أعضاء المنتدي الكرام
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
هذا المقال منشور في مجلة العلوم عددها الصادر فبراير / مارس عام 2003
معرفة عمليةعندما تشاهد الأخبار على جهازك التلفازي أثناء طقس عاصف، فإنك على الأغلب سوف ترى الخرائط التي تحدد مواطن المطر الغزير أو الثلج منطقة فمنطقة، في حين يتباهى الراصد الجوي بالرادار الدوپلري التابع لمحطته التلفازية. وهذه التقانة هي بالفعل قفزة إلى الأمام بالنسبة إلى الرادار التقليدي، وسيلحقها تحسينات أخرى سريعة.
رادار الطقس(*)
رؤية الرياح(**)
ترسل الرادارات موجات ميكروية، تنعكس على قطرات الماء ونثرات الجليد وغيرها من الجسيمات الهائمة في الغلاف الجوي، وبذلك لا تتمكن هذه الموجات إلا من تحديد مسافات هذه الجسيمات وحجومها، مثل قطرات المطر. بيد أن الرادار الدوپلري قادر إضافة إلى ذلك على قياس سرعة هذه الجسيمات واتجاه حركتها، فيعطي صورة عن جريان الريح عند الارتفاعات المتفاوتة. وحاليًا هناك شبكة وطنية معروفة باسم نيكسراد Nexrad تضم 158 رادارا دوپلريا، نصبتها الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) في التسعينات من القرن الماضي، تُمكّن الراصدين الجويين التابعين للمصلحة الوطنية للطقس في الإدارة المذكورة من إصدار تحذيرات تتعلق بالمخاطر الجوية بدقة أكبر بكثير من ذي قبل. ويشترك معظم الراصدين الجويين المحليين في مؤسسات تجارية تعمل على تفسير البيانات المجانية التي تقدمها الشبكة نيكسراد، مما يتيح لهم رؤية حركة العواصف الرعدية والزوابع وقت حدوثها تقريبا، وهذا كان مستحيلا في الماضي.
غير أن لإمكانات رادارات الطقس الدوپلرية حدودًا؛ إذ لما كانت الحزم توجَّه بحيث تميل نحو الأعلى قليلا حتى تتمكن من مسح غلاف التروپوسفير المحيط، فهي لا ترصد الهطل والرياح القريبين جدا من سطح الأرض. وهي كذلك لا تستطيع أن تحدد سوى البعد الأفقي للجسيمات التي تعترضها، لأنها لا تحمل إلا موجات مستقطبة أفقيا (أي إن الحقل الكهربائي يقع في المستوي الأفقي). ويسعى المهندسون في المختبر الوطني للعواصف الشديدة الكائن في نورمان بولاية أوكلاهوما إلى صنع رادارات قياس استقطابية، ترسل كذلك موجات مستقطبة شاقوليا (رأسيا)، لكي تقيس البعد الشاقولي (الرأسي) للجسيمات. وستوفر القياسات المزدوجة معلومات أفضل عن حجم الهطل وجسيمات الجليد والغيوم وشكلها وكثافتها، مما يتيح للمتنبئين الجويين أن يحددوا بشكل أفضل معدلات هَطْل المطر والثلج. وتخطط الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي لتطبيق هذه التقانة خلال خمس إلى عشر سنوات.
ويقوم مختبر العواصف أيضًا، باختبار رادار الصفيف المتطاور phased array radar التابع للبحرية الأمريكية، وهو أكثر الوسائل تقدما التي تتيح كشف السفن المعادية. وعندما يستخدم الرادار حزمًا وترددات متعددة، فإنه يستطيع تخفيض الزمن اللازم لمسح العواصف في محطة الشبكة نيكسراد من خمس دقائق إلى دقيقة واحدة فقط.
<M.فيشيتي>
نبضة الموجة الرادارية
ترتطم بقطرة مطر. هذه القطرة تنثر إلى الوراء قدرًا صغيرًا من الطاقة بصورة موجة راجعة تصل إلى طبق الرادار قبل أن يرسل الرادار نبضته التالية. وتدل قوة الموجة الراجعة على قياس القطرة الأفقي. وإذا كانت الريح تحرك القطرة، فإن الموجة المنعكسة التالية لن تكون متفقة في الطور مع الموجة الراجعة السابقة. ويدل الانزياح الطوري الدوپلري على اتجاه تحرك القطرة وسرعتها. وترسل رادارات الشبكة نيكسراد ما بين 860 و 1300 نبضة في الثانية بتردد قدره 3000 ميگاهرتز (MHz).
