"المُتَعَدّسُ الأعلى لـ "تورنادو بُنيستُ

كل ربيع، المجتمعات عبر (تورنادو) وخارج نطاق الطقس المتقلب الذي يمكن أن يُصيب بعض العواصف العنيفة للطبيعة، و(تورنادو) يصعب التنبؤ به بدقة كبيرة،

The Evolution of Tornado Forecasting

من الملاحظة إلى العلم

قبل منتصف القرن العشرين، كان التنبؤ بالإعصار مستحيلاً بشكل أساسي، لم يكن لدى المفترسين أدوات لرؤية العواصف الداخلية، بل اعتمدوا على تقارير بصرية من دراسات استقصائية عن الأضرار التي حدثت بعد وقوعها، وكانت أول جهود منظمة للتنبؤ بالإعصارات بدأت في الخمسينات، عندما أنشأ مكتب الطقس الأمريكي وحدة العواصف المحلية (SELS) التي استخدمت فيها مخططات الطقس الواسعة و

ثورة الرادار

"الرادار الجوي في الستينات" "أعطى "التنبؤات أول لمحة لها داخل أنظمة العاصفة "الرادارات المبكرة يمكنها أن تكتشف كثافة التهطال، تكشف عن هيكل العواصف الرعدية" "لكن لم يكن هناك أي إشارة "دبلر" في الثمانينات والتسعينات "التي يستطيع فيها أخصائيو الأرصاد الجوية أن يقيسوا حركة الجسيمات داخل عاصفة"

Modern Radar Technologies

رادار - استقطاب مزدوج

في عام 2010 قامت شبكة الـ (ناو إس) بتحديث شبكة رادارها بتقنية ازدواجية، وأجهزة الرادارات التقليدية وتلقي موجات إذاعية على طائرة أفقية واحدة، وجهاز استقطاب واحد، وجهازاً للتحكم بالرأس، يُرسل كلاً من البال والأفقية، وعلماء النيازك لتمييز المطر والهش، وهذه القدرة لا تقدر على كشف الأعاصير

Radar

وفي حين أن شبكة الأشعة فوق البنفسجية - ٨٨ دال قوية، فإن لها حدودا: إذ تستغرق حوالي ٤ إلى ٦ دقائق لإكمال مسح كامل للحجم في الغلاف الجوي، وفي ذلك الوقت، يمكن أن تشكل إعصارا، وتهبط فيه وتلحق أضرارا كبيرة، كما أن رادار السلاسل المتحركة هو جيل قادم يستخدم توجيه الشعاع الإلكتروني بدلا من الغسل الميكانيكي، ويمكن أن يفحص المفاعلات السمية بأكملها في غضون دقيقة واحدة، ويوفر معلومات مستكملة عن العاصفة.

الساتل والاستشعار عن بعد

GoES-R Series

وقد استخدم علماء الأرصاد الجوية صورا ساتلية طويلة لرصد أنماط الطقس الواسعة النطاق، ولكن تردد السواتل القديمة في القرار والتحديث حدا من فائدتها للتنبؤ بالإعصار، أما الساتل " G-S-GOS " ، الذي بدأ في عام 2016، فقد غير ذلك، وهذه السواتل توفر صوراً واضحة ومرئية كل 30 ثانية إلى دقيقة واحدة، مع حلول مكانية إلى نصف كيلوغرام من المقاييس.

صمامات البرق

وتُعرض بيانات الإضاءة نافذة أخرى على كثافة العواصف، وقد أظهرت البحوث أن تغييراً كبيراً في ترددات البرق - وهي " القفز المخفف " - كثيراً ما تسبق تكوين إعصار أو حافة كبيرة، وذلك بعشر دقائق إلى 20 دقيقة، وتُكمل شبكة الإضاءة الأرضية الأرضية المُعدية الأرضية المُعدة على متن الساتل " غلوب " ، وتُكشف عن الإضاءة كاملة عن الإضاءة (ال إلى الأرض، وهي تشمل مجموعة من الترددات)

نماذج الإدمان على طقس الزهري

نمذجة ذات تردد عال

نماذج الكمبيوتر التي تُتوقع الطقس قد تحسنت بشكل كبير في حلها، النماذج العالمية التشغيلية تستخدم في تسارع الشبكتين من 50 إلى 100 كيلومتر، واليوم، نماذج إقليمية عالية الاستبانة مثل التجديد السريع العالي التهوية، تُحدث في كل ساعة، وتُحدث في الوقت المناسب كل ساعة، وتُحدث في الموقع الماهر

Ensemble Forecasting

لأن الجو فوضوي، لا يمكن الوثوق في أي نموذج واحد، فالتنبؤات الجماعية تُجري العديد من النسخ المختلفة قليلاً من النموذج لتوليد مجموعة من النتائج الممكنة، ويستخدم البرنامج الآن نظماً مجمّعة مثل نظام SREF (Short-Range Ensemble Forecast) لتقييم احتمال وجود بارامترات قابلة للزراعة، وعندما تظهر أغلبية الأعضاء المتجمعين تنبؤات قوية منخفضة المستوى وثبات الثقة.

