हवामान अंदाजात भारताचे नवे शिखर

हवामानाच्या अंदाजासाठी वापरली जाणारी सध्याची पूर्वानुमान प्रणाली ही न्यूमेरिकल वेदर प्रीडिक्शन या प्रकारातील आहे. भौतिकशास्त्र, तरल गती आणि रसायनशास्त्राच्या मूलभूत नियमांवर आधारित भिन्न समीकरणे व ती सोडविण्यासाठी गणिती पद्धत यांचा वापर करून हवामानाचा अंदाज देणाऱ्या प्रारूपाला न्यूमेरिकल वेदर प्रीडिक्शन मॉडेल म्हणतात. हे मॉडेल वापरण्यासाठी शास्त्रज्ञ ग्रहाचे त्रीमितीय ग्रीडमध्ये विभाजन करतात. मग मूलभूत समीकरणे लागू केली जातात. समीकरणे सोडवण्यासाठी गणिती पद्धतींचा वापर केला जातो. न्यूमेरिकल वेदर प्रीडिक्शन मॉडेल्स प्रत्येक ग्रीडमधील वारा, उष्णतावहन, विकिरण, सापेक्ष आर्द्रता आणि पृष्ठभागाच्या जलशास्त्राची गणना करतात आणि शेजारच्या बिंदूंसह परस्परसंवादाचे मूल्यांकन करतात.

अचूक अंदाजांसाठी…

● हवामानाची त्रिमितीमधील, शक्य असेल तेवढ्या जवळील, अचूक निरीक्षणांचा वापर करून हाती आलेली प्रारंभिक माहिती.

● कोणत्याही गृहीतकांशिवाय मूलभूत समीकरणे सोडवण्याची परिपूर्ण पद्धत.

● वातावरणातील सर्व भौतिक/ रासायनिक क्रियांचे परिपूर्ण आकलन.

● दोन ग्रीड पॉइंटमधील कमीत कमी अंतर (रेझोल्युशन).

● अतिप्रचंड क्षमतेचा संगणक.

साधारण २०१२ पासून आयआयटीएमने विकसित केलेली अनेक मॉडेल्स इंडिया मीटिअरॉलजिकल डिपार्टमेंटला (आयएमडी) प्रत्यक्ष अंदाज वर्तविण्यासाठी हस्तांतरित करण्यात आली होती. त्यापैकी २०१६ पासून लघु आणि मध्यम अवधीच्या अंदाजासाठी वापरले जाणारे मॉडेल हे एनसीईपी यूएसएने विकसित केलेल्या मॉडेलवर आधारित होते, ज्याचे रेझोल्यूशन (दोन ग्रीड पॉइंटमधील अंतर) १२ किलोमीटर होते. जे सामान्यपणे जिल्ह्यातील एका ब्लॉकच्या आकाराशी सुसंगत असते. तथापि, स्थानिक पातळीवरील तीव्र हवामान घटनांची वाढती वारंवारिता आणि प्रभाव लक्षात घेता, अधिक सूक्ष्म स्थानिक रिझोल्यूशन असलेल्या मॉडेल्सची आवश्यकता अधोरेखित झाली. मॉडेलमधील दोन ग्रीड पॉइंट्समधील अंतर जेवढे कमी तेवढी हवामानाच्या अंदाजांतील अचूकता अधिक, तपशील अधिक. पारंपरिक पद्धती वापरून मॉडेलचे रेझोल्यूशन थेट वाढविल्यास संगणकीय आणि सैद्धांतिक आव्हाने निर्माण होतात.

या समस्येवर उपाय म्हणून, इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ ट्रॉपिकल मीटिअरॉलजीमध्ये ‘भारत फोरकास्ट सिस्टम’ विकसित करण्याची सुरुवात साधारण २०१७ पासून झाली. सखोल अभ्यास करून त्रिकोणीय- क्यूबिक ऑक्टाहेड्रल (टीसीओ) ग्रीड नावाची एक नवीन ग्रीड रचना मॉडेलसाठी अभ्यासण्यात आली. ही ग्रीड रचना विशेषत: विषुववृत्ताजवळील भागावर रेझोल्यूशन वाढवते. हे भारतासारख्या उष्ण कटिबंधांमधील प्रदेशांतील देशांसाठी फायद्याचे ठरते. या ग्रीडचे आणखी एक वैशिष्ट म्हणजे ग्रीडमुळे उच्च गणनक्षमता असलेल्या संगणकाच्या क्षमतेचा पुरेपूर वापर करून घेणे शक्य होते. या सर्व बाबींचा विचार करून, आयआयटीएममधील शास्त्रज्ञांनी २०१७ मध्ये सुरू केलेल्या प्रयत्नांना २०२२ मध्ये यश आले आणि त्रिकोणीय-क्यूबिक ऑक्टाहेड्रल (टीओसी) ग्रीडवर आधारित भारत फोरकास्ट सिस्टम (भारत पूर्वानुमान प्रणाली)ची सुमारे सहा किलोमीटर रेझोल्यूशन (सामान्यत: पंचायत/ गावांच्या समूहाच्या आकाराच्या आसपास)च्या हवामानाच्या अंदाजासाठी यशस्वी चाचणी झाली.

