اختصاصي أرصاد جوية يجمع المعلومات من مصادر مختلفة، تشمل خرائط مثل خريطة رادار الطقس التي تظهر على الشاشة، وصور الأقمار الصناعية التي تظهر على اللوح في أعلى الصورة، وهذه المعلومات تجعل من الممكن توقع التغيرات المحتملة في الأحوال الجوية المحلية.
الطَّـقْـس حالة الهواء الذي يحيط بالأرض. وقد يكون الطقس حاراً أو باردًا، غائمًا أو صافيًا، عاصِفًا أو هادئًا، وقد يجلب الصقيع، أو المطر، أوالثلج، أو المطر الثلجي، أو البرَد.
يوثر الطقس في حياتنا بطرق شتى. فعلى سبيل المثال يتوقف نوع الملابس التي نرتديها على حالة الطقس إلى حد كبير، إذ نرتدي الملابس الثقيلة عندما يكون الجو باردًا والملابس الخفيفة عندما يكون الجو حارًا. كما أننا ندْفئ بيوتنا عندما يكون الطقس باردا، ونبردها عندما يكون الطقس حارًا. وفي حالات كثيرة، نقرر ـ بناءً على الطقس ـ ما إذا كُنا سنقضي وقت فراغنا في الهواء الطلق أو داخل البيت. أضف إلى ذلك أن الطقس يؤثر على حالتنا المزاجية، فغالبًا ما يكون الناس في المناطق الباردة أكثر ابتهاجا في اليوم المشمس عنه في اليوم الغائم.
وللطقس أثر هائل على الزراعة، إذ يحتاج المزارعون طقسًا صحوًا كي يزرعوا محاصيلهم ويحصدوها، كما تحتاج النباتات إلى كمية ملائمة من ضوء الشمس والمطر كي تنمو وتنضج. ومن الممكن أن تتسبب عاصفة ما أو صقيع مفاجئ في إِتلاف أو إلحاق الضرر بجزء كبير من المحصول. وفي مثل هذه الحالات ترتفع أسعار المواد الغذائية المنتَجة من النباتات التي تنجو من مضار الطقس السيء.
وتعاني الصناعة، والنقل، والاتصالات كذلك أثناء فترة سوء الأحوال الجوية، فقد يتأخر تشييد المباني والجسور والطرق بسبب الأمطار، أو الثلوج، أو البرد القارس. وقد تتسبب الثلوج في تأخير القطارات، وغالبًا ما يعوق الضباب الطائرات عن الإقلاع أو الهبوط، كما تعوق الطرق التي يكسوها الجليد حركة المرور، وقد تحطم الصواعق خطوط الكهرباء والطاقة وخطوط الهاتف، والأخطر من ذلك أن العواصف الشديدة قد تتسبب أحيانا في إزهاق الأرواح.
يختلف الطقس عن المناخ، فالطقس هو حالة الجو أثناء فترة قصيرة، أما المناخ فهو معدل الطقس لمنطقة ما على مدى فترة طويلة من الزمن، تمتد لعدة سنوات. وغالبًا مايصف العلماء مناخ منطقة ما في ضوء معدل درجة حرارتها وكمية المطر أو الثلج الذي يتساقط عليها. وقد يتغير طقس منطقة تغيرًا كبيرًا بين يوم وآخر، لكن المناخ يظل ثابتًا تقريبًا من عام إلى آخر. انظر: المناخ.
حاول الناس توقع حالة الطقس على مدى آلاف السنين. واليوم يستخدم العلماء أجهزة معقدة كالرادار والأقمار الصناعية والحواسيب لهذا الغرض. وتُذاع توقعات الحالة الجوية من محطات الإذاعة والتلفاز، وتُنشر في الصحف. وبفضل أجهزة الرصد العلمية الحديثة أصبحت التنبؤات الجوية أكثر دقة من ذي قبل.
--------------------------------------------------------------------------------
مصطلحات خاصة بالطقس
--------------------------------------------------------------------------------
برودة الريح تقدير مدى البرد الذي يشعر به المرء بسبب الرياح. فعلى سبيل المثال، عندما تكون درجة الحرارة -6,7°م وسرعة الرياح 16 كم في الساعة، تكون درجة قشعريرة الرياح-16,1°م ـ أي أن المرء يشعر بالبرد كما لو كانت درجة الحرارة -16,1°م والرياح ساكنة.انظر:برودة الرياح .
التساقط (تكثف البخار إلى مطر) : الرطوبة التي تتساقط من السحب على هيئة مطر أو ثلج أو مطر ثلجي أو بَرَد.
الجبهة : منطقة تنشأ عندما تلتقي حافة كتلة هوائية باردة مع حافة كتلة هوائية دافئة وتحدث معظم التغيرات الجوية على طول الجبهات الهوائية.
الحرارة : الطاقة الحرارية في الغلاف الجوي.
الرطوبة : مقدار كمية بخار الماء في الهواء.
الرياح : حركة الهواء. ويميل الهواء للانتقال من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض. وتُنْسب الرياح إلى الاتجاه الذي تهب منه. فعلى سبيل المثال، تهب الرياح الشمالية من الشمال.
الكتلة الهوائية : كتلة ضخمة من الهواء تتكون فوق منطقة ذات درجة حرارة ثابتة إلى حد ما. وتكتسب الكتلة الهوائية درجة حرارة المنطقة وتؤثر تأثيرًا كبيرًا على الطقس.
منطقة الضغط المرتفع : منطقة تكون فيها قوة دفع الغلاف الجوي المؤثر على الأرض عالية نسبيًا، وعادة ما تكون السماء صافية في مناطق الضغط المرتفع.
منطقة الضغط المنخفض : منطقة تكون فيها قوة دفع الغلاف الجوي المؤثر على الأرض منخفضة نسبيًا، وعادة تكون السماء ملبدة بالغيوم في مناطق الضغط المنخفض.
عناصر الطقس
عناصر الطقس
تتشكل جميع عناصر الطقس في الغلاف الجوي ـ وهو الهواء الذي يحيط بالأرض ـ ويتكون الغلاف الجوي أساسًا من غازي النيتروجين والأكسجين، ويحتوي أيضًا على كميات صغيرة من الغازات الأخرى.
يختلط بخار الماء بالغبار والذرات الصلبة في الغلاف الجوي الذي يمتد إلى مسافات بعيدة فوق سطح الأرض، ولا يوجد هواء تقريبًا على ارتفاع حوالي 160كم فما فوقه، وتسمى هذه المنطقة الفضاء.
وتتضح معظم مظاهر الطقس في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي التي تُعرف باسم طبقة التُّرُوبُوسْفِير. وتمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع يتراوح ما بين 10و16كم.
وتعتمد الأحوال الجوية في طبقة التروبوسفير على أربعة عناصر رئيسية هي: 1- درجة الحرارة 2- الضغط الجوي 3-الرياح 4- الرطوبة.
