مسبار لاسلكي

الراديوسوند هو جهاز قياس عن بُعد يعمل بالبطارية، يُحمل عادةً إلى الغلاف الجوي بواسطة بالون طقس ، ويقيس معايير جوية مختلفة ويرسلها لاسلكيًا إلى جهاز استقبال أرضي. تقيس أجهزة الراديوسوند الحديثة أو تحسب المتغيرات التالية: الارتفاع ، والضغط ، ودرجة الحرارة ، والرطوبة النسبية ، والرياح ( سرعتها واتجاهها )، وقراءات الأشعة الكونية على ارتفاعات عالية، والموقع الجغرافي ( خط العرض / خط الطول ). تُعرف أجهزة الراديوسوند التي تقيس تركيز الأوزون باسم أجهزة قياس الأوزون. ^{[ 1 ]}

قد تعمل أجهزة الراديو سوند بترددات راديوية تبلغ 403 ميجاهرتز أو 1680  ميجاهرتز. يُطلق على جهاز الراديو سوند الذي يُرصد موقعه أثناء صعوده لتحديد سرعة الرياح واتجاهها اسم "راديو سوند" ( rawinsonde ). ^{[ 2 ] [ 3 ]} تحتوي معظم أجهزة الراديو سوند على عاكسات رادار، وهي تُصنف تقنيًا ضمن أجهزة الراديو سوند. أما جهاز الراديو سوند الذي يُسقط من طائرة ويسقط أرضًا، بدلًا من أن يحمله منطاد، فيُطلق عليه اسم " راديو سوند" (dropsonde ). تُعد أجهزة الراديو سوند مصدرًا أساسيًا للبيانات المناخية ، ويتم إطلاق المئات منها يوميًا في جميع أنحاء العالم.

أُجريت أولى رحلات الأجهزة الجوية في النصف الثاني من القرن التاسع عشر باستخدام الطائرات الورقية وأجهزة قياس الأرصاد الجوية ، وهي أجهزة تسجيل تقيس الضغط ودرجة الحرارة، ويتم استعادتها بعد انتهاء التجربة. وقد ثبتت صعوبة ذلك لأن الطائرات الورقية كانت موصولة بالأرض، وكان من الصعب جدًا التحكم بها في ظروف الرياح العاصفة. علاوة على ذلك، اقتصرت عمليات الرصد على الارتفاعات المنخفضة بسبب ارتباطها بالأرض.

كان غوستاف هيرميت وجورج بيزانسون ، من فرنسا، أول من استخدم بالونًا لنقل جهاز قياس الأرصاد الجوية عام 1892. وفي عام 1898، نظم ليون تيسيرينك دي بورت في مرصد الأرصاد الجوية الديناميكية في تراب أول استخدام يومي منتظم لهذه البالونات. وأظهرت البيانات المستقاة من عمليات الإطلاق هذه أن درجة الحرارة تنخفض مع الارتفاع حتى مستوى معين، يختلف باختلاف الفصول، ثم تستقر فوق هذا المستوى. وقد أُعلن عن اكتشاف دي بورت للتروبوبوز والستراتوسفير عام 1902 في الأكاديمية الفرنسية للعلوم. ^{[ 4 ]} وكان باحثون آخرون، مثل ريتشارد أسمان وويليام هنري داينز ، يعملون في نفس الفترة باستخدام أدوات مماثلة.

في عام ١٩٢٤، أجرى العقيد ويليام بلير، من سلاح الإشارة الأمريكي، أولى التجارب البدائية لقياسات الطقس من المنطاد، مستفيدًا من اعتماد الدوائر اللاسلكية على درجة الحرارة. اخترع روبرت بيرو في فرنسا أول جهاز راديو سوند حقيقي يرسل بيانات دقيقة مشفرة من أجهزة استشعار الطقس . وقد صاغ بيرو اسم "راديو سوند" وأطلق أول جهاز منه في ٧ يناير ١٩٢٩. ^{[ ٤ ] [ ٥ ]} وبعد عام، طور بافيل مولتشانوف جهاز راديو سوند بشكل مستقل، وأطلقه في ٣٠ يناير ١٩٣٠. أصبح تصميم مولتشانوف معيارًا شائعًا لبساطته، ولأنه يحول قراءات المستشعرات إلى شفرة مورس ، مما يسهل استخدامه دون معدات أو تدريب خاص. ^{[ ٦ ]}

