उत्तर पूर्वी अंतरिक्ष उपयोग केंद्र

ऐरोसॉल वातावरण में निलंबित ठोस या तरल कण है और जलवायु परिवर्तन के प्रमुख संचालकों में से एक है। जबकि प्राकृतिक ऐरोसॉल हर जगह मौजूद होते है, मानवजनित ऐरोसॉल में वातावरण में परिवर्तनशीलता सांद्रता होती है। भारत का एन.ई.आर, विसेष रूप से ब्रह्मपुत्र घाटी अपनी भौगोलिक स्थिति के कारण भारत में सबसे अधिक ऐरोसॉल केंद्रित क्षेत्र में से एक है। एन.ई-सैक भारत के एन.ई.आर पर ऐरोसॉल के जलवायु प्रभाव के लिए ज़िम्मेदार ऑप्टिकल, भौतिक, गतिशील और विकिरण प्रक्रियाओं की वैज्ञानिक समझ की दिशा में काम करता है। मुक्य द्देस्यों में शामिल हैः (क) एन.ई.आर पर प्राथमिक ऐरोसॉल डेटाबेस का विकास; (ख) ऐरोसॉल  ऑप्टिकल और भोतिक गुणों के लक्षण का विकास; (ग) क्षेत्र में ऐरोसॉल का अस्तायी और स्थानिक वितरण; (घ) ऐरोसॉल विकिरण बल के अनुपात – अस्थायी भिन्नता का अनुमान लगाएं; (ङ) संभावित जलवायु प्रभाव के आकलन के लिए क्षेत्रीय जलवायु मॉडल में स्तानिय डेटाबेस को आत्मसात करना; और (च) भारतीय उपग्रहों से उपग्रह आधारित ऐरोसॉल पुनर्प्राप्ति पर अध्ययन करना। इस क्षेत्र में गतिविधियाँ मुख्य रूप से राष्ट्रीय परियोजना, ऐरोसॉल रेडिएटिव फोर्सिंग ऑवर इंडिया (ए.आर.एफ.आई), जो अंतरिक्ष भौतिकी प्रयोगशाला, तिरूवनंतपुरम द्वारा समन्वित के तहत की जाती है।

कई सतह आधारित उपकरणों (बहु तरंग दैर्ध्य रेडियोमीटर, सनफोटोमीटर, एथेलोमीटर, नेफेलोमीटर, इलेक्ट्रिक लो प्रेशर इम्पेक्टर, माइक्रोएथ, आदि) और उपग्रह व्युत्पन्न ऐरोसॉल उत्पादों के डेटा का उपयोग ऐरोसॉल की विशेषता के लिए किया जाता है। इस उद्देश्य के लिए तीन स्थिर वैधशालाओं (एन.ई-सैक, उमियम, मेघालय, तावांग, अरूणाचल प्रदेश और लाचुंग, सिक्किम) से निरंतर डेटा का उपयोग किया जाता है। इसके अतिरिक्त, भारत के एन.ई.आर में विभिन्न स्थानों पर अल्पकालिक डेटा एकत्र करने के लिए भूमि अभियान भी आयोजित किए जाते हैं। ऐसे तीन अभियान पूर्वोत्तर क्षेत्र के पूर्व पश्चिम और उत्तर दक्षिण कोरिडोर के साथ – साथ उत्तरी अरूणाचल प्रदेश में भी चलाए गए है।

वायुमंडलीय सीमा परत (ए.बी.एल) वायुमंडल का सबसे निचला भाग है और इसका व्यवहार किसी ग्रह की सतह के साथ इसके संपर्क से सीधे प्रभावित होता है। ए.बी.एल स्थानीय मौसम और जलवायु को संशोधित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। एबीएल मापदंडों की स्थानिक और लौकिक विसेषताओं का अध्ययन एबीएल में मिश्रण प्रक्रियाओं, सतह परत और मुक्त क्षोभमंडल के बीच द्रव्यमान, गति और ऊर्जा के परिवहन के साथ-साथ वायु गुणवत्ता की भविष्यवाणी और वायुमंडलीय मॉडल में सुधार को समझने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। भारत के एन.ई.आर जैसी पहाड़ी इलाके, इसकी स्पष्ट खड़ी ढलानों और जटिल स्थलाकृतिक विसेषताओं के साथ, सतह की मज़बूती के लिए सीमा परत प्रतिक्रिया में समरूपता में एक  आंतरिक स्थानिक पैदा करता है, जिससे प्रक्रिया अधिक जटिल हो जाती है।

