التنبؤ بحالة الطقس

[الصقيع]

توقع حالة الطقس أو التنبؤ بحالة الطقس
: هو تطبيق العلم والتقنية، لمعرفة حالة الغلاف الجوي مقت لاحق بالنسبة لموقع معين.
منذ آلاف السنين حاول الإنسان أن يتنبأ بحالة الطقس وفي بعض الحضارات استخدم علم النجوم والفلك لهذا الغرض.
أنشأ أول مركز رسمي خاص بالأرصاد والتنبؤات الجوية في القرن التاسع عشر.
للتنبؤ بحالة الطقس بالنسبة لمكان معين؛
أولا، يجب الإحاطة التامة بالحالة الجوية في الوقت الراهن- الحالة الحاضرة للجو- للعوامل الجوية (درجة الحرارة والرطوبة وسرعة واتجاه الرياح والضغط الجوي وغيرها)، ثانيا، وأن يكون على دراية تامة بالقوانين الطبيعية المتحكمة بتغيرات الأحوال الجوية.

التنوع في مجالات استخدام التنبؤات الجوية لا يحصى، كالتحذيرات الجوية؛ لأنها تحمي تقلل من الخسائر المادية في الأرواح والممتلكات.
التنبؤات الجوية التي تتركز على معرفة درجة الحرارة واحتمال هطول الأمطار ضرورية في المجال الزراعي وبالتالي على التجار داخل أسواق السلع الأساسية، توقعات درجات الحرارة تستخدم بواسطة شركات المرافق العامة لتقدير الطلب على مدى الأيام المقبلة.
أحد الاستخدامات الشائعة لتوقع حالة الطقس هي تحديد الملابس المناسبة ليوم معين؛
بما أن الأنشطة في الطلق قد تتقلص بسبب الأمطار الغزيرة أوالثلوج أوالرياح أوالبرد،
لذلك يمكن استخدام التنبؤات الجوية لوضع خطة لمواعيد وأماكن الأنشطة المختلفة خلال تلك الظروف الجوية.
محتويات:
1. تاريخيا

2. كيف تنتج النماذج العددية التنبؤات الجوية ؟

3. التقنيات

4. الاستخدامات الشائعة

5. المصادر

6. وصلات خارجية


1. تاريخيا

في عام 650 قبل الميلاد كان البابليون يتوقعون حالة الطقس بالنظر لتشكيلات السحب والغيوم في السماء،
كما استخدموا علم الفلك والنجوم.
في حوالي عام 340 ق.م وصف ارسطو الأنماط الجوية في كتابه دراسة الجو
Meteorologica.
لاحقا ألف ثيوفراستوس كتابا عن التنبؤات الجوية أسماه كتاب الدلائل Signs.
في حضارات الشرق وجد أن التنبؤ الجوي في التراث الشعبي الصيني يمتد منذ عام 300 قبل الميلاد.
ولايقل إسهام المسلمين في علم الأرصاد الجوية عموما وفي التنبؤ الجوي خصوصا عن غيرها من العلوم التي برع فيها المسلمون،
ومنهم ابن وحشية الذي ناقش في كتابه الفلاحة النبطية في عام 904 التنبؤ بالتغير في حالة الطقس والاستدلال عليها بواسطة علم الفلك وتوقع هطول الأمطار من ملاحظة المراحل القمرية ودلالات حركة.
طرق التنبؤات الجوية في الحضارات القديمة اعتمدت غالبا على ملاحظة أنماط الأحداث الجوية وتمييزها.
على سبيل المثال عندما يكون لون السماء وقت الغروب أحمر،
فإن اليوم التالي غالبا ما يكون صحو ومشمس.
هذه الخبرة تراكمت عبر أجيال عديدة لتنتج معتقدات تقليدية للتنبؤ بالطقس.
بالرغم من ذلك،
لم يتم إثبات صحة جميع تلك المعتقدات ومعظمها لا يستند على اختبارات إحصائية دقيقة.
في عام 1835 اخترعت آلة البرق الكهربائية (التلغراف Telegraph)، وبذلك انطلق عهد التنبؤات الجوية الحديثة.
حيث أنه قبل هذا الحدث لم يكن من الممكن نقل المعلومات عن الطقس الحالي بوسيلة أسرع من القطار البخاري.
يسراستخدام آلة البرق الكهربائية نقل التقارير الجوية عن حالة الطقس من مناطق شاسعة لتصل بشكل فوري تقريبا - ثوان معدودة- وذلك في أواخر عام 1840.
من أهم الشخصيات التي كان لها الفضل في نشأ علم التنبؤات الجوية،
فرانسيس بيفورت (وضع مقياس بيفورت) والبرتغالي روبرت فرتزروي FitzRoy (قام بتطوير مقياس فرتزروي للضغط الجوي "فرتزروي بارومتر").
كانا من الرجال ذوي النفوذ في البحرية البريطانية والدوائر الحكومية، وعلى الرغم من سخرية الصحافة في ذلك الوقت، حصلت أعمالهما على القبول العلمي وتم اعتمادها في البحرية الملكية.