باستخدام مسبار مولتشانوف المُعدَّل، كان سيرجي فيرنوف أول من استخدم المسابير الراديوية لقياس الأشعة الكونية على ارتفاعات عالية. في الأول من أبريل عام ١٩٣٥، أجرى قياسات حتى ارتفاع ١٣.٦ كيلومترًا (٨.٥ ميلًا) باستخدام عدادين من نوع جايجر في دائرة مضادة للتزامن لتجنب احتساب وابلات الأشعة الثانوية. ^{[ ٦ ] [ ٧ ]} أصبحت هذه التقنية مهمة في هذا المجال، وقام فيرنوف بتحليق مسابيره الراديوية برًا وبحرًا على مدى السنوات القليلة التالية، لقياس اعتماد الإشعاع على خط العرض الناتج عن المجال المغناطيسي للأرض .  

في عام 1936، كلّفت البحرية الأمريكية مكتب المعايير الوطني (NBS) بتطوير جهاز راديو سوند رسمي لاستخدامه في البحرية. ^{[ 8 ]} وأسند المكتب المشروع إلى هاري دايموند ، الذي سبق له العمل في مجال الملاحة الراديوية واختراع نظام هبوط آلي للطائرات. ^{[ 9 ]} وأصبحت المنظمة التي كان دايموند يقودها لاحقًا (في عام 1992) جزءًا من مختبر أبحاث الجيش الأمريكي . في عام 1937، ابتكر دايموند، بالتعاون مع زميليه فرانسيس دنمور وويلبر هينمان الابن، جهاز راديو سوند يستخدم تعديل الموجة الحاملة الفرعية للتردد الصوتي بمساعدة مذبذب استرخاء المقاومة والسعة. إضافةً إلى ذلك، كان جهاز راديو سوند التابع لمكتب المعايير الوطني قادرًا على قياس درجة الحرارة والرطوبة على ارتفاعات أعلى من أجهزة الراديو سوند التقليدية في ذلك الوقت، وذلك بفضل استخدام أجهزة استشعار كهربائية. ^{[ 8 ] [ 10 ]}

في عام 1938، طوّر دايموند أول جهاز استقبال أرضي لجهاز الراديو سوند، مما حفّز الاستخدام الأول لأجهزة الراديو سوند التابعة للمكتب الوطني للمعايير في البحرية. ثم في عام 1939، طوّر دايموند وزملاؤه جهاز راديو سوند أرضي يُسمى "محطة الأرصاد الجوية عن بُعد"، والذي مكّنهم من جمع بيانات الطقس تلقائيًا في المواقع النائية والوعرة. ^{[ 11 ]} وبحلول عام 1940، تضمّن نظام الراديو سوند التابع للمكتب الوطني للمعايير محرك ضغط، يقيس درجة الحرارة والرطوبة كدالة للضغط. ^{[ 8 ]} كما جمع بيانات عن سُمك السحب وشدة الإضاءة في الغلاف الجوي. ^{[ 12 ]} وبفضل هذا، بالإضافة إلى تحسينات أخرى في التكلفة (حوالي 25 دولارًا أمريكيًا)، والوزن (أكثر من كيلوغرام واحد)، والدقة، تم إنتاج مئات الآلاف من أجهزة الراديو سوند من طراز المكتب الوطني للمعايير على مستوى البلاد لأغراض البحث، واعتمد مكتب الأرصاد الجوية الأمريكي الجهاز رسميًا. ^{[ 8 ] [ 10 ]}

حصل دايموند على جائزة الهندسة من أكاديمية واشنطن للعلوم عام 1940 وجائزة زمالة معهد مهندسي الراديو (التي أعيد تسميتها لاحقًا بجائزة هاري دايموند التذكارية) عام 1943 لمساهماته في علم الأرصاد الجوية الراديوية. ^{[ 11 ] [ 13 ]}

أدى توسع خدمات التنبؤات الجوية الحكومية ذات الأهمية الاقتصادية خلال ثلاثينيات القرن العشرين، وازدياد حاجتها إلى البيانات، إلى تحفيز العديد من الدول على بدء برامج رصد منتظمة باستخدام أجهزة الراديو سوند.

