Prince of Songkla University : มอ. กับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีในการประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าและการพยากรณ์อากาศ
ผศ.ดร.ชินวัชร์ สุรัสวดี ผู้อำนวยการ ESSAND มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ วิทยาเขตภูเก็ต
ผู้เขียนได้ก่อตั้งเว็บไซต์ www.worldmeteorology.com เมื่อวันที่ 7 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2557 ชื่อเว็บไซต์นี้ค่อนข้างยาว แต่สื่อความหมายชัดเจนว่าเกี่ยวกับอุตุนิยมวิทยาโลก เป็นเว็บไซต์ที่นำเสนอการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีในการประมาณค่าหยาดน้ำฟ้า (ฝน หิมะ ลูกเห็บ เป็นต้น) และการพยากรณ์อากาศ เพื่อให้เกิดประโยชน์ในการบริหารจัดการน้ำ ภัยธรรมชาติ และการดำเนินชีวิตประจำวันของประชาชน เพื่อสะดวกแก่ผู้ใช้ ผู้เขียนได้จัดทำโปรแกรมชื่อ WMApp ใช้กับอุปกรณ์ Android และ iOS
ข้อมูลที่นำเสนอบนเว็บไซต์เป็นผลงานจากการวิจัย ประกอบด้วย 1) ผลการประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าทั่วโลกจากการสังเกตของดาวเทียมคลื่นมิลลิมิเตอร์เวฟแบบแพสซิฟ โดยใช้อัลกอริทึม AMP (AMSU MIT Precipitation Retrieval Algorithm) 2) ผลการประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าจากการสังเกตของดาวเทียมค้างฟ้าอินฟราเรดแบบแพสซิฟ โดยใช้อัลกอริทึม JPP (JAMI PSU Precipitation Retrieval Algorithm) 3) ผลการพยากรณ์อากาศแสดงอัตราหยาดน้ำฟ้า อุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ ความเร็วและทิศทางลม และปริมาณน้ำและน้ำแข็งในบรรยากาศ ล่วงหน้า 24-28 ชั่วโมง ครอบคลุมบริเวณเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และแสดงรายละเอียดของทุกจังหวัดในประเทศไทย ส่วนข้อมูลแผ่นดินไหวทั่วโลกเป็นข้อมูลจากหน่วยงาน USGS ประเทศสหรัฐอเมริกา
ความรู้หลักที่ใช้ในการศึกษาวิจัยเป็นความรู้ทางด้านวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ขั้นสูง ซึ่งผู้เขียนได้ถ่ายทอดลงในหนังสือชื่อ “การรับรู้ระยะไกลหยาดน้ำฟ้าทั่วโลกด้วยดาวเทียมคลื่นมิลลิมิเตอร์เวฟแบบแพสซิฟและการพยากรณ์อากาศเชิงเลขความละเอียดสูงสำหรับประเทศไทย” เพื่อให้นักศึกษา และนักวิชาการทั่วไป ได้ศึกษาและนำไปพัฒนาต่อยอดให้เกิดประโยชน์มากยิ่งขึ้น
ผลิตภัณฑ์หยาดน้ำฟ้า AMP เป็นผลการประมาณค่าจากการสังเกตของดาวเทียมคลื่นมิลลิมิเตอร์เวฟแบบแพสซิฟโดยใช้อัลกอริทึม AMP ที่ผู้เขียนและ Prof. Dr. David H. Staelin ได้พัฒนาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2547 จนถึงปัจจุบัน อัลกอริทึมนี้มีความถูกต้องแม่นยำสูง และเป็นอัลกอริทึมแรกของโลกที่ประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าได้ในบริเวณพื้นที่ที่มีหิมะปกคลุม หรือทะเลน้ำแข็ง