وبذلك وضعت اللبنة الأساسية لعلم التنبؤات الجوية الحالية.
تطور علم الأرصاد الجوية بشكل مذهل خلال القرن العشرين.
في عام 1922 اقترح لويس فري رتشاردسون امكانية التنبؤات الجوية العددية، بواسطة الحاسبات الآلية الضخمة Supercomputer -لم تكن موجودة في ذلك الوقت-
التي تقوم بعمليات حسابية معقدة جداً لإنتاج نماذج التنبؤات قبل وقوع الأحداث الجوية. في حين أن الاستخدام الفعلي للتنبؤات الجوية العددية عام 1955،
ساعد على ذلك التطور الكبير في مجال برمجة الحاسبات الآلية.
2. كيف تنتج النماذج العددية التنبؤات الجوية ؟

2. 1. جمع البيانات

المشاهدات الجوية السطحية (على مستوى سطح البحر) للضغط الجوي ودرجة حرارة الهواء وسرعة واتجاه الرياح والرطوبة والتهطال تم تسجيلها قريبا من مستوى سطح الأرض بواسطة مراقبين جويين مدربين ومحطات آلية والعوامات.
تقوم المنظمة العالمية للأرصاد الجوية WMO-World Meteorological Organization بتقييم الأدوات والاختبارات الخاصة بالمشاهدات الجوية والأوقات المناسبة لها والتي تطبق على مستوى العالم. ترسل المحطات تقارير طقسية كل ساعة METAR أو كل ست ساعات SYNOP
. قياسات درجة الحرارة والرطوبة والرياح فوق مستوى سطح البحر تتم بواسطة المسبار اللاسلكي في البالونات الرصدية. في السنوات الأخيرة أصبحت القياسات الرصدية فوق سطح البحر ترسل بواسطة الطائرات التجارية من خلال نظام نقل المعلومات الرصدية في الطائرات لتستخدم في إنشاء نماذج التنبؤات العددية.
أسهمت الأقمار الصناعية إسهاما فعالا منذ أن دخلت مجال الأرصاد الجوية في عام 1960
،
حيث تم في ذلك العام إطلاق أول قمر صناعي للرصد الجوي،
هو القمر الأمريكي تيروس-1 (Tiros-1) ،وتبعه إطلاق العديد من الأقمارالأمريكية والسوفيتية والأوروبية وغيرها،

وأصبحت الأقمارالصناعية الرصدية إحدى أهم الأساليب الحديثة التي مكنت من تحديد الكثير من الخصائص الجوية العلوية والسطحية (أجناس السحب وأنواعها ،اتجاه الرياح وسرعتها ،درجة حرارة السطح... إلخ) ،كما أن البيانات التي ترسلها تشمل معظم أجزاء الكرة الأرضية. لمتابعة تطورالمنخفضات الجبهية يستخدم الرصديون صور الضوء المرئي (Visible Light Images) ،كما أن جزءا من هذه المعلومات تستخدم في نماذج التنبؤات الجوية العددية،
بينما توفر صور الأشعة تحت الحمراء (IR) معلومات عن درجة الحرارة على سطح الأرض وقمم السحب.

