Sub-seasonal predictability of winter tornado regimes in Europe captured through disruptions to the stratospheric polar vortex

यूरोप को अक्सर एक ऐसी जगह के रूप में देखा जाता है जहाँ आकाश आमतौर पर शांत रहता है, जो अमेरिकी मिडवेस्ट से आने वाली विनाशकारी बवंडर (टोरनेडो) की खबरों के बिल्कुल विपरीत है। फिर भी, यह महाद्वीप गंभीर तूफानों से अछूता नहीं है। हालांकि मौसम विज्ञानी कुछ दिनों पहले खतरनाक मौसम की सटीक भविष्यवाणी कर सकते हैं, लेकिन उससे आगे—तीन से चार सप्ताह की उप-मौसमी (sub-seasonal) अवधि में—देखना एक निराशाजनक अंध बिंदु बना हुआ है। यह अंतराल आपातकालीन योजनाकारों और समुदायों को उन घटनाओं के लिए महत्वपूर्ण प्रारंभिक चेतावनी प्राप्त करने से वंचित रखता है जो महत्वपूर्ण क्षति पहुंचा सकती हैं। चुनौती निचले वायुमंडल की अराजक प्रकृति में निहित है, जहाँ मौसम के पैटर्न लगभग एक सप्ताह के बाद घुलने-मिलने लगते हैं और अप्रत्याशित हो जाते हैं। और अधिक दूर तक देखने के लिए, वैज्ञानिकों को ऊपर देखना होगा, उस मौसम से परे जिसे हम महसूस करते हैं, स्ट्रैटोस्फीयर (समताप मंडल) में, जो वायुमंडल की एक ऐसी परत है जो बहुत धीरे बदलती है और नीचे की हवा को प्रभावित कर सकती है।

मैथ्यू लैक्रोइक्स और लिओन विश्वविद्यालय तथा इवोरा विश्वविद्यालय के सहयोगियों द्वारा किए गए एक हालिया अध्ययन ने इस लंबे समय से चले आ रहे पहेली के एक हिस्से को सुलझा लिया है। शोधकर्ताओं ने पाया कि सर्दियों के महीनों के दौरान यूरोप में बवंडर का जोखिम यादृच्छिक (random) नहीं है, बल्कि यह उत्तरी ध्रुव के चारों ओर घूमती तेज हवाओं के छल्ले, स्ट्रैटोस्फेरिक पोलर वोर्टेक्स (ध्रुवीय भंवर) में बड़े व्यवधानों से जुड़ा हुआ है। हालाँकि, कहानी यहाँ समाप्त नहीं होती है। अध्ययन से पता चलता है कि ऊपरी वायुमंडल में व्यवधान अपने आप ज़मीन पर बवंडर का खतरा पैदा नहीं करता है। इसके बजाय, परिणाम पूरी तरह से अटलांटिक महासागर के ऊपर मौजूद एक विशिष्ट, पूर्व-विद्यमान वायु दबाव पैटर्न पर निर्भर करता है। इन दोनों कारकों को जोड़कर, टीम ने एक महीने पहले तक गंभीर तूफानों के उच्च-जोखिम वाले समय की भविष्यवाणी करने का एक नया तरीका विकसित किया है, जो एक ऐसा उपकरण प्रदान करता है जो यूरोप को सर्दियों के मौसम के लिए तैयार करने के तरीके को मौलिक रूप से बदल सकता है।

दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि स्ट्रैटोस्फीयर (समताप मंडल) पूर्वानुमान की एक भंडार के रूप में कार्य कर सकता है। पोलर वोर्टेक्स ठंडी हवा का एक विशाल, घूमता हुआ स्तंभ है जो सर्दियों के दौरान उत्तरी ध्रुव के ऊपर स्थित होता है। कभी-कभी, इस भंवर में 'सडन स्ट्रैटोस्फेरिक वार्निंग' (अचानक स्ट्रैटोस्फेरिक वार्मिंग) की घटना के कारण व्यवधान आता है, जहाँ ऊपरी वायुमंडल के तापमान में कुछ ही दिनों में दर्जनों डिग्री की वृद्धि होती है, जिससे हवा की गति धीमी हो जाती है या दिशा तक बदल जाती है। ये घटनाएँ अच्छी तरह से प्रलेखित हैं, और यह काफी समय से ज्ञात है कि वे संकेत नीचे की ओर भेजती हैं, जिससे अंततः जेट स्ट्रीम—वह तेज़ हवा की नदी जो महाद्वीप में मौसम प्रणालियों को निर्देशित करती है—की दिशा भूमध्य रेखा की ओर झुक जाती है। यह बदलाव अक्सर यूरोप में ठंड और बर्फबारी लाता है। लेकिन सवाल यह था: क्या यही बदलाव बवंडर के लिए आवश्यक विशिष्ट, खतरनाक स्थितियाँ भी पैदा करता है?