เช่นขั้วโลกเหนือ ถือว่าเป็นอัลกอริทึมที่ดีและทันสมัยที่สุดในขณะนี้ อัลกอริทึมนี้ให้ข้อมูลปริมาณฝนและหิมะทั่วโลก เป็นประโยชน์ต่อการบริหารจัดการน้ำและภัยธรรมชาติ ผลงานวิจัยได้ตีพิมพ์ในวารสารต่างประเทศที่มีชื่อเสียง เช่น IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Journal of the Atmospheric Sciences, และ Journal of Applied Meteorology and Climatology ซึ่งมี Impact Factor สูง และเป็นผลงานวิจัยที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปจากนักวิชาการทางด้านนี้
การสังเกตของดาวเทียมเป็นวิธีเดียวที่จะได้ข้อมูลครอบคลุมพื้นที่ทั่วโลกอย่างต่อเนื่อง รวดเร็ว และประหยัดค่าใช้จ่าย เรดาร์บนดาวเทียมที่มีอยู่ในปัจจุบันมีจำนวนน้อยและมีแถบการกวาดภาพที่แคบ ทำให้ต้องใช้เวลานานในการกลับมาสังเกตซ้ำพื้นที่เดิม อุปกรณ์วัดรังสีในช่วงคลื่นอินฟราเรดไม่สามารถแทรกซึมเมฆได้ ทำให้การประมาณค่าหยาดน้ำฟ้ามีความแม่นยำน้อยกว่าอุปกรณ์วัดรังสีช่วงคลื่นมิลลิมิเตอร์เวฟ ซึ่งสามารถแทรกซึมและทะลุเมฆได้ ทำให้เห็นรายละเอียดต่างๆภายในเมฆและในแต่ละระดับชั้นบรรยากาศ และมีประสิทธิภาพสูงในการรับรู้หยาดน้ำฟ้า
นักวิจัยส่วนใหญ่พัฒนาอัลกอริทึมประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าจากการสังเกตของดาวเทียมโดยใช้ข้อมูลหยาดน้ำฟ้าจากมาตรวัดฝนหรือเรดาร์ มาตรวัดฝนวัดหยาดน้ำฟ้าเฉพาะจุดในขณะที่หยาดน้ำฟ้าในแต่ละพื้นที่มีความแตกต่างกัน มาตรวัดฝนไม่ครอบคลุมพื้นที่ทั่วโลกและมีความแม่นยำน้อยลงถ้าลมพัดให้หยาดน้ำฟ้าไม่ตกลงในมาตรวัด เรดาร์วัดสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระเจิงกลับหลัง (Backscatter) จากน้ำและน้ำแข็งที่ลอยอยู่ในบรรยากาศ น้ำและน้ำแข็งเหล่านี้อาจไม่ตกลงบนพื้นโลก บางส่วนอาจจะระเหยหรือระเหิดในบรรยากาศ ตำแหน่งอาจเปลี่ยนแปลงเนื่องจากลม เรดาร์ภาคพื้นดินยังมีข้อจำกัดเรื่องพื้นที่ครอบคลุม
รูปที่ 1 แสดงตัวอย่างของผลิตภัณฑ์หยาดน้ำฟ้า AMP รูปที่ 1(a) แสดงอัตราการตกของหยาดนํ้าฟ้า (มม./ชม.) ที่ขั้วโลกเหนือ โดยที่สีชมพูอ่อนคือทะเลนํ้าแข็ง รูปที่ 1(b) แสดงปริมาณหยาดนํ้าฟ้าทั่วโลกรายปี (มม.) รูปที่ 1(c) แสดงตัวอย่างอัตราการตกของหยาดนํ้าฟ้าของพายุหมุนที่กำลังเข้าฝั่งของประเทศเวียดนาม รูปที่ 2 แสดง Scatterplot ระหว่างปริมาณหยาดนํ้าฟ้ารายปีจากผลิตภัณฑ์หยาดน้ำฟ้า AMP กับที่วัดโดยมาตรวัดฝนทั่วโลก จำนวน 509 มาตรวัด ซึ่งจะเห็นได้ว่าอัลกอริทึม AMP มีความถูกต้องแม่นยำสูงมาก