درجة الحرارة. هي درجة حرارة الغلاف الجوي، وتأتي من الشمس، وتمثل 1/2,000,000,000 فقط من الحرارة التي تشعها الشمس، أما بقية الحرارة فتُفْقَد في الفضاء. وتعكس السحب والغبار والذرات الصلبة إلى الفضاء مرة أخرى حوالي 34% من الإشعاع الشمسي الذي يخترق الغلاف الجوي، بينما يمتص الغلاف الجوي حوالي 19 % منه، فيدفئ الهواء. مع ذلك، يحصل الغلاف الجوي على معظم حرارته عن طريق آخر. فحوالي 47% من الإشعاع الذي يخترق الغلاف الجوي يصل إلى سطح الأرض ويدفئ الأرض والبحار، ومن ثم تدفئ الحرارة المنبعثة من الأرض والبحار الغلاف الجوي الذي يمتص بدوره الحرارة ويمنعها من التسرب ـ مرة أخرى ـ إلى الفضاء الخارجي. ويُسمى الأثر الناتج عن ذلك تأثير البيوت المحمية، لأن هذه العملية تشبه النظام الذي تعمل به البيوت المحمية.
فالبيت المحمي يسمح لضوء الشمس بالدخول لتدفئة النباتات، ولكنه يمنع الكثير من الحرارة من التسرب إلى الخارج.
الضغط الجوي. هو قوة دفع الغلاف الجوي على الأرض. ولدرجة الحرارة أثر كبير على الضغط الجوي، فوزن الهواء الدافئ أقل من وزن الهواء البارد.
ونتيجة لذلك، يكون ضغط الهواء الدافئ على الأرض أقل من ضغط الهواء البارد. ويُكوِّن الهواء الدافئ منطقة ضغط منخفض، وتسمى أيضًا منخفضًا جويا، بينما يُكوِّن الهواء البارد منطقة ضغط مرتفع، أو مرتفعًا جويًا.
وتميل قوة الضغط الجوي إلى دفع الهواء من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض.
الرياح. هي حركة الهواء من منطقة الضغط المرتفع إلى منطقة الضغط المنخفض. وكلما زاد الفرق في الضغط بين المنطقتين، زادت سرعة الرياح. وتسمى الرياح باسم الجهة التي تهب منها، فعلى سبيل المثال، تهب الرياح الشمالية من جهة الشمال.
عندما يتحرك الهواء إلى منطقة الضغط المنخفض، يزيح بعضًا من الهواء الموجود بها أصلاً، فيتصاعد إلى أعلى حيث يتمدد الهواء المتصاعد ويبرد. والهواء البارد لا يستطيع أن يحتفظ بكمية بخار الماء التي يستطيع أن يحتفظ بها الهواء الدافئ، ولذلك يتكثف بخار الماء في الهواء البارد، أي يتحول إلى قطرات ماء صغيرة. وتظل هذه القطرات محمولة إلى أعلى بفعل الهواء المتصاعد، وعندما تتجمع بلايين القطرات معا تتكون سحابة، ولذا فإن مناطق الضغط المنخفض تكون عادة ملبدة بالغيوم.
وعندما يرتفع الهواء القريب من الأرض خارج منطقة الضغط المرتفع، يهبط الهواء الموجود أعلاه ليحل محله، حيث ينضغط ويصبح أكثر دفئا. وبما أن الهواء الأكثر دفئا يستطيع أن يحتفظ بكمية أكبر من بخار الماء، لذا يمكنه تبخير أي سحب في المنطقة. ونتيجة لذلك تكون مناطق الضغط المرتفع عادة صافية.
الرطوبة أو النداوة. تدخل الرطوبة الغلاف الجوي على شكل بخار ماء. ويأتي كل البخار تقريبًا من الماء الذي يتبخر من المحيطات. ويطلق على كمية بخار الماء في الهواء لفظ رطوبة. وكلما زادت كمية بخار الماء في الهواء، زادت الرطوبة. والهواء المُحَمَّل بأقصى قدر من الرطوبة هواء مُشْبَع. وتعتمد كمية الرطوبة التي يستطيع الهواء أن يحملها على درجة حرارته، فكلما برد الهواء، قلّت كمية الرطوبة التي يستطيع أن يحملها. وتسمى درجة الحرارة التي يصبح عندها الهواء مشبعًا نقطة الندى. وإذا ما انخفضت درجة الحرارة تحت نقطة الندى تتكثف الرطوبة في الهواء.
وفي الليالي الهادئة الصافية يبرد الهواء المتاخم للأرض بسرعة. وإذا هبطت درجة حرارة هذا الهواء تحت نقطة الندى، استقرت قطرات الماء على الحشائش، وأوراق الأشجار والنوافذ، وغيرها من السطوح. وتعرف هذه القطرات بالندى. وإذا ما وصلت نقطة الندى إلى درجة التجمُّد أو ما دونها يتكون الصقيع. وأحيانًا يبرد الهواء الرطب الدافئ القريب من الأرض إلى نقطة الندى. وفي مثل هذه الحالات قد تتشكل سحب منخفضة تسمى ضبابًا وقد يتكون الضباب أثناء الليل أو أثناء النهار.
وقد يؤدي تبريد الهواء أيضًا إلى تساقط الرطوبة على الأرض. وقد يحدث التساقط على شكل مطر، أو ثلج، أو مطر ثلجي، أو بَرَد. ويتساقط المطر عندما تتجمع قطرات الماء التي تكوِّن السحب وتصبح من الثقل بحيث لا يستطيع الهواء أن يحملها. وإذا هبطت درجة حرارة السحب إلى ما دون درجة التجمد، تكونت بلورات الجليد.
ويمكن أن تتحول بلورات الجليد إلى ثلج إذا ما ارتفعت درجة حرارة الهواء بالقرب من سطح الأرض إلى نحو 2,8°م. وإذا تراوحت درجة الحرارة ما بين 2,8°م و3,9°م، تحولت البلورات إلى مطر ثلجي. وإذا ما ارتفعت درجة الحرارة عن هذا الحد، انصهرت بلورات الجليد عند تساقطها ووصلت الأرض على هيئة مطر. ويتكون البَََرَد عندما تحمل تيارات الهواء القوية بلورات الجليد صعودا وهبوطًا بين الطبقات العليا والسفلى للسحب الرعدية، ويتزايد حجم البلورات حتى تتساقط إلى الأرض على هيئة حبات البَرَد.
كيف يتحول الطقس ويتغير
الدورة العامة للغلاف الجوي
الدورة العامة للغلاف الجوي. تعتمد هذه الدورة إلى حد كبير على الطريقة التي تسقط بها أشعة الشمس على أجزاء الأرض المختلفة؛ فحين تسقط عمودية تقريبًا عند خط الاستواء، فإن خط الاستواء يكون حارًا دائما وذا منطقة ضغط منخفض، وعندما تسقط على بقية أنحاء الأرض بزوايا مختلفة، فالزاوية الأكثر حدة تتكون عند القطبين الشمالي والجنوبي، ومن ثم يتلقى القطبان حرارة أقل، وهما منطقتا ضغط مرتفع.
وفي حالة عدم دوران الأرض تتجه الرياح مباشرة من منطقة الضغط المرتفع عند القطبين إلى منطقة الضغط المنخفض عند خط الاستواء، ويتحرك الهواء البارد القادم من القطبين أسفل هواء خط الاستواء الدافئ، ويدفعه إلى أعلى، فيتجه نحو القطبين. وتستمر حركة الهواء بين القطبين وخط الاستواء على هذا النحو بصفة دائمة.
