Temporal and spatial scales of extremes of daily tropical rainfall : the example of Thailand (1979-2024)

मौसम का अनिश्चित कार्ड: बारिश को पकड़ पाना कठिन क्यों है

कल्पना कीजिए कि आप एक तूफान में जाल के साथ एक विशिष्ट बारिश की बूंद को पकड़ने की कोशिश कर रहे हैं। वैज्ञानिक अत्यधिक वर्षा का अध्ययन करते समय लगभग यही करते हैं। बारिश केवल एक स्थिर फुहार नहीं है; यह छोटे, अल्पकालिक तूफानों (जैसे व्यक्तिगत चिंगारियां) का एक अराजक मिश्रण है जो कभी-कभी विशाल, संगठित प्रणालियों (जैसे एक धधकता हुआ अलाव) में एक साथ आ जाते हैं। मौसम विज्ञान के रूप में जाना जाने वाला यह अध्ययन क्षेत्र, यह समझने की कोशिश करता है कि ये "चिंगारियां" और "अलाव" स्थान और समय के माध्यम से कैसे व्यवहार करते हैं।

इस अराजकता को समझने के लिए, शोधकर्ता कुछ प्रमुख उपकरणों का उपयोग करते हैं। सबसे पहले, वे परसेंटाइल्स (percentiles) को देखते हैं, जो एक दौड़ में रैंकिंग करने जैसा है। यह पूछने के बजाय कि "कितनी बारिश हुई?", वे पूछते हैं, "क्या यह दिन अन्य सभी दिनों की तुलना में 99% अधिक गीला था?" यह उन्हें यह समझने में मदद करता है कि किसी विशिष्ट स्थान पर आमतौर पर कितनी बारिश होती है, उससे भ्रमित हुए बिना वास्तविक चरम सीमाओं को कैसे पहचाना जाए। दूसरा, वे स्थानिक पैमानों (spatial scales) को मापते हैं, जो बस यह पूछने का एक शानदार तरीका है: "यदि यहाँ मूसलाधार बारिश हो रही है, तो कितनी दूर तक भी बारिश हो रही है?" क्या बारिश एक छोटा, अलग तालाब है, या पूरे शहर को कवर करने वाला एक विशाल बाढ़ है? अंत में, वे कालीगत पैमानों (temporal scales) की जांच करते हैं: "क्या यह तूफान एक घंटे तक चलता है, या यह कई दिनों तक बरसता रहता है?" इन पैटर्न को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि अत्यधिक बारिश अचानक बाढ़ ला सकती है, फसलों को नष्ट कर सकती है और जीवन को बाधित कर सकती है। यदि हम यह अनुमान लगा सकें कि ये तूफान कितने बड़े और कितने लंबे होते हैं, तो हम बेहतर शहर बना सकते हैं और सबसे खराब स्थिति के लिए तैयार हो सकते हैं।

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थायलैंड में महान वर्षा की खोज

इस अध्ययन में, वैज्ञानिकों की एक टीम ने थायलैंड में बारिश के साथ जासूसी करने का निर्णय लिया। वे यह पता लगाना चाहते थे कि सबसे भीषण बारिश के तूफान वास्तव में कितने बड़े और कितने लंबे होते हैं। उन्होंने केवल अनुमान नहीं लगाया; उन्होंने 1979 से 2024 तक के 46 वर्षों के एक विशाल डेटासेट का अवलोकन किया। सबसे सटीक तस्वीर प्राप्त करने के लिए, उन्होंने दो अलग-अलग प्रकार के "बारिश डिटेक्टरों" का उपयोग किया। पहला एक 75 वास्तविक रेन गेज (वर्षामापी) का नेटवर्क था जो पूरे देश में बिखरा हुआ था—भौतिक बाल्टियाँ जो वास्तविक पानी को पकड़ती हैं। दूसरा तीन उच्च-तकनीकी कंप्यूटर मॉडल (जिन्हें MSWEP, CHIRPS और ERA5 कहा जाता है) का एक सेट था जो उपग्रहों और मौसम के पैटर्न का उपयोग करके पूरे देश में वर्षा का अनुमान लगाते हैं।