يمكن تتبع حركة السحب خلال فترة زمنية لمعرفة اتجاه وسرعة الرياح. الأقمار الصناعية القطبية المدار، والثابتة تقوم بجمع بيانات درجة الحرارة، والرطوبة في الجو العلوي (مستويات ضغط مختلفة في عمق الغلاف الجوي) وتتم مقارنتها مع بيانات مماثلة من المسبار اللاسلكي (Radiosonde)، حيث أن بيانات الأقمار الصناعية لها ميزة التغطية العالمية، ولكن بدقة وجودة أقل. الرادارات الرصدية توفر معلومات عن مكان وكثافة الأمطار،تستخدم تلك المعلومات في تقدير كمية المياه المتجمعة على مدى الزمن. بالإضافة إلى إمكانية تحديد اتجاه وسرعة الرياح السطحية والعلوية بواسطة رادار دوبلرالطقسي النبضي Pulse Doppler Weather Radar. تنبؤات الطقس الحديثة أسهمت في عمليات الإجلاء في الوقت المناسب وبذلك ساعدت في إنقاذ الأرواح والممتلكات.
2. 2. تحليل البيانات

خلال عملية تحليل البيانات تستخدم المعلومات التي تم جمعها من الرصدات الجوية بالتزامن مع نموذج التنبؤات العددي الأحدث بالنسبة لوقت تسجيل الرصدات الجوية حيث أنها تتضمن معلومات عن الرصدات الجوية في الوقت السابق. يتم استخدام ما سبق في وضع نماذج ثلاثية الأبعاد تمثل درجة الحرارة ،والرطوبة ،والرياح تسمى التحليل الرصدي ،وهو تقييم النموذج للحالة الجوية في الوقت الحالي.
2. 3. التنبؤات الجوية العددية

نماذج التنبؤات الجوية العددية عبارة عن محاكاة الحاسوب لتغيرات الغلاف الجوي. وذلك بواسطة استخدام التحليل الرصدي (البيانات التي تم تحليلها) كنقطة بداية للنموذج ومن ثم تطبق معادلات الفيزياء وحركة الموائع لمعرفة ما ستؤول إليه حالة الطقس في الفترة المقبلة من الزمن. تلك المعادلات من الصعوبة والتعقيد بحيث أنها تتطلب أجهزة حاسوب فائقة (Super Computers) لتحليل تغير الحالة الفيزيائية للموائع بمرور الزمن. المخرجات من هذه المرحلة توفراللبنة الأساسية للتنبؤات الجوية.
2. 4. معالجة نماذج التنبؤات العددية الأولية

النماذج الأولية يتم تعديلها قبل أن تقدم كنموذج نهائي للتنبؤات، وذلك باستخدام التقنيات الاحصائية لإزالة أي أخطاء في النموذج الأولي أوتصحيحه مع الأخذ بعين الاعتبارالتوافق مع النماذج التنبؤات العددية الأولية الأخرى. النواتج الإحصائية للنماذج العددية عبارة عن تقنية تستخدم لترجمة مخرجات النماذج العددية ومن ثم تنتج دليل خاص بموقع معين(ملف يحوي معلومات عن الحالة الجوية لمنطقة جغرافية معينة)، وتكون تلك المعلومات على هيئة عددية(مشفرة code، رموز آلية).
3. التقنيات

3. 1. الاستمرار(الثبات)

أبسط طرق التنبؤات الجوية، هي التنبؤ بحالة الطقس لليوم التالي بناءاً على الظروف الجوية الحالية (استمرار الحالة الجوية، اليوم = غدا). يمكن تطبيق هذه الطريقة للتنبؤ عند استقرارالحالة الجوية، كفصل الصيف في العروض المدارية. هذه الطريقة للتنبؤ تعتمد بشكل كبير على استقرار الطقس، ويمكن أن تكون مفيدة للتنبؤات القريب