۶ ابزار پیشرفته‌ برای پیش‌بینی آب و هوا کدامند؟

به گزارش پایداری ملی، هواشناسان سرویس هواشناسی "اداره ملی اقیانوسی و جوی"(NOAA) ایالات متحده آمریکا همیشه شرایط جوی را تحت نظارت دارند اما در طول زمان ابزاری که هواشناسان توسط آن این کار انجام می‌دهند تغییر کرده است به همین دلیل در این خبر قصد داریم ۶ ابزار پیشرفته‌ای که هواشناسان از آنها برای پیش‌بینی وضعیت جوی استفاده می‌کنند را نمایش داده و معرفی کنیم.

۱. رادار داپلر

"رادار داپلر" (Doppler Radar) ابزار هواشناسان برای مشاهده طوفان‌های شدید است.

رادار داپلر وسیله ایست که با استفاده از اثر داپلر سرعت اجسام در فواصل دور را می‌تواند برای ما به داده تبدیل کند. این وسیله این کار را با فرستادن سیگنال مایکروویو به سمت هدف مورد نظر و دریافت انعکاس آن، انجام می‌دهد. رادار داپلر تغییرات سیگنال منعکس شده را نسبت به سیگنال اصلی آنالیز می‌کند. تغییرات در فرکانس سیگنال به ما اندازه دقیق و مستقیم سرعت مورد نظر نسبت به منبع رادار و جهت پرتو مایکروویو را می‌دهد. رادار داپلر در صنعت هوانوردی، ماهواره‌های صوتی، دوربین‌های سرعت سنج اجسام، رادیولوژی و… استفاده می‌شود.

با استفاده از رادار داپلر هواشناسان می‌توانند تمامی انواع بارش‌ها، "چرخش ابرهای رعد و برق"(rotation of thunderstorm clouds)، "بقایای گردباد هوایی"(airborne tornado debris) و قدرت و جهت باد را تشخیص دهند.

۲. داده‌های ماهواره‌ای

ماهواره‌های هواشناسی از فضا، زمین را نظارت می‌کنند و داده‌هایی را جمع‌آوری می‌کنند که پس از ارسال داده‌ها به زمین، دانشمندان آنها را مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهند.

"اداره ملی اقیانوسی و جوی"(NOAA) ایالات متحده آمریکا دارای سه نوع ماهواره هواشناسی است. نوع اول "ماهواره‌های مدار قطبی"(Polar orbiting satellites) هستند که این ماهواره‌ها به دور سیاره زمین می‌چرخند و روزانه شش الی هفت تصویر دقیق از آن ثبت می‌کنند. دومین نوع ماهواره، "ماهواره‌های زمین‌آهنگ"(Geostationary satellites) هستند.

ماهواره زمین‌آهنگ ماهواره‌ای است که در مدار زمین‌آهنگ قرار دارد و دوره مداری آن با دوره گردش زمین یکسان است. این‌گونه ماهواره‌ها پس از هر زمان نجومی به موقعیت خود در آسمان باز می‌گردد. ماهواره زمین‌ثابت نمونه‌ای خاص از ماهواره‌های زمین‌آهنگ است که دارای مدار زمین‌ثابت (مدار زمین‌آهنگ دایره‌ای بالای استوا) است. مدار بیضوی توندار نوع دیگری از مدار زمین‌آهنگ است که توسط ماهواره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مزیت ماهواره‌های زمین‌آهنگ این است که نسبت به یک نقطه خاص بر روی زمین و نیز نسبت به ایستگاه‌های زمینی همیشه در یک محدوده از آسمان باقی می‌مانند. ویژگی مشخص ماهواره‌های زمین‌آهنگ این است که همیشه در یک نقطه خاص در آسمان باقی می‌مانند، بدین معنی که گیرنده‌های زمینی این ماهواره‌ها نیاز به جابه‌جایی نداشته و می‌توانند در یک جهت ثابت باشند. ماهواره‌های زمین‌آهنگ اغلب برای اهداف مخابراتی به‌کار می‌روند.

