مفاهيم التنبؤ بالطقس
بعد قراءة هذه المقالة سوف تتعلم عن: - 1. المفهوم القديم للتنبؤ بالطقس 2. المفهوم الحديث للتنبؤ بالطقس.
1. المفهوم القديم للتنبؤ بالطقس:
في العصور القديمة ، كان الإنسان يتنبأ بالطقس بناءً على العمليات الفيزيائية للطبيعة. استندت هذه التوقعات على سلوك الطيور والمظهر الجسدي للأجسام السماوية. في القرن السادس عشر ، أعد ستوفلر تقويمًا فلكيًا يستند إلى المظهر المادي للأجسام السماوية.
وتوقع أن يكون هناك طوفان عالمي (فيضان كثيف) في عام 1524. لكن هذا النوع من الظواهر لم يحدث على الإطلاق. حتى مثل هذه الفشل لا يمكن أن تثني الرجل عن التنبؤ بالأحداث الطبيعية.
في العديد من المجتمعات القديمة ، تم توضيح الطقس من خلال تصرفات أو مزاج عائلة رائعة من آلهة السماء ، الذين استخدموا الطقس لمكافأة أو معاقبة هذا المجتمع. إذا كان من دواعي سرور الآلهة ، سوف تسود الطقس الجيد ، والتي ستكون مواتية للنمو الطبيعي للمحاصيل. إذا لم تكن الآلهة سعيدة ، فعندئذ عوقبت الجمعية عن طريق التسبب في الفيضانات أو العواصف أو الأمراض إلخ.
تم استخدام أسلوبين لفهم الظواهر الجوية. واحد كان لربط ظواهر الطقس بالعوامل المادية. أدرك المفكرون القدماء أن الشمس هي المصدر الرئيسي للطاقة للأرض وجوها.
حاولوا إقامة علاقة بين الطقس والشمس والتي تؤدي إلى تصنيف المواسم إلخ. التطور المبكر في الرياضيات وعلم الفلك يؤدي بهم أيضا إلى ربط الطقس بموقف الكواكب.
وقد استخدم النهج الآخر لربط التغيرات المناخية بسلوك الحيوانات والطيور والحشرات وظهور ونمو بعض أنواع النباتات وما إلى ذلك. كانت بعض الحشرات شديدة الحساسية للتغيرات الصغيرة في درجة الحرارة والرطوبة وأشعة الشمس. لكن هذا النهج لم يكن في الاتجاه الصحيح.
بالرغم من هذه العيوب ، تم وضع إرشادات تجريبية للتنبؤ بالطقس فوق منطقة محددة. دفع بعض النجاح في التوقعات المحلية إلى تمديد توقعات الطقس على مساحات شاسعة صالحة لفترات أطول. لكن هذه التوقعات كانت غامضة ومضللة في كثير من الأحيان.
كان أرسطو (384-322BC) أول عالم يوناني قديم استخدم العلم في إعداد توقعات الطقس. كتب كتابًا بعنوان "الأرصاد الجوية" ، ذكر فيه أن الطقس ناتج عن تفاعل أربعة عناصر ، أي الأرض والنار والهواء والماء. اشتق مصطلح "الأرصاد الجوية" من عنوان عمل أرسطو.
وقد لوحظت ملاحظات الطقس منذ بداية الحضارة. ولملاحظة مختلف الظواهر الجوية ، تم تسجيل الملاحظات البصرية والحسية حتى القرن الثامن عشر. استمر هذا النوع من الملاحظات لفترة طويلة حتى اختراع مختلف أدوات الأرصاد الجوية.
وبالتالي ، فإن النهج الحديث للتنبؤ بالطقس يجب أن ينتظر اختراعات أدوات الأرصاد الجوية لإجراء قياسات دقيقة ودقيقة. يؤدي اختراع ميزان الحرارة ومقياس الضغط إلى توقعات أكثر دقة ودقة للطقس. بدأت فترة من التقدم العظيم في العلم في أوائل القرن الخامس عشر. استغرق الأمر حوالي 300 سنة ليشهد تقدمًا هائلاً في مجال الأرصاد الجوية.
