أهم ظواهر وعناصر الطقس.. طرق معرفة حالة الطقس

يعد الطقس من المنظومات الطبيعية التي اهتم الإنسان بدراستها منذ الأزل، بدءا من الحضارات البدائية وصولا إلى حضارات القرن الواحد والعشرين، ورغم ذلك لا تزال هذه المنظومة مستعصية على الفهم الكامل، إلا أنه لا يمكن على كل حال إنكار التقدم الكبير الذي حققته البشرية في هذا المجال، والذي يتقدم بنا يوما بعد يوم إلى فهم أفضل لعناصر الطقس المختلفة، أنماطها وسلوكياتها. فما هو العلم اذي يدرس الطقس؟ وما هي عناصر الطقس المختلفة؟ وكيف يمكن التنبؤ بها؟ هذا ما نستكشفه من خلال الأسطر المقبلة في موقع مفاهيم. قراءة ممتعة!

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• علم الأرصاد الجوية
• أهم عناصر وظواهر الطقس
  • الانهيارات الجليدية
  • السحاب
  • الأعاصير
  • العواصف
  • الضباب
  • درجات الحرارة
  • الرطوبة
  • الرياح
  • الهطول
• طرق معرفة حالة الطقس
  • 1. جمع الملاحظات واستيعاب البيانات
  • 2. محاكاة سلوك الغلاف الجوي في ثلاثة أبعاد
  • 3. تحليل المحاكاة من قبل المتنبئين

علم الأرصاد الجوية

علم الأرصاد الجوية هو علم يهدف إلى:

• دراسة الظواهر الجوية مثل الغيوم أو هطول الأمطار أو الرياح من أجل فهم كيفية تشكلها وتطورها وفقًا للمعايير المقاسة مثل الضغط ودرجة الحرارة والرطوبة. وتأتي الكلمة الحديثة meteo من الكلمة اليونانية القديمة météores (أي فوق الأرض)، والتي تشير إلى الجسيمات المعلقة في الغلاف الجوي.
• وهذا العلم يتعامل بشكل أساسي مع ميكانيك الموائع والديناميك الحرارية ولكنه يستخدم الفروع الأخرى المختلفة للفيزياء والكيمياء والرياضيات. وأصبحت الأرصاد الجوية مكانًا لتطبيق هذه التخصصات السالف ذكرها.
• وقد تم إنشاء أول شبكة واسعة ومتماسكة من مراكز الطقس الممتدة على مساحات واسعة قبل حوالي قرنين، وبالتحديد في عام 1854، تحت إشراف الفرنسي Le Verrier الذي أنشأ شبكة أوروبية لبيانات الغلاف الجوي والتي بدأت أشغالها عمليا منذ عام 1856.
• تجعل الأرصاد الجوية الحديثة من الممكن التنبؤ باتجاهات الطقس باستخدام نماذج رياضية قصيرة وطويلة الأجل تستوعب البيانات من العديد من المصادر بما في ذلك المحطات والأقمار الصناعية ورادارات الطقس.
• كما أن للأرصاد الجوية تطبيقات في مجالات متنوعة للغاية مثل الاحتياجات العسكرية وإنتاج الطاقة والنقل (الجوي والبحري والأرضي) والزراعة والطب والبناء والتصوير الجوي أو السينما.

بعد هذه اللمحة عن علم الأرصاد الجوية الذي يهتم بدراسة عناصر الطقس المختلفة، هنالك من الناس من لا يميز المناخ عن الطقس، إذا أقدم لك هذا التعريف:

• فالمناخ يحدد ويشرح ظروف الغلاف الجوي في منطقة ما على المدى المتوسط والطويل. بينما تهتم الأرصاد الجوية والطقس على المدى القصير وخاصة بالتنبؤات على مدى أيام قليلة.
• ويدرس علم المناخ مكونات المناخ وتنوعه على سطح الأرض. فالمناخ هو سلسلة متتالية من أنواع الطقس مع أنماط ثابتة نسبيًا تقاس على مدى ثلاثين عامًا. لذلك فإن علم المناخ أكثر اهتمامًا بالعوامل الجغرافية (توزيع الأراضي والبحار،وما إلى ذلك) لشرح الظواهر وتحديد أنواع مختلفة من الأنماط المناخية.

أهم عناصر وظواهر الطقس

هناك العديد من العناصر والظواهر المرتبطة بالطقس، والتي تينج عنها تغييرات ملحوظة على سطح الكرة الأرضية، ومن هذه العناصر، وتشمل ما يلي:

الانهيارات الجليدية

• الثلج هو أحد عناصر الطقس المهمة،ولذا فهو أحد مجالات دراسة الأرصاد الجوية، ومن أهم فوائد تتبع هذا العنصر، هي أنه في الجبال، يمكن أن يمثل خطرًا مميتًا عندما يتدفق على شكل انهيار جليدي.

