كيف تتم عملية التنبؤ الجوي وتوقعات الطقس؟
طقس العرب - تعتبر عملية التنبؤات الجوية عملية معقدة، وتحتاج إلى تحديثات مستمرة، وهناك ثلاث مراحل مهمة تمر فيها عملية التنبؤ بالطقس.
المرحلة (1): رصد الأحوال الجوية الحالية
تتم في هذه المرحلة معرفة تفاصيل حالة الطقس الحالية، فحتى يتم التنبؤ بحالة الطقس في المستقبل، نحتاج أولاً إلى معرفة حالة الطقس الحالية بدقة، بحيث يتم قياس متغيرات الطقس مثل: درجة الحرارة، وهطول الأمطار، والضغط الجوي، والرياح، والرطوبة، على مدار 24 ساعة كل يوم، ويتم تمريرها إلى مراكز التنبؤ بالطقس الرئيسية، والتي تستخدمها مع صور الأقمار الصناعية للحصول على وصف واضح للسلوك الحالي للغلاف الجوي.
المرحلة (2): حساب الكيفية التي سيتغير فيها الطقس في المستقبل
تحتوي مراكز الأرصاد الجوية والتنبؤ بالطقس على أجهزة حاسوب ضخمة، تستخدم هذه الأجهزة البيانات الناتجة عن الرصد الجوي لإدخالها إلى معادلات معقدة للغاية تمكننا من التنبؤ بكيفية انتقال الحالات الجوية، والطريقة التي سيتغير فيها الطقس مع مرور الوقت.
المرحلة (3): الاستعانة بخبراء الأرصاد الجوية لتحسين تفاصيل التنبؤات
يقوم خبراء الأرصاد الجوية بالاضطلاع على نماذج التنبؤات الحاسوبية عدة مرات في اليوم، ويعملوا على مدار الساعة للتحقق من أن الأحوال الجوية تسير وفق الطريقة التي تم توقعها، وإذا لم يكن الأمر كذلك، يتم تعديل التوقعات قبل إعلانها للناس، خاصة إذا كانت التعديلات تعني تغير في الأحوال الجوية، مثلاً؛ إذا تبين أن درجة الحرارة أقل من الدرجة التي تم توقعها فهذا قد يُحدث فارق بالنسبة لتشكل الصقيع في الليل، وعندما قد يستدعي الأمر اصدار تنبيه للتعامل مع الصقيع.
ويستطيع متنبئ الأرصاد الجوية مقارنة النتائج من النماذج الحاسوبية من مراكز التنبؤ حول العالم، والتي تنتج جميعها تنبؤات بالطقس لكامل الكرة الأرضية، ولكنها تختلف قليلاً في طريقة عمل بعض الحسابات، ومن الأمثلة على هذه النماذج: المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية متوسطة المدى (ECMWF)، والمركز الوطني للتنبؤ البيئي (NCEP).
أنواع البيانات التي يتم رصدها في مجال الأرصاد الجوية
(1) بيانات من الفضاء والأقمار الصناعية
تعطي الأقمار الصناعية صورًا للكرة الأرضية بأكملها من الفضاء، وتنقسم الأقمار الصناعية الخاصة بالأرصاد الجوية إلى فئتين رئيسيتين:
- الأقمار الصناعية ذات المدار الثابت (Geostationary Satellites):
وتقع هذه الأقمار فوق خط الاستواء على ارتفاع 35800 كيلومتر، وتدور مرة كل 24 ساعة، أي بنفس معدل دوران الأرض، لذلك فهي تبقى فوق نفس المكان طوال الوقت لتقدم سلسلة غير منقطعة من الصور للغلاف الجوي في ذلك المكان.
- الأقمار الصناعية التي تدور حول القطبين (Polar Orbiting Satellites):
تدور هذه الأقمار الصناعية على ارتفاع يبلغ 850 كيلومترًا، بحيث تكون أقرب كثيرًا إلى الأرض مما يسمح لها بإجراء قياسات أكثر دقة، وتتمم هذه الأقمار دورتها حول الأرض كل 100 دقيقة، تقوم خلالها بمسح مساحات واسعة من الغلاف الجوي من القطب الشمالي للأرض إلى القطب الجنوبي، حيث تمر على معظم أجزاء الأرض مرتين على الأقل خلال اليوم، وتكون مداراتها متزامنة مع الشمس، مما يعني أنها تمر على نفس الجزء من الأرض في نفس التوقيت المحلي كل يوم.
ويمكن معالجة الصور المأخوذة من كل من الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة إلى الأرض والأقمار التي تدور حول الأرض وتحليلها لتوفير الكثير من المعلومات حول الغلاف الجوي وسطح الأرض، ومن هذه المعلومات التي تعطيها الأقمار الصناعية:
- تعطي الصور المأخوذة من الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض انطباعًا بيانيًا عن حركة السحب، وتستخدم صور الأقمار الصناعية بالأشعة تحت الحمراء لقياس كمية السحب ودرجة حرارتها، وتحديد السحب المحملة بالأمطار، حيث تظهر قمم السحب الأعلى والأكثر برودة باللون الأبيض، بينما يظهر سطح الأرض والسحب السفلية الأكثر دفئًا بلون داكن.
- استنتاج سرعة الرياح واتجاهها من الحركة الظاهرة للسحب بين الصور المتتالية.
- قياس درجة حرارة سطح البحر بدقة من الأقمار الصناعية.
- قياس كمية الجليد البحري بالقرب من القطبين، والغطاء الثلجي فوق اليابسة.
- الكشف عن الضباب والعواصف الترابية والتلوث والرماد البركاني.
