هواشناسی چیست؟کاربردی ترین علم در خدمت بشریت

هواشناسی چیست؟کاربردی ترین علم در خدمت بشریت: هواشناسی چیست؟:هواشناسی یکی از مهمترین دانشمندان جوی است که اکثر ما به آن فکر نمی کنیم. وقتی این کار را انجام می دهیم، فکر فوری ما به سودمندی آن در پیش بینی آب و هوا است. با این حال همه جنبه های جو را پوشش می دهد، از جمله فیزیک جو و شیمی (1) . بشریت همیشه به آب و هوا علاقه داشته است (و نیاز داشته است)، اما امروزه این موضوع بسیار فراتر از پیش بینی الگوهای آب و هوا است. کلمه هواشناسی از یونانی (همانطور که اکثراً انجام می‌دهند) گرفته شده است، meteoros “بالا” و logia “مطالعه”. بنابراین، این کلمه به معنای “مطالعه اشیاء بالا / در آسمان” است.

قدرتمندترین کاربرد آن در پیش بینی آب و هوا با مشاهده پدیده هایی مانند دمای موضعی، سطح بخار آب، نوسانات فشار هوا، جهت باد و پاسخ آنها به اثر کوریولیس است. به دنبال آن است که پیش‌بینی کند که یک سیستم آب‌وهوا چه کاری انجام می‌دهد، حتی زمانی که به ظاهر نامنظم است، تا مشخص کند که در چند روز تا یک هفته آینده، به صورت محلی، منطقه‌ای و حتی ملی چه شرایطی خواهد بود. چنین پیش‌بینی‌های ساده گاهی پیامدهای عظیمی برای کارگران بسیاری از زمینه‌ها دارد که بر این پیش‌بینی‌ها تکیه می‌کنند. هواشناسی تا حد زیادی درست است، اما گاهی اوقات اشتباه می شود و نشان می دهد که چقدر به درک آب و هوای اطراف خود وابسته هستیم. وقتی آنها اشتباه می کنند، به سادگی نشان می دهد که آب و هوا چقدر می تواند نامنظم باشد. با این حال، ابزارها و روش‌ها به طور فزاینده‌ای به سطح بالایی از دقت اشاره می‌کنند(2) .

مطالعه شهاب ها نیست. این نام ممکن است برخی را گیج کند زیرا منبع یکسانی دارند. اگرچه اصول مشابه هستند. هر دو از “بالا” آمده اند.

تاریخچه هواشناسی

در دوران باستان

هواشناسی یکی از قدیمی ترین علوم جوی است. دلیل خوبی برای این وجود دارد. مزارع در تمدن های اولیه نیاز به درک الگوهای آب و هوا برای اعمال کشاورزی باستانی خود داشتند . کشاورزان برای کاشت و برداشت به شرایط آب و هوایی مناسب وابسته بودند. جای تعجب نیست که اولین متون که تشکیل ابرها، فصول بارانی و دیگر فصول را توصیف می کنند و سعی می کنند آنها را برای اهداف آب و هوایی معنا کنند، به 3000 سال قبل از میلاد و دره سند، یکی از اولین تمدن های بشری مربوط می شوند (3) . آن سند اوپانیشادها نام دارد. اگرچه یک متن مقدس برای هندوها، جین ها و بودایی ها بود، مشاهدات آن در مورد سیستم های آب و هوایی کاملاً قابل توجه بود.

دانش مصر باستان از بسیاری جهات بی نظیر بود. سال آنها به سه فصل تقسیم شد – همه آنها بر رویدادهای هواشناسی متمرکز بودند. اولین دوره، دوره «طغیان» (سیل) رود نیل بود. آنها به این طغیان سالانه برای حدس و گمان در مورد فراوانی محصول در هنگام برداشت تکیه کردند. طغیان بسیار کم قحطی ایجاد کرد. بیش از حد منجر به سیل و شکست محصول شد. با این حال، آنها فرآیندهای هواشناسی را که باعث طغیان رود نیل شد، درک نکردند. آنها اهمیت تغییرات فصل را درک کردند، و شاخص هایی را بررسی کردند که ممکن است نشان دهد سیل یک سال معین چگونه ممکن است به نظر برسد – و به دنبال آن شاخص ها در پیش بینی میزان سیلاب شدن رود نیل بودند (4) .

شواهدی در سراسر جهان وجود دارد که تمدن های باستانی برای فصول و رویدادهای هواشناسی ارزش قائل بودند. برای مثال، رصدخانه مایاها در چیچن ایتزا، مکزیک، حرکت سیارات را زیر نظر داشت، اما شواهد نشان می‌دهد که این برنامه فصل‌های کشاورزی بود (5) . پره های بادی در بین النهرین باستان کشف شده اند (6) و تمدن های چین باستان سوابق هواشناسی را حفظ کرده اند (7). یک فیلسوف چینی بسیار متأخر به نام وانگ چونگ تعیین کرد که باران از ابرها می آید و نه به عنوان پدیده های خود به خودی. در بیشتر جاها، اغلب اوقات، اینها رویدادهای ماوراء طبیعی تلقی می شدند – خشم خدایان یا ارواح، یا در برخی موارد، جلب لطف آنها. حتی جوامع باستانی نیاز به باران برای محصولات را درک می کردند. در ابتدا با نظریه‌پردازی ایده تبخیر آب که ابرها را ایجاد می‌کردند، اکنون مشخص شده است که متفکران چینی قبل از زمان او این راه را می‌دانستند (13) .

یونان و روم باستان

نفوذ، نفوذ و قدرت دولت شهرهای یونان و امپراتوری های یونان در سراسر جهان مدیترانه و فراتر از آن گسترش یافت. بعدها، جمهوری روم و سپس امپراتوری بر بسیاری از این سرزمین و خیلی بیشتر تسلط یافتند. هیچ کدام نمی توانستند واقعاً نفوذ خود را بدون هواشناسی گسترش دهند.