ผลิตภัณฑ์หยาดน้ำฟ้า JPP เป็นการประมาณค่าจากการสังเกตของดาวเทียมค้างฟ้าอินฟราเรดแบบแพสซิฟโดยใช้อัลกอริทึม JPP ที่ผู้วิจัยได้พัฒนาขึ้น แม้ว่าดาวเทียมคลื่นมิลลิเตอร์เวฟแบบแพสซิฟจะมีประสิทธิภาพสูงในการสังเกตและประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าทั่วโลก แต่ดาวเทียมดังกล่าวอยู่ในวงโคจรระดับต่ำของโลก (Low Earth Orbit) ทำให้การสังเกตมีการเปลี่ยนที่ไปเรื่อยๆและไม่สามารถสังเกตพื้นที่หนึ่งๆได้ตลอดเวลา ดาวเทียมค้างฟ้ามีคาบของการโคจรเท่ากับคาบของการหมุนรอบตัวเองของโลก ทำให้สามารถสังเกตพื้นที่หนึ่งๆได้ตลอดเวลา ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาค้างฟ้าสังเกตช่วงคลื่นมองเห็นได้ (Visible) และอินฟราเรด ทำให้มีความแม่นยำในการประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าต่ำกว่าช่วงคลื่นมิลลิมิเตอร์เวฟเนื่องจากไม่สามารถแทรกซึมเมฆได้ แต่ผลงานวิจัยของผู้เขียนแสดงให้เห็นว่าผลิตภัณฑ์หยาดน้ำฟ้า JPP มีความถูกต้องแม่นยำดียกเว้นกรณีที่อัตราหยาดน้ำฟ้ามีค่าต่ำ ผลิตภัณฑ์หยาดน้ำฟ้า JPP มีข้อมูลทุกชั่วโมง หากนำมาใช้ร่วมกับผลิตภัณฑ์หยาดน้ำฟ้า AMP จะเป็นประโยชน์อย่างมาก
การพยากรณ์อากาศในประเทศไทยโดยมากใช้มนุษย์วิเคราะห์ด้วยตนเองโดยไม่ได้ใช้แบบจำลองพยากรณ์อากาศเชิงเลขความละเอียดสูงที่มีความถูกต้องแม่นยำ การพยากรณ์อากาศดังกล่าวจึงให้ผลการพยากรณ์ที่คลุมเครือและมีประโยชน์น้อย เช่น บอกเพียงว่าภาคเหนือจะมีฝนตกกี่เปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ แต่ไม่สามารถบอกได้ถึงรูปร่าง เวลา สถานที่ และความหนักเบาของพายุ แม้ว่าบางองค์กรในประเทศไทยจะใช้งานแบบจำลองพยากรณ์อากาศเชิงเลข แต่ก็เป็นเพียงการใช้งานแบบจำลองตามที่คนอื่นออกแบบมา ไม่ได้มีการศึกษาวิจัยว่าแบบจำลองมีความถูกต้องแม่นยำมากน้อยเพียงไร ผลการพยากรณ์อากาศจึงขาดความน่าเชื่อถือ
การพยากรณ์อากาศสำหรับประเทศไทยยากกว่าการพยากรณ์อากาศในบริเวณละติจูดกลางเช่น ยุโรปและสหรัฐอเมริกา เป็นอย่างมาก เนื่องจากประเทศไทยอยู่ในเขตร้อน เมฆส่วนใหญ่ก่อตัวขึ้นจากความไม่เสถียรแบบพาความร้อน (Convective Instability) เมฆเหล่านี้สามารถก่อตัวขึ้นอย่างรวดเร็ว มีขนาดเล็ก และเปลี่ยนแปลงฉับพลัน หยาดน้ำฟ้าในบริเวณละติจูดกลางส่วนใหญ่เป็นหยาดน้ำฟ้าแบบชั้น (Stratiform Precipitation) ซึ่งมีความเสถียรมากกว่า มีขนาดใหญ่กว่า และเปลี่ยนแปลงช้ากว่า การพยากรณ์อากาศในบริเวณละติจูดกลางจึงสามารถพยากรณ์ล่วงหน้าได้นานกว่าและมีความถูกต้องแม่นยำกว่าในเขตร้อน
การพยากรณ์อากาศครอบคลุมบริเวณเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ล่วงหน้า 24-28 ชั่วโมง ใช้ระบบพยากรณ์อากาศเชิงเลขความละเอียดสูงที่ผู้เขียนได้พัฒนาขึ้น ได้มีการตรวจสอบความถูกต้องพบว่า ผลการพยากรณ์ประมาณ 12 ชั่วโมงล่วงหน้าสอดคล้องกันดีกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นจริง ดังแสดงในรูปที่ 3 ผลการพยากรณ์นี้สามารถบอกรูปร่าง ปริมาณ ความหนักเบา และตำแหน่งที่ละเอียดและแม่นยำของหยาดน้ำฟ้าและพายุ
เว็บไซต์ของมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ : http://www.psu.ac.th/
0 ความคิดเห็น