- تقيس مسابر موضوعة على الأقمار الصناعية الإشعاع المنبعث من الغلاف الجوي وسطح الأرض، وتقوم هذه الأجهزة بإجراء قياسات دقيقة عمودية لدرجة الحرارة وبخار الماء، بحيث توفر هذه المعلومات قيمة هائلة للنماذج العددية التي تتنبأ بالطقس.
- تقوم رادارات خاصة على الأقمار الصناعية التي تدور حول القطب بقياس الأمواج الصغيرة (طول الموجة 5-20 سم) المتولدة من الرياح فوق سطح المحيطات، والتي تكون بزاوية قائمة مع اتجاه الرياح، وبالتالي يشتق منها سرعة واتجاه الرياح بالقرب من سطح البحر.
- تستخدم تطبيقات الأرصاد الجوية أجهزة الملاحة العالمية (GPS) من الأقمار الصناعية لتحديد مناطق الهواء الرطب العميق التي تسبب العواصف الرعدية في أيام الصيف الحارة، وذلك من خلال قياس تباطؤ وصول إشارة الأقمار الصناعية إلى محطة معينة، حيث تتحرك الإشارة في الهواء الجاف أسرع منها في الهواء المحمل ببخار الماء.
- تقوم أجهزة قياس الارتفاع على الأقمار الصناعية بإعطاء بيانات عديدة لا سيما فوق المحيطات، مثل الخصائص الفيزيائية للمحيط، وارتفاع الجليد البحري، والمد والجزر، ويمكن تتبع ظواهر مثل النينو والنينا التي تحدث في المحيط الهادئ.
(2) بيانات من على سطح الأرض
وتقدم هذه البيانات قياساً لحالة الطقس الذي نشهده على الأرض باستخدام مراقب مختص وأدوات خاصة، حيث يتم قياس معظم البيانات من سطح الأرض من خلال محطات رصد تتوزع في مناطق مختلفة في كل بلد، ومن الأمور المهمة التي تقوم هذه المحطات بقياسها، هي: درجة حرارة الجو، ودرجة حرارة سطح الأرض والتربة، والرطوبة النسبية، وسرعة الرياح واتجاهها، والضغط الجوي عند مستوى سطح الأرض ومقارنته بالضغط عند مستوى سطح البحر، مدى الرؤية، مقدار السحب ونوعها وارتفاع قاعدتها، كمية هطول الأمطار أو تراكم الثلوج، وبعد أن يتم تسجيل البيانات في المحطات ومعالجتها، يتم ارسالها إلى نظام تجميع مركزي في مكتب الأرصاد الجوية، وفي الأماكن الحيوية مثل المطارات يستلزم الأمر وجود مراقب مدرب يشرف يدوياً على العناصر الحيوية للطقس وذلك لسلامة الطائرات.
(3) البيانات البحرية
حيث يتم إجراء قياسات بالقرب من سطح المحيطات وفي أعماقها، و تعتبر مراقبة الطقس فوق المحيطات ذات أهمية خاصة لمساعدة السفن والعاملين في بالقرب من البحر على تجنب الظروف الجوية القاسية، وتوفر هذه البيانات مدخلات للنماذج الحاسوبية التي تتنبأ بحالة الغلاف الجوي في المستقبل، و توفير معلومات الأرصاد الجوية على المدى الطويل معلومات تساعد في فهم المناخ العالمي، فالتغيرات في الغلاف الجوي على النطاقات الزمنية الطويلة تتأثر بشكل كبير بحالة المحيطات، كما تساعد البيانات التي يتم جمعها من تحت السطح على فهم دوران المحيطات وتوفير الظروف الأولية لنمذجة المحيطات.
(4) بيانات الغلاف الجوي العلوي
توفير بيانات الغلاف الجوي العلوي بنية ثلاثية الأبعاد للغلاف الجوي للأرض، فمن المهم أن تكون هناك قياسات في جميع أنحاء عمق الغلاف الجوي تحدد هيكله ثلاثي الأبعاد، يستخدم لهذا الغرض أنظمة مراقبة متطورة لتكون قادرة على قياس الغلاف الجوي بكل تعقيداته.
(5) بيانات صور الرادار
يوفر رادار الطقس تفاصيل دقيقة عن هطول الأمطار على نطاقات تصل إلى كيلومتر واحد.
(6) موقع العواصف الرعدية
يتم تحديد مكان العواصف الرعدية والطقس القاسي المرتبط بها.
الأماكن التي تشملها عملية التنبؤ الجوي
يمكن أن يكون لأنظمة الطقس في جزء من العالم تأثير سريع على مناطق أخرى بعيدة، لذا فإن التنبؤ الدقيق يتطلب عمليات مراقبة ليس فقط في بلد واحد، ولكن في أجزاء أخرى كثيرة من العالم، لذلك يكون هناك تعاون وثيق في تبادل البيانات بين هيئات الأرصاد الجوية في البلدان المختلفة.
الفائدة طويلة المدى لعملية التنبؤ الجوي
تخبرنا بيانات الأرصاد الجوية أيضاً كيف يختلف الطقس اليوم عن المتوسط طويل الأجل لمناخ منطقة معينة، وكيف يتغير المناخ على مدى عقود أو قرون، ويحتاج فهم التحولات في أنماط الطقس والمناخ العالمية إلى عمليات رصد وسجلات للأرصاد الجوية طويلة الأمد.ففي الآونة الأخيرة كان هناك اهتمام كبير بالمخاطر التي يمكن أن تنتج عن تغير المناخ، لذلك تعتبر البيانات الدقيقة للأرصاد الجوية مطلوبة كدليل داعم للقرارات التي يمكن أن تتخذها الحكومات استجابة لتغير المناخ.