آلودگی هوا چه تاثیری بر بارش دارد؟

اقتصاد۲۴- بارندگی‌ها در کشور طی پاییز امسال ۴۳درصد نسبت به دوره بلندمدت گذشته کاهش پیدا کرد و از ابتدای زمستان تاکنون نیز میزان بارش براساس میلی‌متر، حدود ۵۹درصد افت کرده است. این فقط داده‌های رسمی نیست که «پاییز و زمستان بسیار کم‌بارش» را به تصویر می‌کشد؛ برای ساکنان مناطق مختلف به‌ویژه تهران – که افت بارندگی در آن از میانگین کشوری هم شدیدتر بوده است- آب و هوای این فصل از سال، عجیب به نظر می‌رسد. بارندگی‌های چندساعته زمستان‌های گذشته، به بارش‌های چنددقیقه‌ای تبدیل شده است.

بررسی‌ها درباره علت یا علل خشکی پاییز و زمستان امسال نشان می‌دهد، «آلودگی‌هوا» که در خیلی از کلان‌شهر‌های کشور به شکل تاریخی و پرشدت در این دوره افزایش پیدا کرده به‌عنوان متهم کم‌بارشی مطرح است. کارشناسان این حوزه معتقدند، از لحاظ علمی دلایل اصلی کاهش بارش ناشی از ناهنجاری‌های اقلیمی بوده و افزایش گاز‌های گلخانه‌ای می‌تواند در موضوع کاهش بارش‌ها نقش داشته باشد. همچنین نتایج مطالعات جهانی مشخص می‌کند، غلظت بالای ذرات معلق در محدوده‌های آلوده می‌تواند «سرکوب بارش» را از طریق اثرگذاری بر مسیر باد، توسعه ابر و شدت بارندگی موجب شود.

پاییز و زمستان امسال ایران، شباهت طبیعی به این دو فصل نداشته است به‌طوری‌که مشاهدات بصری شهروندان مناطق مختلف کشور از آسمان از یک سو و داده‌های رسمی از «افت شدید و معنادار بارش ها» از سوی دیگر، «غایب بزرگ» نیمه دوم سال را تایید می‌کند. اما علت چیست؛ چرا «باران ۱۰ دقیقه ای» جای «بارش‌های حداقل یک‌روزه سال‌های گذشته» را در پایتخت و البته دیگر شهر‌های با سابقه بارندگی‌های چند‌ساعته گرفته است؟

بیشتر بخوانید:هشدار قرمز آلودگی هوا برای ۱۱ منطقه تهران

تاکنون، هیچ اظهارنظر تخصصی یا کارشناسی درباره «علت یا علل افت شدید بارش‌ها در سال آبی کنونی ایران» مطرح نشده است. در این میان، برخی شایعات غیرعلمی همچون «ابر‌دزدی» و برخی حرف‌های کلیشه‌ای همچون «تداوم خشکسالی» باعث شده ذهن‌ها از «متهم اصلی» منحرف شود و در نتیجه، «تداوم غفلت از مهار این متهم» ادامه پیدا کند.

گزارش «دنیای‌اقتصاد» از داده‌های رسمی هواشناسی نشان می‌دهد، بارش‌های پاییزی امسال در ایران، ۴۳ درصد نسبت به دوره بلندمدت گذشته، کاهش پیدا کرد و این کم بارشی در ماه اول زمستان تشدید شد و به «۵۹ درصد افت» رسید؛ در تهران، اما وضعیت وخیم‌تر از میانگین کشوری است، به‌طوری‌که کم بارشی از ابتدای پاییز تاکنون در این کلان شهر، ۴۸ میلی متر (نسبت به وضعیت نرمال) بوده در حالی که برای کشور، ۴۱ میلی متر گزارش شده است.

در پاییز اگر وضعیت بارش‌ها نرمال باشد، باید ۶۰ میلی متر بارندگی اتفاق بیفتد، اما پاییز امسال ۳۴ میلی متر بارش در کشور ثبت شد. در زمستان امسال (ماه اول) نیز به جای ۲۶.۵ میلی متر بارندگی، حدود ۱۱ میلی متر بارش اتفاق افتاده است.

