من أدوات رصد الطقس بالون الطقس والقمر الصناعي

تعتبر أجهزة رصد الطقس مثل البالون الطقس والقمر الصناعي أدوات مهمة يستخدمها علماء الأرصاد الجوية لمعرفة وقياس عناصر الغلاف الجوي. يعتمدون بشكل كبير في أبحاثهم على أجهزة المراقبة الميدانية بدلا من الأجهزة المعملية. يتم استخدام البالون الطقس والقمر الصناعي لمراقبة الطقس وجمع البيانات

في الفقرات القادمة سنتعرف على أجهزة قياس الطقس وبشكل خاص سنتحدث عن بالون الطقس والقمر الصناعي.

جدول المحتويات

أجهزة قياس الطقس

تنوعت أجهزة قياس الطقس وتطورت كثيرا منذ القرن 15 مع انتشار العديد من محاولات العلماء لقياس جميع متغيرات الطقس ، ومن أهم أجهزة الطقس التي ظهرت في:

القرن 15 م:
- مقياس المطر.
- مقياس شدة الرياح.
- مقياس الرطوبة.
القرن 17 م:
- مقياس الضغط وعرف باسم البارومتر.
- الثرمومتر هو مقياس درجة الحرارة الذي اخترعه جاليليو.
القرن 18 م:
- تطورت مقاييس درجات الحرارة إلى الفهرنهايت والمئوية.
القرن 20 م:
- تطورت الأجهزة واصبحت بالستشعار عن بعد ومنها:
  - الرادار.
  - الأقمار الصناعية.
- تقوم أجهزة الاستشعار عن بعد بجمع البيانات من الظواهر الجوية والمناخية وتنتج المعلومات الجوية.
- تتمتع بالقدرة على الوصول إلى المواقع الصعبة الوصول إليها.
- يتم تخزين البيانات في الأجهزة مباشرة بعد الحصول عليها تلقائيا.

تاريخ تطور أجهزة قياس الطقس

عام 1441م: قام الملك سيه جونغ بابتكار أول مقياس لقياس المطر، وتم استخدامه كوثيقة رسمية في عهد أسرة جونسون في كوريا لتقييم وتحديد الضرائب على الأراضي بناء على موسم الحصاد.
عام 1450م: وضع ليون باتيستا لوحة متأرجحة لقياس شدة الرياح.
عام 1607م: قام العالم جاليليو باختراع الثيرموسكوب.
عام 1643م: تم ابتكار البارومتر الزئبقي، المعروف أيضا باسم مقياس الضغط الزئبقي، بواسطة ايفانجليستا توريشيللي.
عام 1662م: تم ابتكار مقياس كمية المطر الميكانيكي والذي يتميز بكونه يفرغ ذاتيا عند يد العالم كريستوفر ورن.
عام 1714م: تم إنشاء مقياس لقياس درجة الحرارة بواسطة غابرييل فهرنهايت، وكان هناك نوع من الترمومتر الزئبقي.
عام 1742م: اقترح العالم السويدي آندرس سيلزيوس درجة الحرارة المئوية كنقطة بداية للمقياس المئوي الحالي.
عام 1783م: اخترع هوراس بنديكت أول مقياس لرطوبة الشعر.
عام 1806م: اكتشف العالم فرانسيس بوفورت نظاما يمكنه تصنيف سرعة الرياح.
عام 1960م: أطلق أول قمر صناعي يعرف باسم TIROS 1 ويعتبر هذا الحدث بداية عصر جديد في تاريخ علم الأرصاد الجوية نظرا لإمكانية الحصول على معلومات وفيرة حول الغلاف الجوي على مستوى عالمي.

بالون الطقس

يستخدم بالون الطقس لتحديد ارتفاع السحب خلال النهار،
يعمل بالون الطقس وفقًا لقاعدة عملية وهي:
- البالون يتميز بمعدل صعود محدد ويعكس سرعته أثناء صعوده في الهواء.
- عندما يختفي البالون في السحب، يتم حساب المدة التي استغرقها للصعود والاختفاء بين السحب.
- عند تحديد كل منهما، يمكن تحديد ارتفاع قاعدة السحب عن مستوى السطح وبناء عليه يتم تحديد نوع السحب.
صنع بالون الطقس من مواد جلدية ذات مرونة عالية ليتمدد بسهولة عند الارتفاع عن سطح الأرض ودخول الغلاف الجوي.
يتم ملء بالون الطقس بغاز الهيدروجين أو الهيليوم حتى يتمدد بشكل تدريجي ويصل تمدده إلى 100 مرة حجمه الأصلي، وهذا يسمح له بالصعود إلى ارتفاع يزيد عن 40 كم قبل أن ينفجر في الغلاف الجوي.

