Decoding the precipitation dynamics at an East Himalayan glacier using Spectral Bin Classification and Boosted Regression Trees

ऊंचे पहाड़ों में, जहाँ हवा विरल होती है और ज़मीन अक्सर बर्फ से ढकी रहती है, हल्की बर्फबारी और भारी बारिश के बीच का अंतर केवल आराम का विषय नहीं है; यह ग्लेशियरों के अस्तित्व का मामला है। ग्लेशियर विशाल जमी हुई जलाशयों के रूप में कार्य करते हैं, जो उस पानी को थामे रखते हैं जो नदियों को भरता है और नीचे की ओर रहने वाले लाखों लोगों का भरण-पोषण करता है। एक ग्लेशियर बढ़ेगा या सिकुड़ेगा, यह काफी हद तक इस बात पर निर्भर करता है कि आसमान से क्या गिरता है। बर्फ ग्लेशियर के द्रव्यमान में वृद्धि करती है, एक ताज़ा इन्सुलेशन और जल भंडारण परत के रूप में कार्य करती है, जबकि बारिश बर्फ को पिघलाती है और इसके गायब होने की प्रक्रिया को तेज़ कर देती है। हिमालय के इस जटिल, उच्च-ऊंचाई वाले वातावरण में, यह भविष्यवाणी करना कठिन है कि वर्षण (precipitation) ठीक कब बर्फ के रूप में होगा या बारिश के रूप में, क्योंकि इन ऊंचाइयों पर वायुमंडल घाटियों के नीचे की तुलना में अलग तरह से व्यवहार करता है। इन विशिष्ट वायुमंडलीय नियमों को समझना यह जानने के लिए महत्वपूर्ण है कि ये जमी हुई जल मीनारें बदलते जलवायु के प्रति कैसी प्रतिक्रिया देंगी।

इन छिपे हुए नियमों को उजागर करने के लिए, नीलमणि बर्मन नामक एक शोधकर्ता ने नेपाल के एक ग्लेशियर 'याला ग्लेशियर' की ओर रुख किया। औसत 5,330 मीटर की ऊंचाई पर स्थित, यह हिम क्षेत्र एक दूरस्थ, दुर्गम परिदृश्य में स्थित है जहाँ मौसम मौसमों के बीच नाटकीय रूप से बदलता है। बर्मन ने तीन साल के विस्तृत मौसम संबंधी डेटा का विश्लेषण किया, जिसे सीधे ग्लेशियर पर स्थित एक स्वचालित स्टेशन द्वारा एकत्र किया गया था। इसका लक्ष्य यह डिकोड करना था कि कौन सी वायुमंडलीय स्थितियाँ बर्फ बनाम बारिश को ट्रिगर करती हैं, और ये स्थितियाँ पूरे वर्ष कैसे बदलती हैं। मौसम के डेटा को तापमान और नमी के आधार पर विशिष्ट श्रेणियों में वर्गीकृत करने की विधि का उपयोग करके, और फिर पैटर्न खोजने के लिए एक शक्तिशाली कंप्यूटर लर्निंग टूल को लागू करके, अध्ययन ने उन सटीक अवयवों का खुलासा किया जो बर्फ बनने के लिए आवश्यक हैं और वे कारक जो इसके गायब होने का कारण बनते हैं।