2. المفهوم الحديث للتنبؤ بالطقس:
تستخدم الأساليب العلمية الحديثة للتنبؤ بالطقس لفهم أنظمة الطقس. من أجل إعداد توقعات الطقس ، يجب معرفة الحالة الأولية للغلاف الجوي. لوصف الحالة الأولية للغلاف الجوي ، نحتاج إلى مراصد أرصاد جوية مفيدة.
للتنبؤ بحالة الغلاف الجوي المستقبلية ، يجب أن نفهم العمليات الفيزيائية التي تحدث في الغلاف الجوي. يمكن فهم العمليات الفيزيائية باستخدام الرياضيات الأساسية والقوانين الفيزيائية (شارلز و بويل).
بدأ الأسلوب الحديث للتنبؤ بالطقس في القرن السابع عشر مع اختراع البارومتر بواسطة توريشلي في عام 1643. اخترع مقياس الحرارة من قبل أنديرس سيلسيوس في عام 1737 واخترع هوريس مقياس الرطوبة في 1783. مع اختراع هذه الأدوات ، القوانين الفيزيائية التي تحكم الغلاف الجوي تم صياغة العمليات من قبل علماء مختلفين.
في البداية ، تم تسجيل درجة الحرارة والرطوبة والضغط بالقرب من سطح الأرض. في وقت لاحق ، تم إيلاء الاهتمام إلى الغلاف الجوي العلوي باستخدام الرحلات البالونية المأهولة التي تحمل أجهزة تسجيل تسمى meteorograph. بعد ارتفاعه إلى بعض الارتفاع ، انفجر البالون وسقط على الأرض.
في وقت لاحق ، يمكن استرداد meteorograph للحصول على بيانات الهواء العلوي. تم استبدال هذه البالونات غير المأهولة. اخترع ماركوني الاتصالات اللاسلكية في بداية القرن التاسع عشر ، وهكذا بدأ نظام الاتصالات في عام 1844 ، مما ساعد خبراء الأرصاد الجوية في الحصول على بيانات الهواء العلوي.
يدرك خبراء الأرصاد الجوية أنه من المهم النظر إلى الغلاف الجوي ككل ، إذا كنا سنتنبأ بسلوكه المستقبلي. الآن ، في الأيام ، يتم استخدام الأقمار الصناعية والصواريخ وأجهزة الكمبيوتر الإلكترونية لدراسة الغلاف الجوي العلوي. وفي الوقت نفسه ، تم تمديد شبكة الأرصاد الجوية السطحية في جميع أنحاء العالم.
يتم تسجيل ملاحظات الأرصاد الجوية في 0000 بتوقيت جرينتش ، 0530 ، 0830 و 1200 بتوقيت جرينتش. من السهل الآن دراسة منطقة معينة من الغلاف الجوي. ومع ذلك ، فمن الضروري أن نضع في الاعتبار أن الأحداث في منطقة واحدة تؤثر على تلك التي تحدث في أجزاء أخرى من الغلاف الجوي.
في عام 1961 ، دعا الرئيس الأمريكي جون كينيدي العديد من البلدان الأخرى للمشاركة في مشروع لمراقبة عالم الطقس. وكان الهدف هو تحسين التنبؤ بالطقس لجميع الدول. شارك في جميع البلدان المائة والخمسين ، وتمت مناقشة التعاون العالمي في مجال التنبؤ بالطقس. ونتيجة لذلك ، ولدت المراقبة العالمية للطقس (WWW).
وكانت إحدى أهم الخطوات إلى الأمام في التعاون الدولي من أجل التنبؤ بالطقس. وقد تحسنت الآن تنبؤات الطقس إلى حد كبير منذ عام 1960. وفي المستقبل القريب ، سيصل التقدم في مجال التنبؤ بالطقس إلى مرحلة من المراحل لم يكن يحلم بها مراقبو الطقس الأوائل.
