هواشناسی

هواشناسی (meteorology)

هواشناسي

هواشناسي

مشاهده و بررسی علمی جَو (اتمسفر)، برای پیش‌بینی دقیق وضع هوا. به این منظور داده‌های فراهم‌آمده از ایستگاه‌ها و ماهواره‌های هواشناسی در مؤسسات مرکزی را با رایانه مقابله می‌کنند. به این ترتیب نقشه‌های هواشناسی و پیش‌بینی هوا براساس قرائت‌های جاری، و در فواصل زمانی منظم، تهیه می‌شوند. با استفاده از روش‌های تحلیلی جدید، و به‌کارگیری رایانه‌های قدرتمند، پیش‌بینی وضع هوای شش روز آینده امکان‌پذیر است. در ایستگاه‌های هواشناسی عامل‌های تعیین‌کنندۀ وضع هوا قرائت می‌شوند. این عامل‌ها عبارت‌اند از فشار جَو، دما، رطوبت، باد (با مقیاس بوفورت)، پوشش ابر، شامل تعیین نوع ابر و اندازه‌گیری ابرناکی، و بارش باران، برف، تگرگ، که هر دوازده ساعت اندازه‌گیری می‌شود. از ماهواره نیز برای پخش اطلاعات ایستگاه‌های زمینی، و ارسال تصاویر تشکیل ابر، ردیابی الگوهای وزش باد و پوشش برف و یخ استفاده می‌کنند.

تاریخچه. گذشته از بعضی از مشاهدات، که ارسطو در کتاب هواشناسی به آن‌ها اشاره کرد، هواشناسی تا پایان قرن ۱۶ به علمی دقیق تبدیل نشد. در این زمان گالیله و اعضای آکادمی فلورانس نخستین دماسنج قابل اعتنا را ساختند. در ۱۶۴۳ اوانجلیستا توریچلی اصل جَوسنجی را کشف کرد. تحقیقات رابرت بویل در زمینۀ گازها، و تحقیقات دستیارش رابرت هوک در زمینۀ جَوسنج‌ها، مبانی فیزیکی لازم را برای درک آب‌وهوا فراهم آورد. گابریل فارنهایت با اختراع نوعی دماسنج جیوه‌ای بهتر، ابزار مناسب‌تری برای ثبت دما به دست داد.

نقشه‌های هواشناسی. در اوایل قرن ۱۹، مجموعه‌ای از ایستگاه‌های هواشناسی در فرانسه تأسیس، و نقشه‌های هواشناسی، با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده، ترسیم شد. نخستین نقشۀ هواشناسی انگلستان، که بادهای بسامان و بادهای موسمی را نشان می‌داد، در ۱۶۸۸ ترسیم شد. نخستین گزارش تلگرافی هواشناسی در ۳۱ اوت ۱۸۴۸ مخابره شد. نخستین گزارش تلگرافی روزانۀ هواشناسی طی نمایشگاه بزرگ در ۱۸۵۱ فراهم شد.

جمع‌آوری داده. مشاهدات هواشناسی صرفاً از ایستگاه‌های زمینی صورت نمی‌گیرد و از کشتی‌های هواشناسی، هواپیما و ایستگاه‌های خودکاری، از قبیل رادیوگمانه، نیز داده جمع‌آوری می‌شود. از رادار هم برای تهیۀ نقشۀ ابرها و طوفان‌ها استفاده می‌کنند. ماهواره‌ها همچنین، برای ارسال تصاویر از توزیع ابرها روی کرۀ زمین به‌کار می‌آیند.

ایستگاه‌های دیده‌بانی. مکان‌هایی که در آن‌ها اندازه‌گیری‌های مطلق و اعمال استانداردهای قابل اعتماد، حتی‌الامکان با اسباب‌های اندازه‌گیری خودکار، صورت می‌گیرد. نتایج این اندازه‌گیری‌ها را غالباً‌، به منظور وارسی و کارهای پژوهشی، تکثیر می‌کنند. عواملی مانند میزان الکتریسیتۀ جَو و تابش خورشیدی، فقط در ایستگاه‌های دیده‌بانی و سایر تأسیسات پژوهشی مشابه، اندازه‌گیری می‌شود.