كيفية عمل بالون الطقس

يتم ملء البالون بغاز الهيدروجين أو الهيليوم حتى يتمدد ١٠٠ مرة أكبر من حجمه ويرتفع إلى أقصى ارتفاع ممكن في الغلاف الجوي.
البالون يتم تجهيزه بجهاز يسمى راديو سوند، المعروف أيضا باسم المسبار اللاسلكي، حيث يعمل هذا الجهاز الصغير على قياس الضغط الجوي ودرجة الحرارة والرطوبة في طبقات الجو العليا، ويقوم أيضا بإرسال البيانات والمعلومات إلى المحطة الأرضية.
يتم قياس اتجاه وسرعة الرياح عن طريق تتبع حركة البالون وسرعته باستخدام جهاز لتحديد الاتجاه.
عندما يصل البالون إلى ارتفاع يصل إلى 27000 متر، يتم تفتيح مظلة هبوط المسبار تلقائيا وبعد ذلك يعود إلى الأرض حاملا المعلومات التي تم تسجيلها.

كيفية عمل بالون الطقس ثابت المستوى

يوجد نوع من البالونات يعرف باسم البالون ثابت المستوى، وذلك لأنه:

يقوم بالطيران حتى يصل إلى ارتفاع محدد والذي يتم تحديده بواسطة حجم البالون حيث يكون حجم البالون مسؤولا عن تحديد ارتفاعه.
يظل الغاز داخل البالون عند ضغط ثابت.
يبقى محلقا في الجو لعدة أشهر ويساعد ذلك في جمع بيانات جوية لفترات طويلة.
يتلقى العلماء البيانات من خلال إرسال البالون البيانات إلى القمر الصناعي، ثم يرسلها القمر الصناعي إلى المحطات الأرضية ليتمكن علماء الأرصاد الجوية من معرفتها.

القمر الصناعي

يعتبر القمر الصناعي أحد أجهزة الاستشعار عن بعد التي تستخدم لتحديد الغطاء السحابي والرياح.
هو جهاز يقوم بالتقاط صور للأرض توضح السحب وأنماطها ومساحة الثلج.
تقوم الأقمار الصناعية بقياس الرطوبة ودرجة الحرارة وتحديد سرعة واتجاه الرياح.
يوجد نوعان من الأقمار الصناعية هما:
- الأقمار الصناعية قطبية المدار:
  - تقوم بالدوران حول الأرض بعد الارتفاع عن سطحها بمسافة تتراوح بين 800 كم و 1000 كم.
  - مدار الأقمار الصناعية القطبية يكون حول قطبي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي.
  - عند دوران الأرض، يمر القمر الصناعي فوق جميع المناطق في الكرة الأرضية، ويصل إلى مساحة تبلغ 10 ملايين كم² من مساحة الكرة الأرضية، وهذا يمثل 2% من مساحتها، ويمكن للقمر الصناعي القطبي التقاط صور لهذه المساحة.
  - بعض الأقمار القطبية قادرة على التقاط صورة للكرة الأرضية مرتين في اليوم.
- الأقمار الصناعية أرضية المدار:
  - تعرف باسم الأقمار الصناعية أرضية التزامن.
  - يدور هذا النوع حول خط الاستواء على ارتفاع يصل إلى 35.890 كم، حيث يمكن أن تتزامن حركة القمر الصناعي الأرضي مع دوران الأرض.
  - يستكمل القمر دورة كاملة عندما تكمل الأرض دورتها.
  - نظرا لأنها تدور على ارتفاع أقرب إلى الأرض من الأقمار الصناعية ذات المدار القطبي، فإنها تتمكن من التقاط صور أوضح وتغطي مساحة أكبر.
  - يمكن استخدام 4 أقمار صناعية في نفس الوقت لتصوير الكرة الأرضية بأكملها.

كيفية عمل الأقمار الصناعية

تقوم الأقمار الصناعية بإرسال الصور لمحطات الأرصاد الجوية الأرضية من خلال إرسال الإشارات.
يتم تجميع الإشارات وتشكيل صور فوتوغرافية للكرة الأرضية منها.
تساعد الصور علماء الأرصاد الجوية على تحديد الأماكن التي يتوقع حدوث أعاصير ممطرة فيها، وبالتالي يمكنهم إبلاغ المؤسسات المختصة التي تحذر خدمة الطيران من أماكن العواصف للتحذير واتخاذ الحيطة.