في عام 1985، وكجزء من برنامج فيغا التابع للاتحاد السوفيتي ، أسقطت مسبارتا الزهرة ، فيغا 1 وفيغا 2 ، كل منهما مسبارًا لاسلكيًا في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة . وتم تتبع المسبارين لمدة يومين.

على الرغم من أن الاستشعار عن بعد الحديث بواسطة الأقمار الصناعية والطائرات وأجهزة الاستشعار الأرضية يمثل مصدراً متزايداً لبيانات الغلاف الجوي، إلا أن أياً من هذه الأنظمة لا يمكنه أن يضاهي الدقة الرأسية ( 30 متراً أو أقل ) وتغطية الارتفاع ( 30 كيلومتراً ) ، التي توفرها قياسات الراديو سوند، لذا فهي لا تزال ضرورية لعلم الأرصاد الجوية الحديث. ^{[ 2 ]}    

على الرغم من إطلاق مئات من أجهزة قياس الإشعاع الراديوي يوميًا على مدار العام في جميع أنحاء العالم، إلا أن الوفيات الناجمة عنها نادرة. أول مثال معروف هو صعق عامل صيانة خطوط كهرباء في الولايات المتحدة بالكهرباء أثناء محاولته تحرير جهاز قياس إشعاع راديوي من خطوط نقل الطاقة ذات الجهد العالي عام 1943. ^{[ 14 ] [ 15 ]} وفي عام 1970، فقدت طائرة أنتونوف 24 تابعة لشركة إيروفلوت، الرحلة 1661 ، السيطرة عليها بعد اصطدامها بجهاز قياس إشعاع راديوي أثناء الطيران، مما أدى إلى وفاة جميع الركاب البالغ عددهم 45 شخصًا.

يرفع بالون مطاطي أو لاتكس مملوء بالهيليوم أو الهيدروجين الجهاز عبر الغلاف الجوي . ويُحدد قطر البالون وسُمكه أقصى ارتفاع يصل إليه. تتراوح أحجام البالونات بين 100 و3000 غرام (3.5 إلى 105.8 أونصة) . ومع صعود البالون في الغلاف الجوي، ينخفض ​​الضغط، مما يؤدي إلى تمدده. وفي النهاية، يتمدد البالون إلى درجة تمزق غلافه، مما ينهي عملية الصعود. وينفجر بالون يزن 800 غرام (28 أونصة) على ارتفاع حوالي 21 كيلومترًا (13 ميلًا) . ^{[ 16 ]} بعد الانفجار، قد تُبطئ مظلة صغيرة على حبل دعم جهاز الراديوسوند هبوطه إلى الأرض، بينما يعتمد بعضها على مقاومة الهواء الناتجة عن بقايا البالون الممزقة، وخفة وزن الجهاز نفسه. تستغرق رحلة الراديوسوند النموذجية من 60 إلى 90 دقيقة. وصل أحد أجهزة قياس الإشعاع الراديوي من قاعدة كلارك الجوية في الفلبين إلى ارتفاع 155092 قدمًا (47272 مترًا) .        

تتصل أجهزة الراديو الحديثة لاسلكيًا بجهاز كمبيوتر يخزن جميع البيانات في الوقت الفعلي. رُصدت أولى أجهزة الراديو من الأرض باستخدام جهاز ثيودوليت ، وكانت تُعطي تقديرًا تقريبيًا لسرعة الرياح بناءً على الموقع. مع ظهور الرادار من قِبل سلاح الإشارة، أصبح من الممكن تتبع هدف راداري محمول على البالونات باستخدام رادار SCR-658 . تستخدم أجهزة الراديو الحديثة آليات متنوعة لتحديد سرعة الرياح واتجاهها، مثل مُحدد اتجاه الراديو أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) . يبلغ وزن جهاز الراديو عادةً 250 غرامًا (8.8 أونصة) .  

أحيانًا يتم نشر أجهزة الراديو سوند عن طريق إسقاطها من طائرة بدلاً من حملها بواسطة منطاد. وتُسمى أجهزة الراديو سوند التي يتم نشرها بهذه الطريقة بأجهزة الإسقاط الجوي .