در اوایل سال 600 قبل از میلاد، تالس از میلتوس پیش‌بینی‌هایی را برای برداشت محصول منتشر می‌کرد، معروف است که قبل از یک محصول سپر، یک دستگاه پرس زیتون می‌خرید. او بر حق بود و ثروت خود را به دست آورد (8) . ارسطو در کتاب هواشناسی (9) خود در مورد آب و هوا نوشت که اکنون اولین گزارش و توضیح واقعی سیستم های آب و هوا محسوب می شود. او مشاهدات زیادی انجام داد، اما فاقد روش علمی رایج امروزی برای پیش‌بینی دقیق بود. او به تالس از میلتوس برای این کار اعتبار می دهد و به نوبه خود الهام بخش بسیاری از هواشناسان باستانی بود، به ویژه شاگرد خود تئوفراستوس که اولین کتاب در مورد پیش بینی آب و هوا را منتشر کرد (10).. این کار به قدری دقیق و مهم بود که ثابت می کرد مفیدترین کتابی است که تا عصر روشنگری در این زمینه نوشته شده است.

آنچه واضح است این است که این جوامع باستانی برخی از شرایط اساسی را درک می کردند که می توانست به رفتارهای آب و هوایی و پدیده های هواشناسی اشاره کند. اما علاقه و پیشرفت یونان و روم در هواشناسی به موارد فوق ختم نشد. بعدها، ارشمیدس آنچه را که امروزه به عنوان شناوری و اصل هیدرواستاتیک می شناسیم، بررسی و درک کرد. آنها با هم نه تنها نحوه تشکیل ابرها را دیکته می کنند، بلکه با توجه به شرایط، کدام ابرها را تشکیل می دهند – و همه اینها بر اساس مشاهدات ساده از درک اولیه فیزیک بود. این یکی از اولین روش‌های پیش‌بینی آب و هوا بر اساس انواع ابرها بود (11) .

از آن زمان تا سال‌های بعدی جمهوری روم، تعداد کمی از شخصیت‌های مهم وجود دارد. تمدن پیشرفته آنها به اندازه کافی در مورد سیستم های آب و هوایی برای به کارگیری یک جغرافیدان امپراتوری درک داشت. یکی از جغرافی دانان مورد توجه پوپونیوس ملا بود که مناطق آب و هوایی و سیستم ها و الگوهای آب و هوایی مرتبط با آنها را مشاهده و توصیف کرد (12) . بعداً، این امر در پیش‌بینی الگوهای آب و هوایی محلی و درک شرایط مختلف مناطق مختلف اکولوژیکی بسیار مهم خواهد بود.

دنیای قرون وسطی

بسیاری از آنچه جهان باستان در مورد هواشناسی می فهمید، تحت تأثیر دانش باستانی است که قبلاً در شرق و غرب انباشته شده بود. چین و تمدن‌های دره سند تحت تأثیر آثار آنجا و با افزایش تماس با اروپای شرقی (طرف امپراتور روم که بعداً به نام بیزانس شناخته شد) ادامه یافت. در همین حال، در اروپای غربی، آثار دانشمندان باستانی تا رنسانس تا حد زیادی نادیده گرفته شده است. بیشتر کار در این دوره مشاهده ساده است. هیچ کار علمی اولیه اولیه هنوز در حال پیشرفت نیست. اما در خاورمیانه چیزی به نام انقلاب کشاورزی مسلمانان در حال وقوع است. تمدن های شرق و غرب را تحت تأثیر قرار خواهد داد و همه اینها به یک طبیعت دان بسیار اولیه به نام الدینواری برمی گردد (14) .

این دیدگاه طبیعی تری از جهان در رشد محصول و فصول سال ترویج کرد. الدینواری جزئیات زیادی در مورد مراحل ماه، باران، تغییرات فصلی ارائه کرد و – مسلماً برای اولین بار – پدیده‌های جوی نامنظم طبیعی از جمله طوفان، باد شدید، سیل، برف و سایر فرآیندهای طبیعی را که منجر به نوسانات رشد محصول می‌شوند، بررسی کرد. حتی قابل توجه تر، او یک طبیعت گرا در خاورمیانه حدود 800 سال قبل از تبدیل شدن به یک گرایش در جهان غرب بود. او تا حد زیادی به عنوان یکی از اولین بوم شناسان شناخته می شود (15). در حالی که بیشتر آثار در این دوره از خاورمیانه اسلامی بیرون آمدند، بسیاری از آنها بر اساس سنت‌های افرادی مانند ارسطو، ارشمیدس و جالینوس – فلسفه‌ها، پدیده‌های طبیعی و همچنین داروشناسی اولیه- ساخته شدند. برخی از این جنبه ها با هواشناسی مرتبط هستند.

این بدان معنا نیست که اروپا در این زمان بدون متفکران خود بود. راجر بیکن به عنوان یک معمای اولیه در نظر گرفته می شود و به اختراع روش تجربی نسبت داده می شود، اگرچه علم تا 450 تا 500 سال دیگر ارزش آن را نخواهد دید. برخی از باورهای او در مورد جهان بی‌معنا بودند، اما علاقه‌اش به فیزیک جو – حتی اگر نمی‌توانست آن‌ها را به‌طور طبیعی توضیح دهد، نقش کوچکی در هواشناسی داشت. او علاقه شدیدی به رنگین کمان و ظاهر آنها داشت، و اصرار داشت که آنها توسط نور منعکس شده ناشی از فرآیندهای طبیعی ایجاد می شوند (16) . بیکن بر اساس کار سنت آلبرت کبیر ساخته شد که خلقت آنها را ناشی از شکل یک قطره باران و توانایی آن در شکست نور است.

آنها می گویند تنها دو چیز در زندگی تضمین شده است: مرگ و مالیات. در کره، اختراع باران سنج در دهه 1440 نشان دهنده درک پیچیدگی بارندگی با کشاورزی است. این ابزار در درجه اول برای ارزیابی مالیات بر کشاورزان برای پادشاه سجونگ استفاده شد. اختراع پسرش – شاهزاده مونجونگ – بر اساس علاقه مادام العمر به هواشناسی و ارتباط خشکسالی و سیل با برداشت ضعیف بود (17) .

