Spatio-Temporal Disaggregation of CMIP6 Rainfall Datasets and Generation of Intensity Duration Frequency (IDF) Curves for Hyderabad Metropolitan City, India

शहर केवल इमारतों का संग्रह नहीं हैं; वे जटिल, जीवंत प्रणालियाँ हैं जहाँ मौसम खुले ग्रामीण इलाकों की तुलना में अलग व्यवहार करता है। जब भारी बारिश होती है, तो शहर की ज़मीन जंगल की सतह की तरह पानी को सोख नहीं पाती है। इसके बजाय, पानी कंक्रीट और डामर के ऊपर से तेज़ी से बहता है, जिससे नालियाँ और सड़कें डरावनी गति से भर जाती हैं। शहर को सुरक्षित रखने के लिए पाइपों और चैनलों को डिजाइन करने के लिए, इंजीनियर एक विशेष प्रकार के मानचित्र पर भरोसा करते हैं जिसे 'इंटेंसिटी-ड्यूरेशन-फ्रीक्वेंसी' (तीव्रता-अवधि-आवृत्ति) वक्र कहा जाता है। यह मानचित्र भूगोल नहीं दिखाता, बल्कि इस बात के सांख्यिकीय संबंध को दर्शाता है कि बारिश कितनी तेज़ है, तूफान कितने समय तक रहता है, और ऐसे तूफान कितनी बार आते हैं। उदाहरण के लिए, यह योजनाकारों को बताता है कि यदि कोई तूफान एक घंटे में एक निश्चित मात्रा में बारिश करता है बनाम छह घंटों में, तो एक नाले को कितना पानी संभालना चाहिए। हालाँकि, ये मानचित्र अब पुराने पड़ते जा रहे हैं। जैसे-जैसे वैश्विक जलवायु गर्म हो रही है, बारिश के पैटर्न बदल रहे हैं, जो अधिक अनिश्चित और तीव्र होते जा रहे हैं। दशकों के पिछले मौसम से बने पुराने मानचित्र अब बदलते वायुमंडल की वास्तविकता को नहीं दर्शाते।

वैज्ञानिकों के लिए चुनौती यह है कि भविष्य के मौसम की भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण, जिन्हें ग्लोबल क्लाइमेट मॉडल (वैश्विक जलवायु मॉडल) कहा जाता है, एक एकल शहर के विवरण को देखने के लिए बहुत मोटे या व्यापक हैं। ये मॉडल दुनिया को बड़े ग्रिडों में विभाजित करते हैं, जो अक्सर सैकड़ों मील तक फैले होते हैं, जो शहरी क्षेत्रों में होने वाली विशिष्ट और हिंसक बारिश को पकड़ने के लिए बहुत बड़े हैं। इसके अलावा, ये मॉडल आमतौर पर दैनिक टुकड़ों में वर्षा की भविष्यवाणी करते हैं, लेकिन शहर की जल निकासी प्रणालियों को यह जानने की आवश्यकता होती है कि घंटे-दर-घंटे क्या होता है। इस अंतर को पाटने के लिए, शोधकर्ताओं को वैश्विक मॉडलों के व्यापक, दैनिक अनुमानों को उन सूक्ष्म, घंटों के विवरणों में तोड़ना होगा जिनकी इंजीनियरों को आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया में दो चरण शामिल हैं: पहले, मॉडलों को स्थानीय मौसम के इतिहास से मेल खाने के लिए संशोधित करना, और दूसरा, दैनिक कुल योग को यथार्थवादी घंटों के पैटर्न में विभाजित करना।