आता त्याचा वापर प्रत्यक्षात हवामानाच्या अंदाजासाठी करण्यापूर्वी काही परीक्षणांची अवश्यकता होती. त्यासाठी गेली तीन वर्षे त्याचे परीक्षण केले गेले. २०२२ ते २०२४ या काळात पावसाळा आणि इतर ऋतूंत चक्रीवादळे आणि अन्य हवामानशास्त्रीय घटक यांच्या अंदाजातील अचूकता मोजली गेली. टीसीओ ग्रीड हे पूर्वीच्या ऑपरेशनल गॉसियन लीनियर (जीएफएस एसएल टी १५३४) मॉडेलपेक्षा अधिक आधुनिक आहे. यामधील ग्रीड रचनेमुळे पर्वतीय भागांमध्ये ओरोग्राफिक पावसाचे सादरीकरण सुधारले आहे आणि ‘गिब्स नॉइज’मध्ये लक्षणीय घट झाली आहे. यातून संपूर्ण भारतीय उपखंडात पर्जन्य अंदाजांमध्ये सुधारणा झाली आहे. याआधीच्या १२ किलोमीटर रेझोल्यूशनच्या मॉडेलच्या साहाय्याने वर्तविण्यात आलेल्या अंदाजांपेक्षा भारत फॉरेकास्ट सिस्टमने वर्तविलेल्या अतिवृष्टीच्या अंदाजात ३० टक्के आणि मान्सून कोअर झोनमध्ये (मध्य भारत) होणाऱ्या पावसाच्या अंदाजात ६४ टक्के सुधारणा झाली आहे. तसेच ‘अर्का’ आणि ‘अरुणिका’ या उच्च- क्षमता संगणन प्रणाली (एचपीसीएस)मुळे मॉडेलचा रनटाइम १३ तासांवरून चार तासांपर्यंत कमी झाला आहे. या सर्व गोष्टींमुळे भारत फोरकास्ट सिस्टम प्रत्यक्षात हवामानाच्या अंदाजासाठी कार्यान्वित करण्यास सज्ज झाली आणि ती आयआयटीएमकडून आयएमडीकडे हस्तांतरित करण्यात आली.

आता भारतीय हवामानशास्त्र विभाग प्रत्यक्षात हवामानाच्या अंदाजांसाठी ‘भारत फोरकास्ट सिस्टम’ वापरेल. या प्रणालीमुळे लघु आणि मध्यम अवधीच्या दैनंदिन हवामानाच्या अंदाजासाठी सहा किलोमीटर रेझोल्युशनवर कार्यान्वित असलेले ग्लोबल न्यूमेरिकल वेदर प्रीडिक्शन मॉडेल वापरणारा भारत हा एकमेव देश ठरला आहे. विशेष म्हणजे या मॉडेलच्या निर्मितीत भारतीय शास्त्रज्ञांचे योगदान लक्षणीय आहे. ही एक अतिशय आनंदाची आणि अभिमानाची घटना आहे. पूर्णपणे देशांतर्गत विकसित केलेले हे मॉडेल फक्त भारतच नाही तर पूर्ण जगातील हवामानशास्त्रीय घटनांचा अंदाज वर्तविण्यासाठी उपयुक्त ठरेल.

ही तर फक्त सुरुवात आहे, भविष्यात या मॉडेलमध्ये आणखी सुधारणा होतील. भारत फोरकास्ट सिस्टममुळे सार्वजनिक सुरक्षा, ऊर्जा, परिवहन, पायाभूत सुविधा, आपत्ती आणि जोखीम व्यवस्थापन, कृषी यासह विविध क्षेत्रांतील अंदाजांच्या क्षमतेत लक्षणीय सुधारणा होतील. त्याचे उच्च-रेझोल्यूशन नोंदींवर आधारित अंदाज, वेळेवर आणि योग्य निर्णय घेण्यास उपयोगी पडतील. नियोजनास हातभार लागेल, संसाधनांचे वाटप योग्य प्रकारे करता येईल आणि गंभीर परिस्थितीत मानवी जीव वाचवण्यास मदत होईल.

या प्रगतीमुळे स्वयंपूर्ण ‘ग्लोबल न्यूमरिकल वेदर प्रीडिक्शन मॉडेल्स’च्या विकासात भारताने मोठी झेप घेतली आहे. हे मॉडेल देशाला अचूक आणि विश्वासार्ह हवामान अंदाज प्रदान करण्यासाठी साहाय्यभूत ठरेल. जागतिक स्तरावरील हवामान अंदाजासाठीही ही प्रणाली हे मोठे योगदान ठरेल.

(या प्रणालीसंदर्भातील रिसर्च पेपर: https://doi.org/10.5194/gmd-18-1879-2025 येथे उपलब्ध आहे)