بررسی‌ها از پشت صحنه «کم بارشی» در مناطق مختلف کشور به ویژه در تهران که در هفته‌های اخیر، سردترین فصل سال را به «زمستان ۱۰ دقیقه ای» برای شهروندان تبدیل کرد، نشان می‌دهد: متهم اصلی، «آلودگی هوا» است. بررسی محتوای ۱۰ مطالعه جهانی درباره آنچه محققان حوزه اقلیم و آب وهوا در کشورها، اسم آن را «رابطه پیچیده بین آب وهوا و کیفیت هوا» نامیده اند، مشخص می‌کند: آلودگی هوا و مناطق آلوده به حجم بالای ذرات معلق، بر روند طبیعی «باد، ابر و باران» اثر مخرب می‌گذارد و باعث «سرکوب بارش‌های طبیعی» می‌شود. این مطالعات، در دو کشور با سابقه بلندمدت آلودگی هوا، یعنی هند و چین، تایید شده است. ماجرا از این قرار است که آلودگی هوا به دو شکل بر «مسیر و شدت باد»، «چرخه تشکیل ابر و رشد آن» و «شدت و توزیع بارندگی» تاثیر می‌گذارد. در شکل اول، ذرات معلق آلاینده هوا مانع تجمیع قطرات ریز آب در فرآیند تشکیل ابر می‌شود که در نتیجه این اختلال، جلوی باران زایی ابر‌ها گرفته می‌شود، به‌طوری‌که «ابر آلوده» در مقایسه با «ابر تمیز»، در حجم یکسان، بارندگی کمتری ایجاد می‌کند.

در شکل دوم نیز لایه‌های آلودگی در سطح آسمان شهرها، مانع از تابش کامل خورشید می‌شود و بر فرآیند تبخیر رطوبت و آب اثر سوء می‌گذارد که همین، بر شکل گیری ابر‌های باران زا تاثیر مخرب دارد. به گزارش «دنیای‌اقتصاد»، آلودگی هوا در تهران طی سال‌جاری، رکورد تاریخی زد به‌طوری‌که تا قبل از شروع زمستان، تهران فقط یک روز هوای پاک داشت. همچنین تهران در سال گذشته به لحاظ «بیشترین روز‌های ناپاک» نیز رکورد زد؛ ۳۲۴ روز هوای غیرپاک که ۳۸ روز آن، قرمز و قهوه‌ای یا بنفش بود.

آلودگی هوا چه تاثیری بر بارش دارد؟

«دنیای‌اقتصاد» براساس مطالعات ۱۰ مجله و مرکز علمی معتبر جهان شامل «مجله علمی آلودگی محیط Environmental Pollution»، «مجله علمی Fundamental Research»، «مجله علمی Atmospheric Sciences»، «مجله علمی مجموعه مقالات فرهنگستان ملی علوم ایالات متحده آمریکا PNAS»، «مجله علمی سوئیسی MDOI ناشر مجلات علمی با دسترسی آزاد»، «مجله بهداشت محیط سازمان بهداشت جهانی Environmental Health»، «مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژیک ایالات متحده- کتابخانه ملی پزشکی آمریکا NIH»، «گروه مدیریت آبی پارلمان اروپا MEP Water group»، «آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده آمریکا EPA» و «سازمان علوم زمین اروپا EGU» به بررسی تاثیر آلودگی هوا بر بارش پرداخته که نتیجه این مطالعات به شرح زیر است:

