Drop size distribution evolution through convective storm life-cycles and a site-specific Z–R relationship for radar QPE over Kolkata, Eastern India

बारिश कभी भी केवल आसमान से गिरता हुआ पानी नहीं होती; यह अनगिनत व्यक्तिगत बूंदों का एक संग्रह है, जिनमें से प्रत्येक का अपना आकार, गति और इतिहास होता है। एक मौसम विज्ञानी के लिए, इन बूंदों का विशिष्ट मिश्रण—कितनी छोटी बूंदें हैं बनाम कितनी बड़ी बूंदें हैं—तूफान कैसे बनते हैं, बढ़ते हैं और अंततः समाप्त होते हैं, इसे समझने की कुंजी है। यह मिश्रण, जिसे 'ड्रॉप साइज डिस्ट्रीबション' (बूंदों के आकार का वितरण) कहा जाता है, यह निर्धारित करता है कि एक मौसम रडार बारिश को कैसे देखता है। जब रडार की किरण एक बारिश की बूंद से टकराती है, तो वह एक संकेत वापस भेजती है। उस संकेत की ताकत काफी हद तक बूंद के आकार पर निर्भर करती है, जिसका अर्थ है कि कुछ विशाल बूंदों से भरा तूफान रडार स्क्रीन पर उतना ही चमकीला दिख सकता है जितना कि लाखों छोटी बूंदों से भरा तूफान, भले ही वास्तव में गिरने वाले पानी की मात्रा बहुत अलग हो। इस कारण से, किसी विशिष्ट क्षेत्र में बूंदों के आकार की सटीक रेसिपी जानना एक रडार की धुंधली छवि को वास्तव में जमीन पर गिरने वाली बारिश की सटीक माप में बदलने के लिए आवश्यक है। इस स्थानीय ज्ञान के बिना, पूर्वानुमान बहुत गलत हो सकते हैं, जिससे समुदाय बाढ़ या सूखे के लिए तैयार नहीं रह पाते।

पूर्वी भारत के गंगा के मैदानों में, जहाँ कोलकाता शहर स्थित है, मौसम तीव्र गरज के साथ तूफान, मानसून की बारिश और शीतकालीन गड़बड़ियों का एक नाटकीय मिश्रण है। वर्षों से, वैज्ञानिकों ने इस क्षेत्र की बारिश के अनूठे चरित्र को समझने की कोशिश की है, लेकिन यह विवरण कि तूफान के जीवन चक्र के दौरान बारिश की बूंदें कैसे विकसित होती हैं, काफी हद तक एक रहस्य बना रहा। भारत मौसम विज्ञान विभाग के शोधकर्ताओं द्वारा किए गए एक नए अध्ययन ने अंततः इस अंतर को भर दिया है। बारिश की बूंदों को गिनने के लिए जमीन पर एक विशेष उपकरण रखने और पास के एक शक्तिशाली रडार टॉवर से उन्हीं तूफानों को देखने के साथ, टीम ने अक्टूबर 2024 और अप्रैल 2026 के बीच चार मौसमों में नौ अलग-अलग तूफान की घटनाओं को ट्रैक किया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या बारिश की बूंदों का आकार एक तूफान के जन्म लेने, अपने चरम पर पहुँचने और फिर समाप्त होने के दौरान एक अनुमानित तरीके से बदलता है, और क्या इन परिवर्तनों का मतलब यह है कि उन्हें तूफान के प्रत्येक चरण के लिए अलग-अलग सूत्रों की आवश्यकता है।

शोधकर्ताओं ने कोलकाता में अपना अवलोकन केंद्र स्थापित किया, जिसमें हर गिरती हुई बूंद के व्यास को मापने के लिए 'डिस्ट्रोमीटर' नामक एक उपकरण का उपयोग किया गया। साथ ही, उन्होंने एक नजदीकी एस-बैंड डॉप्लर वेदर रडार से तूफानों की निगरानी की, जो बारिश की तीव्रता को मापने के लिए आकाश का स्कैन करता है। उन्होंने अक्टूबर 2024 और अप्रैल 2026 के बीच हुए नौ विशिष्ट तूफानों पर ध्यान केंद्रित किया, जिसमें बारिश के एक हजार मिनट से अधिक का डेटा कैप्चर किया गया। जैसे-जैसे उन्होंने इन तूफानों को unfolding (विकसित होते) देखा, एक स्पष्ट पैटर्न उभर कर आया। जब एक तूफान अभी शहर के ऊपर से गुजरना शुरू ही कर रहा था, तब बारिश कई छोटी बूंदों से बनी थी, जिसका औसत आकार लगभग 1.56 मिलीमीटर था। जैसे-जैसे तूफान परिपक्व हुआ और भारी कोर उसके ऊपर से गुजरा, बूंदें काफी बड़ी हो गईं, जो औसतन 2.37 मिलीमीटर तक पहुँच गईं। यह वृद्धि इसलिए हुई क्योंकि तूफान के भीतर उठती हवा ने बूंदों को आपस में टकराने और मिलने की अनुमति दी, जिससे बड़े और भारी गोले बन गए। हालांकि, जैसे ही तूफान छंटने लगा, औसत बूंद का आकार फिर से घटकर लगभग 1.91 मिलीमीटर हो गया। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि सबसे बड़ी बूंदें पहले ही आसमान से गिर चुकी थीं, जिससे पीछे केवल छोटी बूंदों का मिश्रण रह गया। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह पूरा जीवन चक्र एक विशिष्ट लूप (चक्र) को दर्शाता है, जो छोटा से बड़ा और फिर छोटे से बड़े की एक अनुमानित यात्रा है, जिसे इस विशिष्ट क्षेत्र में पहले कभी प्रलेखित नहीं किया गया था।

