توقعات كمية هطول الأمطار

التنبؤ الكمي بالهطول ( QPF ) هو الكمية المتوقعة من الهطول الذائب المتراكم خلال فترة زمنية محددة فوق منطقة محددة. ^{[ 1 ]} يُؤخذ التضاريس في الاعتبار عند حساب التنبؤ الكمي بالهطول باستخدام بيانات التضاريس أو بناءً على أنماط الهطول المناخية المستقاة من رصد دقيق. منذ منتصف إلى أواخر التسعينيات، استُخدمت التنبؤات الكمية بالهطول ضمن نماذج التنبؤ الهيدرولوجي لمحاكاة تأثيرها على الأنهار في جميع أنحاء الولايات المتحدة. تُظهر نماذج التنبؤ حساسية كبيرة لمستويات الرطوبة في طبقة الحدود الكوكبية ، أو في أدنى مستويات الغلاف الجوي، والتي تتناقص مع الارتفاع. ^{[ 2 ]} يمكن إعداد التنبؤ الكمي بالهطول على أساس كمي، للتنبؤ بالكميات، أو على أساس نوعي، للتنبؤ باحتمالية كمية محددة. ^{[ 3 ]} تُظهر تقنيات التنبؤ باستخدام صور الرادار دقة أعلى من تنبؤات النماذج في غضون 6 إلى 7 ساعات من وقت التقاط صورة الرادار. يمكن التحقق من صحة التنبؤات باستخدام قياسات مقياس المطر ، أو تقديرات رادار الطقس ، أو مزيج من الاثنين. يمكن تحديد درجات مهارة متنوعة لقياس قيمة توقعات هطول الأمطار.

توجد خوارزميات للتنبؤ بهطول الأمطار بناءً على اتجاهات الرادار قصيرة المدى، في غضون ساعات قليلة. وتُظهر تقنيات التنبؤ باستخدام صور الرادار دقة أعلى من تنبؤات النماذج في غضون 6 إلى 7 ساعات من وقت التقاط صورة الرادار. ^{[ 4 ]}

في الماضي، كان المتنبئ الجوي مسؤولاً عن إعداد التنبؤ الجوي الكامل بناءً على البيانات المتاحة. ^{[ 5 ]} أما اليوم، فيقتصر دور خبراء الأرصاد الجوية عمومًا على اختيار نموذج بناءً على معايير مختلفة، مثل انحيازات النموذج وأدائه. ^{[ 6 ]} ويمكن أن يساعد استخدام توافق نماذج التنبؤ، بالإضافة إلى نماذج من مجموعات مختلفة، في تقليل خطأ التنبؤ. ^{[ 7 ]} ومع ذلك، وبغض النظر عن مدى انخفاض متوسط ​​الخطأ في أي نظام فردي، لا تزال الأخطاء الكبيرة واردة في أي جزء من التوجيهات عند تشغيل أي نموذج. ^{[ 8 ]} ويُطلب من المختصين تفسير بيانات النموذج وتحويلها إلى تنبؤات جوية مفهومة لغير المتخصصين. ويمكن للمختصين استخدام معرفتهم بالتأثيرات المحلية التي قد تكون صغيرة جدًا بحيث لا يستطيع النموذج رصدها، لإضافة معلومات إلى التنبؤ. فعلى سبيل المثال، يُؤخذ التضاريس في الاعتبار في عملية التنبؤ الكمي بالهطول باستخدام التضاريس أو أنماط هطول الأمطار المناخية المستمدة من بيانات رصد دقيقة. ^{[ ٩ ]} باستخدام التوجيه النموذجي ومقارنة مجالات التنبؤ المختلفة بالبيانات المناخية ، تؤدي الأحداث المتطرفة، مثل هطول الأمطار الغزيرة المصاحبة لفيضانات لاحقة، إلى تنبؤات أفضل. ^{[ ١٠ ]} في حين أن زيادة دقة نماذج التنبؤ تعني أنه قد لا يكون هناك حاجة للتدخل البشري في عملية التنبؤ في مرحلة ما من المستقبل، إلا أن الحاجة إلى التدخل البشري لا تزال قائمة في الوقت الحالي. ^{[ ١١ ]}

بالإضافة إلى التنبؤات البيانية لهطول الأمطار التي تُظهر الكميات الكمية، يمكن إعداد تنبؤات تصف احتمالات هطول كميات معينة من الأمطار. وهذا يسمح للمتنبئ بتحديد درجة عدم اليقين في التنبؤ. تُعتبر هذه التقنية مفيدة، مقارنةً بعلم المناخ. ^{[ 15 ]} وقد استُخدمت هذه الطريقة لسنوات في تنبؤات هيئة الأرصاد الجوية الوطنية ، حيث إن احتمال هطول الأمطار خلال فترة زمنية معينة يساوي احتمال هطول 0.01 بوصة (0.25 ملم) في أي مكان محدد. ^{[ 16 ]} في هذه الحالة، يُعرف هذا باحتمال الهطول . ويمكن استخلاص هذه الاحتمالات من تنبؤ حتمي باستخدام معالجة لاحقة حاسوبية. ^{[ 17 ]} 

يمكن التحقق من صحة توقعات هطول الأمطار بعدة طرق. يمكن تجميع بيانات مقاييس المطر في متوسطات مساحية، ثم مقارنتها بشبكات نماذج التنبؤ. يمكن استخدام تقديرات رادار الطقس مباشرةً، أو تصحيحها وفقًا لبيانات مقاييس المطر. ^{[ 4 ]}

يمكن حساب العديد من المؤشرات الإحصائية بناءً على الحقول المرصودة والمتوقعة. أحدها، المعروف باسم الانحياز ، يقارن حجم الحقل المتوقع بالحقل المرصود، بهدف الحصول على قيمة 1. أما مؤشر التهديد فيتضمن تقاطع مجموعتي التنبؤ والملاحظة، مع حد أقصى ممكن لقيمة التحقق وهو 1. ^{[ 23 ]} ويتم حساب احتمالية الكشف (POD) بقسمة التداخل بين الحقلين المتوقع والمرصود على حجم الحقل المرصود، والهدف هنا هو الحصول على قيمة 1. ويقسم مؤشر النجاح الحرج (CSI) التداخل بين الحقلين المتوقع والمرصود على الحجم الكلي لهما، والهدف هنا هو الحصول على قيمة 1. أما معدل الإنذار الكاذب (FAR) فيقسم مساحة التنبؤ التي لا تتداخل مع الحقل المرصود على مساحة التنبؤ، والقيمة المستهدفة في هذا المقياس هي صفر. ^{[ 4 ]}

فيما يتعلق بالأعاصير المدارية التي تؤثر على الولايات المتحدة، فقد حقق نموذج التنبؤ العالمي GFS أفضل أداء فيما يتعلق بتوقعات هطول الأمطار خلال السنوات القليلة الماضية، متفوقًا على نموذجي التنبؤ NAM و ECMWF . ^{[ 21 ]}

• توقعات هطول الأمطار المصاحبة للأعاصير المدارية
• نظام الإنذار المبكر بالفيضانات الأوروبي : استخدام QPF وEPS للتنبؤ بالفيضانات

• مركز التنبؤات الهيدروميتورولوجية QPF للولايات المتحدة الأمريكية الـ 48 السفلى
• جهاز تحكم الري باستخدام QPF