ماهواره‌های زمین آهنگ هر ۳۰ ثانیه تصاویر با کیفیتی از زمین را ثبت می‌کنند. سومین نوع ماهواره‌ها، "ماهواره‌های فضای عمیق"(Deep space satellites) هستند. ماهواره‌های فضای عمیق در مقابل خورشید قرار می‌گیرند تا بر توفان‌های خورشیدی و هوای فضا نظارت داشته باشند.

۳. رادیوسوند

رادیوسوند(Radio sonde) از ابزارهای مهم برای اندازه‌گیری دما، رطوبت، فشار، سمت و سرعت باد در جو بالا است. این ابزار اندازه‌گیری توسط بالون‌های هواشناسی به اعماق جو ارسال شده و وظیفه دیده‌بانی از سطوح فوقانی جو را انجام می‌دهد. رادیوسوند یک سیستم سنجش از راه دور است و از دو لغت "Radio" به معنای انتشار دهنده رادیویی و "Sonde" به معنی پیام‌آور در زبان انگلیسی قدیم، تشکیل شده است.

از لحاظ ساختاری می‌توان دستگاه رادیوسوند را متشکل از پنج بخش اصلی دانست. ۱- فرستنده‌رادیویی ۲- حسگرها ۳- مدارهای الکترونیکی واسط میان فرستنده و حسگرها ۵- یک سامانه کمک ناوبری مانند گیرنده GPS یا گیرنده LORAN-C.

۴. سیستم‌های مشاهده خودکار سطح زمین

"سیستم‌های مشاهده خودکار سطح زمین"(ASOS) به طور مداوم بر شرایط آب و هوایی سطح زمین نظارت می‌کنند. داده‌هایی که توسط "سیستم‌های مشاهده خودکار سطح زمین" جمع آوری می‌شوند برای بهبود وضعیت پیش‌بینی هوا و هشدارها ضروری هستند.

۵. ابرارایانه‌ها

سیستم ابررایانه عملیاتی هواشناسی"اداره ملی اقیانوسی و جوی" ایالات متحده آمریکا یکی از پیشرفته‌ترین و مدرن‌ترین ابزار هواشناسی این قرن محسوب می‌شود.

ظرفیت محاسباتی این ابررایانه‌ها ۵.۷۸ پتافلاپ است و می‌تواند در هر ثانیه، یک کادریلیون (عدد یک با ۱۵ صفر بتوان ۲) محاسبه را پردازش کند. این ابر رایانه‌ها تقریباً ۶ میلیون برابر قدرتمندتر از رایانه‌های رومیزی شما هستند. داده‌های مشاهداتی که توسط رادار داپلر، رادیوسوندها، ماهواره‌های هواشناسی و دیگر ابزار جمع‌آوری شده به مدل‌های پیش‌بینی عددی کامپیوتری "سرویس آب وهوایی جهانی"(NWS) ارسال می‌شود.

۶. سیستم پردازش اطلاعات پیشرفته هواشناسی

اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده آمریکا سیستمی تحت عنوان "سیستم پردازش اطلاعات پیشرفته هواشناسی"(AWIPS) را توسعه داده است.

"سیستم پردازش اطلاعات پیشرفته هواشناسی"(AWIPS)، یک سیستم پردازش رایانه‌ای است که داده‌هایجمع‌اوری شده توسط تمام ابزارهای پیشین را به یک رابط گرافیکی متصل می‌کند و هواشناسان نیز از آن برای تجزیه و تحلیل داده‌ها و پیش‌بینی آب و هوا استفاده می‌کنند.

این سیستم از ابر رایانه‌های این اداره، برای پردازش داده‌ها از رادار داپلر، رادیوسوندها، ماهواره‌های هواشناسی و سیستم‌های مشاهده خودکار سطح زمین استفاده می‌کند. پس از اینکه هواشناسان پیش‌بینی‌ها را آماده می‌کنند، سیستم پردازش اطلاعات پیشرفته هواشناسی، گرافیک آب و هوا و ساعت‌ها و هشدارهای خطرناک آب و هوا را ایجاد می‌کند. همه این‌ها کمک می‌کند تا هواشناسان بتوانند سریع‌تر و دقیق‌تر از همیشه وضعیت آب و هوایی را پیش‌بینی کنند.