هوائي الرادار
يبلغ قطره 28 قدمًا، تديره سوّاقة سمتية، كما يُمال نحو الأعلى على عمود حامل. ويرسل بوق التغذية موجات ميكروية، ويقوم الطبق بتجميع الإشارات الراجعة في بؤرته. وهناك قبة رادارية مصنوعة من الزجاج الليفي تحمي مجموعة الهوائي، ولكنها تسمح بمرور الموجات الميكروية.
محطة رادار دوپلري من الشبكة نيكسراد
تقوم بمسح الغلاف الجوي بمقدار 360 درجة، خمس مرات كل عشر دقائق بزوايا تدريجية من 0.5 حتى 4.5 درجة فوق سطح الأرض أيام الجو الصافي. وهذا المسح يتناوب بين مسحات انعكاسية تبحث عن الهطل ومسحات سرعية تحدد سرعة الرياح واتجاهها. أما في الطقس العاصف فيؤدي الرادار 14 مسحًا (غير مرسومة كلها) بزوايا تتدرج من 0.5 حتى 19.5 درجة خلال خمس دقائق. وعلى مسافة تزيد على 140 ميلا تكون الأصداء السائدة آتية من ارتفاعات عالية جدًا ولذلك فلا قيمة كبيرة لها. أما عند 100 ميل فتقوم الحزمة المرسلة بزاوية تبلغ نصف الدرجة بمسح الهواء من ارتفاع 7000 قدم إلى 17000 قدم، أما الطقس القريب جدا من سطح الأرض والواقع داخل «مخروط الصمت» فوق الرادار مباشرة فلا يمكن رؤيته. وتطرح خوارزميات البرمجيات الضجيح الأرضي ـ الذي هو الأصداء الناتجة من المباني والتضاريس الأرضية الأقرب من 23 ميلا أو نحو ذلك.
هل تعلم
■ الطيور والنحل: إن الرادارات الدوپلرية التابعة للشبكة نيكسراد حساسة بدرجة كافية لكي تميز نحلة واحدة تبعد نحو 18 ميلا عن الرادار، حسبما يقول<J.بوتشر> المدرب على الرادارات في المصلحة الوطنية للطقس. وفي الصيف تستطيع أفواج كبيرة من الحشرات أن تتجمع على طول جبهة باردة متقدمة، فتعطي قراءات تماثل الهطل. وفي الشهرين 4 و 9 تكون الأصداء المنعكسة عن الطيور المهاجرة التي تتبع الريح السائدة قوية جدًا وثابتة إلى حد تُضاف معه خطأ إلى سرعة الريح الملاحظة. ويجري تدريب المتنبئين الجويين على أخذ مثل هذه الشذوذات بالحسبان.
■ مختبر العواصف في نورمان: استُنبط الرادار الدوپلري في المختبر الوطني للعواصف الشديدة في نورمان بولاية أوكلاهوما. وتضم هذه المدينة أيضًا مكتبا مركزيًا للمصلحة الوطنية للطقس التابعة للإدارة NOAA، هو المصدر الأساسي لبيانات الطقس والتنبؤات الجوية والإنذارات في الولايات المتحدة. وتضم المدينة أيضًا فرع التدريب على قرارات الإنذار التابع كذلك لنفس المصلحة الذي يقوم بتدريب المتنبئين في مصلحة الطقس؛ كما تضم مركز العمليات الرادارية التابع للإدارة NOAA الذي يقدم دعمًا مركزيًا في الهندسة والبرمجيات والأرصاد الجوية لجميع رادارات الشبكة نيكسراد. ■ القُبّة الرادارية: إذا أنعمت النظر في القبة الرادارية الجيوديسية التي تحيط بطبق الرادار الدوپلري، فستلاحظ أنها يمكن أن تكون أي شيء إلا أن تكون منتظمة، فألواح الزجاج الليفي مشكلة بأشكال غير منتظمة، وانحناء كل منها يختلف قليلا عن انحناء الآخر. ولو كانت جميع الألواح متشابهة وتتاخم بعضها بسلاسة، كما هي حال كرة القدم، لسبّبت انتثارًا مترابطًا للموجات الذاهبة والراجعة، مما يضعف من قدرة الرادار.
(*) WEATHER RADAR
(**) see the wind