टीम द्वारा पूछा गया सबसे व्यावहारिक प्रश्न यह था कि क्या उन्हें इन तीनों चरणों के लिए: शुरुआत, मध्य और अंत के लिए, एक अलग गणितीय नियम का उपयोग करने की आवश्यकता है। दुनिया के कई हिस्सों में, तूफान की उम्र के आधार पर नियम बदल जाते हैं। हालाँकि, जब वैज्ञानिकों ने कोलकाता के डेटा का परीक्षण किया, तो उन्हें एक आश्चर्यजनक बात पता चली। बूंदों के आकार में स्पष्ट बदलाव के बावजूद, रडार के संकेत और वास्तविक वर्षा दर के बीच का संबंध पूरे तूफान के जीवन चक्र के दौरान सुसंगत रहा। सांख्यिकीय परीक्षणों ने दिखाया कि विकसित, परिपक्व और छंटते हुए चरणों के लिए अलग-अलग नियम बनाने की कोशिश करने से सटीकता में इतनी वृद्धि नहीं हुई कि अतिरिक्त जटिलता का औचित्य सिद्ध हो सके। इसके बजाय, टीम ने एक एकल, मजबूत सूत्र निकाला जो इस क्षेत्र के संपूर्ण जीवन चक्र के लिए काम करता है। कोलकाता की बारिश की विशेषताओं के लिए विशेष रूप से तैयार किया गया यह नया सूत्र, वैश्विक स्तर पर उपयोग किए जाने वाले मानक, जेनेरिक नियम की तुलना में कहीं अधिक बेहतर साबित हुआ।

अपने नए सूत्र के मूल्य को सिद्ध करने के लिए, शोधकर्ताओं ने अप्रैल 2026 में हुई एक वास्तविक तूफान की घटना के विरुद्ध इसका परीक्षण किया। उन्होंने अपने नए स्थानीय सूत्र द्वारा उत्पन्न वर्षा के अनुमानों की तुलना पुराने, जेनेरिक वैश्विक सूत्र के अनुमानों से की। परिणाम चौंकाने वाले थे। जेनेरिक सूत्र, जो बूंदों के एक मानक मिश्रण को मानता है जो कोलकाता की वास्तविकता से मेल नहीं खाता, उसने वर्षा का अनुमान लगभग 240 प्रतिशत अधिक लगाया। इसके विपरीत, नए साइट-विशिष्ट सूत्र ने उस त्रुटि को घटाकर केवल 21 प्रतिशत कर दिया। इसका अर्थ यह है कि पहली बार, भारत के इस हिस्से में रडार ऑपरेटरों के पास एक ऐसा उपकरण है जो उन्हें बहुत अधिक विश्वास के साथ बता सकता है कि वास्तव में कितनी बारिश हो रही है, बजाय इसके कि वे दूसरे जलवायु के लिए डिज़ाइन किए गए नियमों के आधार पर अनुमान लगाएं। अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि रडार में एक सुसंगत पूर्वाग्रह (बायस) था, जो बारिश की तीव्रता को वास्तव में होने वाली तीव्रता से कम पढ़ रहा था, एक ऐसा निष्कर्ष जिसने तकनीशियनों को भविष्य में बेहतर सटीकता के लिए मशीन को समायोजित करने की अनुमति दी है।

इस कार्य के निहितार्थ केवल स्क्रीन पर बेहतर नंबरों से कहीं अधिक हैं। यह समझने के बाद कि कोलकाता में बारिश बूंदों के आकार का एक विशिष्ट, अनुमानित पैटर्न का पालन करती है, मौसम विज्ञानी अब विभिन्न प्रकार के तूफानों के बीच अधिक प्रभावी ढंग से अंतर कर सकते हैं। अध्ययन ने एक महत्वपूर्ण अंतर पर भी प्रकाश डाला: जबकि यह नया सूत्र स्थानीय गरज के साथ आने वाले तूफानों के लिए पूरी तरह से उपयुक्त है, यह उष्णकटिबंधीय चक्रवातों के विशाल, घूमते हुए वर्षा-पट्टियों (रेनबैंड्स) के लिए उपयुक्त नहीं है, जिनकी संरचना पूरी तरह से अलग होती है। इसका अर्थ यह है कि कोलकाता के लिए सटीक पूर्वानुमान हेतु, मौसम सेवाओं को अब दो-भागों वाले दृष्टिकोण की आवश्यकता है: एक उन भीषण स्थानीय तूफानों के लिए जो मौसमों के दौरान आते हैं, और दूसरा उन दुर्लभ लेकिन शक्तिशाली चक्रवातों के लिए जो समुद्र से टकराते हैं। जमीनी स्तर की बूंदों और आकाश को स्कैन करने वाले रडार के प्रत्यक्ष तुलना और वर्षों के सावधानीपूर्वक अवलोकन पर निर्मित यह सूक्ष्म समझ, मानसून और उन गरज के साथ आने वाले तूफानों से एक घनी आबादी वाले क्षेत्र की रक्षा करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है जो इसके जलवायु को परिभाषित करते हैं।