ولكن يمنع دوران الأرض الرياح القادمة من القطبين وخط الاستواء من الاتجاه مباشرة نحو الشمال أو الجنوب. ونتيجة لدوران الأرض من الغرب إلى الشرق، تبدو الرياح التي تهب نحو خط الاستواء وكأنها تأخذ شكلاً منحنيًا نحو الغرب، في حين أن الرياح التي تبتعد عن خط الاستواء، تبدو وكأنها تأخذ شكلاً منحنيًا نحو الشرق. ويسمى هذا الأمر مفعول كريوليس. انظر: كريوليس، مفعول. ونتيجة لمفعول كريوليس، تتكون دورة الغلاف الجوي العامة من الرياح التي تدور حول الأرض في نطاقات عريضة. وهناك ستة نطاقات من هذه الرياح السائدة، ثلاثة في نصف الكرة الشمالي، وثلاثة في نصف الكرة الجنوبي. وتعرف بالرياح التجارية، و الرياح الغربية السائدة، والرياح القطبية الشرقية.
تهب الرياح التجارية نحو خط الاستواء. ولما كانت منطقة خط الاستواء حارة جدًا، فإن الهواء الذي يعلوها يتصاعد بصفة دائمة، وعندما يتصاعد الهواء، تأتي الرياح التجارية من الشمال والجنوب لتحل محله. وبسبب مفعول كريوليس تبدو الرياح التجارية وكأنها تهب من جهة الشرق، ونتيجة لدوران الأرض، يتحرك الطقس في منطقة الرياح التجارية من الشرق إلى الغرب. وتلتقي الرياح التجارية القادمة من الشمال والجنوب بالقرب من خط الاستواء في منطقة تسمى حزام النسيم الهادئ. وعادة ما يكون حزام النسيم الهادئ هادئًا، لكنه ممطر إلى حدكبير، وقد تجتاحه أحياناً رياح عاصفة على فترات.
وتهب الرياح الغربية السائدة إلى الشمال من الرياح التجارية في نصف الكرة الشمالي، وإلى الجنوب منها في نصف الكرة الجنوبي، وتبتعد عن خط الاستواء، وتبدو كأنها تهب من الغرب بسبب مفعول كريوليس، ويتحرك الطقس في منطقة الرياح الغربية السائدة من الغرب إلى الشرق.
وهناك منطقة تسمى عروض الخيل، تفصل بين الرياح الغربية السائدة والرياح التجارية. لأن هذه الرياح ـ الغربية السائدة والتجارية ـ يتباعد كل منهما عن الآخر، لذا فإن الهواء في منطقة عروض الخيل يتحرك إلى أسفل لملء الفراغ. والرياح في عروض الخيل عادة خفيفة السرعة. وربما أطلق البحارة الأسبان هذا الاسم على هذه المنطقة لأنهم كانوا يجلبون الخيول إلى أمريكا في القرن السابع عشر الميلادي. وبسبب ضعف رياحها كانت سفن كثيرة من سفنهم الشراعية تتوقف في هذه المنطقة مدة طويلة، تنفد معها مياه الخيول فيضطرون إلى الإلقاء بها في مياه المحيط.
وتهب الرياح القطبية من القطبين الشمالي والجنوبي. فالهواء الموجود على القطبين يهبط إلى أسفل لأنه بارد جدًا، وعندما يصل إلى الأرض، ينتشر ويتحرك نحو خط الاستواء، مكوَّنًا الرياح القطبية الشرقية. ويجعل مفعول كريوليس هذه الرياح تبدو وكأنها تهب من الشرق. ويتحرك الطقس في منطقة الرياح القطبية من الشرق إلى الغرب. وتلتقي الرياح القطبية والرياح الغربية السائدة عند الجبهة القطبية وهي منطقة غائمة ممطرة. ويوجد فوق الجبهة القطبية حزام من التيارات الغربية النفاثة على بعد حوالي 10-15كم فوق الأرض، وقد تزيد سرعة هذه التيارات على 320كم في الساعة. انظر: التيار النفاث.
--------------------------------------------------------------------------------
حالات جوية متطرفة سُجِّلت حول العالم
--------------------------------------------------------------------------------
أعلى درجة حرارة رُصدت على سطح الأرض كانت 58°م في مدينة العزيزية بليبيا في يوم 13 ديسمبر 1922م.
أقل درجة حرارة رصدت على سطح الأرض كانت - 89,2°م في محطة فُوسْتُك بأنتاركتيكا في 21 يوليو عام 1983م.
أعلى ضغط جوي عند مستوى سطح البحر سُجِّل في أَجَاتَا فيما كان يعرف بالاتحاد السوفييتي في 31 ديسمبر عام 1968م، عندما وصل الضغط الجوي البارومتري إلى 81,31سم أو 108,4 كيلو باسكال.
أقل ضغط جوي عند سطح البحر قدر بـ 65,25سم أو 87كيلو باسكال، أثناء حدوث إعصار التايفون الاستوائي في بحر الفلبين في 12 أكتوبر عام 1979م.
أقوى سرعة للرياح تم قياسها على سطح الأرض سجلت على جبل وَاشِنْطن في نيوهامبشاير بالولايات المتحدة في 12 أبريل عام 1934م. وقد بلغت سرعة إحدى عواصف الرياح 372 كم في الساعة.
أشد الأماكن جفافًا على الأرض توجد في أَرِيكَا، في تشيلي حيث بلغ معدل كمية المطر السنوي خلال 59 عاما 0,76 ملم، ولم يسقط مطر قط في أريكا لمدة 14عامًا.
أغزر مطر سجل خلال 24 ساعة بلغ 186,99سم في 15 - 16 مارس عام 1952م في سِيلاَوس على جزيرة رِيونُيون بالمحيط الهندي. وأكبر كمية مطر هطلت في عام واحد كانت في تشَرَابُنجِي بالهند، إذ بلغت 2646,12 سم في الفترة من أغسطس 1860م إلى يوليو 1861م. وأكثر الأماكن مطرًا هو تُوتُونِنْدُو بكولومبيا حيث يبلغ معدل المطر السنوي 1177سم.
أكبر معدل لتساقط الثلوج سجل في 24 ساعة بلغ 193 سم، كان في سِلْفَرلِيْك في كولورادو بالولايات المتحدة في 14-15 أبريل عام 1921م. وأكبر معدل ثلوج سجل في شتاء واحد بلغ 2,850 سم وكان في رِيْنِيَرْ بَرادَايِزْ رِيْنْجَرَ سْتِيْشَنْ في ولاية واشنطن بالولايات المتحدة عامي 1971-1972م.
أكبر معدل لسقوط البَرَد سُجل في كوفيفيل، في كنساس بالولايات المتحدة في 3 سبتمبر عام 1970م، حيث بلغ قطر حبة البرد الواحدة 44,5 سم وبلغ وزنها 0,76كجم.
نُظُم الضغط الجوي. هي أنظمة الضغط المرتفع والضغط المنخفض التي تغطي منطقة كبيرة للغاية قد تصل مساحتها إلى 2,5 مليون كم². وتتشكل معظم نظم الضغط على طول الجبهة القطبية. وهناك تهب الرياح القطبية الباردة والرياح الغربية السائدة الأكثر دفئًا محاذية كل منهما الأخرى مُكوَّنة رياحًا دوارة تسمى دوامات هوائية. وتحمل الرياح الغربية تلك الدوامات إلى الشرق. وهناك نوعان من هذه الدوامات: الأعاصير الحلزونية والأعاصير الحلزونية المضادة.