सतह वायु संपर्क और विनिमय प्रक्रियाओं, पृथ्वी वायुमंडल प्रणाली की उर्जा और विकिरण संतुलन, एबीएल और मुक्त क्षोभमंडल के साथ इसके युग्मन आदि को समझने के लिए कई अध्ययन किए गए है। इन गतिविधियों का मुख्य उद्देश्य संख्यात्मक मॉडल में एबीएल प्रक्रियाओं की समझ और मानकीकरण में सुधार करना, एबीएल का दैनिक विकास और प्रदूषण फैलाव, वायुमंडलीय प्रक्षोभ, सतह खुरदरापन, जल विज्ञान प्रक्रियाओं आदि मे इसकी भूमिका है। गतिविधियों को इसरो जियोस्फीयर बायोस्फीयर कार्यक्रम के सीमा परत प्रयोगों (नोबल) के लिए वेधशालाओं के नेटवर्क पर राष्ट्रीय परियोजनाओं के तहत किया जाता है। साउंड डिटेक्शन एंड रेंजिंग (एस.ओ.डी.ए.आर), स्वतः मौसम केंद्र (ए.डब्ल्यू.एस), 3डी सोनिक एनीमोमीटर से सुसज्जित 31 मीटर मौसम विज्ञान टॉवर (CSAT3) और  पिशारोटे शोंडे (हाइड्रोजन गैस से भरे गुब्बारे का उपयोग करके लॉन्च) जैसे कई उपकरणों के डेटा का उपयोग किया जाता है।  एक जटिल भूभाग और घाटी में एबीएल के विकास की जांच के लिए फरवरी-मार्च, 2015 के दौरान 15 दिनों का भूमि अभियान चलाया गया। 120 से अधिक डॉ पिशारोती सोंडे और डॉ. ग्रो सोंडे को गुवाहाटी और एन.ई-सैक उमियम से एकसाथ लॉन्च किया गया था ताकि ब्रह्मपुत्र घाटी के साथ कटाबेटिक और अनाबेटिक पवन प्रवाह की दैनिक भिन्नता का अध्ययन किया जा सकें।

वायुमंडलीय रसायन विज्ञान पर अध्ययन प्रमुक ट्रैस गैसों के लक्षण वर्णन, इन गैसों के उत्पादन और अपव्यय की रसायनिक प्रक्रिया को समझने, गैस परिवहन मॉडलिंग का पता लगाने, वायुमंडलीय मापदंडों और ट्रैस गैसों आदि के मध्य परस्पर प्रभाव को समझने पर केंद्रित है। यद्यपि ट्रेस गैसें वातावरण में बहुत कम मात्रा में पाई जाती है, वे पृथ्वी की सतह से बाहर जानेवाली लंबी तरंग विकिरण को अवशोषित करके वायुमंडलीय ताप में एक प्रमुख भूमिका निभाती है और इसप्रकार ग्लोबल वार्मिंग में योगदान करती है। ग्रीन हाउस प्रभाव में योगदान देने और ग्लोबल वार्मिंग में योगदान देने के अलावा, सतह के स्तर पर इन गैसों की अधिक मात्रा में उपस्थिति मानव स्वास्थ्य के लिए बेहद खराब है और जीव मंडल पर प्रतिकूल प्रभाव डालती है। ओज़ोन जैसी कुछ ट्रैस गैसों को छोड़कर, अधिकांश ट्रैस गैसों की उत्पत्ति औद्योगिक प्रतिष्ठानों में जीवाश्म ईंधन के जलने, वाहनों से, बायोमास जलने आदि से होती है। स्थिति की गंभीरता को देखते हुए सरकार ने जागरूकता पैदा करने के लिए राष्ट्रीय परिवेश वायु गुणवत्ता माप (एन.ए.ए.क्व्यू.एस) और वायु गुणवत्ता सूचकांक (ए.क्व्यू.आई) जैसे कुछ कार्यक्रम भी शुरू किए है।  एन.ई-सैक में वायुमंडलीय विज्ञान प्रयोगशाला SO2, CO, NOx , O3, CH4 और गैर मीथेन हाइड्रोकॉर्बन की सतह के स्तर की एकाग्रता को मापने के लिए ट्रैस गैस एनालाइज़र से सुसज्जित है। इन-सीटू मापन के साथ-साथ, ट्रैस गैसों के दीर्घकालिक पैटर्न और पर्यावरण पर उनके प्रभाव का अध्ययन करने के लिए उपग्रह डेटा को भी ध्यान में रखा जाता है।  WRF-CHEM और REGCM जैसे संख्यात्मक मॉडलों का उपयोग करके ट्रैस गैस सांद्रता का पूर्वानुमान बी लगाया जाता है।

