حركة الرياح في الغلاف الجوي معقدة للغاية، هنالك حركة الرياح واسعة النطاق والتي تتشكل منها أنظمة الضغط الجوي المنخفض و المرتفع، وتوجد حركة الرياح اليومية والتي تتغير بأستمرار كنسيم البر و البحر، أيضا توجد الرياح الموسمية.
عملية دوران الغلاف الجوي Atmospheric circulation
توجد هنالك أنظمة للطقس تكون صغيرة للغاية من أن تتوقع أو تتحقق في أرض الواقع ومثال على ذلك ظهور سحابة صغيرة و تلاشيها في دقائق، هل يمكن للموديل الطقسي توقعها؟
جميع الأحوال الجوية ناتجة عن حركة الغلاف الجوي التي يمكن وصفها بالمعادلات الرياضية، ومن خلال هذه المعادلات الحسابية يمكننا حساب تحركات و سير الغلاف الجوي للفترة المقبلة. التنبؤات العددية للطقس هو استخدام أجهزة الكمبيوتر ل نمذجة الغلاف الجوي و التنبؤ مع تغير الغلاف الجوي مع مرور الوقت أفقياً و رأسياً.
هنالك أنواع من موديلات الطقس فمنها الموديل العالمي والذي يغطي العالم، ويوجد الموديل الإقليمي حيث يغطي جزءاً من الأرض، تختلف دقة هذه النماذج العددية بأختلاف نقاط الشبكة، و هو نظاماً شبكياً حيث يتم وضع نقاط التنبؤ في شبكة فوق المنطقة التي تغطيها، تختلف المسافة بين مراكز هذه الشبكات والتي تسمى نقاط الشبكة بأختلاف مقياس و تصميم النموذج.
بطبيعة الحال ، كلما زاد عدد نقاط الشبكة في أي نموذج ، زادت دقة التفاصيل الناتجة في التنبؤ. ومع ذلك ، مع زيادة عدد نقاط الشبكة ، تزداد الحاجة إلى المزيد من قوة الحوسبة.على سبيل المثال ، يحتاج التنبؤ لشبكة 6 × 6 (36 نقطة توقع) إلى أربعة أضعاف وقت الحوسبة كشبكة 3 × 3 (9 نقاط توقع) على الرغم من أن المساحة الفعلية الفعلية تظل كما هي. تتحسن دقة التنبؤ بتكلفة أربعة أضعاف عدد العمليات الحسابية لإنتاج توقع لنفس المنطقة المادية.
6x6 نقاط الشبكة = 36 نقطة توقع
3x3 نقاط الشبكة = 9 نقاط توقع
كيف تنتج خرائط الطقس
اساس عمل نماذج الطقس هي المعادلات الرياضية القائمة على الفيزياء والتي تميز كيفية تحرك الهواء والحرارة والرطوبة المتبادلة في الغلاف الجوي، يتم إدخال عوامل الطقس (درجة الحرارة، والضغط، والرياح، والرطوبة) والتي يتم الحصول عليها من أجهزة الاستشعار المختلفة ثم تدمج مع المعادلات الرياضية حتى تظهر لنا التوقعات.
بغض النظر عن حجم الشبكة ، يجب أن تعرف جميع النماذج الحالة الأولية لبدء العمليات الحسابية من أجل عمل توقع. يتم إدخال مجموعة متنوعة من بيانات الطقس في النموذج من المسابير الراديوية والأقمار الصناعية الخاصة بالطقس والرصد السطحي فوق الأرض والبحر بالإضافة إلى المعلومات من الطائرات التجارية في عملية تسمى التهيئة. (رقم 1 في الصورة أدناه)
عند إدخال هذه البيانات الأولية ، سيستخدم الكمبيوتر معادلات رياضية لحساب الحالة المستقبلية للغلاف الجوي في "خطوة زمنية". اعتمادًا على نوع النموذج والتغطية الجوية ، يمكن أن يكون الفاصل الزمني للخطوة الزمنية قصيرًا مثل بضع ثوانٍ أو قد يصل إلى عدة دقائق. (رقم 2 في الصورة أدناه)
تظهر نتيجة الغلاف الجوي في الرقم 3، فيما يتم إدخال البيانات الأخيرة في أجهزة الكمبيوتر 4 حتى تظهر بشكل أدق و التقليل من الأخطاء لتظهر التوقعات الأخيرة 5.
