كيف تعمل توقعات الطقس

ما هو الطقس بالضبط؟

لفهم كيفية التنبؤ بالطقس، لا بد أولًا من معرفة ما هو الطقس. الطقس هو حالة الغلاف الجوي في مكان وزمان محددين، ويشمل كل شيء من الحرارة والرطوبة اللتين تشعر بهما عند الخروج، إلى الرياح التي تدفعك والمطر الذي يبلل حذاءك. والطقس ليس عشوائيًا، بل تحكمه قوانين فيزيائية، ولأنه يتبع قوانين فيزيائية يمكن التنبؤ به.

يقوم الطقس على أربعة عناصر أساسية تعمل معًا: درجة الحرارة (الطاقة الحرارية في الهواء)، والضغط الجوي (وزن عمود الهواء فوق نقطة ما)، والرطوبة (تركيز بخار الماء في الهواء)، والرياح (الحركة الأفقية للهواء من مناطق الضغط المرتفع إلى المنخفض). وعندما تتفاعل هذه المتغيرات الأربعة على سطح الأرض، تنشأ كل الظواهر الجوية التي نعيشها، من نسمة صيفية لطيفة إلى إعصار مدمر.

جمع البيانات: عيون على السماء

قبل إعداد أي توقع، يحتاج خبراء الأرصاد إلى «لقطة» دقيقة للحالة الراهنة للغلاف الجوي. وتُجمع هذه اللقطة من شبكة عالمية من أنظمة الرصد تعمل على مدار الساعة.

الأقمار الصناعية للأرصاد هي الأشهر. فالأقمار الثابتة بالنسبة للأرض، على ارتفاع نحو 36,000 كم — مثل GOES-16 وGOES-18 الأمريكيين وسلسلة Meteosat الأوروبية — توفر صورًا متواصلة للغيوم والعواصف وحرارة سطح البحر وبخار الماء في الجو. أما الأقمار ذات المدار القطبي فتمر فوق الكرة الأرضية كلها مرتين يوميًا وتقيس توزيع الحرارة والرطوبة على ارتفاعات مختلفة.

تُطلق بالونات الأرصاد مرتين يوميًا من مئات المحطات حول العالم، عند منتصف الليل والظهر بتوقيت UTC. ويحمل كل بالون مسبارًا لاسلكيًا صغيرًا يرسل بيانات الحرارة والرطوبة والضغط والرياح أثناء صعوده حتى نحو 30 كم. ولا غنى عن هذه القياسات الرأسية لفهم البنية ثلاثية الأبعاد للغلاف الجوي.

وتضيف المحطات الأرضية — المطارات والمحطات الآلية والعوامات البحرية والسفن — شبكة كثيفة من قياسات الحرارة والرياح والضغط والهطول والرؤية. كما تسهم الطائرات التجارية بقياسات الحرارة والرياح عبر أنظمة مثل AMDAR.

التنبؤ العددي: رياضيات الغلاف الجوي

بعد جمع بيانات الرصد كلها (وهي عملية تسمى «تمثيل البيانات»)، يبدأ جوهر التنبؤ الحديث: التنبؤ العددي بالطقس.

يقسم التنبؤ العددي الغلاف الجوي إلى شبكة ثلاثية الأبعاد هائلة من الخلايا — تخيّل آلاف الطبقات من المربعات الأفقية مكدسة من سطح الأرض حتى طبقة الستراتوسفير. في النموذج العالمي قد يبلغ عرض الخلية 10–25 كم وسمكها بضع مئات من الأمتار، بينما قد تصغر إلى 1–2 كم في النماذج المحلية عالية الدقة.

تُحمَّل الحالة المرصودة للغلاف الجوي (الحرارة والرياح والرطوبة والضغط) في كل خلية. ثم تُحل لكل خلية «المعادلات الأولية» المشتقة من قوانين نيوتن للحركة ومن الديناميكا الحرارية، لحساب تطور الغلاف الجوي خلال خطوة زمنية قصيرة من بضع دقائق. وتتكرر العملية آلاف المرات للتقدم في الزمن حتى نحصل على توقع لـ12 أو 24 أو 48 أو 72 ساعة أو أكثر.

والقدرة الحاسوبية المطلوبة هائلة. فالمركز الأوروبي للتنبؤات الجوية متوسطة المدى (ECMWF)، الذي يُعد من أفضل مراكز التنبؤ في العالم، يشغّل حاسوبًا فائقًا بقدرة عشرات البيتافلوبس — أي عشرات الملايين من المليارات من العمليات في الثانية — مخصصًا لنمذجة الطقس.

التنبؤ بالمجموعات: فهم عدم اليقين

كل توقع يحمل قدرًا من عدم اليقين. ولقياسه تشغّل مراكز التنبؤ «نماذج المجموعات»: فبدل تشغيل النموذج مرة واحدة، تشغله 50 مرة أو أكثر، في كل مرة مع تغييرات طفيفة ومدروسة في الظروف الابتدائية. فإذا اتفقت التشغيلات الخمسون — كأن تتوقع جميعها مطرًا غزيرًا يوم الخميس — كان التوقع عالي الثقة. وإن تباعدت كثيرًا، أدرك خبير الأرصاد أن هناك عدم يقين حقيقيًا.

ولهذا ترى التوقعات معبرًا عنها باحتمالات («احتمال هطول المطر 70%») لا بيقين. فالاحتمال يعكس نسبة أعضاء المجموعة المتفقين على نتيجة معينة.

حدّ الأيام السبعة: لماذا تهم الفوضى

الغلاف الجوي هو ما يسميه الرياضيون «نظامًا فوضويًا»: إذ تتضخم الفروق الضئيلة في الحالة الابتدائية بشكل أسي مع الوقت — وهو «تأثير الفراشة» الشهير. وعمليًا يحد ذلك من التنبؤ الحتمي المفيد بنحو 7–10 أيام. فالتوقعات قصيرة المدى (1–3 أيام) تصيب اليوم في الغالبية العظمى من الحالات، وتوقعات الأيام الخمسة كثيرًا ما تكون موثوقة؛ أما بعد 10 أيام فتنخفض المهارة التنبؤية بحدة.

وهذا حدّ فيزيائي لا تقني. فمهما بلغت قوة الحواسيب، تجعل الطبيعة الفوضوية للغلاف الجوي التوقع المثالي لأربعة عشر يومًا مستحيلًا نظريًا.

كيف يستخدم SunorSnow بيانات الطقس

تعرض لوحة الطقس في SunorSnow بيانات مباشرة من WeatherAPI.com، التي تجمع مخرجات عدة نماذج تنبؤ عددي عالمية وإقليمية. وعند إضافة مدينة إلى اللوحة ترى الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح ومؤشر الأشعة فوق البنفسجية وجودة الهواء والتوقعات بالساعة ولثلاثة أيام — وكلها ناتجة عن عمليات النمذجة الموصوفة أعلاه.

ومن خلال متابعة عدة مدن على لوحة واحدة، يمكنك مراقبة تطور الأنماط الجوية لحظيًا في أنحاء مختلفة من العالم — آثار التيار النفاث وأنظمة الضغط والتحولات الموسمية التي يحللها خبراء الأرصاد يوميًا.