رنسانس تا روشنگری قرن ¹⁸

بیشتر محققان بین دوره قرون وسطی و رنسانس به پدیده های آب و هوایی علاقه مند بودند، اما اینها به مشاهداتی مانند توصیف کریستف کلمب از یک طوفان در اقیانوس اطلس مرکزی در طول سفر خود به قاره آمریکا ادامه می دهند. اما مانند بسیاری از چیزها، ما باید به برخی از بزرگترین ذهن های اروپای رنسانس نگاه کنیم. برخی استدلال می کنند که فروپاشی امپراتوری بیزانس در شرق منجر به سیل دانشمندان از شرق به غرب شد که باعث آغاز رنسانس و در نهایت روشنگری شد. یکی از بزرگ ترین نام های اروپا در این دوره گالیله گالیله بود. در سال 1607، اعتقاد بر این است که (اما تایید نشده) چیزی به نام ترموسکوپ ساخته است (18).. این دستگاه ساده ای است که تغییرات دما را ثبت می کند، بسیار شبیه دماسنج مدرن اما بسیار ساده تر، و تا مدت ها بعد هیچ درجه بندی (فارنهایت، سلسیوس، کلوین) وجود نداشت. صرف نظر از اینکه چه کسی آن را اختراع کرده است، نشان دهنده تغییر در تفکر است. تا آن زمان گرما و سرما به عنوان نوسانات طبیعی عناصر در نظر گرفته می شد.

اما تولد هواشناسی مدرن، همانطور که بسیاری از علوم انجام می دهند، در کتاب روشنگری آغاز می شود – زمانی که پیشرفت های عظیم در علوم دانش و آموزش را بهبود بخشید. نام‌های معمول پس از گالیله مطرح می‌شوند. یوهانس کپلر، ستاره شناس معروف اولیه، رساله ای درباره بلورهای برف نوشت. کمی بعد، رنه دکارت مورفولوژی دانه های برف را تعریف کرد (19) . اولین بارومتر قبل از سال 1650 (20) دنبال می شود – و مانند مدل های مدرن از جیوه برای ثبت تغییرات دما استفاده می کرد. اواخر ^قرن هفدهم شاهد انفجاری در علم بود. ستاره شناس دیگری به نام ادموند هالی که دنباله دار هالی به نام او نامگذاری شده است، اولین پیش بینی های سیستم های بادی منطقه ای را با ارائه نظریه بادهای تجاری، مطالعه فرآیندهایی که موسمی ها را تشکیل می دهند، ابداع کرد (21).. از آنجا، علم جوان به طور کامل به شرایط آب و هوایی محلی توجه نکرد و شروع به بررسی فرآیندهای مقیاس بزرگی کرد که سیستم های آب و هوا را آگاه می کند. محاسبات او، اگرچه بهبود یافته است، اما امروزه اساس الگوهای آب و هوایی مبتنی بر باد در مقیاس بزرگ را تشکیل می دهد. نام‌های دیگر این دوره گابریل فارنهایت و آندرس سلسیوس هستند که دو مقیاس درجه حرارت رایج‌ترین آنها نامگذاری شده‌اند.

^قرن نوزدهم _

بر اساس مقیاس دما، سیستم هایی برای تعیین سرعت باد (مقیاس بوفور) به اجرا درآمدند. هنوز هم امروزه توسط تمام دفاتر اصلی پیش بینی آب و هوا استفاده می شود (22) . و در سال 1817، اولین نقشه دمای جهانی توسط دانشمند پروسی الکساندر فون هومبولت (23) منتشر شد. این اولین گزارش اقلیمی در نظر گرفته می‌شود و علایق او در فشار، دما، جریان‌ها، مغناطیس اساس هواشناسی مدرن را تشکیل می‌دهد، اما همچنین یک مطالعه جدید جوی را تشکیل می‌دهد که در نهایت منجر به علم آب و هوا می‌شود (23) . اندکی بعد، اولین نقشه کشیگزارش های آب و هوا (نقشه های آب و هوا) ظاهر می شود. این اختراع دانشمند آلمانی دیگری به نام هاینریش ویلهلم براندز بود. امروزه، او به عنوان بنیانگذار هواشناسی سینوپتیک شناخته می شود، مقیاسی که امروزه هنوز از آن استفاده می کنیم. هنگام مشاهده گزارش آب و هوا، مقیاس خطوطی که بر روی نقشه ظاهر می شود، فشار هوا را نشان می دهد. این مقیاس سینوپتیک (24) است و الگوهای آب و هوایی در مقیاس بزرگ را پیش‌بینی می‌کند.

نام دیگری که برای هواشناسان آشناست باید گاسپارد-گوستاو کوریولیس باشد، هرچند که او در حرفه هواشناس نبود. او در طول انقلاب صنعتی کار کرد و این نظریه را مطرح کرد که چگونه می توان قطعات گردان ماشین آلات جدید را برای کارایی بیشتر طراحی کرد. محصول جانبی غیرمنتظره این مهندسی نظری زمانی در هواشناسی به وجود آمد که معاصران او متوجه شدند که نظریه او بر روی سیستم های آب و هوایی در مناطق وسیع بر اساس چرخش سیاره و لرزش در طول فصول اعمال می شود. در حال حاضر، این سیستم به نام او به عنوان “اثر کوریولیس” (25) نامگذاری شده است .

اواخر ^قرن نوزدهم آغاز تأسیس اکثر خدمات هواشناسی پس از اولین کنفرانس بین المللی هواشناسی جهان در سال 1853 بود. در آغاز ^قرن بیستم، اکثر کشورهای جهان توسعه یافته جامعه ای داشتند که به مطالعه الگوهای آب و هوا اختصاص داشت. و شرایط آب و هوایی محلی اداره هواشناسی بریتانیا اولین اداره هواشناسی در سال 1854 بود. اداره هواشناسی ایالات متحده در سال 1890 به عنوان بخشی از وزارت کشاورزی شروع به کار کرد. سازمان های بین المللی به سرعت با تشکیل سازمان بین المللی هواشناسی در وین در سال 1873 شکل گرفتند.

هواشناسی در قرون 20 ^و 21 ^و پس از آن

^قرن بیستم به گسترش علم ادامه داد. تغییرات در فن آوری شامل طلوع رادیو بود. این برای انتقال پیش بینی های عمومی آب و هوا و هشدارهای آب و هوا برای رویدادهای شدید آب و هوا مفید بود و به همه اجازه می داد از آن بهره مند شوند. بعدها، تله متری قادر خواهد بود اطلاعات را فوراً از ایستگاه های هواشناسی مختلف به تعداد فزاینده ای از رسانه ها منتقل کند. همچنین، برای اولین بار، اصول ریاضی شروع به اعمال در هواشناسی کردند (26) و پیش بینی را در پیش بینی بهبود بخشید، اگرچه نظریه آشوب که بعداً ماهیت نامنظم آب و هوا را پشتیبانی کرد، تا دهه 1960 وارد نشد. این برای فشار به سمت کشاورزی فشرده در جهان توسعه یافته ضروری شد تا کارگران کشاورزی بتوانند اقدامات مناسب را برای کار خود انجام دهند.