السحاب

• تتكون السحابة الواحدة من عدد هائل من قطرات الماء وبلورات الثلج المعلقة في الغلاف الجوي. مظهرها يتحدد حسب طبيعة وحجم وتوزيع الجزيئات التي تتكون منها، وكذلك الضوء الذي يمكنه المرور عبرها.
• في بعض الأحيان يبدو السحاب أبيضا أو شبه شفاف أو متوهج مثل الثلج، وأحيانا على العكس قد يبدوا السحاب رماديا أو أسودا وهو ما يطلق عليه عادة " الغيوم".

الأعاصير

• في كل عام، تكون المناطق الاستوائية هي مقر الاضطرابات الجوية العنيفة التي يطلق عليها عادة "الأعاصير". تدور هذه الظواهر الدوامة، ذات الضغط المركزي المنخفض للغاية، في اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الجنوبي وعكس اتجاه عقارب الساعة في النصف الشمالي من الكرة الأرضية.
• ومن منظور القمر الصناعي فه يتمتد وتغطي مساحة تزيد عن 500 إلى 1000 كيلومتر ومركزها المسمى عين الإعصار، يمكن رؤيته بوضوح على صور الأقمار الصناعية.
• يبلغ قطر هذه العين عمومًا 30 إلى 60 كلم (أحيانًا قد تصل إلى 150 كلم)، والمذهل أنها رغم كونها قلب الإعصار، فهي منطقة هادئة لا مطر فيها ولا رياح

العواصف

• إحدى عناصر الطقس العنيفة،وتتميز بسلسلة من الصواعق وربما الأعاصير. ويمكن أن نرى صاعقة البرق الخاطفة والمخيفة في وسط السماء، كما أنها تترافق مع صوت قوي وعنيف، ما جعل العديد من الحضارات القديمة تتخذها رمزا إلهيا للقوة وغضب السماء.

الضباب

• الضباب هو ظاهرة طبيعية تحدث غالبا في المناطق الرطبة، حيث تعلق قطرات الماء الصغيرة جدًا في مستوى منخفض وقريب من الأرض، مما يقلل الرؤية على الأرض إلى أقل من كيلومتر واحد.
• وتحدث هذه الظاهرة بسبب الحركات المضطربة لتيارات الهواء. ويعتبر الضباب في الواقع سحابة تلمس قاعدتها الأرض.

درجات الحرارة

• من أهم عناصر الطقس والتي تؤثر فيه بشكل كبير هي درجات الحرارة والتي ترتبط باتجاه الرياح، وسرعتها، كما ترتبط بالليل والنهار.
• إذا أن هبوب الرياح من المناطق الجنوبية ينتج عنه ارتفاع في درجات الحرارة، وهبوب الرياح من المنطقة الشمالية يؤدي إلى انخفاض درجات الحرارة، كما أن الحرارة ترتفع في فترة النهار، وتنخفض في فترة الليل.

الرطوبة

• ويقصد بها كمية البخار الموجود في الهواء والمشبع بالماء، وتزداد كية الأبخرة أو الرطوبة في الهواء الساخن مقارنة بالهواء البارد.
• وهذا ما يؤكد اقتراب مستوى الرطوبة في الصحاري ليصل إلى درجة أقل من الصفر، ومن المعروف أن مقياس الرطوبة يعتمد بشكل كبير على قطرات الندى أو الأبخرة المحملة بالماء.

الرياح

• أي حركة الهواء على سطح الأرض، وعادة ما تتأثر سرعة أو بطء الرياح بحركة ودوران الأرض، حيث نجد أن سرعة الرياح ترتفع في حالة الضغط المرتفع ، وتنخفض مع الضغط المنخفض.
• كذلك تختلف سرعة الرياح باختلاف المنطقة المتواجد فيها، من حيث المنطقة الشمالية أو الجنوبية على سطح الكرة الأرضية.

الهطول

• تتعدد أشكل هطول أو نزول الماء وتنزل على شكل مطر أو ثلج أو برد، وما يجدد نزول هذه الأنواع هي سرعة الرياح ودرجة الحرارة والمنطقة الجغرافية، والمطر ينتج من تكاثف البخار وارتفاعه بقدر لا تتحمله الغيوم فيبدأ في التساقط.
• أما الثلج، هو عبارة عن تحول بخار الماء من حالة غازية إلى حالة صلبة تتساقط على هيئة كتل ثلجية كبيرة، أما البرد، هو نوع من أنواع بخار الماء المتصاعد ولكن بفعل انخفاض درجات الحرارة، تبدأ قطرات الماء المتساقطة من الأبخرة تتجمد بشكل صغير.

