قياس حالة الطقس
يتمّ قياس حالة الطقس أو الرصد الجوي (بالإنجليزية: Weather Observation) عن طريق جمع قدر كبير من البيانات والتفاصيل الدقيقة المتعلّقة بعناصر الطقس المُختلفة عن طريق قياسها وتسجيلها، ثمّ تحليلها وتفسيرها من قِبل خبراء الأرصاد الجويّة كالآتي:
قياس درجة الحرارة
يتمّ قياس درجة الحرارة عن طريق التلامس المباشر للهواء في مُعظم الأدوات والأجهزة التي تُعنى بقياس درجة الحرارة، ويُعدُّ الترمومتر الزئبقي (بالإنجليزية: Mercury Thermometer) أحد أكثر الأدوات المستخدمة لقياس درجة الحرارة خارج المناطق السكنيّة، إذ يُشير التغيُّر في حجم سائل الزئبق إلى التغيُّر في درجة الحرارة الخارجية، بحيث يتمدّد حجم السائل عند ارتفاع درجة الحرارة، بينما يتقلّص حجمه عند انخفاضها.
يتمّ استخدام مِجسّ إلكتروني (بالإنجليزية: Electronic temperature sensor) لقياس درجة الحرارة في محطّات الطقس الحديثة يحتوي على وحدة تهوية تسمح بتدّفق الهواء بحرية من خلالها لقياس درجة حرارته، بشرط المحافظة على المجسّ الإلكتروني مُظلّلاً بعيداً عن التسخين المباشر من أشعة الشمس، ويُشار إلى وجود تقنيات مُستخدمة لقياس درجة الحرارة لا يتمّ فيها ملامسة الهواء لمقياس درجة الحرارة، وذلك عن طريق استخدام أجهزة استشعار لاكتشاف الأشعة تحت الحمراء المُنبعِثة من الأسطح وتقدير درجة الحرارة حولها.
قياس نسبة الرطوبة
تُعبّر الرطوبة عن كمية بخار الموجودة في الهواء، حيث يتمّ استخدام عِدّة أنواع مُختلفة من الأجهزة والأدوات لقياس نسبة الرطوبة، ومن الأمثلة على هذه المقاييس المرطاب أو مقياس الرطوبة (بالإنجليزية: Psychrometer) الذي يُعدُّ أداةً شائعة الاستخدام من قِبل خبراء الأرصاد الجوية، وتأتي بأشكال وأنواع مختلفة تستشعر التغيّرات التي تُحدثها الرطوبة في وزن مواد معينة أو حجمها أو شفافيتها، كما يوجد أنواع كهربائية من مقاييس الرطوبة تقيس التغيّر في المقاومة الكهربائية لطبقة رقيقة من كلوريد الليثيوم عند تعرّضها للرطوبة، إلى جانب استخدام مجسّات الرطوبة التي تُحدّد تلقائيّاً محتوى الماء و الرطوبة النسبية للغلاف الجوي.
قياس الرياح
يتمّ قياس سرعة الرياح وضغطها عن طريق أجهزة متنوّعة أشهرها الأنيمومتر (بالإنجليزية: Anemometer) الذي يحتوي على 3 أو 4 أكواب مُتصلة بأذرع أفقية تتصل بقضيب عمودي، فعندما تهبّ الرياح تدور الأكواب ممّا يجعل القضيب العمودي يدور، ويتمّ حساب سرعة الرياح عن طريق عدد الدورات التي يدورها القضيب، لكن يُشار إلى أنَّه عادةً ما يتمّ قياس مُعدّل سرعة الرياح خلال فترة زمنية قصيرة؛ لإنَّ سرعة الرياح ليست ثابتة، كما يوجد جهاز آخر شبيه بطاحونة الهواء لحساب سرعة الرياح يعتمد على حساب عدد الدورات التي ثُحدِثها الشفرات المُتصلة بقضيب يدور بشكلٍ أفقي.
توجد العديد من الأجهزة الأخرى المُستخدَمة لقياس شدّة الرياح تعتمد على مبادىء مُختلفةً، وتتضمّن استخدام سلك رفيع يتمّ تسخينه كهربائيّاً يُوضَع في مهبّ الرياح؛ لإنَّ الهواء عندما يتدّفق فوق أيّ جسم ساخن يُبرّده، لذا تُستخدَم كمية الطاقة اللازمة للحفاظ على السلك ساخناً في حساب سرعة الرياح؛ فكلّما زادت سرعة الرياح زادت كمية الطاقة المطلوبة لإبقاء السلك عند درجة حرارة ثابتة، كما يتمّ قياس شِدّة الرياح عن طريق قياس سرعة الموجات الصوتية أو من خلال تسليط أشعة الليزر على الجسيمات الصغيرة الموجودة في الهواء وقياس مدى التأثير الناتج عن ذلك.
قياس الأمطار
تشمل عملية قياس الأمطار قياس مُتغيّرين؛ أحدهما مُعدّل كميّة الأمطار المتساقطة من السماء وسرعة تساقطها، والثاني قياس تراكم الأمطار الذي يعني كميّة الأمطار التي وصلت إلى الأرض خلال فترة زمنيّة مُحدّدة، حيث يُمكن قياس كمية الأمطار المتراكمة في وقت مُحدّد باستخدام مقياس الأمطار (بالإنجليزية: Rain gage) الذي يتألّف من مجموعة من الدِلاء ذات حواف حادّة تمرّ منها الأمطار إلى وعاء زجاجي ثُمّ يتمّ قياس كميّتها.