इसका उत्तर देने के लिए, शोधकर्ताओं को सबसे पहले एक माप की समस्या को हल करना पड़ा। संयुक्त राज्य अमेरिका में, वैज्ञानिक बवंडर के जोखिम की भविष्यवाणी करने के लिए एक सूत्र का उपयोग करते हैं जो दो सामग्रियों को गुणा करता है: वायुमंडल में ऊष्मा ऊर्जा और ऊंचाई के साथ हवा की गति में परिवर्तन। यदि इनमें से कोई भी सामग्री गायब है, तो सूत्र कहता है कि बवंडर नहीं बनेगा। यह अमेरिका में अच्छी तरह काम करता है, जहाँ तूफानों को अक्सर तीव्र गर्मी और मजबूत हवाओं दोनों की आवश्यकता होती है। हालाँकि, यूरोपीय सर्दियों के बवंडर अलग होते हैं। वे अक्सर ठंडी हवा में होते हैं जहाँ ऊष्मा ऊर्जा बहुत कम होती है, लेकिन हवा असाधारण रूप से तेज होती है और ज़मीन के पास दिशा में तेजी से बदलती है। अमेरिकी सूत्र, जो इन कारकों को गुणा करने पर निर्भर करता है, इन यूरोपीय तूफानों के लिए शून्य जोखिम की गलत भविष्यवाणी करेगा क्योंकि ऊष्मा वाला घटक गायब है। इसलिए टीम ने एक नया सूचकांक बनाया, 'यूरोपीय टोरनेडो एनवायरनमेंट इंडेक्स'। सामग्रियों को गुणा करने के बजाय, उन्होंने उन्हें आपस में जोड़ दिया। इस सरल परिवर्तन ने सूचकांक को यह पहचानने में सक्षम बनाया कि तेज हवाएं, ठंडी हवा में भी, बवंडर के लिए एक खतरनाक वातावरण बना सकती हैं। उन्होंने दशकों की तूफान रिपोर्टों और वायुमंडलीय डेटा का उपयोग करके इस नए उपकरण को प्रशिक्षित किया, जिससे यह सिद्ध हुआ कि यह यूरोप भर में गंभीर मौसम की ओर ले जाने वाली विशिष्ट स्थितियों की सटीक पहचान कर सकता है।

एक विश्वसनीय तरीके से जोखिम को मापने के साथ, टीम ने 1950 से 2025 के बीच हुई 50 प्रमुख स्ट्रैटोस्फेरिक वार्मिंग घटनाओं का अध्ययन किया। उन्होंने इन घटनाओं के बाद के हफ्तों में टोरनेडो रिस्क इंडेक्स (बवंडर जोखिम सूचकांक) के साथ क्या हुआ, इसका पता लगाया। परिणाम आश्चर्यजनक थे। जब उन्होंने सभी घटनाओं को एक साथ देखा, तो संकेत अस्पष्ट और अव्यवस्थित था। कभी जोखिम बढ़ गया, कभी घट गया, और अक्सर ऐसा लगा जैसे वह पूरी तरह से गायब हो गया हो। इस स्पष्ट पैटर्न की कमी से पता चला कि स्ट्रैटोस्फेरिक संकेत को निचले वायुमंडल में किसी और चीज़ द्वारा रोका या बदला जा रहा है। शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि वायुमंडल एक एकल धक्के पर एक समान तरीके से प्रतिक्रिया नहीं देता है; प्रतिक्रिया इस बात पर निर्भर करती है कि जब संकेत पहुँचता है, तो उस समय वायुमंडल की स्थिति क्या है।

