മഴ ഡീകോഡിങ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് പേറ്റന്റ് നേടി കുസാറ്റ്

കാലാവസ്ഥാ പ്രതിരോധത്തിന് നേരിട്ട് പ്രസക്തമായ ഒരു പ്രധാന ശാസ്ത്രീയ മുന്നേറ്റത്തിൽ, അന്തരീക്ഷ റഡാർ സിഗ്നലുകളിൽ നിന്ന് മഴയുടെ വിവരങ്ങൾ കൃത്യമായി വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു പുതിയ മെഷീൻ ലേണിംഗ് അധിഷ്ഠിത സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് കൊച്ചി ശാസ്ത്ര സാങ്കേതിക സർവകലാശാല (സിയുഎസ്എടി) ദേശീയ പേറ്റന്റ് നേടി. സർവകലാശാലയുടെ അഡ്വാൻസ്ഡ് സെന്റർ ഫോർ അറ്റ്മോസ്ഫെറിക് റഡാർ റിസർച്ചിൽ (എസിഎആർആർ) വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ഈ കണ്ടുപിടുത്തം, വെള്ളപ്പൊക്കവും തീവ്രമായ മൺസൂൺ സംഭവങ്ങളും ആവർത്തിച്ച് പരീക്ഷിച്ച സംസ്ഥാനമായ കേരളത്തിൽ കാലാവസ്ഥ നിരീക്ഷിക്കുകയും വിശകലനം ചെയ്യുകയും പ്രവചിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന രീതിയിൽ മാറ്റം വരുത്തുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

റഡാർ കാലാവസ്ഥാ ശാസ്ത്രത്തിലെ ഏറ്റവും പഴയ വെല്ലുവിളികളിലൊന്ന് പരിഹരിക്കുന്നതിന് പുതിയ സിസ്റ്റം നൂതന സിഗ്നൽ പ്രോസസ്സിംഗ് ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇന്റലിജൻസുമായി ലയിപ്പിക്കുന്നു - വീഴുന്ന മഴത്തുള്ളികളിൽ നിന്നും അന്തരീക്ഷ പ്രക്ഷുബ്ധത സൃഷ്ടിക്കുന്ന പ്രതിധ്വനികളെ വേർതിരിക്കുന്നു. കേരളം പോലുള്ള ഉഷ്ണമേഖലാ പ്രദേശങ്ങളിൽ, റഡാർ സിഗ്നലുകൾ പലപ്പോഴും ഈ ഓവർലാപ്പ് മൂലം മലിനമാകുകയും ഇത് കൃത്യമല്ലാത്ത മഴയ്ക്കും കാറ്റിന്റെ അളവുകളിലേക്കും നയിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഗൗസിയൻ മിക്സ്ചർ മോഡലുമായി (ജിഎംഎം) സംയോജിപ്പിച്ച് ഹൈബ്രിഡ് അഡാപ്റ്റീവ് ബൈ-ഗൗസിയൻ ഫിറ്റിംഗ് അൽഗോരിതം (Hybrid Adaptive Bi-Gaussian Fitting Algorithm in combination with a Gaussian Mixture Model (GMM) ) എന്ന് അവർ വിശേഷിപ്പിക്കുന്നത് CUSAT ലെ ഗവേഷണ സംഘം ആവിഷ്കരിച്ചു. അവ ഒരുമിച്ച്, താഴ്ന്ന ട്രോപോസ്ഫിയറിനുള്ളിലെ റഡാർ സിഗ്നലുകളിൽ മഴയും തെളിഞ്ഞ വായു പ്രതിധ്വനികളും യാന്ത്രികമായി തിരിച്ചറിയുകയും വേർതിരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഏകദേശം അഞ്ച് കിലോമീറ്റർ വരെ മഴയുടെ തീവ്രത കുത്തനെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ സംഭവിക്കുമ്പോൾ അതിവേഗം മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന കാലാവസ്ഥയിലും ഈ രീതി പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