والأعاصير الحلزونية التي تكونها الدوامات ليست هي نفس العواصف المعروفة بالأعاصير المدمرة. فرياح الدوامات التي تكوِّن الأعاصير الحلزونية تدور إلى الداخل نحو مركز الضغط المنخفض، مكونة الإعصار الحلزوني ومنطقة ضغط منخفض. ونتيجة لدوران الأرض، تتحرك الرياح المصاحبة للأعاصير التي تتشكل شمالي خط الاستواء باتجاه مضاد لحركة عقارب الساعة. أما الأعاصير الحلزونية التي تتشكل جنوب خط الاستواء فتتحرك الرياح المصاحبة لها باتجاه حركة عقارب الساعة. وفي أمريكا الشمالية، تقترب الأعاصير الحلزونية عمومًا من الرياح، فتجلب معها عادة السحب وتساقط المطر أو الثلج.
وتدور الرياح المصاحبة للأعاصير الحلزونية المضادة نحو الخارج حول مركز الضغط المرتفع، مكونة نظام ضغط مرتفع، وتتحرك هذه الرياح باتجاه حركة عقارب الساعة شمال خط الاستواء، وتدور باتجاه مضاد لحركة عقارب الساعة جنوبه. وتأتي الأعاصير الحلزونية المضادة بعد الأعاصير الحلزونية فتجلب معها طقسًا جافًا، تصحبه رياح خفيفة.
الكتل الهوائية. هي كميات هائلة من الهواء تتكون فوق مناطق درجة حرارتها ثابتة إلى حد ما، فتكتسب درجة حرارة هذه المناطق. وقد تغطي الكتل الهوائية مساحة تصل إلى 13 مليون كم².
وتبعث الدورة العامة للغلاف الجوي بصفة مستمرة كتلاً هوائية من منطقة إلى أخرى، فتكتسب درجة حرارة المنطقة التي تتحرك فوقها، لكن ذلك يتم ببطء شديد بسبب كبر حجمها. وتؤثر الكتلة الهوائية على طقس المنطقة إلى أن تتمكن هذه المنطقة من تغيير تلك الكتلة الهوائية تغييرًا جوهريًا.
وهناك أربعة أنواع رئيسية من الكتل الهوائية :1ـ قطبية قارية، 2ـ مدارية قارية، 3ـ قطبية بحرية، 4ـ مدارية بحرية. والكتل الهوائية القطبية القارية باردة ـ جافة وتتشكل على مناطق مثل جرينلاند، وشمالي كندا، والأجزاء المتطرفة شمالي آسيا وأوروبا. أما الكتل الهوائية المدارية القارية فهي حارة جافة، وتتشكل على مناطق مثل شمالي إفريقيا وشمالي أستراليا. والكتل الهوائية القطبية البحرية رطبة معتدلة البرودة، وتتشكل على الأجزاء الشمالية والجنوبية من المحيطين الهادئ والأطلسي، أما الكتل الهوائية المدارية البحرية فرطبة دافئة، وتتشكل على أواسط المحيطين الهادئ والأطلسي وعلى المحيط الهندي.
تكوين الجبهات
الجبهات الهوائية. عندما تلتقي كتلة هواء بارد مع كتلة هواء دافئ، فإنهما يكوِّنان منطقة تسمى جبهة. وهناك نوعان رئيسيان من الجبهات: جبهات باردة وجبهات دافئة. وفي حالة الجبهة الباردة، تتحرك كتلة متقدمة من الهواء البارد تحت كتلة من الهواء الدافئ الذي يُزاح إلى أعلى، ويحل محله الهواء البارد عند مستوى سطح الأرض.
وتحدث معظم التغيرات الجوية على طول الجبهات الهوائية. وتعتمد حركة الجبهات على طبيعة تكوين نظم الضغط الجوي. فالأعاصير الحلزونية تدفع الجبهات إلى الأمام بسرعة 32-48كم في الساعة، في حين تهب الأعاصير الحلزونية المضادة على المنطقة بعد أن تكون الجبهة الهوائية قد تجاوزتها.
وتُحدِث الجبهات الباردة تغيرات مفاجئة في الطقس. ويعتمد نوع التغيرات إلى حد كبير على كمية الرطوبة في الهواء الذي تجري إزاحته، فقد تجلب الجبهة طقسًا غائمًا جزئيًا، لكن دون تساقط إذا كان الهواء جافًا، أما إذا كان رطبًا، فقد تتشكل سحب كبيرة تجلب المطر والثلج. ويكون التساقط الذي تحدثه معظم الجبهات الباردة كثيفا، إلا أنه لا يستمر طويلاً، وقد تجلب أيضًا رياحًا شديدة. ويُحدِث مرور معظم الجبهات الباردة هبوطًا حادًا في درجة الحرارة، وتصفو السماء بسرعة، وتقل الرطوبة.
وتُحدِث الجبهات الدافئة تغيرات تدريجية في الطقس أكثر من الجبهات الباردة. وتعتمد هذه التغيرات أساسًا على رطوبة كتلة الهواء الدافئ المتقدمة، فقد تتكون سحب خفيفة. ويكون التساقط قليلاً أو معدومًا إذا كان الهواء جافًا، أما إذا كان الهواء رطبًا، فإن السماء تصبح رمادية اللون، وقد يسقط مطر خفيف منتظم أو ثلج لعدة أيام، وفي بعض الحالات يتكون ضباب كثيف. وعادة ما يصحب الجبهات الدافئة ارتفاع حاد في درجة الحرارة، وتصفو السماء، وتزداد الرطوبة.
وتتحرك الجبهات الباردة أسرع من الجبهات الدافئة بمعدل الضِّعف تقريبًا. نتيجة لذلك، غالبًا ما تلحق الجبهات الباردة بالجبهات الدافئة. وعندما تصل جبهة باردة إلى جبهة دافئة تشكل جبهة منتهية. وهناك نوعان من الجبهات المنتهية: جبهات باردة منتهية و جبهات دافئة منتهية. في الجبهة الباردة المنتهية، يكون الهواء خلف الجبهة الباردة أبرد من الهواء أمام الجبهة الدافئة. ويشبه جو الجبهة الباردة المنتهية جو الجبهة الباردة. وفي حالة الجبهة الدافئة المنتهية يكون الهواء خلف الجبهة الباردة أكثر دفئا من الهواء أمام الجبهة الدافئة. ويشبه جو الجبهة الدافئة المنتهية جو الجبهة الدافئة. لكن الجو الذي تحدثه الجبهات المنتهية أقل تطرفا من الجو الذي تحدثه الجبهات الباردة والجبهات الدافئة.
وتَحدث جبهة من نوع آخر عندما تلتقي كتلة هوائية باردة بكتلة هوائية دافئة، لكنهما يتحركان حينئذ قليلا. وتُسمى مثل هذه الجبهة جبهة رابضة (مستقرة)، وقد تظل فوق منطقة ما لعدة أيام. وعادة ما يكون طقس الجبهة الرابضة معتدلاً.
كيفية تأثير المعالم الجغرافية على الطقس. عندما تهب رياح من المحيط على جبل ما، يتصاعد الهواء ويبرد، ويتكثف بخار الماء في الهواء، وتتكون سحب كبيرة، وتغطي السحب قمم بعض الجبال طوال الوقت. وبسبب تيارات الهواء المتصاعد، يتساقط عادة على ذلك الجانب من الجبل الذي يواجه الرياح مطر وثلج أكثر مما يتساقط على الجانب الآخر. وفي بعض سلاسل الجبال، تكثر الحياة النباتية على الجانب المواجه للرياح عن الجانب الآخر، وعندما تهب الرياح على جبل ما، وتنحدر على الجانب الآخر، يصبح الهواء أكثر دفئًا، وتتبخر السحب.
