may be susceptible to human intervention, a researcher must first learn about their nature and origins. Hurricanes grow in the form of thunderstorm clusters above the tropical seas. Oceans in low-latitude areas never stop giving out heat and moisture to the atmosphere, which brings about warm, wet air above the sea surface. When this kind of air rises, the water vapour in it condenses to form clouds and precipitation. Condensation gives out heat in the process the solar heat is used to evaporate the water at the ocean surface. This so-called invisible heat of condensation makes the air more buoyant, leading to it ascending higher while reinforcing itself in the feedback process. At last, the tropical depression starts to form and grow stronger, creating the familiar eye — the calm centre hub that a hurricane spins around. When reaching the land, the hurricane no longer has a continuous supply of warm water, which causes it to swiftly weaken.

C   Our current studies are inspired by my past intuition when I was learning about chaos theory 30 years ago. The reason why long-range forecasting is complicated is that the atmosphere is highly sensitive to small influences and tiny mistakes can compound fast in the weather-forecasting models. However, this sensitivity also made me realise a possibility: if we intentionally applied some slight inputs to a hurricane, we might create a strong influence that could affect the storms, either by steering them away from densely populated areas or by slowing them down. Back then, I was not able to test my ideas, but thanks to the advancement of computer simulation and remote-sensing technologies over the last 10 years, I can now renew my enthusiasm in large-scale weather control.

D   To find out whether the sensitivity of the atmospheric system could be exploited to adjust such robust atmospheric phenomena as hurricanes, our research team ran simulation experiments on computers for a hurricane named Iniki that occurred in 1992. The current forecasting technologies were far from perfect, so it took us by surprise that our first simulation turned out to be an immediate success. With the goal of altering the path of Iniki in mind, we first picked the spot where we wanted the storm to stop after six hours. Then we used this target to generate artificial observations and put these into the computer model.

E   The most significant alteration turned out to be the initial temperatures and winds. Usually, the temperature changes across the grid were only tenths of a degree, but the most noteworthy change, which was an increase of almost two degrees Celsius, took place in the lowest model layer to the west of the storm centre. The calculations produced wind-speed changes of two or three miles per hour. However, in several spots, the rates shifted by as much as 20 mph due to minor redirections of the winds close to the storm’s centre. In terms of structure, the initial and altered versions of Hurricane Iniki seemed almost the same, but the changes in critical variables were so substantial that the latter one went off the track to the west during the first six hours of the simulation and then travelled due north, leaving Kauai untouched.

F   Future earth-orbiting solar power stations, equipped with large mirrors to focus the sun’s rays and panels of photovoltaic cells to gather and send energy to the Earth, might be adapted to beam microwaves which turn to be absorbed by water vapour molecules inside or around the storm. The microwaves would cause the water molecules to vibrate and heat up the surrounding air, which then leads to the hurricane slowing down or moving in a preferred direction.

G   Simulations of hurricanes conducted on a computer have implied that by changing the precipitation, evaporation and air temperature, we could make a difference to a storm’s route or abate its winds. Intervention could be in many different forms: exquisitely targeted clouds bearing silver iodide or other rainfall-inducing elements might deprive a hurricane of the water it needs to grow and multiply from its formidable eyewall, which is the essential characteristic of a severe tropical storm.

Những cơn bão có thể bị làm giảm sức mạnh hoặc chuyển hướng?

A   Hàng năm, những cơn bão xoáy khổng lồ kèm theo gió mạnh tốc độ hơn 74 dặm mỗi giờ càn quét trên khắp các vùng ven biển và đại dương nhiệt đới, thường xuyên tàn phá những dải đất đất rộng lớn khắp mọi vùng miền. Khi những cơn bão dữ dội này tấn công các khu vực với mật độ dân cư cao, chúng mang sức mạnh có thể giết chết hàng nghìn người và gây thiệt hại về tài sản trị giá hàng tỷ đô la. Bên cạnh đó, hoàn toàn không có thứ gì có thể cản được chúng. Nhưng liệu lúc nào đó chúng ta có thể tìm ra cách để chế ngự sức mạnh thiên nhiên khủng khiếp này?

B   Để hiểu được tại sao bão Đại tây dương và các cơn bão nhiệt đới dữ dội khác có thể dễ bị con người can thiệp, nhà nghiên cứu trước tiên phải tìm hiểu về bản chất và nguồn gốc của chúng. Bão phát triển dưới hình thái các cụm dông trên những vùng biển nhiệt đới. Đại dương tại các khu vực vĩ độ thấp không ngừng tỏa hơi nóng và độ ẩm ra khí quyển, mang đến không khí ấm và ẩm ướt phía trên mặt biển. Khi loại không khí này bay lên, hơi nước trong đó sẽ ngưng tụ lại hình thành mây và gây mưa. Sự ngưng tụ tỏa hơi nóng ra ngoài trong quá trình này – sức nóng từ mặt trời được sử dụng để làm bốc hơi nước trên bề mặt đại dương. Cái gọi là nhiệt vô hình của quá trình ngưng tụ làm cho không khí nổi lên trên nhiều hơn, dẫn đến bay lên cao hơn trong khi bản thân chúng lại được tự tăng cường do quá trình phản hồi. Cuối cùng, áp thấp nhiệt đới bắt đầu hình thành và mạnh lên, tạo ra mắt bão – khu vực trung tâm tĩnh lặng mà một cơn bão quay xung quanh. Khi tiến đến đất liền, cơn bão mất đi nguồn cung cấp nước ấm liên tục, khiến nó trở nên suy yếu nhanh chóng.