تنتج الفواصل الزمنية الأصغر للخطوات الزمنية تنبؤات أكثر دقة حيث يوجد تباين أقل في المخرجات في نهاية كل حساب، لكن الخطوات الزمنية الأصغر تتطلب مزيداً من الحسابات و العكس صحيح.
لذلك ، توجد مفاضلة بين أطوال فاصل الخطوة الزمنية وأحجام الشبكة مقابل القدرة الحسابية. في المستقبل ، مع زيادة قوة الحوسبة ، سنكون قادرين على الحصول على فترات زمنية أصغر للخطوات وأحجام أصغر للشبكات مما يؤدي إلى تنبؤات أكثر دقة.
من أين تجمع البيانات الخام؟
في الوقت الحالي ، هذا هو السبب في دقة نماذج الطقس بشكل عام لمدة أربعة أيام أو نحو ذلك. بعد حوالي اليوم الرابع ، تبدأ الاختلافات من نموذج واحد إلى آخر في إظهار الاختلافات المتزايدة في التنبؤات.
موديل NCEP وهو المركز الوطني للتنبؤ البيئي
تُستخدم أجهزة الكمبيوتر العملاقة لتريليونات من تريليونات من الحسابات اللازمة لإنتاج نماذج الطقس. على سبيل المثال ، يحتاج نموذج نظام التنبؤ العالمي إلى أكثر من 10 كوادريليون (10 مع 16 صفرًا) من الحسابات لتوقع تشغيل نموذج كامل يستغرق ساعتين لإكمال العملية. يعمل هذا النموذج أربع مرات يوميًا.
كمبيوترات فائقة القوة تستخدم لإنتاج توقعات الطقس
ينتج NCEP عدة نماذج بمقاييس وأحجام شبكات مختلفة مثلا هنالك GFS و NAM و RAP
لقد تحسنت نماذج الطقس في مركز النمذجة البيئية NCEP باستمرار من حيث الدقة وستواصل القيام بذلك في المستقبل. عندما تصبح أجهزة الكمبيوتر أسرع ، ستصبح الشبكات أصغر للحصول على دقة أفقية ورأسية أفضل. أيضًا ، ستتحسن الرياضيات المستخدمة في الحسابات مع توفر المزيد من البيانات لتوفير تهيئة أفضل.
ويعد النموذج الأمريكي و النموذج الأوروبي الأشهر عالميا في طرح توقعات الطقس إلا ان في بعض الأحيان هنالك اختلاف جوهري في توقعاتهما مثل:
أنتج النموذج الأوروبي أدق توقع للإعصار ساندي سنة ٢٠١٢ حيث توقع انه سيؤثر على شمال شرق الولايات المتحدة بدلا متابعة المسار في البحر في المقابل تفوق الموديل الأمريكي في توقع العاصفة الثلجية في نيويورك يناير ٢٠١٥
تنشأ أخطاء في توقعات نماذج الطقس بسبب عدم فهم جزيئات الغلاف الجوي بشكل تام، حيث متغيرات الغلاف الجوي مستمرة واذا كانت هنالك توقعات قريبة من الواقع أحياناً لكن تكون مثالية.
هذه الأخطاء في موديلات الطقس قد تهدد حياة العديد من الأشخاص، مثل ما حدث في توقعات إعصار دوريان، الموديل الأمريكي كان يتوقع تأثيره على الساحل الغربي لفلوريدا، أما الموديل الأوروبي كان يتوقعه على السواحل الشرقية لفلوريدا. ما حدث هو أن الإعصار تواجد على الساحل الشرقي دون توغله للداخل.
أختلاف في توقعات الإعصار من الموديل الأمريكي و الأوروبي
وهنا مثال آخر
و سبب الاختلاف في طرح توقعات الطقس هو:
1-استخدام معادلات حسابية مختلفة
2-اختلاف المعلومات الأولية التي يتم جمعها
3-عدم الأخذ في الحسبان تضاريس المنطقة كالجبال و الصحاري.
ونلاحظ هنا الفرق بين توقعات مختلف النماذج
كتب بواسطة :أيمن الفارسي
تويتر:ay_om1@