کیفیت هوا و ارتباط آن با شرایط آب و هوایی یک مؤلفه مهم سلامت محیط است. وضعیت هوا را از نظر وجود آلاینده‌ها توصیف می‌کنند که ممکن است تاثیر منفی بر محیط زیست، پوشش گیاهی و سلامت انسان داشته باشد. تعدادی از متغیرها، از جمله آب و هوا، نقش مهمی در تعیین کیفیت هوایی که تنفس می‌کنیم دارند. پراکندگی، تجمع و تبدیل آلاینده‌های هوا می‌تواند به میزان زیادی تحت تاثیر پارامتر‌های آب و هوایی مختلف قرار گیرد و ارتباط بین کیفیت هوا و آب و هوا را پیچیده و وابسته به یکدیگر کند. این مقاله به بررسی رابطه پیچیده بین آب و هوا و کیفیت هوا می‌پردازد و تاکید می‌کند که چگونه جنبه‌های هواشناسی در تعیین کیفیت هوایی که تنفس می‌کنیم بسیار مهم است. عوامل هواشناسی شامل دما، جهت و سرعت باد، بارش، پایداری جو، رطوبت و تابش خورشید می‌شوند که بر کیفیت هوا تاثیر می‌گذارند. این ۶ عامل تاثیرگذار در هوا می‌تواند به چند شکل خود را نشان دهد.

یک شکل بحران هوایی در وارونگی هوایی زمستانی خود را نشان می‌دهد. در طول زمستان، وارونگی دما می‌تواند منجر به تجمع آلاینده‌ها در لایه‌های پایینی جو شود. به عنوان مثال، شهر‌های احاطه شده توسط کوه‌ها می‌توانند وارونگی دما را تجربه کنند که آلاینده‌های ساطع شده از وسایل نقلیه و فعالیت‌های صنعتی را به دام می‌اندازد و منجر به دوره‌های مه‌دود و کاهش کیفیت هوا می‌شود.

این سوال مطرح است که چگونه آلودگی هوا بر الگو‌های بارندگی آب تاثیر می‌گذارد؟ از الگو‌های بارندگی گرفته تا شدت باد‌های موسمی، آلودگی هوا می‌تواند به طور قابل‌توجهی بر چرخه آب تاثیر بگذارد. ذرات معلق می‌توانند میزان تشعشعات خورشیدی را که به سطح زمین می‌رسد کاهش دهند و بر سرعت تبخیر آب و حرکت آن به جو تاثیر بگذارند. آن‌ها همچنین بر شکل گیری ابر‌ها و ظرفیت حمل آب تاثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، تغییرات در شدت و توزیع بارندگی در هند و چین با آلودگی ذرات معلق مرتبط است. برخی مناطق باران بیش از حد معمول را تجربه می‌کنند، اغلب به صورت فوران‌های متمرکز هستند در حالی که برخی دیگر میزان کمتری را تجربه می‌کنند. ذرات معلق همچنین بر مسیر و شدت باد‌های موسمی در آسیا تاثیر می‌گذارد و خشکسالی را در چین، آمریکای شمالی و آسیای جنوبی تشدید کرده است. آلودگی اروپا و آمریکای شمالی بر بارندگی و خشکسالی در ساحل تاثیر می‌گذارد. برای ناظر معمولی، به نظر می‌رسد که این تاثیرات با تنوع زیست‌محیطی عمومی‌تر ترکیب می‌شوند، اما تاثیرات آن‌ها بر کشاورزی، مخازن آب و تنوع زیستی قابل‌توجه است.

اثر ذرات بر بارندگی منجر به ایجاد قطرات معمولی باران شامل متراکم شدن بخار آب بر روی ذرات ابر‌ها می‌شود. این قطرات در نهایت با هم ترکیب می‌شوند و قطرات به اندازه کافی بزرگ می‌شوند که به زمین بیفتند. با این حال، با ورود بیشتر و بیشتر ذرات آلودگی (آئروسل‌ها) به ابر باران، همان مقدار باران می‌بارد. این قطرات کوچک‌تر آب با هوا شناور می‌شوند و از ادغام و بزرگ شدن به اندازه کافی آن‌ها برای قطرات باران جلوگیری می‌شود. بنابراین، این ابر در طول دوره رشد خود در مقایسه با یک ابر تمیز (غیر‌آلوده) با همان اندازه، بارندگی کمتری تولید می‌کند.