هناك تقنيات مختلفة تستخدم للتنبؤ بحالة الغلاف الجوي المستقبلية.
تصنف التقنيات الأساسية للتنبؤ بالطقس على نطاق واسع على النحو التالي:
أنا. تقنيات السينوبتيكية.
ثانيا. تقنيات احصائيه.
ثالثا. توقعات الطقس العددية (NWP).
أنا. التقنيات السينوبتيكية:
تحظى تنبؤات الطقس السينوبتيكية بشعبية في جميع أنحاء العالم ، لأن المعادلات الجوية المعقدة يمكن فهمها من خلال الرسوم البيانية المتداخلة. ويشار إلى تحليل ودراسة الرصدات الجوية المتزامنة على نطاقات فضائية مختلفة تتراوح بين تغطية المناطق الوطنية والإقليمية إلى العالمية باسم الأرصاد الجوية السينوبتيكية.
في البداية ، لم تكن معطيات مختلف معايير الأرصاد الجوية المسجلة في أماكن معزولة مختلفة مفيدة لفهم التغيرات في الظروف الجوية القادمة.
ولكن حدث اختراق في علم الأرصاد الجوية مع اختراع التلغراف في عام 1835 والمسبار اللاسلكي التلقائي في بداية القرن العشرين ، واختراع الرادار في عام 1940 والملاحة الدوبلرية في عام 1950. ومع ذلك ، جاءت الثورة مع إطلاق قمر الأرصاد الجوية في الستينات .
وتمكن الأرصاد الجوية السينوبتيكية العلماء من فهم ظاهرة التروبوسفير العلوي مثل موجات الكواكب والموجات السينوبتيكية وجداول المياه النفاثة. وقد زادت دراسة وتفسير الصور السحابية الواردة من سواتل الأرصاد الجوية من فائدة الأرصاد الجوية السينوبتيكية.
في النهج السينوبتيكي ، يحاول أحد المتخصصين التنبؤ بالتغيرات المستقبلية في حالة الغلاف الجوي من الحالة الأولية باستخدام معرفته النظرية وخبرته.
يقوم المرشد بتحليل البيانات الحالية المتاحة على ارتفاعات مختلفة من الغلاف الجوي ويحاول مطابقتها مع المواقف المماثلة السابقة. يعتمد نجاح التوقعات على مهارة وخبرة المتنبئ. ومن ثم ، فإن الطريقة ذاتية ومفيدة للغاية في التنبؤ قصير المدى.
ثانيا. تقنيات احصائيه:
في النهج الإحصائي ، يحاول القائم بالأرصاد ربط عنصر طقس بآخر. من خلال دراسة سجلات الطقس الماضية ، يمكن إنشاء علاقات مفيدة تتعلق بحدوث حدث طقس واحد مع آخر أو عدد من عناصر الطقس الأخرى. هذه الطريقة مفيدة جدا في التنبؤ بالطقس البعيد المدى.
ثالثا. توقعات الطقس العددية:
توقعات الطقس من خلال أساليب synoptic هي موضوعية إلى حد ما ، لأن خبرة المتنبئين تلعب دورا هاما في تطبيقه. الهدف الرئيسي من هذه التقنية هو حل المعادلات المختلفة التي تنظم الحركات الجوية والعمليات الفيزيائية التي تجري باستمرار في الغلاف الجوي.
تتعامل الأرصاد الجوية الديناميكية مع الحركات الجوية وتتعامل الأرصاد الجوية الفيزيائية مع العمليات الفيزيائية. الهدف من هذه الفروع هو تطوير طريقة موضوعية كاملة للتنبؤ بالطقس ، أي التنبؤ بالحالة المستقبلية للغلاف الجوي عندما تكون ظروفه الأولية معروفة.