शोधकर्ता "ExtD" (अत्यधिक दैनिक वर्षा) की तलाश कर रहे थे। उन्होंने इन्हें उन दिनों के रूप में परिभाषित किया जो अन्य सभी दिनों की तुलना में 90%, 95%, 99%, या यहाँ तक कि 99.9% अधिक गीले थे। इसे शीर्ष 10%, शीर्ष 5%, शीर्ष 1%, और अत्यंत दुर्लभ शीर्ष 0.1% बरसाती दिनों के रूप में समझें। उन्होंने पूछा: ये अत्यधिक दिन कितनी दूरी पर होते हैं? क्या ये केवल एक दिन तक चलते हैं, या ये एक सप्ताह तक टिके रहते हैं? और, सबसे महत्वपूर्ण बात, क्या कंप्यूटर मॉडल इन चरम सीमाओं को वास्तविक रेन गेज की तरह स्पष्ट रूप से देख सकते हैं?

निष्कर्ष: बारिश छोटी, कम अवधि की और अधिक उग्र हो रही है

यहाँ टीम ने क्या खोजा, और यह पता चला कि कंप्यूटर मॉडलों की कुछ कमियां हैं।

1. कंप्यूटर मॉडलों के साथ "पिक्सेल" की समस्या
वैज्ञानिकों ने पाया कि कंप्यूटर मॉडल सामान्य मौसम का अनुमान लगाने में तो अच्छे हैं, लेकिन वे वास्तव में उग्र चीजों के साथ संघर्ष करते हैं। जब एक वास्तविक रेन गेज ने भारी मूसलाधार बारिश दर्ज की, तो कंप्यूटर मॉडलों ने अक्सर कहा, "ओह, वह तो बस एक भारी बौछार थी।" मॉडल अक्सर इस बात को कम आंकते थे कि सबसे चरम दिनों में कितनी बारिश हुई।

क्यों? कल्पना कीजिए कि कम रिज़ॉल्यूशन वाले कैमरे से ली गई एक फोटो। यदि आप एक छोटी, चमकीली चिंगारी को ज़ूम करते हैं, तो कैमरा उसे धुंधला कर देता है और उसे एक मंद, बड़े उजाले जैसा बना देता है। इसी तरह, क्योंकि कंप्यूटर मॉडल दुनिया को एक ग्रिड (स्क्रीन पर पिक्सेल की तरह) में विभाजित करते हैं, वे बारिश के छोटे, तीव्र विस्फोटों को सुचारू (smooth out) कर देते हैं। वास्तविक रेन गेज ने दिखाया कि अत्यधिक बारिश अक्सर बहुत स्थानीय होती है—कभी-कभी एक स्थान पर होती है लेकिन 10 किलोमीटर दूर भी नहीं होती। हालाँकि, मॉडलों ने बारिश को ऐसा दिखाया जैसे कि इसने वास्तव में होने वाली तुलना में बहुत बड़े क्षेत्र को कवर किया हो।

2. तूफान कितना बड़ा है?
टीम ने e-folding distance नामक चीज़ का उपयोग करके इन तूफानों के "आकार" को मापा। यह पूछने का एक शानदार तरीका है: "आपको कितनी दूर यात्रा करनी होगी जिससे उसी चरम बारिश को देखने की संभावना लगभग 37% तक गिर जाए?"

• "मध्यम" चरम (शीर्ष 10% बरसाती दिनों, या p90) के लिए, वास्तविक रेन गेज ने दिखाया कि ये तूफान आमतौर पर लगभग 77 किलोमीटर चौड़े घेरे को कवर करते हैं।
• अत्यंत दुर्लभ, "दानव" तूफानों (शीर्ष 0.1% दिनों, या p99.9) के लिए, वास्तविक तूफान छोटे होते हैं! अध्ययन इन विशिष्ट आकारों को भी नहीं माप सका क्योंकि वे इतने छोटे और अलग-थलग थे कि रेन गेज उन्हें दोनों को पकड़ने के लिए बहुत दूर थे।
• हालाँकि, कंप्यूटर मॉडल लगातार कह रहे थे कि ये तूफान विशाल थे। दानव तूफानों के लिए, मॉडलों ने अनुमान लगाया कि वे 274 किलोमीटर चौड़े क्षेत्रों तक फैले हुए थे। मॉडल वास्तव में एक छोटे, तीव्र विस्फोट के बजाय एक विशाल बादल देख रहे थे।

3. बारिश की "एक बार और खत्म" वाली प्रकृति
शोधकर्ताओं ने यह भी जांचा कि ये अत्यधिक दिन कितने लंबे चलते हैं। उन्होंने पाया कि अधिकांश अत्यधिक वर्षा के दिन "समय-पृथक" (time-isolated) होते हैं।