المعالم الجغرافية للأرض. تؤثِّر المعالم الجغرافية للأرض في الطقس من عدة نواح، وأبرز هذه المعالم تأثيرًا الجبال والمسطحات المائية الشاسعة، مثل المحيطات والبحيرات الضخمة. ويمكن أن يتأثر الطقس حتى بالاختلاف الجغرافي بين المدينة والريف.
وعندما تهب الرياح على الجبال، يتصاعد الهواء، ويبرد، ويتكثف بخار الماء في الهواء، وتتكون السحب، وتغطي قمم بعض الجبال طوال الوقت. وبسبب تيارات الهواء المتصاعد، يتساقط عادة على ذلك الجانب من الجبل الذي يواجه الرياح مطر وثلج أكثر مما يتساقط على الجانب الآخر.
وعندما يتحرك الهواء فوق جبل ما، ويهبط على الجانب الآخر، يصبح أكثر دفئا، ويكتسب الرطوبة عن طريق التبخر. ففي جبال الروكِي بالولايات المتحدة ـ على سبيل المثال ـ تهب أحيانًا رياح دافئة جافة، تهبط على المنحدرات الشرقية، وتسمى رياح الشينُوك. وقد ترفع هذه الرياح درجة الحرارة عند سفح الجبل إلى 22°م في ثلاث ساعات، ويمكن أن تذيب الثلج على الأرض بمعدل يقرب من 2,5سم في الساعة. ومثل هذه الرياح تهب أيضًا على جبال الأَلْب وغيرها من السلاسل الجبلية الأوروبية، حيث تعرف باسمها الألماني رياح الفونة الدافئة الجافة.
وتساهم المحيطات في التغيرات التي تطرأ على درجة الحرارة في المناطق الساحلية. وتمتص الأرض حرارة الشمس أسرع من المحيطات، غير أن المحيطات تمتص كمية حرارة أكبر، وتحتفظ بها لمدة أطول. وأثناء النهار، تصبح الأرض على طول الخطوط الساحلية أكثر دفئا من البحار. نتيجة لذلك، يتصاعد الهواء المتاخم للأرض، ويهب نسيم البحر البارد ليحل محله. وفي المناطق ذات المناخ الاستوائي، قد يسبب نسيم البحر هبوطًا في درجة الحرارة يتراوح بين 8 و 11°م خلال نصف ساعة. وللبحيرات الكبيرة ـ مثل البحيرات العظمى في أمريكا الشمالية ـ تأثير مماثل على الطقس. ففي فصل الصيف ـ على سبيل المثال ـ لا ترتفع حرارة البحيرات قط إلى درجة حرارة الأراضي المحيطة بها، وأثناء النهار، يهب نسيم البحيرة على الخط الساحلي، ويجعله أكثر برودةَ من المناطق الداخلية.
وغالبًا ما تكون درجات الحرارة في المدن أعلى منها في المناطق الريفية المحيطة بها، إذ تُوَلِّد السيارات والمصانع ونظم تدفئة المباني في المدن قدرًا كبيرًا من الحرارة المضافة. وعلاوة على ذلك، تمتص السطوح ـ مثل سطوح الأرصفة والمباني ـ قدرًا كبيرًا من حرارة الشمس، ومن ثم تدفئ الهواء.
وتبعث السيارات والمصانع، ومحطات التدفئة في المدن أيضًا بملوثات إلى الهواء تحتوي على جسيمات مختلفة من المواد الصلبة والسائلة. ويتكثف بخار الماء على هذه الجسيمات، مكونًا قطرات المطر. ولذا، فإن معظم المدن أكثر مطرًا من المناطق المحيطة بها. وبالإضافة إلى ذلك، قد يؤثر ضوء الشمس في ملوثات معينة، ويُكوِّن غازًا يسمى بالأوزون. ويمكن للأوزون ـ إذا ما وجد بكميات كبيرة ـ أن يقتل النباتات، ويصيب عيني المرء وأنفه وحلقه بالتهيج. وهناك حالة جوية تعرف بالانقلاب الحراري تُمكن الملوثات من التراكم فوق المدن. ويحدث الانقلاب الحراري عندما تستقر طبقة من الهواء الدافئ فوق طبقة من الهواء البارد قريبة من الأرض، مما يمنع الملوثات من التصاعد والتناثر.
بعض أنواع العواصف
العواصف. هي فترات من الجو القاسي ومن أنواعها: 1ـ العواصف الرعدية 2ـ العواصف الشتوية 3ـ الأعاصير اللولبية (التورناد) 4ـ الأعاصير الممطرة (أعاصير الهارِكين) 5ـ العواصف الرملية.
العواصف الرعدية نوع شائع من العواصف. ويحدث ما يصل إلى 50,000 عاصفة رعدية في أنحاء العالم كل يوم، وهي تتشكل من هبَّات طويلة من السحب الركامية. وقد تصل قمة هذه السحب ـ خلال الجو الحار الرطب ـ إلى ارتفاع 24,000م، حيث تقل درجة الحرارة عن نقطة التجمد بكثير وتتحرك التيارات الهوائية هبوطًا وصعودًا داخل السحابة بسرعة تصل إلى 1,500م في الدقيقة. ويتكثف بخار الماء في هذا الهواء بسرعة، مسببًا مطرًا غزيرًا. وتسبب حركة الهواء كذلك شحنات كهربائية تتجمع داخل السحابة. وأخيرا يقوم الهواء المحيط -تحت تأثير ما به من إجهاد كهربائي ـ بتوصيل الشحنات الكهربائية إلى الأرض، مسببًا البرق. وعندما يومض البرق يسخن الهواء المحيط به ويتمدد بشدة، ويحدث موجات صوتية تعرف بالرعد.
العواصف الشتوية تشمل العواصف الجليدية والعواصف الثلجية. وتحدث معظم العواصف الجليدية عندما تهبط درجة الحرارة إلى ما دون درجة التجمد. ويحدث التساقط في العاصفة الجليدية على هيئة مطر، لكنه يتجمد بمجرد وصوله إلى الأرض. ونتيجة لذلك، تتكون طبقة من الجليد تكسو الأرض والشوارع وغيرها من السطوح. وتجعل العواصف الجليدية الشوارع والأرصفة زلقة، وغالبًا ما تتسبب في حوادث المرور. كما أن ثقل الجليد قد يتسبب كذلك في تحطيم خطوط الطاقة وأسلاك الهاتف وفروع الشجر.
العواصف الثلجية عواصف ذات رياح شديدة ودرجات حرارة منخفضة، وتصل سرعة الرياح أثناء العاصفة الثلجية إلى 56 كم في الساعة. وقد تهبط درجة الحرارة إلى -12°م أو أقل وتستحيل الرؤية إلا لمسافة قصيرة، كما أن الرياح قد تجمع الثلوج في مجروف ثلجي ضخم. انظر: العاصفة الثلجية.
الإعصار الاستوائي (التايفون) يتشكل جنوبي المحيط الهادئ كما يتضح في هذه الصورة التي التقطت من الفضاء. وهو عاصفة مدارية بالغة الشدة ذات ضغط منخفض، تبدأ قرب خط الاستواء، وتتحرك نحو الغرب.