إن معادلات حركة الغلاف الجوي معقدة للغاية لدرجة أنها لا تملك حل رياضي دقيق. ومع ذلك ، يمكن الحصول على حلها من خلال سلسلة من الحسابات الحسابية أو الحسابات العددية. ويطلق على التنبؤات الجوية المعدة على أساس هذه الحسابات التنبؤ العددي بالطقس.
المعادلات الهيدروديناميكية التي تتحكم في حركة الغلاف الجوي هي مجموعة من المعادلات المعقدة.
هذه المعادلات تتعامل مع القوى التالية:
(ط) الاضطرابات والقوى الاحتكاكية الناجمة عن الرياح التي تهب ضد أشياء مثل الطوبوغرافيا.
(2) السحب الداخلي بين طبقات مختلفة من الغلاف الجوي تتحرك بسرعات واتجاهات مختلفة
وبغض النظر عن هذه القوى ، فإن الحرارة الكربونية المرتبطة بشكل خاص بظواهر الحمل الحاد المكثف مثل السقوط الخطية وعواصف الأعاصير تأخذ في الحسبان. وبالمثل ، يعد تعديل تدفق الرياح الناجم عن الحواجز الجبلية الضخمة أحد العناصر الهامة في المعادلات.
بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون توزيع مصادر الحرارة والمصارف معروفًا تمامًا. وتنشأ هذه التغيرات من التعديلات الجماعية التي تحدثها عملية التبادل الحراري بين البحر والجو ، والأرض والجو المحيطين.
في عام 1920 ، حاول ريتشاردسون حل معادلات الاقتراحات الخاصة بأجواء نموذجية. واقترح أن يرتبط معدل تبادل الضغط السطحي بالتلاقي الجماعي أو الاختلاف الجماهيري في العمود الهوائي الموجود فوق الأرض. تم استخدام طرق عددية لحل مشاكل التنبؤ. لكنه لم ينجح في حل هذه المعادلات.
افترض تشارني في عام 1950 أن الحركة الجوية هي تدفق جيوستروفيك. واستناداً إلى هذا الافتراض ، تم تطوير نموذج جديد في الغلاف الجوي تم من خلاله إعداد مخطط تنبؤي قدره 500 ميغابايت. الآن يتضمن التنبؤ العددي مخططات كفافية مستقبلة من مستويات مختلفة isobaric ، رسوم بيانية من حقل الرياح ، ومخططات دوامة ، والتباعد والحركة العمودية.
يمكن لأجهزة الكمبيوتر الإلكترونية الحديثة تحليل كمية كبيرة من البيانات بسرعة كبيرة. يمكن للكومبيوتر رسم خطوط ورسمها على السطح ومخططات الهواء العلوي. في السنوات الأخيرة مع ظهور الحواسيب الفائقة ، أصبحت التنبؤات الجوية العددية ذات الكفاءة العالية (NWP) طريقة واعدة أكثر للتنبؤ بالطقس خاصة في التنبؤ بالطقس القصير والمتوسط المدى.
في هذه الطريقة ، يتم حل المعادلات الهيدروجينية الديناميكية التي تحكم الحركات الجوية بواسطة طرق عددية باستخدام أجهزة كمبيوتر عالية السرعة.
من بين هذه الطرق المختلفة للتنبؤات الجوية ، لا يمكن الاعتماد على الطريقة الإحصائية للتنبؤ بالطقس القصير المدى. ويشتهر التنبؤ العددي بالطقس (NWP) في خطوط العرض الوسطى ، ولكن التنبؤات الجوية من خلال الطرق العددية لم تكن ناجحة في المناطق المدارية بسبب التدرجات الضعيفة لمعلمات الأرصاد الجوية.
تشتهر الأرصاد الجوية السينوبتيكية في جميع أنحاء العالم لأنه يمكن فهم المعادلات الجوية المعقدة من خلال المخططات السينوبتيكية. يتم إجراء توقعات المدى الطويل من الرياح الموسمية من خلال التقنيات الإحصائية.