नारेश आधी और उस्मानिया विश्वविद्यालय, भारत के सहयोगियों के नेतृत्व वाली शोधकर्ताओं की एक टीम ने हैदराबाद के लिए इस समस्या का समाधान निकाला, जो दक्कन के पठार पर स्थित एक विशाल महानगरीय क्षेत्र है। हैदराबाद एक अद्वितीय जलवायु मिश्रण का सामना करता है, जो उष्णकटिबंधीय आर्द्र स्थितियों और अर्ध-शुष्क शुष्कता के मिलन स्थल पर स्थित है। शहर अधिकांश बारिश के लिए दक्षिण-पश्चिम मानसून पर बहुत अधिक निर्भर करता है, लेकिन हाल के वर्षों में एक परेशान करने वाला रुझान देखा गया है: कुल बरसात के दिनों में कमी आई है, लेकिन जो दिन आते हैं, वे खतरनाक तीव्रता के साथ पानी बरसाते हैं। 2020 में, शहर ने एक ही दिन में 250 मिलीमीटर से अधिक बारिश दर्ज की, जिससे भीषण बाढ़ आ गई। आगे क्या होने वाला है, इसकी तैयारी करने के लिए, टीम को यह समझने की आवश्यकता थी कि ये अत्यधिक अल्प-अवधि के तूफान सदी के अंत तक कैसे बदल सकते हैं। वे वैश्विक जलवायु मॉडलों की नवीनतम पीढ़ी की ओर मुड़े, विशेष रूप से 'कपल्ड मॉडल इंटरकंपैरिजन प्रोजेक्ट फेज 6' (CMIP6), जो पृथ्वी के भविष्य के जलवायु के सबसे उन्नत सिमुलेशन प्रदान करता है।

शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए आठ अलग-अलग वैश्विक जलवायु मॉडलों का चयन किया कि कौन से मॉडल हैदराबाद के वर्षा इतिहास को सबसे अच्छी तरह से दोहरा सकते हैं। उन्होंने हैदराबाद के एक ही मौसम केंद्र से 1969 से 2013 तक के 45 वर्षों के वास्तविक वर्षा रिकॉर्ड का उपयोग बेंचमार्क के रूप में किया। उन्होंने चार प्रमुख विशेषताओं के विरुद्ध मॉडलों का परीक्षण किया: औसत मात्रा, परिवर्तनशीलता या दिन-प्रतिदिन में होने वाला उतार-चढ़ाव, गीले और सूखे घंटों का पैटर्न, और एक घंटे की बारिश का अगले घंटे से संबंध। परिणाम बहुत स्पष्ट थे। कोई भी मॉडल हर चीज़ में पूर्ण नहीं था। एक मॉडल, CNM-ESM2-1, औसत वर्षा को सही बताने में सबसे अच्छा था। दूसरा, BCC-CSM2-MR, बारिश के प्राकृतिक उतार-चढ़ाव से मेल खाने में सबसे अच्छा था। जब गीले और सूखे दौर के समय की बात आई, तो मॉडल संघर्ष करते दिखे, अक्सर बहुत अधिक सूखे घंटे बताते थे। इस निष्कर्ष ने जलवायु विज्ञान के एक कठिन सत्य को रेखांकित किया: कोई एक "सर्वश्रेष्ठ" मॉडल नहीं है। किस मॉडल पर भरोसा करना है, इसका चुनाव पूरी तरह से इस बात पर निर्भर करता है कि कार्य के लिए बारिश का कौन सा विशिष्ट पहलू सबसे महत्वपूर्ण है।

एक बार जब मॉडलों को अतीत से मेल खाने के लिए संशोधित कर दिया गया, तो टीम को पहेली के दूसरे हिस्से को हल करना था: दैनिक वर्षा के कुल योग को घंटों के डेटा में बदलना। उन्होंने इसे करने के लिए तीन अलग-अलग गणितीय दृष्टिकोणों का परीक्षण किया। पहला, जिसे 'बार्टलेट-लुईस मॉडल' के रूप में जाना जाता है, बारिश को आपस में जुड़े हुए स्पंदों (pulses) की एक श्रृंखला के रूप में मानता है। दूसरा, 'माइक्रोकेनोिकल कैस्केड', दिन को एक शाखाओं वाले पेड़ की तरह तोड़ता है, जो कुल राशि को समान रखते हुए वर्षा को छोटे और छोटे हिस्सों में विभाजित करता है। तीसरा तरीका, 'K-नेरेस्ट नेबर' (K-Nearest Neighbor), पिछले दिनों के समान मौसम पैटर्न वाले दिनों को देखता है और नए, यथार्थवादी परिदृश्य बनाने के लिए उनके घंटों के विभाजन को उधार लेता है। संशोधित वैश्विक मॉडलों के विरुद्ध इन तीन विधियों को चलाकर, टीम ने हजारों संभावित भविष्य के घंटों के वर्षा अनुक्रम उत्पन्न किए।