در میان انواع دیگر آلودگی، آلودگی هوا به نظر می‌رسد که مفهومی در سطح سیاره دارد. دانشمندان حتی سناریویی شبیه آخرالزمان را حدس زده اند که در آن آلودگی هوا اگر کنترل نشود، می‌تواند شکل شدیدی از گرمایش جهانی به نام اثر گلخانه‌ای فراری ایجاد کند. اگرچه این صرفا حدس و گمان است، اما پدیده‌ای است که قبلا در زهره رخ داده است. گفته می‌شود که آلودگی آب زمانی رخ می‌دهد که آلاینده‌های سمی و ذرات معلق به بدنه‌های آبی مانند دریاچه ها، رودخانه‌ها و دریا‌ها وارد شوند. این آلاینده‌ها عموما توسط فعالیت‌های انسانی مانند تصفیه نامناسب فاضلاب و نشت نفت وارد می‌شوند. با این حال، حتی فرآیند‌های طبیعی مانند اوتروفیکاسیون می‌تواند باعث آلودگی آب شود. آلاینده‌ها نه‌تن‌ها سلامت عمومی را به شدت تحت‌تاثیر قرار می‌دهند، بلکه آب و هوا و اکوسیستم‌های زمین را در سطح جهان نیز تحت‌تاثیر قرار می‌دهند. بیشتر سیاست‌ها برای کاهش آلودگی هوا یک استراتژی برد-برد برای سلامت و آب و هوا ارائه می‌کنند. سطوح پایین‌تر آلودگی هوا منجر به سلامت قلبی عروقی و تنفسی جمعیت در بلندمدت و کوتاه مدت می‌شود.

ازن و کربن سیاه بر فرآیند‌های آب و هوایی تاثیر می‌گذارد و بازده کشاورزی را کاهش می‌دهد و در نتیجه امنیت غذایی را تهدید می‌کند. بنابراین، موضوعات مرتبط با سلامت آلودگی و دود می‌تواند تاثیر زیادی بر تشکیل ابر‌ها داشته باشد. مطالعه جدیدی که توسط محققان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) انجام شده است نشان می‌دهد که آلودگی هوا و دود ناشی از فعالیت‌های انسانی چگونه بر ابر‌ها و بارندگی تاثیر می‌گذارد. این مطالعه که در مجله Nature Communications منتشر شده است، چگونگی تاثیر آلودگی و دود بر ابر‌های همرفتی عمیق مانند ابر‌های رعد و برق را بررسی می‌کند.

محققان دریافتند که سطوح بالای دود در جو مانع از توسعه ابر‌های همرفتی عمیق می‌شود، اما آلودگی به شکل گیری ابر‌ها کمک می‌کند، مشروط بر اینکه سطح آلودگی متوسطی در جو وجود داشته باشد. این تیم از داده‌های رصدی دو ماهواره، استفاده کرد که در یک مسیر بسیار نزدیک به هم به دور زمین می‌چرخیدند. این ماهواره‌ها به محققان نگاهی عمیق و منحصربه فرد به سطوح آلودگی و تشکیل ابر در سراسر جهان ارائه کردند. ابر‌های همرفتی از بالا آمدن هوای گرم تشکیل می‌شوند، اما به خوبی درک نشده بود که چگونه فعالیت‌های انسانی مانند آلودگی یا دود ناشی از آتش‌سوزی بر بارش و رشد ابر تاثیر می‌گذارد.

از سال ۲۰۰۶ تا امسال، CALIPSO و CloudSat به دور زمین می‌چرخیدند، یکی ذرات آئروسل مانند دود و آلودگی را اندازه می‌گرفت و دیگری مکان و ارتفاع ابر‌ها را اندازه گیری می‌کرد. محققان دو مجموعه داده را بررسی کردند و یک دوره پنج‌ساله متوالی خاص را برای تجزیه و تحلیل انتخاب کردند تا تاثیر آلودگی بر تشکیل ابر‌ها را بهتر درک کنند. در حالی که برخی از ذرات معلق در هوا برای تشکیل ابر بسیار مهم هستند، آلاینده‌های زیاد می‌توانند مانع رشد ابر‌ها شوند.