भारत का उत्तर पूर्वी क्षेत्र विभिन्न प्रकार के मौसम प्रेरित प्राकृतिक खतरों जैसे – बाढ़, भूस्खलन, गंभीर तूफान, आकाशीय बिजली(तड़ित), चक्रवात की चपेट में है। इन चरम घटनाओं से हुई तबाही के कारण भारत के उत्तर पूर्वी क्षेत्र को जान और राज्स्व का भारी नुकसान होता है। इन घटनाओं की प्रारंभिक चेतावनियाँ इस क्षेत्र के लिए महत्वपूर्ण है। संख्यात्मक मौसम पूर्वानुमान (एन.डब्ल्यू.पी) मॉडल एक शक्तिशाली उपकरण है जिसका उपयोग विश्व स्तर पर मौसम की घटनाओं की पूर्व चेतावनी के लिए किया जाता है। एन.डब्ल्यू.पी मॉडल गणितीय मॉडल है जो वायुमंडलीय स्थिति के सटीक विश्लेषण के आधार पर यथासंभव सटीक वायुमंडलीय प्रणालियों के विकास का प्रतिनिधित्व करते हैं।

एन.ई-सैक में मौसम अनुसंधान और पूर्वानुमान (डब्ल्यू.आर.एफ) मॉडल का उपयोग भारत के एन.ई.आर के लघु और मध्यम श्रेणी के मौसम पूर्वानुमान में सुधार हेतु अनुसंधान करने के लिए किया जाता है। मॉडल एन.ई-सैक में उपलब्ध उच्च निष्पादन (एच.पी.सी) कंप्यूटिंग सुविधा का उपयोग करके चलाया जाता है। मॉडल को तीन नेस्टेड डोमेन के साथ कॉन्फिगर किया गया है, जिसका रिज़ॉल्यूशन 27 किमी से 3 किमी तक है। इस क्षेत्र के लिए पृष्ठभूमि त्रुटि आँकड़े एन.एम.सी पद्धति का उपयोग करके तैयार किए गए है।

एन.डब्ल्यू.पी मॉडल की क्षमता मॉडल को एकीकृत करने के लिए नियोजित प्रारंभिक स्थितियों पर निर्भर करती है। मॉडल प्रारंभन के लिए उपयुक्त सेट प्राप्त करने हेतु प्रेक्षण डेटा को गतिशील रूप से सुसंगत फैशन में संसोधित किया जाना चाहिए। ऐसी प्रक्रियाओं को डेटा एसिमिलेशन(डीए) कहा जाता है।  विभिन्न डीए तकनीकों जैसे 3DVAR, 4DVAR, हाइब्रिड ETKF-3DVAR. का उपयोग करके प्रारंभिक स्थिति की गुणवत्ता को उन्नत करने के लिए निरंतर प्रयास किए जा रहे हैं। AWS स्टेशनों, रेडियोसोंडे, GFS-Prepbufr और उपग्रहों से देखे गए डेटा का उपयोग डेटा आत्मसात करने के लिए किया जाता है। जैसा कि स्वस्थाने माप को स्थानिक रूप से अच्छी तरह से वितरित नहीं किया जाता है, उपग्रह उस क्षेत्र के लिए एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। INSAT-3D, SCATSAT-1, AMSU, HIRS, MHS  जैसे उपग्रहों से विकिरणता, वात डेटा को मॉडल में आत्मसात किया जाता है। हाइब्रिड के साथ कई प्रयोग किए जाते हैः हाइब्रिड-50, जहां प्रत्येक स्थिर और समुच्चय आधारित पृष्ठभूमि त्रुटि सहसंयोजक (बीईसी) और हाइब्रिड-75 को 50 % भार दिया जाता है, जहां समुच्चय आधारित बीईसी को 75% भार दिया जाता है।

AWS वर्षा डेटा और GPM IMERG (GPM-MS) वर्षा उत्पाद डिग्री रिज़ॉल्यूशन  और 30 मिनट के अस्थायी समाधान के संबंध में दैनिक संचित डबल्यूआरएफ वर्षा की तुलना करके मॉडल सत्यापन किया जाता है। सत्यापन रणनीति में बायस, RMSD, ETS, सांख्यिकीयतः सार्थक (p<0.05) पियर्सन के सहसंबंध गुणांक (सीसी) जैसे प्रदर्शन मैट्रिक्स का आकलन शामिल है। अन्य मौसम संबंधी मापदंडों की तुलना NCEP पुनर्विशलेषण, एरा अंतरिम डेटा, ASCAT विंड से की जाती है। एन.ई.आर में विभिन्न बाढ़ प्रवण नदी घाटियों पर बाढ़ का पूर्वानुमान लगाने के लिए बाढ़ पूर्व चेतावनी प्रणाली (एफ.एल.ई.डब्ल्यू.एस) परियोजना के लिए एन.ई-सैक जल विज्ञान टीम द्वारा 2010 से डी.डब्ल्यू.आर उत्पन्न वर्षा डेटा का उपयोग किया गया है।

