كيف يتم استخدام الأقمار الصناعية في الأرصاد الجوية

عني الإنسان منذ وجد على سطح الأرض بـالـظـواهـر الجـويـة، وحـاول تذليلها والتعامل معها، وعندما أعياه فهمها وأخافته ضراوتـهـا جـعـل لـكـل ظاهرة إلها وقدم له القراب، فهذا إله الرعد وتلك إلهة المطر وهذا نبتون إله البحر. لكن الجو برعده ومطره وزوابـعـه وأعـاصـيـره ظـل مـصـدر قـلـق وخوف للإنسان كما هو مصدر خير ورزق له. وفي كل الأحوال ظل فـهـمـه للظواهر الجوية وقدرته على التنبؤ بالجو مسألة حيوية يسعى إليها وتؤثر في حياته ورزقه وصيده وزراعته تأثيرا مباشرا.

وقد يصعب علينا نحن الذين نعيش في المنطقة العربية وجنوب البحر المتوسط تقدير أهمية الأرصاد الجوية بالنسبة لشعوب الشمال نظرا لطبيعة جونا المستقرة نسبيا وعدم وجود التغير الهائل بين الفصول.

وكننا تقدير هذه الأهمية إذا ذهبنا مثلا إلى الإسكندرية ورأينا كيف يحسب الصيادون مواعيد النوات وكيف يتنبأون بالجو بناء علـى خـبـرتـهـم الطويلة، وكيف يرتبون حياتهم على نزوات البحر وأهوائه. وفي دول أخرى كالولايات المتحدة واليابان يلعب التنـبـؤ الجـوي دورا اقـتـصـاديـا كـبـيـرا فـي تقدير المحاصيل والغلال، وفي متابعة الأعاصير والزوابع والتي تصل إلـى حد الكوارث الطبيعية.

وعلى سبيل المثال فقد أحدث إعصار «أندرو» الذي يهب على الساحل الشرقي من الولايات المتحدة خسائر في ولاية فلوريدا منذ سنوات قـلـيـلـة تقدر بعدة بلاي من الدولارات وأدى إلـى تـدمـيـر شـامـل مـنـاطـق واسـعـة، وأعلنت هذه المناطق كوارث، وهبت لمساعدتها الحكومة الفدرالية. ولا شك في أنه كن تقليل الخسائر في الأرواح والأموال بشكل كبير عندما كن ترحيل السكان من المناطق التي تقع في مسار الإعصار، ويحتاج ذلك إلـى متابعة شبه لحظية حيث إن هذه الأعاصير تغير اتجاهاتها بشكل فجائـي وسريع ولا كن التنبؤ به. ولحسن الحظ فإن الأقمار الصناعيـة ـكـنـهـا الان القيام ~همة المتابعة هذه بشكل دقيق كما سنوضح بعد قليل.

استخدامات الأقمار الصناعية في الأرصاد الجوية

إن مفاتيح النماذج الرياضية لحركة الجو هي توزيع الضـغـط ودرجـات الحرارة وسمك وكثافة الطبقات الجوية. وكن حساب حركة الريـاح عـن طريق غير مباشر برصد حركة السحـب مـن أقـمـار سـاكـنـة، وـكـن لـهـذا الغرض ثيل القمر الصناعي براصد على ارتفـاع كـبـيـر جـدا مـن الأرض مزود بتلسكوبات ذات قدرة عالية في كل من النطاقـ المـرئـي والحـراري، ويسجل هذا الراصد حركة السحب قريبا من سطح الأرض وتدرج درجات الحرارة داخل طبقات السحب.

ويشبه رصد حركة السحب رصد التفاصيل المرئية على سطح الأرض، فالسحاب كن رؤيته وتصويره بوضوح، وتستنتج حركة السحب من تغيـر مواقعها مع الزمن، ومنها كن تحديد سرعة الرياح. ولذلك فالتكنولوجيات المستعملة هنا تكنولوجيا مألوفة وليس فيها جديد غير التقنيات المستحدثة للرصد المرئي من ارتفاعات كبيرة.

وتستطيع الأقمار تحديد سمك طبقات الغـلاف الجـوي أيـضـا، ويـفـيـد ذلك في تحديد مناطق الضغط العالي والمنخفض وتيـارات الـهـواء وتـوزيـع درجات الحرارة، ويتم ذلك عن طريق قـيـاس مـايـسـمـى بـالـتـدرج الحـراري الرأسي.

وحيث إننا لا نستطيع بطبيعة الحال أن نضع ترمومترات عند كل كيلومتر من ارتفاع الغلاف الجوي، فلابد لنا أن نبحث عن طـريـقـة أخـرى لـقـيـاس درجات حرارة الطبقات المتتالية من الغلاف الجوي.

إن قياس درجات الحرارة بوساطة الترمومترات هو استخدام لظاهـرة التوصيل، لكن قياس درجات الحرارة بوساطة الأقمار الصناعيـة يـتـم عـن طريق قياس الإشعاع الحراري، ويتم ذلك لأن الغلاف الجوي بيـنـمـا تـنـفـذ خلاله أشعة الضوء فإنه تص الأشعة الأخرى من فوق البنـفـسـجـيـة إلـى أشعة جاما بدرجات متفاوتة. وامتصاص الأشعة تحت الحـمـراء بـوسـاطـة مكونات الغلاف الجوي اخملتلفة يجعل قياس التدرج الحراري كنا.

إن الأشعة تحت الحمراء التـي تـخـرج مـن أعـلـى الـغـلاف الجـوي لـيـتـم قياسها بوساطة القمر الصناعي هي أشعة خرجت بـعـد أن امـتـصـاص بعضها، وهي لذلك تحتوي على معلومات عن مقدار الامتصـاص الـذي بكل الطبقات واحدة بعد الأخرى والذي يعتمد على درجة الحرارية فقط. وبذلك فبقياس درجات الإشعاع الحراري على ارتفـاعـات مـخـتـلـفـة ـكـن حساب درجات الحرارة عند هذه الارتفاعات. وبدمج نتائج التدرج الحراري مع قياسات الضغط عند ارتفاعات مختلفة كن حـسـاب كـثـافـة طـبـقـات الغلاف الجوي في منطقة معينة من الكرة الأرضية.

ويتم إدخال المعلومات الخاصة بكثافة طبقات الغلاف الجوي مع معلومات حركة الرياح وغيرها من المعلومات في النماذج الرياضية الحاسوبية الكبيرة التي سبق الحديث عنها والتي تستطيع -بناء على هذه المعـلـومـات- إعـطـاء معلومات وتنبؤات أكثر دقة عن حالة الجو لمدى أطول.

لقد تحسنت الأرصاد الجوية باستخدام الأقمار الصناعية كثيـرا. وإذا كانت الصورة التي رسمناها في الفقرات السابقة تبدو مـجـردة وريـاضـيـة بعض الشيء، فإن هناك صورة أخرى تجـسـد أهـمـيـة الأقـمـار الـصـنـاعـيـة بشكل ملموس، وهذه هي صورة العواصف الرملية في شمال أفريقيا وفي صحراء العرب مثل أعاصير المحيط الأطلنطي والباسفيكي على سواحل الولايات المتحدة واليابان، وفي بحر الشمال تأخذ كلها صورة مرئية واضحة وتتحرك حركة ملحوظة كن رصدها من الأ قمار، بل كن تحديد الإعصار ورؤية اتجاه دورانه من الصور الملتقطة من هذه الأقمار.