शोध में पाया गया कि बर्फबारी के लिए सबसे महत्वपूर्ण कारक केवल यह नहीं है कि कितनी ठंड है, बल्कि हवा में कितनी नमी है। सभी चार मौसमों में, सापेक्ष आर्द्रता (relative humidity)—जो यह मापती है कि हवा जल वाष्प से कितनी संतृप्त है—बर्फबारी के तत्काल और प्रमुख चालक के रूप में उभरी। बर्फ गिरने के लिए, हवा का लगभग संतृप्त होना आवश्यक है, जिसमें आर्द्रता का स्तर सामान्यतः 80 प्रतिशत से अधिक होना चाहिए। हालांकि, नमी की सटीक मात्रा तापमान के आधार पर बदल जाती है। जब हवा बहुत ठंडी होती है, यानी माइनस 18 डिग्री सेल्सियस से माइनस 5.1 डिग्री सेल्सियस के बीच, तो बर्फ तब बनती है जब औसत आर्द्रता लगभग 86.5 प्रतिशत तक पहुँच जाती है। लेकिन जब तापमान हिमांक के करीब होता है, यानी माइनस 5 डिग्री से शून्य डिग्री के बीच, तो हवा को और भी अधिक गीला होना पड़ता है, जिसके लिए लगभग 94.5 प्रतिशत की औसत आर्द्रता की आवश्यकता होती है। इसका अर्थ यह है कि जैसे-जैसे हवा गर्म होती है, बर्फ गिरने से पहले उसे नमी से लगभग पूरी तरह भीगना पड़ता है, जबकि अत्यधिक ठंड में, थोड़ी कम नमी की आवश्यकता होती है।

जबकि आर्द्रता मंच तैयार करती है, अन्य बल इस नाटक के निर्देशक के रूप में कार्य करते हैं। अध्ययन ने दिखाया कि आने वाला सौर विकिरण (solar radiation), सूर्य से निकलने वाली ऊर्जा जो सतह को गर्म करती है, लगातार बर्फबारी के विरुद्ध कार्य करती है। जब सूरज चमकता है, तो यह ज़मीन और हवा को गर्म करता है, जो बर्फबारी को दबाने और बारिश या पिघलने को बढ़ावा देने की प्रवृत्ति रखता है। यह प्रभाव इतना प्रबल है कि तीव्र धूप के कुछ ही घंटे भी बर्फ के संचय के संतुलन को बदल सकते हैं। इसके विपरीत, हवा का तापमान स्वयं एक परिवर्तनशील भूमिका निभाता है। सर्दियों में, वास्तविक वायु तापमान इस बात का कमजोर संकेतक होता है कि बर्फ गिरेगी या नहीं। हालांकि, मानसून के दौरान और उसके तुरंत बाद की अवधि में, उच्च तापमान बर्फबारी के लिए एक मजबूत अवरोधक बन जाता है, जो नमी अधिक होने पर भी इसे बनने से प्रभावी रूप से रोक देता है। यह सुझाव देता है कि जैसे-जैसे जलवायु गर्म हो रही है, इन ऊंचे पहाड़ों में बर्फबारी का समय काफी कम हो सकता है, जिसकी जगह बारिश ले लेगी जो बर्फ के नुकसान को तेज़ करती है।

शोधकर्ताओं ने ग्लेशियर की दैनिक लय को समझने के लिए दो प्रकार के दिनों के बीच अंतर किया। उन्होंने "सामान्य दिनों" की पहचान की, जहाँ तापमान हिमांक से नीचे रहता है और आर्द्रता कम होती है, और "विशेष दिनों" की, जहाँ तापमान हिमांक से ऊपर चला जाता है और आर्द्रता संतृप्ति के स्तर तक बढ़ जाती है। सामान्य दिनों में, ग्लेशियर एक चक्र का पालन करता है: यह रात में ठंडा होता है, जिससे बर्फ जमा होती है, और दिन के दौरान थोड़ा गर्म होता है। ये दिन आम तौर पर ग्लेशियर के स्वास्थ्य के लिए फायदेमंद होते हैं, क्योंकि ठंडी रातें बर्फ के द्रव्यमान को बनाने की अनुमति देती हैं। इसके विपरीत, "विशेष दिन" असामान्य तापन घटनाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। इन दिनों में, तापमान शून्य डिग्री सेल्सियस से ऊपर चढ़ जाता है, और हवा अविश्वसनीय रूप से नम हो जाती है। ये स्थितियाँ ग्लेशियर के लिए खतरनाक हैं क्योंकि ये तेजी से पिघलने को प्रेरित करती हैं और अक्सर बर्फ के बजाय बारिश लाती हैं, जिससे बर्फ के द्रव्यमान का शुद्ध नुकसान होता है। अध्ययन ने पाया कि जबकि सामान्य दिन ठंडा होने और गर्म होने के एक अनुमानित पैटर्न का पालन करते हैं, विशेष दिन एक स्थिर और सपाट वायुमंडल, कम हवा और भारी बादल के आवरण द्वारा पहचाने जाते हैं जो गर्मी और नमी को कैद कर लेते हैं, जिससे ग्लेशियर के घटने के लिए एक आदर्श स्थिति बन जाती है।