الأعاصير اللولبية (التورناد) أشد الأعاصير عنفًا، وتتألف من رياح تدور على شكل قمع بسرعة تصل إلى 320 كم في الساعة. وتحطم هذه العواصف تقريبًا أي شيء يعترض طريقها. ويبلغ قطر معظم الأعاصير اللولبية أقل من كيلومتر.
والإعصار اللولبي (التورناد) إعصار حلزوني صغير عنيف، ولذا تسمى الأعاصير اللولبية أحيانًا بالأعاصير الحلزونية، وتتكون أثناء العواصف الرعدية. انظر: التورناد، إعصار.
الأعاصير الممطرة (أعاصير الهاركين) أعاصير دوارة كبيرة تتشكل فوق المحيطات بالقرب من خط الاستواء. وقد يتراوح قطرها بين 320 و480كم وتدور الرياح حول عين العاصفة ـ أي مركزها ـ بسرعة 120كم في الساعة أو أكثر. وتجلب الأعاصير الممطرة أمواجا ضخمة وأمطارًا غزيرة، وغالبًا ما تتشكل بداخلها عواصف رعدية، تؤدي إلى حدوث أعاصير لولبية (التورناد). ويسبب كثير من الأعاصير الممطرة فيضانات شديدة. وتضعف الأعاصير الممطرة بسرعة بعد أن تضرب اليابسة. وهي تعرف في غرب المحيط الهادئ بالأعاصير الاستوائية. انظر: الإعصار الممطر؛ التايفون.
العواصف الرملية تحدث في المناطق الصحراوية عندما تهب رياح قوية.
توقعات الحالة الجوية
تمكننا توقعات الحالة الجوية من وضع خطط قائمة على التغيرات المحتملة في الأحوال الجوية.إذ يَطَّلع ملايين الناس يوميًا على تقارير الأحوال الجوية التي تُذيعها محطات الإذاعة والتلفاز، وتنشرها الصحف. وتُعَدُّ معرفة ما يمكن أن يكون عليه الجو مسبقًا أمرًا مريحًا عادة بالنسبة لمعظمنا؛ فالتنبؤات الجوية تساعدنا على اختيار الملابس التي نرتديها، وعلى تقرير ما إذا كنا نستطيع مزاولة بعض الأنشطة في الهواء الطلق. وللتنبؤات الجوية أهمية أعظم من ذلك أيضا. فعلى سبيل المثال، تمكن التقارير الخاصة باتجاه وسرعة الرياح ملاحي الطائرات من معرفة كمية الوقود التي يحتاجونها لرحلاتهم. ويحتاج عمال البناء ـ قبل عملية صب الخرسانة ـ إلى معرفة ما إذا كانت السماء ستمطر، حتى لا تتلف الخرسانة قبل أن تتصلب. ويستطيع المزارعون ـ إذا ما تلقوا تحذيرًا بسقوط الصقيع ـ أن يتخذوا الإجراءات الكفيلة بحماية محاصيلهم، كما أن التنبؤ بالأعاصير اللولبية والأعاصير الممطرة والفيضانات يمكن أن ينقذ حياة الكثيرين ويقلل الخسائر في الممتلكات.
ويسمى العلماء الذين يرصدون الأحوال الجوية علماء الأرصاد الجوية (التنبؤ بالطقس). وهم يجمعون البيانات الخاصة بحالة الغلاف الجوي في مختلف أنحاء العالم، ويستخدمونها لإعداد خرائط تبين درجة الحرارة، والضغط الجوي وحركة الرياح، ودرجة الرطوبة في المناطق المختلفة، ثم يحللون الخرائط ويعدون توقعاتهم للحالة الجوية.
رصد الأحوال الجوية حول العالم
رصد الطقس (الأحوال الجوية). تعتمد دقة توقعات الحالة الجوية على الرصد الدائم للطقس في جميع أنحاء العالم. وربما أبدت الدول ـ في مجال تبادل المعلومات الخاصة بالجو ـ تعاونًا أكثر من أي مجال آخر. وترعى المنظمة العالمية للأرصاد الجوية ـ التابعة للأمم المتحدة البرنامج العالمي لمراقبة الطقس، ومن خلال هذا البرنامج تتولى أكثر من 140 دولة ـ وهي الدول المشتركة في البرنامج ـ جمع المعلومات الخاصة بالطقس، وتوزيعها على الدول الأعضاء بوساطة شبكة اتصالات عالمية هي نظام الاتصالات العالمي.
وتقدم هيئات الأرصاد الجوية بالدول الأعضاء الإمكانات لهذا البرنامج. وتتضمن وسائل رصد الأحوال الجوية: 1ـ محطات رصد جوي 2ـ بالونات أرصاد جوية 3ـ أقمار صناعية للرصد.
محطات الرصد الجوي. وهي تقوم بتسجيل الأحوال الجوية على الأرض. ويوجد أكثر من 3,500 محطة حول العالم، تقيس ـ كل ساعة ـ درجة الحرارة، واتجاه الرياح وسرعتها، والرطوبة، وكمية المطر، وغيرها من الأحوال الجوية، ثم تبث هذه المعلومات إلى مراكز توقعات الحالة الجوية.
رادار الطقس يساعد علماء الأرصاد الجوية على تحديد مكان سقوط المطر، حيث تعكس قطرات الماء موجات الراديو التي يصدرها نظام الرادار، وتظهر المناطق الممطرة على الشاشة.
بالونات الأرصاد الجوية تحمل أجهزة تقيس الأحوال الجوية للغلاف الجوي على ارتفاعات مختلفة، وتبث البيانات إلى الأرض. وقد أُطلق البالون الموجود في الصورة من أنتاركتيكا.
صورة بالأقمار الصناعية لأمريكا الشمالية تبين نمط السحب فوق هذه القارة. والنمط الدوار على مبعدة من الساحل الشمالي الشرقي للولايات المتحدة هو لإعصار ممطر (إعصار الهاركين).
وتستخدم محطات الرصد الجوي وسائل متعددة لتسجيل الأحوال الجوية؛ فمقياس الحرارة (الترمومتر) يقيس درجة حرارة الهواء، والبَارومِتر (مقياس الضغط الجوي) يبين الضغط الجوي، ودليل الأرصاد الجوية (دوارة الريح) يبين اتجاه الرياح، والمرياح (الأَنيمُومِتر) يقيس سرعة الرياح، ومقياس الرطوبة النسبية (الهَيْجْرُومِتْر) يقيس كمية الرطوبة في الهواء، ومقياس المطر يقيس كمية المطر.
تستخدم بعض محطات الرصد الجوي الرادار أيضًا لتكشف عن الأمطار التي تسقط على مسافات بعيدة، حيث يطلق النظام موجات راديوية، فتعكسها قطرات المطر وحبات الجليد الموجودة في السحاب. ويمكن كشف الموجات المنعكسة حتى مسافة حوالي 400 كم. ويظهر موضع المنطقة الممطرة على شاشة تشبه شاشة التلفاز. ويستطيع علماء الأرصاد الجوية -باستخدام الرادارـ أن يحَددوا اتجاه العاصفة وسرعتها. وفي حالات كثيرة، تدل قوة الأشعة المنعكسة على نوع العاصفة القادمة. فالأشعة المنعكسة بوساطة حبات البرد في عاصفة رعدية ـ على سبيل المثال ـ قوية جدا. ويُمكِّن الرادار علماء الأرصاد الجوية من التوقع بموعد مرور عاصفة ما على منطقة معينة. وقد طورت الإدارة القومية للمحيطات والغلاف الجوي بالولايات المتحدة شبكة لمحطات رادار دوبلر ذات الموجات النابضة، وهذا الرادار يكشف موجات الهواء المتحركة بسبب التغيرات الدقيقة في تردد الإشعاع المنعكس والمعروفة باسم تغييرات دوبلر. انظر: دوبلر، تأثير.