ایستگاه‌های تهیۀ گزارش اقلیم‌شناختی. وضعیت روزانۀ هوا را گزارش می‌دهند و طی ساعات معینی از روز مشاهدات صورت گرفته را ثبت می‌کنند تا داده‌هایی تجمعی، مانند دمای میانگین، دماهای حداکثر و حداقل، بارش باران، تابش خورشید، فشار میانگین، روزهای مِه‌آلود و یخبندان، بارش برف، و دامنه و استمرار پوشش برف به‌دست آیند. در این ایستگاه‌ها، پس از تحلیل آماری، نمودارها و جدول‌های اقلیم‌شناختی تهیه می‌شوند تا فراوانی عوامل مختلف آب‌وهوایی مانند تندباد و یخبندان را نشان دهند.

ایستگاه‌های هواشناسی کشاورزی. به مشاهداتی می‌پردازند که در هواشناسی کشاورزی، یا خُردهواشناسی به‌کار می‌آید. در این موارد لازم است عوامل آب‌وهوایی به تفصیل مطالعه شوند. برای مطالعه و کنترل گسترش بیماری‌های نباتی ناشی از شته‌ها یا ویروس‌های بادبُرد، باید اطلاعات مفصلی دربارۀ دما، رطوبت، و باد، در ارتفاعاتی پایین‌تر از ارتفاع میانگین محصولات کشاورزی، در اختیار داشت. جزئیات مرتبط با یخ‌دره‌ها، بادشکن‌ها و درجۀ یخبندانی که به گیاهان صدمه می‌زند، نیز بررسی می‌شود.

ایستگاه‌های باران‌سنجی. میزان بارش باران را اندازه‌گیری می‌کنند. بیشتر این ایستگاه‌ها میزان بارش روزانه را اندازه‌گیری می‌کنند، اما ایستگاه‌های واقع در نقاط دورافتاده، میزان بارش ماهانه را هم اندازه‌گیری می‌کنند.

ایستگاه‌های گزارش همدید. (ايستگاه‌هاي گزارش همديد). به مشاهدۀ هم‌زمان در سراسر جهان می‌پردازند و گزارش‌های خود را در قالبی توافق‌شده گزارش می‌کنند، درنتیجه مقایسۀ مستقیم این گزارش‌ها امکان‌پذیر است. مشاهده در این ایستگاه‌ها به بررسی عوامل آب‌وهوایی ضروری برای پیش‌بینی هوا محدود است. گزارش‌ها به مرکزی ملی ارسال و گزیده‌ای از آن‌ها برای استفادۀ کشورهای دیگر توزیع می‌شود.

تحلیل. تودۀ انبوه داده‌های همدید، که جمع‌آوری شده و انتشاریافته‌اند به منظور پیش‌بینی وضع هوا روی نمودارهای هواشناسی همدید رسم می‌شوند. اغلب سازمان‌های هواشناسی، روزانه، نسخه‌هایی اصلاح‌شده از این نمودارها را منتشر می‌کنند که در آن‌ها نمادهای استاندارد به‌کار می‌رود.

اندازه‌گیری و توصیف شرایط. دیده‌بانی هواشناختی، به هر منظور که صورت گیرد، باید واضح، دقیق و در کل با نتایج ایستگاه‌های دیگر مقایسه‌پذیر باشد. لازم است گفته شود هوا آفتابی یا ابری است، یا طوفان تندری درگرفته است؛ تمایز بین باران، برف و تگرگ آشکار شود؛ توضیح داده شود که برفابه برف آبدار، برف در حال آب‌شدن یا مخلوط برف‌وباران، و برف‌خوره چیزی بین تگرگ و برف است؛ لازم است که توضیح داده شود که نرمه‌باران، حاصل از قطره‌های بسیار کوچکی است که حد واسط بین باران و ابر یا قطره‌های آبی است که به اندازۀ کافی بزرگ شده‌اند و به زمین می‌افتند؛ توصیف بارش باران نیز به‌صورت رگبار، منقطع یا پیوسته؛ یا به‌صورت سبک، ملایم یا سنگین نیز سودمند است. آهنگ بارش و میزان بارش کل طی دوره‌ای مفروض را نیز می‌توان با باران‌سنج اندازه‌گیری کرد. شدت و جهت باد را با بادسنج یا بادنمای پره‌ای به دقت اندازه‌گیری می‌کنند. ابرها به دقت مشاهده می‌شوند، زیرا رابطه‌ای نزدیک با سایر عوامل هواشناختی دارند. وجود مِه و سایر عوامل محدودکنندۀ دید نیز حاکی از وضعیت هوایی است که به منطقه نزدیک می‌شود، و از اهمیت بسزایی برخوردار است.