भारत के एन.ई.आर में गंभीर मौसम की घटनाएं जैसे भयंकर तूफान, आकाशीय बिजली (तड़ित), तीव्र वर्षा आदि बहुत आम है। भारत में हर साल, केवल तड़ित से ही 2,500 से अधिक लोग मारे जाते हैं और यह प्राकृतिक आपदाओं द्वारा मरनेवाले के मामले में पहले स्थान पर है (राष्ट्रीय अपराध रिकॉर्ड ब्यूरो, भारत)। भारत का उत्तर पूर्वी क्षेत्र (एन.ई.आर) भी पृथक नहीं है। औद्योगिक और घरेलू क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लगातार बढ़ते उपयोग के साथ आकाशीय बिजली (तड़ित) से होनेवाले नुकसान की सुभेद्यता तेज़ी से बढ़ रही है। आकाशीय बिजली (तड़ित) प्राय तेज़ हवाओं, तीव्र वर्षा, ओलावृष्टि आदि से जुड़ी होती है।

एन.ई-सैक ने मौसम स्टेशनों, डॉपलर मौसम रडार, उपग्रहों और संख्यात्मक मौसम पूर्वानुमान मॉडल से डेटा को एकीकृत करके तीव्र तड़ित-झंझा वर्तानुमान के लिए एक पद्धति विकसित की है। भारत के पूरे एन.ई.आर के लिए एक तड़ित-झंजा संभावित मानचित्र तैयार किया गया है, जो न क्षेत्रों को दर्शाता है जहां पूर्वानुमान जारी होने के समय अगले तीन घंटों के भीतर तड़ित-झंझा विकसित होने की संभावना है। पूर्वानुमान एन.ई-सैक वेबसाइट के माध्यम से उपलब्ध कराया जात है और भारत के एन.ई.आर के प्रत्येक राज्य से संबंधित हितधारकों को सीधे सूचित किया जाता है।

एन.ई-सैक ने स्थान आधारित आकाशीय बिजली (तड़ित) चेतावनी सेवाएं प्रदान करने के लिए अनुसंधान भी शुरू किया है। भारत के एन.ई.आर पर विभिन्न नेटवर्क से तड़ित डिटेक्टरों के डेटा का उपयोग किया जाता है और संख्यात्मक मौसम पूर्वानुमान मॉडल में स्थान विशिष्ट तड़ित के साथ-साथ एक कार्रवाई योग्य लीड समय के साथ गंभीर मौसम चेतावनी प्रदान करने के लिए आत्मसात किया जाता है।

इसरो के समर्थन से एन.ई-सैक, भारत के एन.ई.आर पर सतह आधारित मौसमी सूचना प्रेक्षणों को बेहतर बनाने के लिए अधिकतम प्रयास कर रहा है। इसके लिए भारत के एन.ई.आर में 118 स्वचालित मौसम स्टेशन (ए.डब्ल्यू.एस) और एक एस-बैंड डॉपलर मौसम रडार (डी.डब्ल्यू.आर) स्थापित किया गया है। ए.डब्ल्यू.एस वर्षा, हवा की गति, हवा की दिशा, वायुमंडलीय दबाव, सापेक्षिक आर्द्रता, तापमान और धूप की अवधि पर प्रति घंटा डेटा रिकॉर्ड करता है। मौसम विज्ञान एवं समुद्र विज्ञानीय उपग्रह डेटा पुरालेखी केंद्र (मॉस्डैक), अंतरिक्ष अनुप्रयोग केंद्र, अहमदाबाद को प्रेषित करने के अलावा डेटा को स्थानिय डेटा लॉगर में संग्रहीत किया जाता है और उनकी वेबसाइट (http://mosdac.gov.in) में डाल दिया जाता है। इन ए.डब्ल्यू.एस डेटा का उपयोग राज्य सरकारों के कृषि विभागों, जल संसाधन विभागों आदि द्वारा बड़े पैमाने पर किया जा रहा है।

भारत में पहला पोलारिमेट्रिक एस-बैंड रडार सोहरा (चेरापूंजी), मेघालय में स्थापित किया गया है। यह रडार केंद्र में रडार के साथ 300 किमी के दायरे वाले गोलाकार क्षेत्र में वर्षा और हवा पर निरंतर डेटा प्रदान करता है। रडार से डेटा भारत मौसम विज्ञान विभाग और मॉस्डैक वेबसाइट के माध्यमों से वास्तविक काल में उपलब्ध कराया जाता है। डी.डब्ल्यू.आर डेटा का उपयोग मुख्य रूप से आई.एम.डी और भारतीय वायुसेना (आई.ए.एफ) द्वारा तीव्र तड़ित-झंझा और परिचालन पूर्वानुमान के लिए किया जाता है।