بالونات الأرصاد الجوية. وهي تقيس الأحوال الجوية في الطبقات العليا من الغلاف الجوي. فكل يوم، تطلق حوالي 800 محطة رصد جوي حول العالم بالونين لكل منها، ويُملأ البالون بغاز الهيليوم أو الهيدروجين، ويحمل جهازًا يسمى المسبار اللاسلكي وهو جهاز يبث المعلومات الجوية إلى المحطات الأرضية بواسطة جهاز إرسال لاسلكي، وهو يقيس درجة الحرارة، والضغط الجوي، ورطوبة الجو على ارتفاعات مختلفة. أما اتجاه الرياح وسرعتها فيمكن تحديدهما على الأرض من خلال تتبع حركة البالون بوساطة جهاز تحديد الاتجاه. وينفجر البالون عندما يصل إلى ارتفاع حوالي 27,000م، حينئذ تُفتح مظلة الهبوط (الباراشوت) المتصلة بالمسبار اللاسلكي، فتُعيده إلى الأرض.
وهناك نوع آخر من بالونات الأرصاد الجوية يسمى البالون ثابت المستوى، وهو يحلق على ارتفاع معين، ويظل الغاز بداخله عند ضغط ثابت تقريبا. ويحدد حجم البالون الارتفاع الذي يحلق عليه. ويمكن للبالونات ثابتة المستوى أن تظل في الهواء شهورًا كثيرة، وهي تمدنا بقياسات طويلة الأجل للأحوال الجوية على ارتفاع معين. وتبث البالونات البيانات إلى الأقمار الصناعية التي توصلها بدورها إلى المحطات الأرضية.
الأقمار الصناعية. هي آلات تصوير تحمل آلات تصوير تلفازية تلتقط صورًا للأرض. وتبين الصور أنماط السحب التي تعلو الأرض، ومساحات كبيرة من الثلج والجليد على سطحها. وتبث الأقمار الصناعية صورًا عن طريق الإشارات إلى المحطات الأرضية، حيث تُعد صورًا فوتوغرافية من هذه الإشارات. ويستطيع علماء الأرصاد الجوية ـ بدراسة هذه الصور ـ تحديد أماكن الأعاصير الممطرة وغيرها من الأعاصير الخطيرة التي تتشكل فوق المحيط، ومن ثم، تستطيع إدارة الخدمات الجوية إصدار التحذيرات المناسبة قبل أن تضرب العواصف اليابسة. وتأخذ الأقمار الصناعية أيضًا قياسات لدرجة الحرارة والرطوبة. وبالإضافة إلى ذلك، يستطيع علماء الأرصاد الجوية تحديد اتجاه الرياح وسرعتها عن طريق ملاحظة حركة السحب في سلسة من صور الأقمار الصناعية.
وهناك نوعان من الأقمار الصناعية للطقس: قُطبِيّ المدار وأرضيّ المدار. وتدور الأقمار الصناعية للطقس قطبية المدار حول الأرض على ارتفاع يتراوح بين 800 و1400 كم تقريبا، ويقع مدارها فوق القطبين الشمالي والجنوبي. وحــيـث إن الأرض تـدور، فـإن القمـر الصناعي القطـبي المـدار يمــر فـوق مـنـاطـق مختـلفة مـن الأرض فـي كــل دورة. وقــد تغـطي مـساحة الصور التي يلتقطها ما يصل إلى 10 ملايين كم²، أو حوالي 2% من مساحة سطح الأرض. ويمكن لبعض الأقمار الصناعية قطبية المدار أن تصور الأرض مرتين في اليوم الواحد.
أما الأقمار الصناعية للطقس أرضية المدار ـ والتي يطلق عليها أيضًا أقمار صناعية أرضية التزامن ـ فتدور حول خط الاستواء على ارتفاع يبلغ 35,890كم. وعلى هذا الارتفاع تتزامن حركة قمر الأرصاد الجوية مع دوران الأرض، وبذا يكمِل القمر دورة واحدة في نفس الوقت الذي تُكمِل فيه الأرض دورة واحدة، ومن ثم يظل في موقع واحد فوق الأرض. ولأن الأقمار الصناعية للطقس ـ أرضية المدار ـ تدور على مثل هذا الارتفاع العالي، لذا فهي تستطيع أن تلتقط صورًا تغطي مساحات أوسع من تلك التي تلتقطها الأقمار الصناعية قطبية المدار. وإذا ما وُضِعَت أقمار صناعية أربعة فإنها تستطيع أن تلتقط في وقت واحد صورًا تغطي الكرة الأرضية بأكملها.
وسائل الرصد الأخرى. وهي تتضمن الطائرات والسفن، وبعض الطائرات التجارية المزودة بأجهزة خاصة تسجل اتجاه الرياح وسرعتها ودرجة الحرارة عند مستوى الطيران. ويستطيع عدد من الطائرات أن يرسل هذه المعلومات إلى الأقمار الصناعية للطقس أرضية المدار. وهناك أيضا طائرات خاصة للأرصاد الجوية تسجل قياسات للأحوال الجوية. وبالإضافة إلى ذلك، تُطلق الطائرات نوعًا من المسبار اللاسلكي يسمى درُبسُونْد يسجل الأحوال الجوية أثناء هبوطه إلى الأرض بمظلة الهبوط.
وتوصِّل السفن التجارية وسفن الأرصاد الجوية معلومات عن الأحوال الجوية إلى المحطات الأرضية بوساطة أجهزة الراديو، كما تُطلق سفن الأرصاد الجوية أيضا بالونات تسجل الأحوال الجوية في أعلى الغلاف الجوي. وبالإضافة إلى ذلك، تطلق السفن إلى المحيطات طوافات خاصة ـ وهي وسائل تطفو على سطح الماء. وتسجل الطوافات الأحوال الجوية عند مستوى سطح البحر، وتبث المعلومات إلى الأقمار الصناعية للطقس قطبية المدار. وبعض الطوافات مثبتة في الماء، وبعضها الآخر ينجرف مع التيار.
الحواسيب في مكاتب الأرصاد الجوية تتلقى بصفة دائمة معلومات عن الطقس من مصادر مختلفة مثل محطات الأرصاد الجوية والبالونات والأقمار الصناعية وتحلل أجهزة الحاسوب هذه المعلومات وتستخدمها في إعداد أحدث خرائط الطقس والتوقعات الجوية.
تحليل المعلومات الخاصة بالطقس. من أجل تحليل المعلومات الخاصة بالطقس يجب توفر أكثر من عامل مثل إعداد خريطة الطقس والتوقعات بالأحوال الجوية.