برخی از فن آوری های جنگ نیز مفید بودند. به عنوان مثال، رادار به خلبانان نیروی هوایی سلطنتی اجازه می داد در طول حملات بمباران در قاره اروپا و شناسایی هواپیماهای دشمن در شب پرواز کنند، اما هواشناسان به سرعت دریافتند که در الگوهای آب و هوایی کاربرد دارد (27) . تصاویر ماهواره‌ای نیز زندگی خود را در سال‌های پس از جنگ تا دهه 1970 آغاز کرد. امروزه ماهواره ها تا دومین عکس عکاسی از سیستم های آب و هوا را ارائه می دهند که امکان تغییر پیش بینی بر اساس نوسانات گاه بی نظم جبهه های آب و هوا را فراهم می کند. یک جنبش رو به رشد زیست محیطی در اواخر قرن ^نوزدهم و اوایل ^قرن بیستم در دهه 1960 به اوج خود رسید. اکنون می دانیم که تغییرات آب و هوا منجر به آب و هوای نامنظم و شدید می شود (28). این زمانی بود که محققان شروع به درک پتانسیل تغییر کل اکوسیستم ها و منجر به تغییرات اکولوژیکی طولانی مدت کردند.

درک مدرن ما از الگوهای آب و هوا و تغییرات منطقه ای مبتنی بر برخی از بهترین ابزارهایی است که در حال حاضر در دسترس ما است. نقشه‌برداری دیجیتالی در قالب سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS) و رادار مدرن فقط وضعیت هوای فردا را پیش‌بینی نمی‌کند، بلکه به ما امکان می‌دهد تا سیستم‌های آب‌وهوا را در حین وقوع آنها بررسی کنیم. این امر به ادارات هواشناسی در سراسر جهان اجازه می دهد تا وضعیت متغیر سیستم های آب و هوای نامنظم را ارائه دهند و توصیه های ایمنی را ارائه دهند (1) . در قرن بیست و ^یکم با آب و هوای شدید که احتمالاً با تغییرات آب و هوایی تشدید شده است، اهمیت آنها بسیار فراتر از وضعیت آب و هوای فردا است.

کاربردهای هواشناسی

پیش بینی آب و هوا

بارزترین چهره عمومی علم هواشناسی در پیش بینی آب و هوا است. هر بار که اخبار را روشن می کنیم تا بفهمیم حال و هوای محلی ما امروز یا چند روز آینده چگونه خواهد بود، از یکی از رایج ترین کاربردهای هواشناسی استفاده می کنیم. روش‌ها و ابزارهای علمی بسیاری را در تلاش برای پیش‌بینی وضعیت آب و هوا در یک ساعت، یک روز یا یک هفته دیگر، از طریق شاخص‌های جوی به کار می‌گیرد. هرچه در آینده جلوتر برویم، شرایط نامنظم تر و کمتر قابل پیش بینی می شود.

هواشناسانی که در این زمینه کار می کنند داده های کمی (اطلاعات ریاضی و آمار) را در مورد اطلاعاتی مانند فشار هوا، آب و هوای فعلی، باد در سطوح مختلف جو جمع آوری می کنند تا مدل های پیش بینی را بر اساس شناخت الگوهای گذشته، کاهش تعصب مدل ایجاد کنند. مردم آب و هوا اغلب به دلیل چیزی به نام «نظریه آشوب» (مفهومی که شرایط می‌تواند به شدت بر اساس نوسانات جزئی در شرایط تغییر کند) پیش‌بینی اشتباه می‌کنند (29) . فیزیک نیوتنی زمانی مشخص کرد که سیستم‌ها پایدار هستند، اما انیشتین تشخیص داد که آنها نامنظم، غیرقابل پیش‌بینی (تا حدی) و تحت تأثیرات خارجی بر اساس تغییرات جزئی هستند. امروزه مدل های متعددی برای افزایش دقت استفاده می شود و فرآیندهای محاسباتی فوق سریع می توانند تغییرات لحظه به لحظه را برجسته کنند.

ما به هشدارهای آب و هوا – در مورد گردبادها، طوفان ها، سیل، باران و برف شدید و غیره برای توصیه های ایمنی، محافظت از جان و خانه هایمان نیز تکیه می کنیم.

تجارت کالا

شاید یکی از شگفت‌انگیزترین روش‌هایی که هواشناسی در آن اعمال می‌شود، در تجارت کالاها باشد. تجارت سهام و سهام یکی از زمینه های شغلی هواشناسان است، به ویژه هنگامی که با محصولات کالایی مانند قهوه (متأثر از شرایط نامساعد جوی) و سوخت (ما در زمستان های غیرمعمول سرد بیشتر استفاده می کنیم) سروکار دارند (30). این سازمان‌ها بر اساس پیش‌بینی طولانی‌مدت آب‌وهوا و اینکه برداشت محصول در یک سال خاص چگونه خواهد بود، تجارت می‌کنند. Thales of Miletus (که قبلاً در مقاله مورد بحث قرار گرفت) شاید اولین کسی بود که این کار را انجام داد، زمانی که او پیش‌بینی کرد که زیتون‌ها یک محصول بامزه را پیش‌بینی کرد، یک دستگاه پرس خرید و در این فرآیند پول زیادی به دست آورد. این یک علم غیردقیق است، زیرا شرایط آب و هوایی که برای یک محصول باعث افزایش برداشت می شود ممکن است برای محصول دیگر مخرب باشد. مثال‌های زیادی وجود دارد که چگونه هواشناسی فرصت‌هایی برای کسب درآمد به دلالان ارائه کرده است.

حتی مشاغل کوچکتر مانند خرده فروشان لباس و رستوران ها از داده های متخصصان داده های هواشناسی استفاده می کنند. تبلیغات هدفمند قرار است در زمان‌های خاصی مانند آگهی‌های تبلیغاتی برای لباس‌های آب‌وهوای مرطوب در هوای مرطوب و کرم‌های ضد آفتاب در هوای غیرمعمول گرم منتشر شود، نه فقط بر اساس روندهای معمول فصلی.