تُستخدم بالونات الأرصاد الجوية المزودة بمجسات راديوية تقليديًا لقياس خصائص الغلاف الجوي من رطوبة ودرجة حرارة وضغط وسرعة واتجاه الرياح. ^{[ 17 ]} تُعدّ البيانات عالية الجودة والمتواصلة مكانيًا وزمنيًا، والمستقاة من رصد طبقات الجو العليا إلى جانب الملاحظات السطحية، أساسًا بالغ الأهمية لفهم أحوال الطقس واتجاهات المناخ، وتوفير معلومات الطقس والمناخ اللازمة لرفاهية المجتمعات. وتُسهم المعلومات الموثوقة وفي الوقت المناسب في تعزيز استعداد المجتمع لمواجهة الظروف الجوية القاسية وأنماط المناخ المتغيرة. ^{[ 17 ]}

يوجد في العالم حوالي 1300 موقع لإطلاق أجهزة الراديو سوند. ^{[ 18 ]} وتتبادل معظم الدول البيانات مع بقية العالم من خلال اتفاقيات دولية. وتُجرى جميع عمليات إطلاق أجهزة الراديو سوند الروتينية تقريبًا قبل ساعة واحدة من أوقات الرصد الرسمية، أي الساعة 00:00 و12:00 بالتوقيت العالمي المنسق، وذلك لتوحيد أوقات الرصد خلال فترة الصعود التي تستغرق ساعتين تقريبًا. ^{[ 19 ] [ 20 ]} وتُعدّ عمليات رصد الراديو سوند مهمة للتنبؤات الجوية ، ومراقبة الأحوال الجوية القاسية والتحذير منها ، ولأبحاث الغلاف الجوي.

تُطلق هيئة الأرصاد الجوية الوطنية الأمريكية أجهزة قياس الأرصاد الجوية اللاسلكية مرتين يوميًا من 92 محطة، 69 منها في الولايات المتحدة المتجاورة، و13 في ألاسكا، وتسع في المحيط الهادئ، وواحدة في بورتوريكو. كما تدعم تشغيل 10 مواقع لأجهزة قياس الأرصاد الجوية اللاسلكية في منطقة البحر الكاريبي . ^{[ 20 ]} يمكن الاطلاع على قائمة بمواقع الإطلاق البرية التي تُشغلها الولايات المتحدة في الملحق ج، محطات قياس الأرصاد الجوية اللاسلكية البرية الأمريكية ^{[ 21 ]} من الدليل الفيدرالي للأرصاد الجوية رقم 3، ^{[ 22 ]} بعنوان "ملاحظات أجهزة قياس الأرصاد الجوية اللاسلكية وأجهزة قياس الأرصاد الجوية"، الصادر في مايو 1997.

تُطلق المملكة المتحدة أجهزة راديو سوند من طراز فايسالا RS41 ^{[ 23 ]} أربع مرات يوميًا (قبل ساعة من الساعة 00:00، 06:00، 12:00، و18:00 بالتوقيت العالمي المنسق) من ستة مواقع إطلاق (من الجنوب إلى الشمال): كامبورن (خط العرض، خط الطول) = (50.218، -5.327)، الطرف الجنوبي الغربي لإنجلترا؛ هيرستمونسو (50.89، 0.318)، بالقرب من الساحل الجنوبي الشرقي؛ واتنال (53.005، -1.25)، وسط إنجلترا؛ خليج كاستور (54.50، -6.34)، بالقرب من الزاوية الجنوبية الشرقية لبحيرة لوغ ني في أيرلندا الشمالية؛ ألبيمارل (55.02، -1.88)، شمال شرق إنجلترا؛ وليرويك (60.139، -1.183)، شتلاند ، اسكتلندا . ^{[ 24 ] [ 25 ]}

تُعالج بيانات الغلاف الجوي العلوي الخام بشكل روتيني بواسطة الحواسيب العملاقة التي تُشغّل نماذج عددية. وغالبًا ما يعرض خبراء الأرصاد الجوية هذه البيانات في شكل رسوم بيانية، مُرسمة على مخططات ديناميكية حرارية مثل مخططات Skew-T log-P ، ومخططات Tephigrams ، ومخططات Stüve ، وكلها مفيدة لتفسير الملف الديناميكي الحراري الرأسي للغلاف الجوي من حيث درجة الحرارة والرطوبة، بالإضافة إلى حركية الملف الرأسي للرياح. ^{[ 17 ]}