C   Các nghiên cứu hiện tại của chúng tôi được truyền cảm hứng từ trực giác trong quá khứ khi tôi được học về lý thuyết hỗn loạn cách đây 30 năm. Lý do tại sao dự báo tầm xa phức tạp là vì bầu khí quyển rất nhạy cảm với những ảnh hưởng nhỏ và những sai khác rất nhỏ có thể được tạo ra nhanh chóng trong các mô hình dự báo thời tiết. Tuy nhiên, sự nhạy cảm này cũng khiến tôi nhận ra một khả năng: nếu chúng ta chủ ý tác động bằng một số yếu tố đầu vào rất nhỏ tới một cơn bão, chúng ta có thể tạo ra một tác động mạnh mẽ ảnh hưởng đến các cơn bão, điều hướng chúng khỏi các khu vực đông dân cư hoặc làm giảm tốc độ di chuyển của chúng. Thời điểm đó, tôi không thể thử nghiệm những ý tưởng của mình, nhưng nhờ sự tiến bộ của công nghệ mô phỏng bằng máy tính và theo dõi qua vệ tinh trong 10 năm qua, giờ đây tôi có thể nối lại đam mê của mình trong công việc kiểm soát thời tiết ở quy mô lớn.

D   Để tìm hiểu liệu độ nhạy của hệ khí quyển có thể được khai thác để điều chỉnh các hiện tượng khí quyển mạnh như bão hay không, nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã tiến hành chạy các thí nghiệm mô phỏng trên máy tính đối với một cơn bão tên là Iniki xảy ra vào năm 1992. Các công nghệ dự báo hiện tại còn xa mới đến mức hoàn hảo, vì vậy chúng tôi đã rất ngạc nhiên khi mô phỏng đầu tiên hóa ra lại thành công ngay lập tức. Với mục tiêu thay đổi đường đi giả định của Iniki, đầu tiên chúng tôi chọn vị trí muốn cơn bão dừng lại sau sáu giờ. Sau đó, chúng tôi sử dụng mục tiêu này để sinh ra các quan trắc nhân tạo và đưa chúng vào mô hình máy tính.

E   Sự thay đổi đáng kể nhất thì ra là gió và nhiệt độ ban đầu. Thông thường, sự thay đổi nhiệt độ trên toàn mạng lưới chỉ là 1/10 độ, nhưng thay đổi đáng chú ý nhất là mức tăng gần 2 độ C, xảy ra ở lớp mô hình thấp nhất tại phía tây của trung tâm bão. Các tính toán tạo ra những thay đổi tốc độ gió ở mức hai hoặc ba dặm mỗi giờ. Tuy nhiên, ở một số vị trí, tốc độ đã thay đổi tới 20 dặm/giờ do sự chuyển hướng nhỏ của gió ở gần tâm bão. Về mặt cấu trúc, phiên bản ban đầu và phiên bản sửa đổi của cơn bão Iniki có vẻ gần giống nhau, nhưng những thay đổi trong các biến số quan trọng là đáng kể đến mức cơn bão thứ hai đã đi chệch hướng về phía tây trong sáu giờ đầu tiên của mô phỏng và sau đó di chuyển theo hướng chính bắc, khiến Kauai không bị ảnh hưởng.

F   Các trạm năng lượng mặt trời quay quanh trái đất trong tương lai, được trang bị những tấm gương lớn để tập trung các tia sáng mặt trời và các tấm pin quang điện nhằm thu thập và truyền năng lượng đến Trái đất, có thể được điều chỉnh thành các chùm vi sóng được hấp thụ bởi các phân tử hơi nước bên trong hoặc xung quanh cơn bão. Vi sóng sẽ làm cho các phân tử nước dao động và làm nóng không khí xung quanh, làm cho cơn bão bị giảm tốc hoặc di chuyển theo hướng định trước.

G   Sự mô phỏng các cơn bão được thực hiện trên máy tính đã cho thấy rằng bằng cách thay đổi lượng mưa, sự bay hơi và nhiệt độ không khí, chúng ta có thể tạo ra khác biệt đối với đường đi của bão hoặc giảm bớt sức gió của nó. Sự can thiệp có thể dưới nhiều hình thức khác nhau: những đám mây mục tiêu mạnh mẽ mang theo i-ốt bạc hoặc các yếu tố gây mưa khác có thể lấy đi lượng nước cần thiết để hình thành và làm bão mạnh lên, vốn là đặc tính cần thiết của một cơn bão nhiệt đới dữ dội.

.