هواشناسی هوانوردی

این بخش از هواشناسی به پروازهای نظامی و تجاری و شرایط آب و هوایی در سطوح بالای جو می پردازد. حتی زمانی که آب و هوا در سطح زمین خوب است، به این معنی نیست که شرایط یکسان در 30000 فوت اعمال می شود. هواشناسی هوانوردی علمی کاربردی است که ترافیک هوایی را دیکته می کند – آیا یک مسیر ایمن یا خطرناک است، در چه زمان هایی و آیا اصلاً می توان پرواز انجام داد (31) . آنها داده های مربوط به بادهای سر و دم، تغییرات دما، تجمع یخ (که می تواند به عملکرد هواپیما آسیب برساند) و تغییرات روی زمین، تغییرات فشار هوا در سراسر جهان و از طریق جو، دید و سیستم های مشاوره شرایط محلی برای خلبانان منتشر خواهند کرد. آنها می توانند تعیین کنند که چه زمانی برخاستن یا فرود ناامن است (و فرودگاه های جایگزین مانند فوران ایسلندی را پیدا کنند.آتشفشانی که باعث ویرانی در سراسر آمریکای شمالی و اروپا می شود (32) .

هواشناسی کشاورزی

تعداد کمی از صنایع و حوزه های زندگی ما به اندازه کشاورزی به تغییرات شرایط آب و هوایی وابسته هستند. محصولات زراعی برای غذا و پوشاک برای زندگی و تجارت ضروری است، و برای کسانی که محصولات کشاورزی می‌کنند – نه فقط غذا، بلکه محصولاتی مانند پنبه و قهوه – امرار معاش می‌کنند. هواشناسی تعیین می کند که کشاورزان چه زمانی بکارند، چه زمانی درو کنند و چه اقداماتی را برای محافظت از محصولات در برابر آب و هوای نامنظم باید انجام دهند. آنها ممکن است نیاز به کاهش سیل یا مدیریت موثر آب در طول خشکسالی داشته باشند تا از شکست محصول محافظت کنند.

در طول فصل از کاشت تا برداشت، کشاورزان و کارگران کشاورزی باید مدیریت و نظارت مناسب بر محصولات کشاورزی داشته باشند. این به معنای آبیاری یا زهکشی مؤثر است، اما همچنین شامل اطمینان از باقی ماندن مواد مغذی مناسب در خاک برای محصول و فصل است، اما همچنین بر اساس پیش‌بینی عملکرد محصول بر اساس شرایط آب و هوایی و سرعت واکنش آنها به الگوهای تغییر است (33) . هواشناسی فقط برای مدیریت محصولات زراعی کاربرد ندارد. مدیریت دام برای تولید شیر به شرایط آب و هوایی نیز بستگی دارد. در نهایت، برخی از هواشناسی کشاورزی به عنوان یک علم کاربردی برای تعیین روابط بین یک محیط محلی، محصولات، انواع خاک، مشخصات خاک، و درک اینکه کدام محصولات می توانند و نمی توانند در انواع خاصی از خاک رشد کنند، استفاده می کنند.

هواشناسی محیطی

هواشناسی محیطی به مطالعه آلودگی و اثرات آن بر اقلیم به عنوان یک تحمیل الگوهای آب و هوایی محلی، منطقه ای و ملی می پردازد. این به جنبه هایی مانند تغییرات دما، تراکم بخار آب (رطوبت)، سرعت و شدت باد، و بسیاری از شرایط و پدیده های آب و هوایی دیگر نگاه می کند. همچنین به فیزیک فرآیندهای هواشناسی فرآیندهای صوتی، الکتریکی، نوری و ترمودینامیکی جو نگاه خواهد کرد. تشکیل ابر، بارش، شرایط آب و هوایی و بسیاری موارد دیگر. به جای نگاه کردن فقط به شرایط آب و هوایی ناشی از هواشناسی، تأثیرات بالقوه شرایط آب و هوایی بر محیط زیست و اقلیم را نیز بررسی می کند. آب و هوای شدید می تواند یک منظره را به طور قابل توجهی تغییر دهد و در نتیجه الگوهای آب و هوا را تغییر دهد. مدل سازی بلند مدت و در مقیاس بزرگ،(34) .

آب و هواشناسی

این زیربخش هواشناسی است که با علم هیدرولوژی ترکیب می شود و چگونگی انتقال آب از خشکی (تبخیر) و سطوح پایین جو را بررسی می کند. این به بررسی تشکیل ابرها و فرآیندهایی می‌پردازد که منجر به پدیده‌های طبیعی مبتنی بر آب می‌شود، اما همچنین خطرات آبی مانند سیل و طوفان‌های استوایی را پیش‌بینی، پروژه و مطالعه می‌کند، بلکه اثرات خشکسالی و بیابان‌زایی زمین را نیز بررسی می‌کند – همه این موارد مربوط به بارش و هیدرولوژی است. . برنامه های رایج در پشت این شاخه عبارتند از “بودجه آب” (35)– حساب کلیه آبهای انتقالی به داخل یا خارج از دارایی آبی. خیلی زیاد و سیل خواهد آمد، خیلی کم و خشکسالی در پی خواهد داشت. کارشناسان آب و هوا نیز تغییرات، کمیت، شدت و توزیع بارندگی را بررسی می کنند. بررسی طوفان های برفی نیز در حیطه اختیارات آب و هواشناسی قرار دارد

این چند رشته ای است و از ریاضیات کاربردی، آمار و همچنین مدل سازی داده های کامپیوتری استفاده می کند . برخی از پروژه‌ها مانند DRIHM با هدف استفاده از داده‌های بزرگ و روش‌شناسی گسترده برای بهبود پیش‌بینی آب‌وهواشناسی برای آینده (36) و کاهش اثرات آب‌وهوای شدید، به مشکلات مربوط به رویکرد بین رشته‌ای و فقدان تخصص گسترده پرداخته‌اند. این پروژه اتحادیه اروپا در سال 2015 به پایان رسید، اما نتایج آن برای دهه های آینده مفید خواهد بود.