تُعدّ بيانات الراديو سوند عنصرًا بالغ الأهمية في التنبؤ العددي بالطقس. ونظرًا لاحتمالية انجراف المسبار لمسافة مئات الكيلومترات خلال رحلة تتراوح مدتها بين 90 و120 دقيقة، قد يُثار القلق من إمكانية تسبب ذلك في مشاكل في تهيئة النموذج. ^{[ 17 ]} مع ذلك، يبدو أن هذا غير صحيح، باستثناء ربما مناطق محدودة في التيارات النفاثة في طبقة الستراتوسفير. ^{[ 26 ]} يُمكن حل هذه المشكلة مستقبلًا بواسطة طائرات الأرصاد الجوية المسيّرة ، التي تتمتع بتحكم دقيق في موقعها وقادرة على تعويض الانجراف. ^{[ 27 ]}

للأسف، تعاني المناطق الأقل نموًا في العالم، كأفريقيا التي تتأثر بشدة بالظواهر الجوية المتطرفة وتغير المناخ، من نقص حاد في بيانات الرصد الجوي السطحي والعلوي. وقد سلطت المنظمة العالمية للأرصاد الجوية الضوء على خطورة هذه المشكلة في عام 2020 ^{[ 28 ]} ، حيث ذكرت أن "الوضع في أفريقيا يشهد انخفاضًا حادًا بنسبة تقارب 50% في عدد رحلات الراديو سوند، وهو أهم أنواع الرصد الجوي السطحي، بين عامي 2015 و2020. كما أن التغطية الجغرافية للتقارير أصبحت أضعف". وعلى مدى العقدين الماضيين، عانت نحو 82% من دول أفريقيا من نقص حاد (57%) ومتوسط ​​(25%) في بيانات الراديو سوند. ^{[ 17 ]} وقد دفع هذا الوضع المتردي إلى المطالبة بضرورة ملحة لسد هذه الفجوة في البيانات في أفريقيا والعالم. إن الفجوة الهائلة في البيانات في جزء كبير من الكتلة الأرضية العالمية، موطن بعض المجتمعات الأكثر ضعفاً، قد حفزت الدعوة المذكورة أعلاه جهوداً عالمية ^{[ 29 ]} "لسد فجوة البيانات" في العقد المقبل ووقف المزيد من التدهور في شبكات الرصد.

بحسب الاتحاد الدولي للاتصالات ، تُعرَّف خدمة المعينات الأرصادية (وتُسمى أيضًا: خدمة الاتصالات اللاسلكية للمعينات الأرصادية ) - وفقًا للمادة 1.50 من لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية [ ^{30 ] -} بأنها " خدمة اتصالات لاسلكية تُستخدم لأغراض الرصد والاستكشاف في مجال الأرصاد الجوية، بما في ذلك الأرصاد الهيدرولوجية". كما تنص المادة 1.109 من لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية ^{[ 31 ] على ما يلي:}

جهاز الراديو سوند هو جهاز إرسال لاسلكي آلي يُستخدم في خدمات الأرصاد الجوية، ويُحمل عادةً على متن طائرة أو منطاد حر أو طائرة ورقية أو مظلة، ويقوم بنقل بيانات الأرصاد الجوية. ويتم تصنيف كل جهاز إرسال لاسلكي من قِبل خدمة الاتصالات اللاسلكية التي يعمل ضمنها بشكل دائم أو مؤقت.

• 6AK5
• نموذج الغلاف الجوي
• الديناميكا الحرارية للغلاف الجوي
• CTD (أداة)
• تقنية السبر الأفقي العالمي
• مسبار صاروخي
• توتكس - شركة يابانية مصنعة لبالونات الأرصاد الجوية
• فايسالا
• فيلهو فايسالا
• بطارية يتم تنشيطها بالماء
• مسبار الكريكيت

• بيانات طبقات الجو العليا للعالم - الماضي والحاضر
• جدول بيانات المنظمة العالمية للأرصاد الجوية لجميع محطات الغلاف الجوي العلوي حول العالم
• تفسير بيانات الراديو سوند (مخططات تيفيجرام ومخططات Skew-T log P).
• متحف راديوسوند لأمريكا الشمالية
• نظام قياس الأعماق بالراديو سوند على موقع webmet.com
• صحيفة حقائق خدمة الأرصاد الجوية الوطنية التابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) بشأن أجهزة الراديو سوند
• سيرجي نيكولايفيتش فيرنوف
• صور SCR-658
• صور مبكرة
• صورة - مسبار راديوي من النوع المبكر
• صورة - مسبار راديوي، من نوع الترانزستور