Language
Country/Area
No result found
معجزة التنبؤ العددي بالطقس: كيف نستخدم النماذج الرياضية للتنبؤ بالطقس المستقبلي؟
الهدف من التنبؤ العددي بالطقس هو استخدام الملاحظات الجوية الحالية للتنبؤ بالظروف الجوية المستقبلية، وهي عملية تعتمد على أجهزة الكمبيوتر التي تقوم بتشغيل نماذج رياضية معقدة للغاية.
تاريخ التنبؤ العددي بالطقس
يمكن إرجاع جذور التنبؤ العددي بالطقس إلى عشرينيات القرن العشرين، عندما اقترح عالم الأرصاد الجوية لويس ف. ريتشاردسون لأول مرة استخدام النماذج الرياضية للتوصل إلى التوقعات. ومع ذلك، بسبب نقص القدرة الحاسوبية في ذلك الوقت، كانت العملية معقدة للغاية حيث استغرق ريتشاردسون ستة أسابيع لإكمال توقعات مدتها ست ساعات لنقطتين في وسط أوروبا. ولم يتم تحسين كفاءة حساب البيانات بشكل كبير إلا في خمسينيات القرن العشرين، مع ظهور الحاسوب العملاق ENIAC، مما جعل التنبؤ العددي ممكناً وعملياً.
في عام 1954، نجح فريق كول جوستاف روسبي في المعهد السويدي للأرصاد الجوية والهيدرولوجيا في إجراء أول توقعات تشغيلية، مما أدى إلى دخول التنبؤ العددي بالطقس رسميًا إلى المرحلة العملية.
المبادئ الأساسية للتنبؤ العددي
يكمن جوهر التنبؤ العددي بالطقس في مجموعة متنوعة من النماذج الحسابية، والتي تستخدم البيانات الجوية الحالية للتنبؤ بالطقس المستقبلي استنادًا إلى القوانين الأساسية لميكانيكا الموائع والديناميكا الحرارية. تأتي بيانات المراقبة بشكل أساسي من الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية والبالونات الجوية ومحطات الأرصاد الجوية الأرضية. تتم معالجة هذه البيانات من خلال تقنية استيعاب البيانات لتوليد الظروف الأولية للنموذج.
تعمل نماذج الطقس على معالجة عشرات التيرابايتات من البيانات عند إنشاء التوقعات، مما يتطلب استخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة الأكثر قوة في العالم.
النموذج الرياضي وطريقة الحساب
في التنبؤات الرقمية، تسمى المعادلات المستخدمة بالمعادلات البدائية، والتي تتكون من معادلات تفاضلية جزئية غير خطية يمكنها وصف الخصائص الديناميكية للغلاف الجوي. لا يمكن الحصول على حلول هذه المعادلات بشكل كامل بالطرق التحليلية التقليدية، لذا هناك حاجة إلى طرق عددية لتقريبها.
تعتمد النماذج الرقمية عادة على طرق الفروق المحدودة أو الطرق الطيفية لإجراء حساباتها، والتي تكون قادرة على أخذ مجموعة واسعة من العمليات الفيزيائية في الغلاف الجوي في الاعتبار.
دقة التوقعات والقيود
على الرغم من أن تقنيات التنبؤ العددي بالطقس الحديثة قد تحسنت بشكل كبير، فإن قدرات التنبؤ الحالية تقتصر على ستة أيام تقريبًا، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى أن الأخطاء الصغيرة تزداد حدة بمرور الوقت، وعادة ما تتضاعف في غضون خمسة أيام. ويرجع ذلك إلى طبيعة الفوضى في الغلاف الجوي.
تطوير التنبؤ المتكامل
من أجل التعامل مع حالة عدم اليقين في التنبؤ، أصبح التنبؤ الجماعي تدريجيا هو السائد منذ تسعينيات القرن العشرين. تستخدم هذه الطريقة نماذج تنبؤ متعددة للحسابات وتحلل الخصائص الإحصائية للنتائج لتحسين دقة وموثوقية التنبؤ.تسمح التوقعات المجمعة لخبراء الأرصاد الجوية بتقييم عدم اليقين في التوقعات بشكل أفضل وتمديد الأفق الزمني الذي تكون التوقعات صالحة خلاله.