محققان همچنین دریافتند که از آنجا که ذرات دود تابش خورشید را مسدود می‌کند و از تبخیر رطوبت جلوگیری می‌کند، از تشکیل ابر‌ها جلوگیری می‌شود. مانند دود که جلوی خورشید را می‌گیرد، این تیم همچنین کشف کردند که سطوح بالای آلودگی اثر جوی مشابهی ایجاد می‌کند و مانع رشد ابر‌ها می‌شود. با این حال نمی‌توان همین را در مورد ذرات گرد و غبار گفت، داده‌ها نشان می‌دهند که تغییرات زیادی در ذرات گرد و غبار در اتمسفر بسته به مکان وجود دارد، و در برخی مکان‌ها رشد ابر‌ها منتفع می‌شود و در برخی دیگر، توسعه ابر متوقف می‌شود. این مطالعه به روشن کردن رابطه مهم بین فعالیت‌های انسانی و رشد ابر و بارش کمک می‌کند که می‌تواند به بهبود مدل‌های اقلیمی آینده کمک کند و انگیزه بیشتری برای کاهش آلودگی ایجاد کند.

باتوجه به مراحل چرخه‌ای تشکیل ابر و بارش باران، می‌توان گفت که کیفیت هوا بر این چرخه تاثیرگذار خواهد بود. مناطق مختلف در منطقه Waikato در معرض الگو‌های آب و هوایی مختلف و سطوح مختلف کیفیت هوا قرار دارند. به عنوان مثال، مناطق ساحلی در معرض باد‌های مداوم هستند که به پراکندگی هر گونه آلاینده کمک می‌کند. در مناطق داخلی، آلاینده‌های هوا می‌توانند زمانی که باد کم یا بدون باد وجود داشته باشد، ایجاد شوند. سرعت باد آلاینده‌های هوا را از منبع آن‌ها دور می‌کند و باعث پراکندگی آن‌ها می‌شود. به طور کلی هر چه سرعت باد بیشتر باشد آلاینده‌ها بیشتر پراکنده می‌شوند و غلظت آن‌ها کمتر می‌شود. با این حال، باد شدید همچنین می‌تواند گرد و غبار ایجاد کند. با گرم شدن زمین در طول روز، هوا متلاطم‌تر می‌شود. تلاطم هوا باعث می‌شود هوای آلوده با دور شدن از منبع خود پراکنده شود. در مقابل، شرایط پایدار اغلب در شب زمانی که هوا خنک‌تر است رخ می‌دهد.

آلاینده‌های هوای آزاد‌شده در مناطق شهری در شب، مانند آتش‌سوزی در خانه، به راحتی پراکنده نمی‌شوند و باعث آلودگی موضعی هوا می‌شوند. لایه‌های وارونگی هوا معمولا با افزایش ارتفاع در جو سرد می‌شود. با این حال، گاهی اوقات یک لایه هوای بالایی گرم‌تر از لایه پایینی است. به این حالت وارونگی می‌گویند. در Waikato، وارونگی اغلب در شب‌های صاف و آرام زمانی که زمین به سرعت سرد می‌شود، شکل می‌گیرد. لایه بالایی هوای گرم مانند یک درپوش عمل می‌کند. لایه‌ای از هوای سرد را در زیر خود به دام می‌اندازد و آلاینده‌های هوا، مانند دود آتش سوزی خانه، در لایه پایین و سردتر به دام می‌افتند. این آلاینده‌های به دام افتاده می‌توانند باعث سلامتی و اثرات آزاردهنده شوند. وقتی لایه‌های وارونگی نزدیک به زمین (عمق اختلاط) تشکیل می‌شوند، آلاینده‌های هوا ایجاد می‌شوند. لایه‌های وارونگی معمولا توسط باد یا با بالا آمدن هوای گرم با گرم شدن زمین پراکنده می‌شوند. اما اگر لایه وارونگی برای مدت طولانی در جای خود باقی بماند، آلاینده‌ها می‌توانند تا سطوح بالایی ایجاد شوند.

