ما هو رادار الطقس وكيف يعمل

طقس العرب - نعتمد جميعاً في حياتنا على حالة الطقس للتخطيط لأنشطتنا الخارجية، وإحدى أهم الأدوات التي تساعدنا لتحديد حالة الطقس والتنبؤ بها هو رادار الطقس، فما هو رادار الطقس؟ وكيف يعمل؟

تعريف رادار الطقس

اشتق اسم الرادار (RADAR) من (Radio Detection And Ranging)، أي أن عمل الرادار يعتمد على استخدام موجات الراديو، بحيث ترسل الرادارات حزمة من الطاقة على شكل نبضات قصيرة من موجات الراديو (موجات كهرومغناطيسية)، فتعترضها بعض الأجسام الموجودة في مسارها، وتنعكس عنها عائدة إلى الرادار.

ومفهوم رادار الطقس مشابه لسماع الصدى، فعندما يصرخ شخص في بئر مثلا، تنعكس الموجات الصوتية عن الماء وتعود ليسمعها الشخص، وبنفس الطريقة تنعكس النبضات التي يرسلها رادار الطقس عن قطرات المطر، لتعود الإشارة إلى الرادار، فتظهر على شاشات الرادار على شكل معلومات تتضمن موقع هطول الأمطار وغزارته ونوعه، كما تعطي رادارات الطقس (أو رادار الأمطار) معلومات عن كيفية انتقال الهطول والسحب الممطرة من مكان لآخر.

بداية رادار الطقس وتطوره

كانت بداية رادار الطقس صدفة مدهشة، ففي أواخر القرن التاسع عشر، وتحديداً مع بداية الحرب العالمية الثانية، حيث تم استخدام الرادار لاكتشاف سفن وطائرات العدو، وأثناء ذلك لاحظ مشغلو الرادار أن المطر تسبب في ظهور إشارات زائفة على شاشاتهم، عملت على تشويش الأهداف المحتملة للعدو، فأدركوا عندها الإمكانات الجديدة التي يمكن اكتشافها بالرادار، وبعد فترة وجيزة تم استخدام الرادارات المتبقية بعد الحرب كأجهزة كشف عن هطول الأمطار.

ومنذ ذلك الوقت، تطور رادار الطقس الحديث وتحسّن بشكل كبير، حيث تم دمج طرق أفضل للحصول على بيانات بدقة أعلى، والآن معظم رادارات الطقس الحديثة هي رادارات دوبلر النابضة (pulse-Doppler radars)، وهذه الرادارات قادرة على اكتشاف حركة قطرات المطر وكثافته، كما تستخدم اليوم البرامج المتخصصة بيانات الرادار لإجراء تنبؤات قصيرة المدى، وهي مدمجة في نماذج التنبؤ العددي الخاصة بالطقس لتحسين دقة التنبؤات.

كيف يعمل رادار الطقس الحديث؟

يتكون نظام رادار دوبلر الحديث من طبق رادار كبير محمي داخل قبة، بحيث يتمكن طبق الرادار من الدوران دورة كاملة (360 درجة) في الوضع الأفقي، وحوالي 20 درجة في الوضع الرأسي، وعندما يدور هوائي الرادار، يبعث دفعات قصيرة من موجات الراديو تسمى نبضات (pulses)، ويتم انتظار عودة هذه النبضات ليلتقطها طبق الرادار، وتحدث هذه العملية بسرعة فائقة حيث تستغرق كل نبضة من وقت الارسال إلى العودة حوالي 0.00099843 من الثانية.

تتحرك موجات الراديو المرسلة عبر الغلاف الجوي بسرعة الضوء، وبمجرد أن تصطدم بهدف مثل قطرة مطر أو ندفة ثلجية، تتشتت موجات الراديو في جميع الاتجاهات ويعود بعضها إلى الرادار بطاقة مختلفة ليشير هذا الاختلاف في الطاقة إلى معلومات معينة، فكلما زاد حجم وكثافة قطرات المطر زادت كمية الطاقة التي تعود إلى الرادار، ويراقب الرادار كل هذه المعلومات من خلال تكرار هذه العملية حتى 1300 مرة في الثانية.

 فمن خلال مراقبة الوقت الذي تستغرقه موجات الراديو منذ الإرسال وحتى عودتها إلى الهوائي، يمكن للرادار حساب مسافة واتجاه الهدف باستخدام تأثير دوبلر (Doppler Effect)، بالإضافة إلى ذلك، توفر طاقة الموجات التي يتلقاها الرادار معلومات عن خصائص الهدف بما في ذلك الحجم والكثافة، ومع أحدث الرادارات ثنائية الاستقطاب (Dual-Polarized Radar) يمكن أيضاً تحديد نوع هطول الأمطار (مطر، ثلج، بَرَد، وغيرها).

ما هو تأثير دوبلر؟

يُنسب تأثير دوبلر إلى عالم الفيزياء النمساوي كريستيان دوبلر، وتتضمن هذه النظرية أن طبقة الصوت في الموجات الصوتية تتغير عندما يكون هناك تحول في التردد، ومن الأمثلة على ذلك صفارات الإنذار لسيارات الإسعاف والتي تكون درجة الصوت لها عالية أثناء اقترابها، لكن تتغير درجة الصوت لتصبح منخفضة عندما تتحرك مبتعدة، ومن خلال استخدام هذا التأثير يمكن حساب السرعة التي تتحرك بها سيارة الإسعاف بناءً على التحول في تردد صوت صفارة الإنذار.

ويستخدم رادار دوبلر للطقس هذه النظرية لتحديد سرعة تحرك السحب الماطرة في الغلاف الجوي واتجاه الحركة بالنسبة للرادار، وبما أن السحب الماطرة تتحرك بشكل عام مع الرياح، فيمكن أيضاً تحديد سرعة الرياح باستخدام تقنية دوبلر.

رادارات الطقس ثنائية الاستقطاب

رادار الطقس ثنائي الاستقطاب هو رادار أكثر تطوراً، فبينما ترسل الرادارات التقليدية وتستقبل نبضات في الاتجاه الأفقي، فإن الرادارات ذات الاستقطاب المزدوج ترسل وتستقبل الموجات في الاتجاه الافقي والرأسي، وهذا يعطي صورة مفصلة أكثر عن نوع الهطول في الغلاف الجوي، مما يسمح للمتنبئين الجويين بالتفريق بين المطر والثلج والبَرَد.

فائدة أخرى مهمة لرادار ثنائي الاستقطاب هي أنه يكتشف بوضوح أكبر عن الحطام الذي تحمله الأعاصير للجو، مما يسمح للمتنبئين بتأكيد وجود الإعصار على الأرض وتحديد قدرته على التسبب في الأضرار، حتى يتمكنوا من تحذير المجتمعات بثقة أكبر، وهذا مفيد بشكل خاص في الليل عندما يصعب على المراقبين على الأرض رؤية الإعصار.

صور رادار الطقس

تظهر المعلومات التي يلتقطها الرادار على الشاشات على شكل خريطة تظهر فيها الجسيمات التي التقطها الرادار ضمن نطاق محدد حوله، وتظهر ألوان مختلفة على الخريطة اعتماداً على كثافة السحب الماطرة وشدة الأمطار، بحيث يتوافق كل لون على شاشة الرادار مع مستوى مختلف من طاقة النبضات المنعكسة عن قطرات المطر.