• लगभग 55% मध्यम अत्यधिक दिन अकेले आते हैं, बिना पिछले या अगले दिन समान बारिश के।
• "दानव" तूफानों (p99.9) के लिए, 90% अकेले दिन होते हैं।
• भले ही ये अत्यधिक दिन किसी गीले दौर का हिस्सा हों, वह दौर बहुत लंबा नहीं होता है। एक तूफान जो शीर्ष 0.1% की सीमा को छूता है, इसका मतलब यह नहीं है कि वह लगातार एक सप्ताह तक बरसेगा। कंप्यूटर मॉडल इस मामले में अधिक अनुमान लगाने की प्रवृत्ति रखते थे, यह सुझाव देते हुए कि तूफान वास्तव में होने की तुलना में अधिक समय तक चलते हैं।

4. बारिश तीव्र हो रही है
अंत में, टीम ने 1979 से 2024 तक के दीर्घकालिक रुझान को देखा। उन्हें एक स्पष्ट संकेत मिला: वर्षा तीव्र हो रही है।

• थायलैंड में कुल वर्षा में कोई बड़ा बदलाव नहीं आया है, और वर्षा के दिनों की संख्या बढ़ी नहीं है।
• हालाँकि, अत्यधिक दिनों की आवृत्ति (frequency) तेजी से बढ़ रही है। शीर्ष 95% और 99% की सीमाओं को छूने वाले दिनों की संख्या औसत वर्षा की तुलना में तेजी से बढ़ रही है।
• यह सुझाव देता है कि भले ही यह अधिक बार न हो, लेकिन जब यह होती है, तो यह बहुत भारी होती जा रही है।
• दिलचस्प बात यह है कि कंप्यूटर मॉडलों को इस रुझान को पकड़ने में कठिनाई हुई। ERA5 मॉडल ने इस तीव्रता को दिखाने में अच्छा काम किया, लेकिन MSWEP मॉडल इसे सटीक रूप से पकड़ने में विफल रहा। वास्तव में, दुर्लभतम तूफानों (p99 और p99.9) के लिए, MSWEP ने नकारात्मक रुझान दिखाया, जो यह सुझाव देता है कि अत्यधिक वर्षा में कमी आई है, जो देखी गई वास्तविकता के विपरीत है। यह हमें बताता है कि यदि हम जलवायु परिवर्तन के कारण तूफानों के बदतर होने का अध्ययन करना चाहते हैं, तो हम केवल किसी भी कंप्यूटर मॉडल पर भरोसा नहीं कर सकते; हमें बहुत सावधान रहना होगा कि हम किसका उपयोग कर रहे हैं।

निचोड़

यह अध्ययन इस बात के लिए एक वास्तविकता की जाँच है कि हम चरम मौसम को कैसे ट्रैक करते हैं। यह दिखाता है कि वास्तविक दुनिया की बारिश अक्सर हमारे सर्वश्रेष्ठ कंप्यूटर मॉडलों के सुझावों की तुलना में अधिक अराजक, स्थानीय और अल्पकालिक होती है। मॉडल किनारों को धुंधला कर देते हैं, जिससे तूफान वास्तव में होने की तुलना में बड़े और लंबे दिखाई देते हैं। जबकि मॉडल सामान्य मौसम के लिए बहुत अच्छे हैं, वे वास्तविक "दानव" तूफानों को पकड़ने में संघर्ष करते हैं जो सबसे अधिक नुकसान पहुंचाते हैं।

सबसे रोमांचक बात: रुझान है। थालैंड इन तीव्र, अलग-थलग होने वाली मूसलाधार बारिशों को देख रहा है। बारिश केवल अधिक जोर से नहीं गिर रही है; चरम स्थितियाँ अब नया सामान्य बन रही हैं। जैसा कि वैज्ञानिकों ने नोट किया, यह वर्षा के दीर्घकालिक तीव्रकरण का सुझाव देता है, जो एक पैटर्न है जो गर्म होते ग्रह से हमारी अपेक्षाओं के अनुरूप है। लेकिन इसे स्पष्ट रूप से देखने के लिए, हमें कंप्यूटर स्क्रीन से प्राप्त धुंधली तस्वीरों के बजाय ज़मीनी सच्चाई—वास्तविक रेन गेज—पर अधिक भरोसा करने की आवश्यकता है।