"ഈ കണ്ടുപിടുത്തം റഡാറിനെ തത്സമയം സ്വന്തം ഡാറ്റ വൃത്തിയാക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു," എസിഎആർആർ ഡയറക്ടറും കണ്ടുപിടുത്തക്കാരിലൊരാളുമായ എസ് അഭിലാഷ് പറഞ്ഞു. "കനത്ത മഴയിൽ, വായു ചലനത്തിൽ നിന്നും മഴത്തുള്ളികളിൽ നിന്നും റഡാറിന് സമ്മിശ്ര പ്രതിധ്വനികൾ ലഭിക്കുന്നു. ഞങ്ങളുടെ അൽഗോരിതം ആ പാറ്റേണുകൾ തിരിച്ചറിയാനും തൽക്ഷണം വേർതിരിക്കാനും മെഷീൻ ലേണിംഗ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. മഴയുടെയും അന്തരീക്ഷ ചലനാത്മകതയുടെയും വ്യക്തവും കൃത്യവുമായ ചിത്രമാണ് ഫലം. കേരളത്തിലെ വെള്ളപ്പൊക്ക പ്രവചനവും മുൻകൂട്ടിയുള്ള മുന്നറിയിപ്പ് സംവിധാനങ്ങളും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ചെറുതും എന്നാൽ സുപ്രധാനവുമായ ഒരു ചുവടുവയ്പ്പാണിത്.

ഔദ്യോഗികമായി "റഡാർ സ്പെക്ട്രത്തിനുള്ളിൽ അന്തരീക്ഷ പ്രതിധ്വനികളെ വേർതിരിച്ചറിയുന്നതിനുള്ള സിസ്റ്റവും രീതിയും" എന്ന് ഔദ്യോഗികമായി തലക്കെട്ടിട്ടുള്ള പേറ്റന്റ് ടെക്നിക് (Patent Technique) ഒരു ദശാബ്ദത്തിലേറെ നീണ്ട റഡാർ അധിഷ്ഠിത അന്തരീക്ഷ ഗവേഷണത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നു. ഉഷ്ണമേഖലാ അന്തരീക്ഷവും മൺസൂൺ ചലനാത്മകതയും പഠിക്കുന്നതിനായി സമർപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ദേശീയ ഉപകരണമായ ഇന്ത്യയിലെ ആദ്യത്തെ 205 മെഗാഹെർട്സ് സ്ട്രാറ്റോസ്ഫിയർ-ട്രോപോസ്ഫിയർ (എസ്ടി) റഡാർ, സർവകലാശാല പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്നു.

കളമശ്ശേരിയിലെ കുസാറ്റ് കാമ്പസിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഈ ശക്തമായ റഡാറിന് ഭൂമിയിൽ നിന്ന് നൂറുകണക്കിന് മീറ്റർ ഉയരത്തിൽ നിന്ന് ആകാശത്തേക്ക് ഏകദേശം 20 കിലോമീറ്റർ വരെ കാറ്റ്, പ്രക്ഷുബ്ധത, പ്രതിധ്വനികൾ എന്നിവ പ്രൊഫൈൽ ചെയ്യാൻ കഴിയും. കനത്ത മഴയിൽ കൃത്യത നഷ്ടപ്പെടുന്ന പരമ്പരാഗത കാലാവസ്ഥാ റഡാറുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, 205 മെഗാഹെർട്സ് സിസ്റ്റം സിഗ്നൽ സമഗ്രത നിലനിർത്തുകയും തീവ്രമായ മൺസൂൺ സാഹചര്യങ്ങളിൽ പോലും തുടർച്ചയായ ഡാറ്റ നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു.

വർഷങ്ങളായി, റഡാർ ഇന്ത്യയിലെ ഉഷ്ണമേഖലാ അന്തരീക്ഷ പ്രക്രിയകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഏറ്റവും സമ്പന്നമായ ഡാറ്റാസെറ്റുകളിലൊന്ന് സൃഷ്ടിച്ചു. താഴ്ന്ന തലത്തിലുള്ള മൺസൂൺ ജെറ്റുകൾ, സംവഹന സ്ഫോടനങ്ങൾ മുതൽ മുകളിലെ വായു, കാറ്റ്, ഈർപ്പം എന്നിവ വരെ ഇത് പകർത്തുന്നു. കനത്ത മഴ, സൈക്ലോജെനിസിസ്, മൺസൂണിന്റെ ആരംഭവും പിൻവലിക്കലും എന്നിവ മനസ്സിലാക്കുന്നതിന് അത്തരം വിവരങ്ങൾ അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്.