فشار هوا. اگرچه وضع هوا را می‌توان تا حدودی از مشاهدۀ ابرها استنتاج کرد، اندازه‌گیری‌های حالت فیزیکی جَو در حداکثر ارتفاع ممکن صورت می‌گیرد. وزن هوا بر هر نقطه و به سمت پایین نیرو وارد می‌کند، نیرویی که در همۀ جهات ایجاد می‌شود فشار هوا نام دارد. فشار هوا را با جَوسنج و جَونگار اندازه‌گیری می‌کنند و واحد اندازه‌گیری آن میلی‌بار است. با افزایش ارتفاع، ضخامت لایۀ هوا بر فراز هر نقطه کاهش می‌یابد؛ به عبارت دیگر با افزایش ارتفاع، فشار کاهش می‌یابد. میزان کاهش فشار هوا تا ارتفاع شانزده‌کیلومتری دَه به یک است. اگر دمای هوا معیّن باشد، می‌توان میزان کاهش فشار را محاسبه کرد: در نزدیکی سطح دریا، به ازای هر دَه متر ارتفاع، فشار به اندازۀ یک میلی‌بار کاهش می‌یابد. برای مقایسۀ فشار بین تعداد زیادی ایستگاه واقع در ترازی ثابت، فشارها را به فشار در سطح دریا تحویل می‌کنند، یعنی قرائت جَوسنج را چنان تنظیم می‌کنند که فشار در سطح دریا را نشان دهد.

دما. اندازه‌گیری دمای هوا ممکن است دشوار باشد، زیرا دماسنج دمای خود، و نه دمای محیط اطراف را اندازه‌گیری می‌کند. به‌علاوه، تغییرات دما با ارتفاع، به‌ویژه در چند متر نخست، نامنظم است. بنابراین ممکن است دما در فاصلۀ یک متر از سطح زمین به اندازۀ پنج درجۀ سانتیگراد پایین‌تر از دما در ترازی نزدیک‌تر به زمین باشد. هنگامی که هوا صاف است، عکس این پدیده مشاهده می‌شود. از طرف دیگر، دمای هوایی که ۱۰۰ متر بالا می‌رود فقط به اندازۀ یک درجه کاهش می‌یابد، علت آن تغییر ارتفاع و انبساط ناشی از کاهش فشار است. بنابراین دما را در ارتفاعی استاندارد، معمولاً ۱.۲ متر بالاتر از سطح زمین، اندازه‌گیری می‌کنند و آن را به دما در سطح دریا تحویل نمی‌کنند. با قرار دادن دماسنج در پوشینۀ استیونسون آن را با محیط اطراف همدما می‌کنند‌.

رطوبت. برای تعیین رطوبت هوا قرائت‌های صورت‌گرفته با دماسنج معمولی را با قرائت‌های صورت‌گرفته با دماسنجی مقایسه می‌کنند که مخزن آن در پارچۀ موسلین مرطوب پیچیده شده است (← رطوبت‌سنج). دما و رطوبت لایه‌های فوقانی هوا را با اسباب‌های اندازه‌گیری متصل به هواپیما، بالون کوچک، یا حتی موشک تعیین می‌کنند. با استفاده از هواپیما، دما و رطوبت هوا را تا ارتفاع پانزده کیلومتر از سطح زمین اندازه‌گیری می‌کنند. در گذشته لازم بود اسباب‌های اندازه‌گیری متصل به بالون را بازیابی کنند تا نتایج اندازه‌گیری قرائت شود؛ اکنون بالون‌های مجهّز به رادیوگمانه، این نتایج را به ایستگاه‌های زمینی مخابره می‌کنند. از بالون برای اندازه‌گیری شدت باد نیز استفاده می‌کنند، زیرا بالون را باد حمل می‌کند و بی‌سیم‌ها یا رادارهای جهت‌یاب نیز میزان انحراف بالون را محاسبه می‌کنند. به این ترتیب سرعت و شدت باد در ارتفاعات مختلفی، که بالون از آن‌ها می‌گذرد، تعیین می‌شود.

کشتی‌های هواشناسی. الگوی گزارش‌هایی که این کشتی‌ها تهیه می‌کنند مشابه گزارش‌های ایستگاه‌های هواشناسی زمینی است، اما حالت و دمای دریا را نیز دربر می‌گیرند. کشتی‌های هواشناسی ممکن است در نقاط ثابت گشت بزنند، به دیده‌بانی بپردازند و به رادیوگمانه نیز مجهّز باشند. از این کشتی‌ها به‌منزلۀ راهنمای ناوبری هواپیماها نیز استفاده می‌کنند. در صورت لزوم آن‌ها را به وسایل امدادرسانی نیز مجهّز می‌کنند. 

 

---