ماكين للتعلم والاستخبارات الفنية

الاعتراف بالأدوات في سكال

وينتج نماذج عديدة كميات كبيرة من البيانات، ولا يمكن للتنبؤات البشرية أن تدرس يدويا كل متغير عبر كل نقطة من نقاط الشبكة، كما أن مقاييس التعلم الآتي يمكن أن تستخلص من نماذج البيانات الضخمة، وقد وضع الباحثون مجموعة من نماذج التعلم الآلي للتنبؤ بالإعصار، من الغابات العشوائية إلى الشبكات العصبية العميقة، وهذه النماذج التي تُحدِّد بيانات الرادار، والبارامترات البيئية من تحليل النماذج، وعمليات الرصد بواسطة السواتل، وبيانات الإضاءة من أجل إنتاج

رؤية حاسوبية للرادار

إن تطبيق تقنيات الرؤية الحاسوبية على بيانات الرادار هو حدود أخرى، ويمكن تدريب الشبكات العصبية الثورية على التعرف على التوقيعات العجيبة في صور الرادار، بما في ذلك صدى الخطاف، وقطعة التدفق، وكرة الحطام، ويمكن لهذه النماذج أن تجهز المسح بالرادار أسرع من العواصف البشرية ويمكنها أن تدقق، ولا يزال التكامل التشغيلي في مرحلة الاختبار، ولكن النتائج المبكرة تبين أن التعلم الآلي يمكن أن يقلل من الإنذارات الخاطئة مع الحفاظ على معدلات الاكتشاف.

السلف في نظم الإنذار

إنذارات الطوارئ اللاسلكية

القدرة التقنية على كشف الإعصار هي نصف المعادلة فقط، يجب أن يصل الإنذار إلى الناس المعرضين للخطر، نظام الإنذار في حالات الطوارئ غير المتسلّية، الذي بدأ في عام 2012، يسمح للوكالات الحكومية المرخصة بإرسال إنذارات مستهدفة جغرافياً إلى الهواتف النقالة، وعندما تصدر الدائرة الوطنية للطقس إنذاراّب المُفصل، يمكن توجيه إنذار إلى كل جهاز من أجهزة الإنذار بالأشعة تحت تأثير البوليغون المُنبه.

الجغرافيا والتحذيرات المستندة إلى العواصف

وقبل عام 2007، أصدرت الشبكة الوطنية للناقلات النووية تحذيرات بالإعصار في جميع المقاطعات، بغض النظر عما إذا كان التهديد يغطي المنطقة بأكملها، وهذا النهج يعني أن الكثير من الناس خارج مسار العاصفة الفعلي تلقوا تحذيرات غير ضرورية، في حين أن البعض داخل الطريق لم يتلق سوى تفاصيل قليلة، وأن التحول إلى الإنذارات القائمة على العواصف، باستخدام البوليغون التي تحدد بدقة منطقة التهديد المتوقعة، كان تقدما كبيرا، واليوم، فإن الإنذار بالإعصار الذي يُعنى به على الأرجح هو أن يكون أكثر من ذلك هو مجردا يُه هو عدد قليل من مئات الأميال الجغرافي المُ وليس عدة آلاف.

التكامل مع نظام سيرينس والتبليغ الجماهيري

أجهزة الإنذار بالجوازات الخفية لا تزال مكوناً حاسماً من تنبيهات المجتمع، خاصة للأشخاص الذين يتواجدون في الخارج أو في المركبات، وأجهزة الإنذار الحديثة يمكن أن تُطلق تلقائياً بواسطة إنذارات من دائرة الطقس الوطنية، مع وجود مناطق انشطارية فردية تضاهي البوليجون المُنبه، وبعض البلديات قد أدمجت شبكاتها التنبيهية مع بيانات الطقس، لذا فإن الإنذارات الصوتية لا تُرسل في الأحياء المحددة تحت الإنذار.

العنصر البشري: مُحَطِّطات العاصفة والاستجابة العامة

شبكة (سبتر)

"الجهاز الوطني للطيور" يدرب المتطوعين على التعرف على السمات الجوية الحادّة والإبلاغ عنها، ويُقدّم المُتطوّرات التحقق من الأرض الذي يكمّل البيانات الرادارية والسواتل، وعندما يُبلغ أحد المُشاهدين عن إعصار على الأرض، فإنّ المعلومات يمكن أن تُنقل فوراً إلى مكتب التنبؤات، الذي يمكن أن يُوسع نطاق التحذير أو يضيف كاميرا مُصوّرة مُثبتة.