പേറ്റന്റ് ലഭിച്ച സംവിധാനം ഈ റഡാറിന്റെ കഴിവുകൾ കൂടുതൽ ശക്തിപ്പെടുത്തുകയും കേരളത്തിന്റെ പ്രത്യേക കാലാവസ്ഥാ വെല്ലുവിളികൾക്ക് കൂടുതൽ പ്രസക്തമാക്കുകയും ചെയ്യുമെന്ന് അഭിലാഷ് പറഞ്ഞു. കേരളത്തിന്റെ കാലാവസ്ഥ വളരെ വ്യത്യാസമുള്ളതും പലപ്പോഴും തീവ്രവുമാണ്. ഏതാനും മണിക്കൂറുകൾക്കുള്ളിൽ, നമുക്ക് നേരിയ മഴയിൽ നിന്ന് മേഘവിസ്ഫോടനങ്ങളിലേക്ക് നീങ്ങാൻ കഴിയും. മിതശീതോഷ്ണ കാലാവസ്ഥയ്ക്കായി വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത പരമ്പരാഗത അൽഗോരിതങ്ങൾ ഇവിടെ നന്നായി പ്രവർത്തിക്കുന്നില്ല. ഞങ്ങളുടെ രീതി ഉഷ്ണമേഖലാ അന്തരീക്ഷത്തിനായി ഇച്ഛാനുസൃതമാക്കുകയും ഞങ്ങളുടെ റഡാറിൽ നിന്നുള്ള യഥാർത്ഥ ഡാറ്റയിൽ പരിശീലിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സമ്മിശ്രമായ, അല്ലെങ്കിൽ പരിവർത്തന സാഹചര്യങ്ങളിൽ പോലും മഴയുടെ പ്രതിധ്വനികളെ വേർതിരിച്ചറിയാൻ ഇതിന് കഴിയും, ഇത് ഞങ്ങൾക്ക് കൂടുതൽ വ്യക്തമായ സിഗ്നലുകൾ നൽകുന്നു, "അദ്ദേഹം വിശദീകരിച്ചു.

തുടർച്ചയായ വെള്ളപ്പൊക്ക ദുരന്തങ്ങൾക്ക് ശേഷം സംസ്ഥാനം കാലാവസ്ഥാ നിരീക്ഷണ സംവിധാനങ്ങളും മുൻകൂർ മുന്നറിയിപ്പ് സംവിധാനങ്ങളും മെച്ചപ്പെടുത്താൻ ശ്രമിക്കുന്ന സമയത്താണ് ഈ വികസനം. 2018 ലും 2019 ലും ഉണ്ടായ മഹാപ്രളയങ്ങൾ നിലവിലുള്ള മഴ നിരീക്ഷണ ശൃംഖലകളുടെ പരിമിതികളെ തുറന്നുകാട്ടി. പല സന്ദർഭങ്ങളിലും, കൃത്യമല്ലാത്ത മഴ വിവരങ്ങൾ വെള്ളപ്പൊക്ക മുന്നറിയിപ്പുകൾ വൈകുന്നതിന് കാരണമായി. CUSAT നവീകരണത്തിന് തത്സമയ, ഉയർന്ന റെസല്യൂഷനുള്ള മഴ, കാറ്റ് ഡാറ്റ എന്നിവ പ്രവചന മോഡലുകളിലേക്ക് നേരിട്ട് സംയോജിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് ആ വിടവ് നികത്താൻ സഹായിക്കും.

"ഇത് വെറും അക്കാദമിക് ജിജ്ഞാസയെക്കുറിച്ചല്ല," അഭിലാഷ് പറഞ്ഞു. "ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ പ്രവർത്തന തലത്തിലെത്തണമെന്ന് ഞങ്ങൾ ആഗ്രഹിക്കുന്നു. കേരള സംസ്ഥാന ദുരന്ത നിവാരണ അതോറിറ്റി (കെഎസ്ഡിഎംഎ), ഇന്ത്യാ കാലാവസ്ഥാ വകുപ്പ് (ഐഎംഡി) എന്നിവയുമായി സംയോജിപ്പിച്ചാൽ, വെള്ളപ്പൊക്കം, മണ്ണിടിച്ചിൽ, നഗരങ്ങളിലെ വെള്ളക്കെട്ട് എന്നിവയ്ക്ക് കൂടുതൽ കൃത്യമായ മുന്നറിയിപ്പുകൾ നൽകാൻ ഇതിന് സഹായിക്കാനാകും."