طرق معرفة حالة الطقس

يتم تحديد تنبؤات الطقس عبر ثلاث مراحل أساسية: المراقبة،محاكاة تطور الغلاف الجوي باستخدام النماذج الرقمية، ثم أخيرا تحليل النتائج من قبل المتنبئين، وتتمثل فيما يلي بالتفصيل:

1. جمع الملاحظات واستيعاب البيانات

• للتنبؤ بأي شيء كيفما كان، كلما ازداد قاعدة معلوماتك وبياناتك عن هذا الشيء، تاريخه وماضيه وأنماط سلوكه، يمكنك حينها بناء توقعات إلى حد بعيد أكثر مصداقية وموثوقية، وهكذا فالمراقبة تشكل المرحلة الأولى والمركزية في عملية التنبؤ.
• 90٪ من بيانات المراقبة التي تستخدمها محطة الأرصاد لوضع النماذج المتوقعة تأتي من أقمار الأرصاد الجوية. في حين يتم توفير نسبة 10 ٪ المتبقية من خلال المحطات الأرضية والأجهزة اللاسلكية وأجهزة الاستشعار على متن الطائرات والسفن التجارية أو المثبتة على العوامات الراسية إلخ.. كما تتلقى محطة الأرصاد الجوية قياسات من جميع أنحاء العالم من خدمات الأرصاد الجوية الأخرى.
• ثم تتم معالجة كل هذه الملاحظات لاستخراج المعلومات "المفيدة" لنموذج التنبؤ: نتحدث هنا عن عملية تسمى "استيعاب البيانات". وتستخدم النماذج حوالي 22 مليون بيانات مراقبة كل يوم بعد مرحلة الاستيعاب.
• ثم يتم دمج البيانات والملاحظات مع معلومات معقدة أخرى، لإنشاء حالة أولية أو تصور أولي حول الطقس الذي سيكون النموذج الرياضي الحاسوبيقادرًا على استخدامه ودراسته.

2. محاكاة سلوك الغلاف الجوي في ثلاثة أبعاد

• من هذه المرحلة الأولية، تحاكي النماذج الحاسوبية تطور الغلاف الجوي، الذي تقسمه إلى شبكة ثلاثية الأبعاد مع شبكات أكثر أو أقل عرضًا.
• وتستند هذه المحاكاة إلى القوانين الفيزيائية التي تحكم تطور الغلاف الجوي: بشكل رئيسي قوانين ميكانيكا الموائع، إضافة إلى القوانين التي تحكم التغيرات في حالة الماء (التكثيف، التبخر، التكوين، الترسيب)، الاضطراب والإشعاع أو حتى التفاعلات العديدة مع سطح الأرض وحتى الفضاء.
• لوصف حالة الغلاف الجوي وإجراء حساباتها، تقسم نماذج الطقس الرقمية والمناخية الغلاف الجوي إلى مربعات أولية، يحتوي كل منها على مؤشرات قيمة الضغط والرياح ودرجة الحرارة والرطوبة...
• وتختلف مدى فعالية هذه النماذج وأدائها،حسب عدة معايير: الجودة المطلوبة، وقوة الحوسبة المتاحة، ومهمة النموذج (توقعات قصيرة المدى، محاكاة المناخ، توقعات موسمية)...
• لإجراء المليارات من الحسابات اللازمة لحل المعادلات الرياضية المعقدة التي تعكس تطور الغلاف الجوي، يتم استخدام أجهزة حاسوبية فائقة القدرة، والتي تتطور بشكل مطرد عبر السنين، فقد كانت قوة الحوسبة المتاحة في عام 2014، حوالي 1 بيتا فلوبس أو مليون عملية في الثانية. ثم منذ عام 2016.
• نقلتها التطورات الجديدة إلى ذروة قوة الحوسبة لأكثر من 5 بيتافلوبس.

3. تحليل المحاكاة من قبل المتنبئين

• نتائج المحاكاة التي تقوم بها النماذج ليست توقعات الطقس بعد. إنما هي سيناريوهات لتطور عناصر الطقس والغلاف الجوي على مستوى المناطق التي تشملها المراقبة والدراسة.
• وهنا يأتي مجددا العنصر البشري، فخبرة المتنبئين ضرورية لتحليل هذه النتائج المعقدة وترجمتها إلى معلومات محددة وواضحة وقابلة للفهم من طرف العوام.
• حيث يختارون من بين السيناريوهات المختلفة تلك التي لديها احتمالية وأرجحية أكبر في الوقوع.والتي تسمى نتيجة التنبؤ، وبعدها تتم نمذجتها وتشكيلها على هيئة خرائط ومبيانات كتلك التي نراها في نشرات الطقس.
• يميز المتنبئون أيضًا مخاطر الظواهر العنيفة: مثل الأعاصير والفيضانات وموجات الحرارة المرتفعة. كما يحملون على عاتقهم مهمة اليقظة لتوقع أي من هذه الظواهر تفاديا لخسائر الأرواح بالدرجة الأولى.
• ولهذا فالأرصاد الجوية ودراسة عناصر الطقس لها أولوية قصوى على المستوى الدولي، وبالأخص في المناطق المهددة والغير مستقرة.