بیشتر بخوانید:تهران نوزدهمین پایتخت جهان به لحاظ آلودگی هوا

اثر دود، گرد و غبار و آئروسل آلودگی بر توسعه ابر‌های کم‌عمق بر روی اقیانوس اطلس قابل مشاهده است؛ ابر‌هایی که در محیط‌های آلوده رشد می‌کنند، قطرات متعدد، اما کوچک‌تری دارند. این ویژگی ممکن است منجر به سرکوب بارش و طول عمر بیشتر ابر شود. با این حال، جذب تابش خورشیدی ورودی توسط ذرات معلق در هوا، می‌تواند پوشش ابر را کاهش دهد. اثر خالص آئروسل روی ابر‌ها در حال حاضر بزرگ‌ترین عدم‌قطعیت در ارزیابی شرایط آب و هوایی است. با استفاده از آمار بزرگ داده‌های ماهواره‌ای MODIS (طیف‌سنج تصویربرداری با وضوح متوسط) با وضوح یک کیلومتر، اثر آئروسل بر روی ابر‌های آب کم‌عمق، به طور جداگانه در چهار منطقه از اقیانوس اطلس، برای ژوئن تا آگوست ۲۰۰۲ مطالعه شد. آئروسل دریایی، دود، گرد و غبار معدنی و ذرات معلق در هوا هر چهار نوع آئروسل بر اندازه قطرات ابر تاثیر می‌گذارد.

کاهش بارش تهران به واسطه آلودگی هوا

مسعود حقیقت، کارشناس هواشناسی و مدیرکل اداره هواشناسی استان فارس در پاسخ به این پرسش که دلیل کاهش بارش در سال آبی جدید را چه می‌دانید آیا ما در یک دوره خشکسالی قرار داریم و تا چه اندازه روند بارش‌ها و تغییر الگوی بارش‌ها در ایران تحت‌تاثیر تغییر اقلیم است؟ به هفته نامه «تجارت فردا» در گزارشی تحت عنوان «بارش بلا» می‌گوید: ما بر اساس یکسری شواهد و الگو‌ها اظهارنظر می‌کنیم، پیش‌بینی‌های هواشناسی کشور پیش‌بینی است، پیشگویی نیست، آنچه روی نقشه‌ها و الگو‌ها می‌بینیم را اعلام می‌کنیم. اما از لحاظ علمی دلایل اصلی کاهش بارش ناشی از ناهنجاری‌های اقلیمی بوده و افزایش گاز‌های گلخانه‌ای می‌تواند در موضوع کاهش بارش‌ها نقش داشته باشد.

در هفته‌های آتی شاهد شکل‌گیری ابر‌های باران زا بر فراز شهر تهران بودیم، با این حال در روز‌هایی که برودت هوا بیشتر شد و انتظار بارش به شکل برف و باران وجود داشت، عملا پایتخت بارش‌های پراکنده‌ای را تجربه کرد. آیا می‌توان با توجه به آلودگی هوای تهران در همین ایام نتیجه گرفت که این آلودگی باعث چنین وضعیتی شده است؟ مسعود حقیقت به «دنیای‌اقتصاد» در این باره می‌گوید: برای تشکیل ابر ما نیاز به هسته‌های متراکم داریم. هسته‌هایی که رطوبت را جذب کرده و ابر را تشکیل می‌دهند. به گفته کارشناس هواشناسی و مدیرکل اداره هواشناسی استان فارس این احتمال وجود دارد که آلودگی باعث زائل شدن این هسته‌های متراکم شود. او می‌افزاید: پژوهش‌های جدی در ایران درباره تاثیر آلودگی هوا بر میزان بارش انجام نشده، ولی می‌توان این احتمال را داد که گرمای هوا و آلودگی باعث بالا رفتن و افزایش ارتفاع ابر شده و در نهایت این روند باعث کاهش بارش می‌شود.

این کارشناس هواشناسی تاکید می‌کند باید در همه کلان‌شهر‌های ما این پژوهش انجام شود و ادامه می‌دهد: چنانچه این پژوهش‌ها روی شهر‌هایی مانند تهران، اصفهان، مشهد، شیراز، تبریز و شهر‌هایی که با آلودگی هوا دست و پنجه نرم می‌کنند و در کنار شهر‌هایی که هوای پاک دارند انجام شود، امکان مقایسه و در نهایت نتیجه‌گیری را خواهیم داشت.