കുസാറ്റിന്റെ നേട്ടം കേരളത്തിലെ തദ്ദേശീയ ശാസ്ത്രത്തിന്റെ വളർന്നുവരുന്ന ശക്തിയെയും പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു. എഞ്ചിനീയർമാർ, അന്തരീക്ഷ ശാസ്ത്രജ്ഞർ, ഡാറ്റാ അനലിസ്റ്റുകൾ എന്നിവർ ഒരേ മേൽക്കൂരയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന രാജ്യത്തെ ചുരുക്കം ചില കേന്ദ്രങ്ങളിൽ ഒന്നാണ് എസിഎആർആർ സൗകര്യം. 205 മെഗാഹെട്സ് റഡാറിന് പുറമേ, മൈക്രോ-റെയിൻ റഡാറുകൾ, മൈക്രോവേവ് റേഡിയോമീറ്ററുകൾ, ഡിസ്ഡ്രോമീറ്ററുകൾ, സീലോമീറ്ററുകൾ, ഓട്ടോമാറ്റിക് വെതർ സ്റ്റേഷനുകൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള ഉപകരണങ്ങളുടെ ഒരു കൂട്ടം ഇവിടെയുണ്ട്. ഇന്ത്യൻ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ട്രോപ്പിക്കൽ മെറ്റീരിയോളജി (ഐഐടിഎം), ഇസ്രോ, മറ്റ് ഗവേഷണ സ്ഥാപനങ്ങൾ എന്നിവയുമായി കേന്ദ്രം സഹകരണം സ്ഥാപിച്ചിട്ടുണ്ട്.

സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, കുസാറ്റിന്റെ റഡാർ നിരീക്ഷണങ്ങൾ മൺസൂൺ പ്രവചന മാതൃകകളിലെ പുരോഗതിക്കും ഉഷ്ണമേഖലാ സംവഹനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള മികച്ച ഗ്രാഹ്യത്തിനും കാരണമായി. അതിർത്തി-പാളി കാറ്റിന്റെ സ്വഭാവം മുതൽ ട്രോപ്പോസ്ഫിയറിന്റെയും സ്ട്രാറ്റോസ്ഫിയറിന്റെയും ലംബമായ സംയോജനം വരെ എല്ലാം പര്യവേക്ഷണം ചെയ്തുകൊണ്ട് അതിന്റെ ശാസ്ത്രജ്ഞർ ദേശീയ, അന്തർദേശീയ ജേണലുകളിൽ വിപുലമായി പ്രസിദ്ധീകരിച്ചിട്ടുണ്ട്.

ശാസ്ത്രീയ പുരോഗതിക്കപ്പുറം, കാലാവസ്ഥാ വ്യതിയാനത്തിനായുള്ള പ്രായോഗിക പരിഹാരങ്ങളിലേക്കാണ് പുതിയ പേറ്റന്റ് വിരൽ ചൂണ്ടുന്നത്. കൂടുതൽ കൃത്യമായ മഴയെക്കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾ ദുരന്തനിവാരണത്തെ മാത്രമല്ല, കൃഷി, ജലവിഭവ ആസൂത്രണം, മത്സ്യബന്ധനം എന്നിവയെയും സഹായിക്കും. തീരദേശ, ഉൾനാടൻ ഉപജീവനമാർഗ്ഗങ്ങൾ മൺസൂണിന്റെ താളവുമായി ആഴത്തിൽ ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന കേരളത്തിൽ, സമയബന്ധിതമായ മഴയെക്കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾക്ക് നിർണായകമായ മാറ്റമുണ്ടാക്കാൻ കഴിയും.