इन उच्च-रिज़ॉल्यूशन अनुक्रमों के साथ, शोधकर्ताओं ने हैदराबाद के लिए नए 'इंटेंसिटी-ड्यूरेशन-फ्रीक्वेंसी' वक्र बनाए। उन्होंने दो अलग-अलग भविष्य की दुनियाओं को देखा: एक जहाँ ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन मध्यम स्तर पर स्थिर है, और दूसरा जहाँ वे उच्च दर पर बढ़ते रहते हैं। उन्होंने दो समय अवधियों का परीक्षण किया: निकट भविष्य, 2015 से 2056 तक, और दूर का भविष्य, 2057 से 2100 तक। परिणामों ने शहर के बुनियादी ढांचे के लिए एक स्पष्ट और चिंताजनक तस्वीर पेश की। सिमुलेशन ने सुझाव दिया कि अत्यंत कम अवधि के, तीव्र तूफानों का जोखिम काफी बढ़ रहा है। मध्यम उत्सर्जन परिदृश्य के तहत, मॉडलों ने अनुमान लगाया कि एक-घंटे के तूफान लगभग 250 मिलीमीटर प्रति घंटा की तीव्रता तक पहुँच सकते हैं। इतने कम समय में इतना अधिक पानी गिरना एक चौंकाने वाली बात है। तीन-घंटे के तूफान भी गंभीर होने का अनुमान था, जो लगभग 85 मिलीमीटर प्रति घंटा तक पहुँच सकते हैं।

दिलचस्प बात यह है कि इन संक्षिप्त विस्फोटों की गंभीरता सदी के बढ़ने के साथ आवश्यक रूप से नहीं बढ़ी। दूर के भविष्य (2057-2100) में एक-घंटे और तीन-घंटे के तूफानों की तीव्रता निकट-भविष्य के अनुमानों के समान ही रही, जिससे पता चलता है कि चाहे उत्सर्जन उच्च हो या मध्यम, शहर को सदी के शेष भाग के लिए इन विशिष्ट प्रकार की चरम घटनाओं के बढ़ते जोखिम का सामना करना पड़ेगा। हालाँकि, लंबे तूफानों के लिए कहानी अलग थी। छह-घंटे और बारह-घंटे की वर्षा की तीव्रता, जो मानसून के मौसम के लिए अधिक विशिष्ट है, उन सीमाओं के भीतर रही जो शहर ने ऐतिहासिक रूप से अनुभव की हैं। यह इंगित करता है कि हैदराबाद के लिए प्राथमिक खतरा बरसात के मौसम की लंबाई में बदलाव नहीं है, बल्कि सबसे छोटी, सबसे अचानक होने वाली भारी बारिश की हिंसा में नाटकीय वृद्धि है।

अध्ययन ने यह भी उजागर किया कि इस विशिष्ट कार्य के लिए कौन से उपकरण सबसे अच्छा काम करते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि 'K-नेरेस्ट नेबर' विधि और 'माइक्रोकेनोिकल कैस्केड' विधि, विशेष रूप से MIROC6 वैश्विक जलवायु मॉडल के साथ मिलकर, सबसे तीव्र तूफानों के पैटर्न को पुनरुत्पादित करने में विशेष रूप से प्रभावी थे। जबकि अन्य मॉडल एक-घंटे के तूफानों की चरम तीव्रता को बढ़ा-चढ़ाकर बताते थे, MIROC6 मॉडल ने ऐतिहासिक रुझानों का बारीकी से पालन किया। यह इंजीनियरों को भविष्य की जल निकासी प्रणालियों को डिजाइन करने के लिए एक विशिष्ट, विश्वसनीय संयोजन प्रदान करता है। ये निष्कर्ष एक कड़ी चेतावनी देते हैं: शहर के बुनियादी ढांचे के निर्माण के पुराने नियम अब पर्याप्त नहीं हैं। जैसे-जैसे जलवायु बदल रही है, हैदराबाद शहर, और वास्तव में कई शहरी केंद्र, एक ऐसे भविष्य के लिए तैयार होने चाहिए जहाँ सबसे खतरनाक बारिश सबसे कम समय में होती है, जिसके लिए पानी के प्रबंधन के तरीके में मौलिक पुनर्विचार की आवश्यकता है।