विभिन्न मौसम चरों के महत्व को तौलने के लिए उन्नत कंप्यूटर मॉडल का उपयोग करके, अध्ययन ने निर्धारित किया कि ग्लेशियर की सतह का तापमान मुख्य रूप से इसके द्वारा आकाश में उत्सर्जित की जाने वाली लॉन्गवेव रेडिएशन (longwave radiation) द्वारा नियंत्रित होता है। यह बाहर जाने वाली ऊर्जा इस बात का मुख्य चालक है कि बर्फ कितनी गर्म या ठंडी होती है। हालाँकि, हवा में नमी को अलग बलों द्वारा संचालित किया जाता है। सर्दियों और मानसून से पहले के महीनों के दौरान, वर्षण का प्रकार और वायुमंडल से आने वाला लॉन्गवेव रेडिएशन आर्द्रता के मुख्य नियंत्रक होते हैं। लेकिन एक बार मानसून आने और पोस्ट-मानसून अवधि तक जारी रहने के बाद, आने वाला लॉन्गवेव रेडिएशन आर्द्रता का एकमात्र प्रमुख चालक बन जाता है, जो नमी पर प्रभाव के लगभग 70 प्रतिशत हिस्से के लिए जिम्मेदार होता है। यह बदलाव दर्शाता है कि मौसम के साथ वायुमंडल का व्यवहार मौलिक रूप से कैसे बदल जाता, जहाँ यह एक ऐसी प्रणाली से बदल जाता है जहाँ वर्षण का प्रकार मायने रखता है, और एक ऐसी प्रणाली में जहाँ ऊपर से आने वाली गर्म, नम हवा का कंबल सब कुछ तय करता है।

अंततः, यह कार्य एक स्पष्ट, डेटा-आधारित चित्र प्रदान करता है कि कैसे एक उच्च-ऊंचाई वाला ग्लेशियर अपने पर्यावरण के प्रति सांस लेता है और प्रतिक्रिया करता है। यह पुष्टि करता है कि जबकि ठंडे तापमान आवश्यक हैं, वे अपने आप में पर्याप्त नहीं हैं; हवा का नमी से संतृप्त होना भी अनिवार्य है। अध्ययन एक नाजुक संतुलन को प्रकट करता है जहाँ ग्लेशियर ठंडे, साफ दिनों में द्रव्यमान प्राप्त करता है, लेकिन गर्म, आर्द्र घटनाओं के दौरान इसे तेजी से खो देता है। जैसे-जैसे क्षेत्र में अधिक बार तापन की घटनाएँ हो रही हैं जो तापमान को हिमांक से ऊपर धकेल रही हैं, इन "विशेष दिनों" की आवृत्ति बढ़ सकती है, जिससे वर्षण बर्फ से बदलकर बारिश में परिवर्तित हो जाएगा। यह बदलाव न केवल ग्लेशियर में संग्रहीत पानी की मात्रा को कम करेगा, बल्कि इसकी सतह को गहरा भी करेगा, जिससे यह अधिक गर्मी सोख लेगा और और भी तेज़ी से पिघलेगा। ये निष्कर्ष ग्लेशियर के अस्तित्व के तंत्र की एक सटीक दृष्टि प्रदान करते हैं, जो दिखाते हैं कि इन हिम क्षेत्रों का भविष्य आर्द्रता, विकिरण और तापमान के एक जटिल परस्पर क्रिया पर निर्भर है, जिसे एक गर्म होती दुनिया में बनाए रखना तेजी से कठिन होता जा रहा है।