هواشناسی سینوپتیک

همانطور که در بالا توضیح داده شد، مقیاس سینوپتیک مجموعه خطوطی است که در نقشه پیش بینی آب و هوا می بینیم. مانند خطوط کانتور روی نقشه، میزان نزدیکی یا دوری آنها از هم، الگوی آب و هوا را تعیین می کند. در کارتوگرافی، این خطوط نشان دهنده شیب ارتفاع است. در هواشناسی، آنها هدف مشابهی را دنبال می کنند – نشان دهنده چگالی. هواشناسی سینوپتیک به بررسی سیستم های آب و هوایی در مقیاس بزرگ و تأثیر آنها بر مناطق بزرگتر می پردازد (24). به سیستم‌هایی که برای ایجاد طوفان‌ها و طوفان‌ها تشکیل می‌شوند، از جمله جبهه‌های آب‌وهوا، جهت‌های آنها و جریان‌های جت نگاه می‌کند. شرایط باید از جهات و منابع مختلف مناسب باشد تا مشخص شود آیا یک سیستم آب و هوایی خاص توسعه خواهد یافت یا خیر. ساختارهای جو و رفتارهای آن را در تلاش برای پیش‌بینی سیستم‌ها بررسی می‌کند. پیش‌بینی آب و هوا باید به شرایط فراتر از محدوده مورد مطالعه نگاه کند تا بفهمد آب و هوا ممکن است در یک منطقه خاص چگونه باشد. بنابراین، هواشناسی سینوپتیک، دیدگاه گسترده تری دارد.

دریانوردی / هواشناسی دریایی

جایی که شرایط روی زمین برای کارگران کشاورزی حیاتی است، کسانی که در دریا کار می کنند – ماهیگیری صنعتیسکوهای نفت و گاز، نیروی دریایی ارتش، کشتیرانی تجاری، همگی به اطلاعات به روز در مورد شرایط آب و هوایی که در آن هستند یا قرار است در کجا عملیات را دیکته کنند، نیاز دارند. آنها باید برای جلوگیری یا کاهش اثرات آب و هوای شدید در دریا، مانند طوفان ها و طوفان ها، طوفان ها، کوه های یخ، جریان جت و بسیاری موارد دیگر اقدام کنند. برای ماهیگیری تجاری، مشکلات می تواند فراتر از اجتناب از طوفان های وحشتناک به نام ایمنی باشد. تصمیمات تجاری باید همزمان با تغییرات سیستم های آب و هوای دریا و آب شیرین گرفته شود. حتی پس از سپری شدن این شرایط، ذخایر ماهی ممکن است بیشتر یا کمتر از قبل از طوفان باشد. چنین اطلاعاتی همچنین برای فعالیت های تفریحی قایق و حمل و نقل عمومی در سراسر آب مورد نیاز است (37). این اطلاعات فقط برای افرادی که در دریا کار می کنند مفید نیست. بسیاری از جبهه های آب و هوایی در اقیانوس ایجاد می شوند و سپس به خشکی برخورد می کنند که بر فعالیت های ساحل تأثیر می گذارد.

هواشناسی نظامی

نیروهای مسلح در سراسر جهان برای برنامه ریزی عملیات نظامی و تمرینات آموزشی به شدت به شرایط آب و هوایی و پیش بینی های هواشناسی متکی هستند. برخی از بزرگترین ناراحتی ها در تاریخ نظامی ناشی از شرایط نامساعد آب و هوایی است. در جنگ جهانی دوم، نیروهای رژیم نازی توسط زمستان روسی در حال پیشروی در استالینگراد عقب نشستند. یک قرن قبل، ناپلئون نیز همین مشکل را داشت. حمله پیشنهادی ناوگان اسپانیایی به انگلستان در سال 1588 به دلیل طوفان در کانال شکست خورد – حمله جولیوس سزار به بریتانیا نیز همینطور. از طرف دیگر، فرودهای D-Day در فرانسه در طول جنگ جهانی دوم به دقت برنامه ریزی و پس از بررسی طولانی شرایط آب و هوایی در کانال انگلیسی انجام شد. در ابتدا برای 5 ژوئن تنظیم شده ^است1944، فرماندهان به دلیل هشدارهای هواشناسی هواشناسان به تعویق افتادند. در زمان تعویق، هوا آرام بود، اما در زمان پیشنهادی اولیه برای پرتاب ماموریت بد شد (38) . مهم نیست که چقدر نیروها به خوبی آموزش دیده باشند، فرماندهان نظامی در سراسر جهان تأثیری که شرایط آب و هوایی می تواند داشته باشد را دست کم نمی گیرند (39) .

هواشناسی هسته ای

چگونه ذرات رادیواکتیو موجود در جو را شناسایی کنیم؟ چگونه تأثیر آنها را بر محیط زیست تعیین کنیم؟ تابش یک پدیده طبیعی است. ^این بخش جوان هواشناسی در طول قرن های 19 و 20 به وجود آمد، ^زیرا بشریت شروع به درک امواج تشعشعی، منابع و اثرات آنها و البته نتایج آزمایش های هسته ای از دهه 1930 کرد. هواشناسی هسته ای توزیع گازهای رادیواکتیو و ذرات معلق در هوا را بررسی می کند. آنها در تاسیسات تولید انرژی هسته ای حضور دارند و رآکتورها را برای نشت رادیولوژی نظارت می کنند و اثرات آن را بر محیط زیست پیش بینی می کنند (40). آنها برای اطمینان از انطباق با محیط زیست در هر تأسیساتی که از فناوری هسته ای استفاده می شود، کار می کنند. بیشتر از همه، آنها توزیع آلودگی را با بررسی جریان هوا و تلاطم و پیش‌بینی محل انتشار مواد نظارت می‌کنند. آنها برای بررسی گسترش مواد هسته‌ای پس از فروپاشی چرنوبیل و انتقال گزارش‌ها به دولت‌های اروپایی درباره این فاجعه ضروری بودند (41) .