ഒഡീഷ മുതൽ തമിഴ്‌നാട്, ആൻഡമാൻ ദ്വീപുകൾ വരെയുള്ള ഇന്ത്യയുടെ തീരദേശ, ഉഷ്ണമേഖലാ മേഖലകളിലും ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും, അവിടെ സമാനമായ റഡാർ വെല്ലുവിളികൾ നിലനിൽക്കുന്നു. പേറ്റന്റ് നേടിയ സമീപനം മറ്റ് റഡാർ ഫ്രീക്വൻസികളുമായി പൊരുത്തപ്പെടാനും ഒടുവിൽ ഒരു ദേശീയ റഡാർ അധിഷ്ഠിത മഴ നിരീക്ഷണ ശൃംഖലയുടെ ഭാഗമാകാനും കഴിയുമെന്ന് ഗവേഷകർ വിശ്വസിക്കുന്നു.

"കാലാവസ്ഥാ അപകടങ്ങളോടുള്ള നമ്മുടെ പ്രതികരണത്തെ പ്രാദേശിക കണ്ടുപിടുത്തങ്ങൾ രൂപപ്പെടുത്തേണ്ട ഒരു ഘട്ടത്തിലേക്ക് ഇന്ത്യ കടക്കുകയാണ്," അഭിലാഷ് പറഞ്ഞു. "വ്യത്യസ്ത കാലാവസ്ഥാ സംവിധാനങ്ങൾക്കായി നിർമ്മിച്ച ഇറക്കുമതി ചെയ്ത മോഡലുകളെയോ സാങ്കേതികവിദ്യകളെയോ നമുക്ക് ഇനി പൂർണ്ണമായും ആശ്രയിക്കാൻ കഴിയില്ല. മൺസൂൺ അതുല്യമാണ്, അത് മനസ്സിലാക്കുന്നതിന് നമ്മുടെ സ്വന്തം ഉപകരണങ്ങളും കാഴ്ചപ്പാടുകളും ആവശ്യമാണ്. ഈ പേറ്റന്റ് ആ ശ്രമത്തിന്റെ ഭാഗമാണ്."

തത്സമയ പ്രവചന സംവിധാനങ്ങളിൽ അൽഗോരിതം പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കുന്നതിന് സംസ്ഥാന, ദേശീയ ഏജൻസികളുമായി ചേർന്ന് അടുത്ത ഘട്ടത്തിൽ പൈലറ്റ് പ്രോജക്ടുകൾ ഉൾപ്പെടുമെന്ന് കുസാറ്റ് അധികൃതർ പറഞ്ഞു. ഇത് വിജയകരമായി നടപ്പാക്കിയാൽ, വെള്ളപ്പൊക്കം, മഴ മുന്നറിയിപ്പുകൾക്കായി മെഷീൻ ലേണിംഗ് പ്രാപ്തമാക്കിയ റഡാർ ഡാറ്റ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഇന്ത്യയിലെ ആദ്യത്തെ സംസ്ഥാനമായി കേരളം മാറും.

കേരളത്തിന് മുകളിലുള്ള അന്തരീക്ഷമാണ് നമ്മുടെ ലബോറട്ടറിയെന്ന് ഡോ.അഭിലാഷ് പറഞ്ഞു. "ഓരോ മൺസൂണും നമ്മെ പുതിയതായി എന്തെങ്കിലും പഠിപ്പിക്കുന്നു. ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച്, അത് കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്താൻ ഞങ്ങൾ ശ്രമിക്കുന്നു.

ടോച്ച് (ToCH) ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് സയൻസ് ആൻഡ് ടെക്നോളജിയിലെ അസിസ്റ്റന്റ് പ്രൊഫസറും കുസാറ്റിലെ ഇലക്ട്രോണിക്സ് വകുപ്പിലെ ഗവേഷണ വിദ്യാർത്ഥിയുമായ ധന്യ ആർ; കുസാറ്റിലെ സ്കൂൾ ഓഫ് എഞ്ചിനീയറിംഗിലെ പ്രൊഫസർ അഞ്ജു പ്രദീപ്; കുസാറ്റിലെ റഡാർ സെന്റർ ഡയറക്ടർ അഭിലാഷ് എസ്; റഡാർ സെന്റർ ടീമിലെ അഭിറാം നിർമ്മൽ എന്നിവരുടെ കൂട്ടായ പ്രവർത്തനത്തിലൂടെയാണ് പേറ്റന്റ് നേടിയ ഗവേഷണം ഉരുത്തിരിഞ്ഞത്.