पैटर्न को खोलने की कुंजी 'ईस्ट अटलांटिक पैटर्न' थी, जो यूरोप के पश्चिम में समुद्र के ऊपर उच्च और निम्न दबाव की एक बड़ी व्यवस्था है। शोधकर्ताओं ने अपने 50 आयोजनों को इस आधार पर दो समूहों में विभाजित किया कि जब स्ट्रैटोस्फेरिक संकेत ज़मीन तक पहुँचा, तब ईस्ट अटलांटिक पैटर्न अपने "पॉजिटिव" (सकारात्मक) या "नेगेटिव" (नकारात्मक) चरण में था। अंतर नाटकीय था। जब स्ट्रैटोस्फेरिक व्यवधान तब हुआ जब ईस्ट अटलांटिक पैटर्न सकारात्मक चरण में था, तो विशिष्ट क्षेत्रों में गंभीर बवंडर के वातावरण का जोखिम दोगुना या तीन गुना तक बढ़ गया। विस्थापित जेट स्ट्रीम, भूमध्य सागर और उपोष्णकटिबंधीय अटलांटिक से उत्तर की ओर बहने वाली गर्म, नम हवा के साथ मिलकर, तूफानों के लिए एक आदर्श नुस्खा तैयार करती है। यह उच्च-जोखिम क्षेत्र पुर्तगाल और स्पेन से लेकर दक्षिणी फ्रांस और इटली एवं बाल्कन तक फैला हुआ था।

इसके बिल्कुल विपरीत, जब वही स्ट्रैटोस्फेरिक व्यवधान ईस्ट अटलांटिक पैटर्न के नकारात्मक चरण के दौरान हुआ, तो लगभग पूरे महाद्वीप में बवंडर का जोखिम समाप्त हो गया। इस परिदृश्य में, वायुमंडल ठंडी, शुष्क हवा और उच्च-दबाव के अवरोधों के प्रभुत्व में था जिसने गर्म, अस्थिर हवा को उत्तर की ओर बढ़ने से रोक दिया। भले ही जेट स्ट्रीम अभी भी दक्षिण की ओर स्थानांतरित हुई थी, नमी और गर्मी की कमी का अर्थ था कि गंभीर तूफानों के लिए स्थितियाँ नहीं बन सकीं। स्ट्रैटोस्फेरिक संकेत को नीचे की ठंडी, स्थिर हवा द्वारा प्रभावी रूप से निष्प्रभावी कर दिया गया था। यह निष्कर्ष बताता है कि पिछले अनुमान क्यों विफल रहे; ईस्ट अटलांटिक पैटर्न की स्थिति को जाने बिना, स्ट्रैटोस्फेरिक संकेत केवल शोर (noise) मात्र है।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यूरोप में गंभीर सर्दियों के मौसम की भविष्यवाणी करने के लिए दो-चरणीय दृष्टिकोण की आवश्यकता है। पहला, मौसम विज्ञानियों को ध्रुवीय भंवर (पोलर वोर्टेक्स) के व्यवधान के संकेतों के लिए स्ट्रैटोस्फीयर की निगरानी करनी चाहिए। दूसरा, उन्हें ईस्ट अटलांटिक पैटर्न के चरण की जांच करनी चाहिए। यदि एक व्यवधान तब होता है जब ईस्ट अटलांटिक पैटर्न सकारात्मक चरण में होता है, तो यह एक शक्तिशाली प्रारंभिक चेतावनी के रूप में कार्य करता है कि तीन से चार सप्ताह बाद, विशेष रूप से दक्षिणी और पश्चिमी यूरोप में, गंभीर तूफानों के उच्च जोखिम का एक दौर खुलेगा। यह इस बात की गारंटी नहीं है कि किसी विशिष्ट दिन बवंडर आएगा, लेकिन यह एक ऐसी अवधि की पहचान करता है जहाँ वायुमंडलीय सामग्रियां इस तरह संरेखित होती हैं कि ऐसी घटनाएं बहुत अधिक संभावित हो जाती हैं। इस ज्ञान को एकीकृत करके, पूर्वानुमानकर्ता वर्तमान एक-सप्ताह की सीमा से आगे बढ़ सकते हैं और समुदायों को एक आवश्यक सूचना प्रदान कर सकते हैं, जिससे तूफानों के आने से पहले बेहतर तैयारी और संसाधन आवंटन की अनुमति मिल सके।