انرژی تجدید پذیر

با تمام شدن ذخایر سوخت فسیلی، جهان می تواند انتظار داشته باشد که به طور فزاینده ای به سمت انرژی های تجدیدپذیر حرکت کند. در سال 2018، این یک منطقه رشد است، اما راه طولانی برای رسیدن به مصرف انرژی معمولی در پیش دارد. بیشتر منابع انرژی تجدیدپذیر به شدت به شرایط آب و هوایی وابسته هستند. در برخی موارد، حتی قبل از برنامه ریزی و ساخت منابع شروع می شود. مزارع بادی باید در مناطقی قرار گیرند که با بادهای شدید مواجه می شوند. مزارع خورشیدیباید به مناطقی بروید که آفتاب زیادی دارند. برق آبی به منابع آبی منظم، پایدار و قابل پیش بینی نیاز دارد. هواشناسان تاریخچه سیستم آب و هوای محلی را برای تعیین بهترین مکان‌ها بررسی می‌کنند. آنها همچنین باید عجیب و غریب، نامنظم و تغییرات آب و هوا را در نظر بگیرند. هوای آرام ظرفیت توربین‌های بادی را کاهش می‌دهد، هوای ابری، سرد و مرطوب اثربخشی پنل‌های خورشیدی را کاهش می‌دهد و خشکسالی اثربخشی سیستم‌های برق آبی را کاهش می‌دهد. سوخت زیستی مانند علف فیل به آب و هوا و شرایط آب و هوایی مناسب برای یک محصول پایدار و بهره وری طولانی مدت نیاز دارد (42). در شرایط آب و هوایی سرد که تقاضا زیاد است، بسته به روش های مورد استفاده، پتانسیل پایین بودن تولید وجود دارد. در نهایت، اشتباهات در پیش‌بینی می‌تواند منجر به کاهش دسترسی و از دست دادن پول برای تولیدکنندگان شود. بنابراین، برنامه ریزی و توسعه انرژی های تجدیدپذیر برای انرژی های تجدیدپذیر در هر مرحله اساسی است و خواهد ماند.

مدیریت آب و هوای شدید و بلایای طبیعی

آب و هوای شدید یک واقعیت زندگی است. خشکسالی و آتش سوزی جنگل های کالیفرنیا همچنان سال به سال گسترش می یابد (43). طوفان هایی مانند کاترینا باعث بادهای شدید و سیل در مراکز شهری می شود. در سال 2017، هیچ کشوری در داخل مرزهای خود از بلایای طبیعی دست نخورده نبود. هواشناسی در بررسی و برنامه ریزی گسترش هوای شدید از قبل و ارائه توصیه های قبل از وقوع آن مفید است، علم در حین و پس از آن به همان اندازه مهم است. سازمان‌های امدادرسانی در بلایای طبیعی مانند FEMA باید هنگام برنامه‌ریزی تلاش‌های امدادی، شرایط آب و هوایی را درک کنند. مانند هواشناسی نظامی در بالا، آب و هوا به تنهایی می تواند تفاوت بین موفقیت و شکست باشد. زمانی که شرایط آب و هوایی بخشی از برنامه با استراتژی امداد رسانی در بلایا باشد، متخصصان می‌توانند در جایی که می‌توانند کمک‌رسانی کنند و این کار را با خیال راحت انجام دهند بدون اینکه جان گیرندگان یا جان خود را به خطر بیندازند.

روشهای هواشناسی

پیش بینی پایداری

این ساده ترین روش برای استفاده است و بسیار مفید است (44) . با این فرض شروع می شود که شرایط فعلی تغییر نخواهد کرد. بر اساس انتظارات و میانگین فصلی، هوای فردا تقریباً مانند امروز خواهد بود. این در مناطقی که آب و هوا فرار نیست یا به آرامی تغییر می کند بهترین کار را دارد. کالیفرنیای جنوبی مثال خوبی برای این موضوع است که در آن شرایط به ندرت تغییر می کند و تغییرات فصلی کمتر فرار و افزایشی است و تغییرات کمی در روز به روز قابل توجه است. برای پیش‌بینی کوتاه‌مدت ایده‌آل است، محدودیت‌های آن معمولاً زمانی آشکار می‌شوند که جبهه‌های آب‌وهوای غیرمعمول وارد می‌شوند. به‌خصوص برای پیش‌بینی دوربرد مفید نیست.

پیش بینی روندها

روش پیش‌بینی روند، جهت و سرعت جبهه‌های آب و هوا، میله‌های فشار، و تجمع ابر و بارش را بررسی می‌کند (45) . از این داده ها برای پیش بینی وضعیت آب و هوا در یک منطقه خاص در چند ساعت یا چند روز بر اساس وضعیت فعلی در جاهای دیگر استفاده می شود. این متکی به درک شرایطی است که باعث تشدید یا از بین رفتن یک وضعیت با پیشرفت می شود. این به بهترین وجه برای پیش بینی جبهه باران استفاده می شود. آنها عناصری مانند سرعت باد را برای پیش بینی زمان رسیدن آنها بررسی می کنند. آب و هوا نسبتاً قابل پیش بینی است، اما بر اساس ماهیت آشفته شکل گیری جبهه های جدید و دیگر فشارها، می تواند در معرض نوسان باشد.

پیش بینی عددی آب و هوا

یکی از جدیدترین پیشرفت‌ها، این است که از ریاضی کاربردی برای تعریف شرایط، الگوها و روند آب و هوا استفاده می‌کند. امروزه سازمان‌های هواشناسی از مدل‌سازی رایانه‌ای روی سیستم‌های رایانه‌ای قدرتمند استفاده می‌کنند تا تعداد زیادی پیش‌بینی در مورد انواع شرایط جوی به دست آورند (46).. سپس از این داده‌های سخت برای پیش‌بینی شرایط آب و هوایی بالقوه کوتاه‌مدت و بلندمدت و کوتاه‌مدت و بلندمدت استفاده می‌شود. این ابررایانه ها در هر ثانیه هزاران محاسبات را پردازش می کنند تا پیش بینی های لحظه ای را ارائه دهند. آنها همیشه درست نیستند، اما پیش بینی های آب و هوا اغلب به لطف این پیش بینی های رایانه ای درست است. اغلب، خطاها ناشی از خطای انسانی در ورودی، داده های ناکافی و ماهیت آشفته شرایط آب و هوایی کنونی است. هنگامی که معادلات خطا دارند، نتایج نیز اشتباه خواهند بود. از دیگر مشکلات این روش می توان به کمبود داده از محیط های شدید اشاره کرد. اغلب به‌دست آوردن داده‌ها از وسط اقیانوس و بالای کوه‌ها دشوار است، اما تصاویر ماهواره‌ای می‌توانند برخی از این مشکلات را کاهش دهند.