العلوم الاجتماعية للاستجابة في مجال الإنذار

حتى أكثر التحذيرات دقة لا فائدة من عدم استجابة الناس لها، العلم الاجتماعي للتحذير قد أصبح مجالاً للدراسة في حقه، وتظهر البحوث أن الناس أكثر عرضة لاتخاذ إجراءات وقائية عندما يتلقون تحذيرات من مصادر متعددة، عندما يتضمن الإنذار معلومات مخاطر محددة، وعندما يفهمون ما ينبغي اتخاذه، فإن عبارة "القيام بتغطية الآن" أكثر فعالية من "تحذير من موقع التصويري"

التحديات والحدود

Lead Time vs. Accuracy

والتوتر الأساسي في التنبؤ بالإعصار هو ما بين وقت القيادة والدقة، إذ أن الإنذارات الطويلة المدى التي تصدر قبل 30 دقيقة أو أكثر من ذلك، تنطوي على احتمال أكبر للخطأ لأن العاصفة ربما لم تُنتج بعد إعصاراً أو قد تغير مسارها، فالتحذيرات القصيرة الأجل الصادرة عندما تكون الإعصار على الأرض أو على وشك أن تهبط، تكون أكثر دقة، ولكنها تترك وقتاً أقل للبحث عن مأوى.

التضاريس وتغطية المناطق الريفية

ولا تُستخدم التغطية بالرادار في جميع أنحاء البلد، وقد صُممت شبكة الرادارات من أجل تغطية المناطق المأهولة بالسكان، ولكن توجد ثغرات، لا سيما في المناطق الجبلية والمناطق المكتظة بالسكان، وتُحجب شعاعات الرادار من الجبال، وتخضع لفتح الأرض، وقد تكون المناطق البعيدة عن موقع راداري محدودة التغطية، حيث أن محطات الرادار تُشكل في أقل بضعة آلاف قدم من الغلاف الجوي.

الاتجاهات المستقبلية في مجال منع إعصار

AI-Driven Nowcasting

ومن المرجح أن يحرك الجيل القادم من التنبؤ بالإعصار نماذج التنبيه التي تعمل في غضون فترة الدقائق إلى الساعات التي تبثها هذه النماذج، وستدمج البيانات المستمدة من نظم المراقبة المتعددة وتستكمل التنبؤات باستمرار، وبدلا من إصدار جهاز إنذار واحد لا يزال ثابتا لمدة ساعة، قد تكون الإنذارات المقبلة دينامية، وتستكمل في الوقت الحقيقي مع تطور العاصفة، ويصبح التحدي المتمثل في نقل التعددية العامة.

شبكات الاستشعار المنخفضة الأقطار

لقد انخفضت تكلفة أجهزة الاستشعار البيئية بشكل كبير مما يجعل من الممكن نشر شبكات كثيفة من محطات الطقس في المناطق المعرضة للإعصار، مبادرات علوم المواطنين مثل شبكة كوكراهس ومحطة الطقس الخاصة بمنطقة الطقس في وسط الأرض، تقدم بالفعل بيانات مدمجة في نماذج، ويمكن نشر أجهزة قياس جديدة منخفضة التكلفة، وأجهزة قياس الشواذ، ومجس الضغط في المدارس، والضغوط الفائقة، والمباني العامة

رادار أرض الفضاء

ويمكن أن يرصد رادار الطقس الفضائي، مثل بعثة قياس التهطال العالمي، العواصف من المدار، ولكن الرادارات الساتلية الحالية تفتقر إلى الحل وتعيد النظر في الترددات التي تفيد في الإنذار بالإعصار، ويمكن أن توفر المفاهيم الساتلية في المستقبل، بما في ذلك مجموعات السواتل الصغيرة المجهزة بالرادار، تغطية عالمية بأوقات الرادار التي تقاس في دقائق.

خاتمة

إن تنبؤات الإعصار هي أحد التقدم المطرد، فمنذ عهد تقارير المعالم والخرائط الورقية، انتقل الميدان إلى رادار دوبلر، والتصوير الساتلي، والنمذجة العالية الاستبانة، ونظم التعلم الآلي التي تجهز ملايين نقاط البيانات في الثانية، أما رسائل الإنذار التي استغرقت وقتا أطول من اللازم لتصوير الهواتف ونشرها في ثوان، مع وجود دقة جغرافية لا يمكن تصورها منذ جيل.

References and Further Reading]