يُعدّ مقياس المطر ذي الدلو القلّاب الساخن (بالإنجليزية: Heated tipping bucket) أحد مقاييس الأمطار الأكثر شيوعاً، إذ ينزل المطر عبر فتحة في المقياس- وفي حال تساقط الثلج يتمّ تسخينه حتّى يُصبح سائلاً- ثُمّ يصل الماء إلى أحد الدِلاءين المتوازنين على محور يقع أسفل قمع، فعندما تلمس الأمطار الدِلاء فإنَّها تُشغّل مفتاح قراءة يُرسل بيانات إلى محطّات الطقس عن كمية الهطول في الدِلاء، لكن يُشار إلى أنَّ التسخين يُمكن أن يتسبّب في تبخّر كميّات صغيرة من المطر قبل وصولها إلى القُمع، وقد تفيض الدِلاء في حال هطول أمطار شديدة، ممّا يتتسبّب في حدوث أخطاء في قراءة كميّة الأمطار أحياناً.
قياس الضغط الجوي
يتمّ قياس الضغط الجوي باستخدام جهاز البارومتر (بالإنجليزية: Barometer) بوحدة مليبار، ويُعدّ البارومتر المعدني أو ما يُعرَف بالبارومتر اللاسائلي (بالإنجليزية: Aneroid Barometer) أحد أكثر الأدوات المُستخدَمة لقياس الضغط الجوي، إذ إنّه يتكوّن من عُلبة مُحكمة الإغلاق فيها هواء، فعند ارتفاع الضغط الجوي تنكمش العلبة ويصغر حجمها، الأمر الذي ينتج عنه تحريك إبرة المؤشّر لتُشير إلى ضغط مرتفع دلالةً على طقس مُشمس، بينما عند انخفاض الضغط الجوي تتمدّد العلبة قليلاً فيتحرّك مؤشر الإبرة ليُشير إلى ضغط منخفض، ويدلّ استمرار انخفاض الضغط الجوي على اقتراب هطول الأمطار.
يجدر بالذكر أنّه في الوقت الحالي يتمّ تدوين قراءات أجهزة الضغط الجوي على شكل إشارات إلكترونية وإرسالها إلى جهاز الحاسوب من أجل رسم اتجاهات الضغط الجوي على شاشات الحاسوب، بينما قديماً كان يتمّ استخدام الميكروباروغراف (بالإنجليزية: Microbarograph) لتسجيل قياسات مستمرة للضغط الجوي وتمثيلها على ورق بياني يدوياً.
آليات قياس حالة الطقس
بالونات الرصد الجوي
تُعدُّ بالونات الرصد الجوي (بالإنجليزية: Weather Balloon) محطّات طقس مُتنقلة تحمل أدوات قياس عناصر الطقس؛ كالرطوبة، والضغط الجوي، ودرجة الحرارة، وغيرها في طبقات الجو العلويّة، إذ يتمّ إطلاقها في أكثر من 500 موقع في العالم مرّتين يوميّاً؛ عند منتصف النهار ومنتصف الليل، وأثناء تحليقها تقيس البيانات وتُسجّلها ثمّ تُرسلها إلى محطّات الطقس، وتُصنع هذه البالونات من المطاط وتُملأ بالهيليوم أو الهيدروجين، وتكون مزوّدةً بمسبار لاسلكي يُغلّف الأجهزة، ومِظلّة من أجل هبوط المسبار اللاسلكي إلى الأرض؛ ويُشار إلى إمكانية استخدام البالون مرّةً أخرى بعد هبوطه.
الأقمار الصناعية
تُستخدَم الأقمار الصناعيّة المُختصة بأحوال الطقس (بالإنجليزية: Weather Satellites) لجمع وعرض البيانات المتعلّقة بأحوال الطقس والمناخ على كوكب الأرض، فبفضل موقعها الذي يقع على بُعد مئات آلاف الأميال من سطح الأرض تتمكّن من مراقبة أحوال الطقس في مناطق واسعة، كما يُشار إلى أنَّ قدرة الأقمار الصناعية على عرض البيانات المتعلّقة بالطقس بصورة ممتدّة ومتواصلة يُساعد خبراء الأرصاد الجويّة على اكتشاف أنماط الطقس من ساعات إلى أيام قبل أن يتمَّ رصدها بواسطة أجهزة مراقبة الطقس الأخرى.
رادارات الطقس
تُمثّل رادارات الطقس (بالإنجليزية: Weather Radar) أداةً مهمّةً وأساسيةً للتنبّؤ بهطول الأمطار والعواصف الرعديّة والأعاصير وتحديد مواقعها وحساب حركتها، إلى جانب التنبّؤ بشِدّة الهطل وأشكاله المختلفة سواء بَرَد أو ثلج أو مطر، وقد تمَّ تطوير أنظمة رادارات دوبلر بتقنية الاستقطاب المزدوج في عام 2013م؛ أيّ أنّها تستطيع إرسال إشارات البيانات واستقبالها بشكل أفقي وعمودي على عكس الرادارات التقليدية التي تُرسل إشارات أفقية فقط، الأمر الذي يُمكّن خبراء الأرصاد الجوية من عمل صورة ثنائية الأبعاد (2D) لتوضيح حقيقة ما هو متواجد في الغلاف الجويّ سواء كان مطر أو ثلج أو بَرَد.