پیش بینی روش آنالوگ

این یک روش مقایسه است. از بسیاری جهات، برعکس پیش بینی پایداری است و برای برخی از انواع آب و هوا بیشتر از سایرین کار می کند – به ویژه در جاهایی که آب و هوای نامنظم رایج است. پیش‌بینی‌کنندگان به تاریخی در گذشته (معمولاً در همان فصل) نگاه می‌کنند تا بر اساس تجربیات گذشته پیش‌بینی کنند که فردا چگونه خواهد بود. فرض بر این است که تغییر در الگوی آب و هوا منعکس کننده تغییرات گذشته خواهد بود (46). اگر امروز هوا گرم است اما جهت باد تغییر می کند یا جبهه سردی به سمت شما می رود، به جای اینکه فرض کنیم هوا گرم خواهد بود، پیش بینی ها به دنبال موقعیت هایی در گذشته می گردند که در آن اتفاق مشابهی رخ داده است و سعی می کنند وضعیت هوا را پیش بینی کنند. ممکن است تغییر کند این می تواند در پیش بینی طوفان ها و دیگر جبهه های شدید آب و هوایی به خوبی کار کند. مشکلات خود را دارد، بیشتر به این دلیل که بر یکنواختی تکیه دارد. اگر آب و هوا چیزی را ثابت کرده باشد، به ندرت یکنواخت است.

روش های مبتنی بر آب و هوا

درک ما از پدیده های هواشناسی اکنون دارای یک متغیر جدید است: تغییرات آب و هوا (46). ما می دانیم که شرایط آب و هوا در سطح جهان بر اساس انتشار کربن در حال تغییر است. این قابل درک است که گرم شدن آب و هوا منجر به گرم شدن یکنواخت در همه جا نخواهد شد. برخی گرم تر و مرطوب تر، برخی گرم تر و خشک تر خواهند شد. برخی از آنها کاهش جریان جت اقیانوسی خود را تجربه می کنند و خنک شدن را تجربه می کنند – هوای سردتر و مرطوب تر. تغییرات آب و هوایی جهانی نه تنها شرایط آب و هوایی، بلکه قوانین منطقه ای را نیز تغییر می دهد. آب و هوای نامنظم رایج خواهد شد و سیستم هایی که برای تعیین الگوهای آب و هوا به آنها تکیه کرده ایم ممکن است تقریباً بی فایده شوند. با تغییر اقلیم، هواشناسان برای درک وضعیت آب و هوای امروز یا فردا یا پیش‌بینی پیش‌بینی‌های بلندمدت برای تحولات آینده، باید میانگین‌های فصلی را در طول سالیان متمادی دریافت کنند. این نیز می تواند اطلاع رسانی علوم پزشکی و گسترشاپیدمی ها (47) .

منابع

1. https://www.metoffice.gov.uk/about-us/what/what-is-meteorology
2. https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/when-the-weather-forecast-is-wrong-don-t-shoot-the-messenger/
3. https://www.imd.gov.in/pages/about_history.php
4. https://sciencing.com/did-ancient-egyptian-farmers-nile-flooded-18466.html
5. https://www.nasa.gov/audience/foreducators/5-8/features/F_Traditions_of_the_Sun.html
6. https://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/1520-0477%281983%29064%3C1141%3AWVIAMA%3E2.0.CO%3B2
7. https://journals.ametsoc.org/view/journals/bams/60/4/1520-0477_1979_060_0313_mrfaco_2_0_co_2.xml
8. https://serious-science.org/greek-and-roman-meteorology-8624
9. https://ebooks.adelaide.edu.au/a/aristotle/meteorology/
10. https://rammb.cira.colostate.edu/dev/hillger/ancient.htm#biruni
11. https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/WindTunnel/Activities/buoy_Archimedes.html
12. https://www.iep.utm.edu/wangchon/
13. https://www.ishim.net/ishimj/2/03.pdf
14. https://sites.utexas.edu/butzer/files/2017/07/Butzer-1994-IslamicTradiationAgeroecolog-1.pdf
15. https://www.jstor.org/stable/227962?seq=1#page_scan_tab_contents
16. https://galileo.rice.edu/sci/instruments/thermometer.html
17. https://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/earlyobs/earlyobs.htm
18. https://www.physiology.org/doi/full/10.1152/physiol.00053.2012
19. https://www.caltech.edu/news/caltech-scientists-offer-new-explanation-monsoon-development-1449
20. https://www.weather.gov/mfl/beaufort
21. https://libweb5.princeton.edu/visual_materials/maps/websites/thematic-maps/humboldt/humboldt.html
22. https://www.weather.gov/jetstream/synoptic_intro
23. https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/coriolis-effect/
24. https://earthobservatory.nasa.gov/Features/Bjerknes/bjerknes_2.php
25. https://www.physics.uwo.ca/~whocking/p103/radar.html
26. https://www.scientificamerican.com/article/climate-change-and-extreme-weather/
27. https://fractalfoundation.org/resources/what-is-chaos-theory/
28. https://www.inc.com/articles/201103/outsmarting-mother-nature-and-targeting-consumers.html
29. https://www.eurocontrol.int/met
30. https://volcanoes.usgs.gov/volcanic_ash/ash_clouds_air_routes_eyjafjallajokull.html
31. https://www.michigan.gov/documents/deq/wrd-water-budget_565040_7.pdf
32. https://www.drihm.eu/
33. https://www.accessscience.com/content/maritime-meteorology/407010
34. https://www.metoffice.gov.uk/news/in-depth/d-day-70th-anniversary
35. https://www.irsn.fr/EN/publications/thematic-safety/chernobyl/Pages/The-Chernobyl-Plume.aspx
36. https://rmets.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/wea.2066
37. https://ane4bf-datap1.s3-eu-west-1.amazonaws.com/wmocms/s3fs-public/programme/brochure/DRRRoadmap.pdf?02bPNJK9PBExfsfOvqDopUwM_UCeG4UC
38. https://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/fcst/mth/prst.rxml
39. https://www.icao.int/safety/meteorology/amofsg/AMOFSG%20Meeting%20Material/SN%2021%20Binder1.pdf
40. https://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/fcst/mth/oth.rxml
41. https://journals.plos.org/plosntds/article?id=10.1371/journal.pntd.0001470