إعداد خريطة الطقس. تُستخدم المعلومات التي تم جمعها بوساطة محطات الأرصاد الجوية والبالونات والأقمار الصناعية وغيرها من الوسائل لإعداد خرائط الطقس. وقد بدأ علماء الأرصاد الجوية في الخمسينيات من القرن العشرين، يجمعون المعلومات ويُعدُّون الخرائط الخاصة بالطقس باستخدام الحواسيب. وتُبين خريطة الطقس السطحية الأحوال الجوية التي تم قياسها عند سطح الأرض في وقت معين من اليوم. وتوجد في الخرائط خطوط تسمى خطوط تساوي درجة الحرارة (خطوط التحاور)، وهي تربط بين الأماكن التي سجلت نفس درجة الحرارة، كما توجد خطوط تسمى خطوط تساوي الضغط الجوي (الإيسوبار)، وهي تربط بين الأماكن التي سجلت نفس الضغط الجوي.
وتميل الرياح إلى أن تهب موازية تقريبا لخطوط تساوي الضغط الجوي. وإذا كانت هذه الخطوط متقاربة، كانت الرياح شديدة أما اذا كانت متباعدة، فالرياح تكون خفيفة. أما التساقط فتمثله المناطق المظللة. وتبين خرائط الطقس السطحية كذلك مواضع الجبهات الهوائية على الخرائط.
وتوجد خريطة 500 مليبار تبين درجة الحرارة واتجاه الرياح وسرعتها والرطوبة التي تم قياسها على ارتفاع حوالي 5,608م في المتوسط. ويبلغ الضغط الجوي -عند هذا الارتفاع- حوالي500 مليبار، أو حوالي نصف معدل الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر. وتبين خريطة الحرارة أعلى درجات الحرارة السطحية وأصغرها في الأماكن المختلفة خلال 24 ساعة. وتبين خريطة التساقط (خريطة تكثف البخار إلى مطر) الأماكن التي حدث فيها التساقط خلال 24 ساعة. وتُستخدم خريطة توقع حالة الطقس للتنبؤ بدرجة الحرارة، والضغط الجوي، واتجاه الرياح وسرعتها، والرطوبة، والتساقط في وقت معين في يوم ما. وتُعِدُّ الحواسيب هذه الخرائط من خلال حل معادلات رياضية معقدة، تستخدم معلومات الأرصاد الجوية كنقطة بداية.
توقعات الطقس. وهي تتضمن تحليل خرائط الطقس. وهناك نوعان أساسيان من التوقعات الجوية، توقعات قصيرة المدى و توقعات طويلة المدى. وتتنبأ التوقعات قصيرة المدى بالطقس خلال الثماني عشرة ساعة، أو الست والثلاثين ساعة التالية. وتحدث هذه التوقعات عدة مرات في اليوم، كلما تَلَقَّى علماء الأرصاد الجوية معلومات جديدة عن الطقس. وهناك عدة أنواع من التوقعات طويلة المدى. فأحدها يتنبأ بالأحوال الجوية خلال الأيام الخمسة التالية ويراجعه علماء الأرصاد الجوية يوميًا، والنوع الآخر يغطي الأيام الستة أو العشرة التالية. ويُراجَع ثلاث مرات في الأسبوع. ويُعِدُّ علماء الأرصاد الجوية أيضًا توقعات تمتد إلى ثلاثين يومًا، ويراجعونها مرتين في الشهر. وكلما طالت الفترة التي تغطيها التوقعات الجوية، قلت التفصيلات التي تتضمنها، وقل احتمال دقتها.
ولا يستطيع علماء الأرصاد الجوية الاعتماد على خرائط الطقس وحدها لإعداد توقعات دقيقة، إنما يستخدمون حواسيب سريعة جدًا لإعداد توقعاتهم.
وتستخدم معظم نظم الحاسوب نموذجًا يقسم الغلاف الجوي إلى شبكة مربعات. ويتلقى الحاسوب المعلومات من محطات الأرصاد الجوية والأقمار الصناعية، ويعد خريطة طقس نموذجية ثم يحسب التطورات التي ستطرأ على المتغيرات الجوية كالضغط والحرارة وسرعة الرياح واتجاهها خلال الأيام القليلة التالية، ومن خلال هذه الحسابات تُعد نشرة الأحوال الجوية. فعلى سبيل المثال، تستخدم مصلحة الأرصاد الجوية في المملكة المتحدة نموذج حاسوب يحتوي على 60,000 نقطة على الكرة الأرضية، وهو يماثل شبكة مربعات عرضها 90كم. وللحصول على تنبؤات جوية أكثر دقة ـ كما هو الحال في المناطق الساحلية على سبيل المثال ـ تستخدم نماذج الحاسوب شبكة مربعات أصغر، لا يتعدى عرضها عدة كيلومترات. وغالبا ما تخطئ خرائط توقعات الأحوال الجوية التي يعدها الحاسوب لعدد من الأسباب: أحد هذه الأسباب أن الصيغ التي تستخدمها نظم الحاسوب هي مجرد وصف تقريبي لسلوك الغلاف الجوي. وبالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تكون التوقعات الطقسية غير دقيقة، لأن الأحوال الجوية المحتملة كثيرة جدًا، كما أنه من المحتمل أن تتغير هذه الأحوال العامة بسرعة فائقة. وخرائط التوقعات الجوية التي تتنبأ بالأحوال العامة للطقس أكثر دقة من تلك التي تتنبأ بحالة الجو في مكان معين ووقت محدد.
بالإضافة إلى تحليل خرائط التوقعات الجوية، يحلل علماء الأرصاد الجوية خرائط ومخططات أخرى للتنبؤ بالطقس في مدينة معينة. ومن أسباب عدم دقة توقعاتهم أن الأحوال الجوية لايتم رصدها في جميع أنحاء العالم بما فيه الكفاية. إذ توجد محطات أرصاد جوية في معظم أنحاء اليابسة ولكن لا يوجد العدد الكافي من طائرات وسفن الأرصاد الجوية وطوافات المحيطات، لمراقبة جميع المحيطات التي تغطي أكثر من ثلثي سطح الأرض. ونادرا ما يجري رصد حالة الغلاف الجوي فوق مناطق شاسعة من المحيطات إلا عن طريق الأقمار الصناعية. وهذه بمفردها لاتزودنا بمعلومات كافية عن هذه المناطق، ومن ثم، لا يستطيع علماء الأرصاد الجوية دائما أن يخبرونا بنوعية الطقس الذي سيسود جهة معينة من العالم.
تطور توقعات الحالة الجوية
لقد حاول الناس التنبؤ بالأحوال الجوية منذ آلاف السنين وقد بنوا تنبؤاتهم -منذ أكثر من 4,000 سنة مضت ـ على مواقع النجوم، وكان القدماء يعتقدون أن بعض آلهتهم يتحكمون في الأحوال الجوية مثل المطر والرعد والرياح.
وربما اخترع أول جهاز لقياس الأحوال الجوية ـ وهو مقياس المطر ـ قبل القرن الرابع قبل الميلاد كما تم تطوير دوَّارة الريح بحلول منتصف القرن الأول قبل الميلاد. إلا أن التوقعات الجوية لم تكتسب الثقة، ولم يُعتد بها إلا بعد اختراع عدد من الوسائل العلمية الأخرى.
بدايات التوقعات الجوية الحديثة. في عام 1593م، طور العالم الإيطالي جَالِيليو نوعا من مقاييس الحرارة. وفي عام 1643م، اخترع الإيط
