رصد الأحوال الجوية السطحية

تُعدّ بيانات رصد الأحوال الجوية السطحية البيانات الأساسية المستخدمة لأغراض السلامة والمناخية في التنبؤ بالطقس وإصدار التحذيرات على مستوى العالم. ^{[ 1 ]} ويمكن جمع هذه البيانات يدويًا بواسطة مراقب جوي، أو حاسوبيًا عبر محطات الأرصاد الجوية الآلية ، أو من خلال نظام هجين يجمع بين مراقبي الطقس لدعم عمل محطات الأرصاد الجوية الآلية. وتُعرّف منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO ) الغلاف الجوي القياسي الدولي (ISA)، وهو نموذج للتغير القياسي للضغط ودرجة الحرارة والكثافة واللزوجة مع الارتفاع في الغلاف الجوي للأرض ، ويُستخدم لخفض ضغط المحطة إلى مستوى ضغط سطح البحر. ويمكن إرسال بيانات رصد المطارات عالميًا باستخدام رمز رصد METAR . كما يمكن لمحطات الأرصاد الجوية الشخصية التي تُجري عمليات رصد آلية إرسال بياناتها إلى شبكة الأرصاد الجوية الأمريكية ( Mesonet) عبر برنامج مراقبي الطقس المواطنين (CWOP)، أو إلى مكتب الأرصاد الجوية البريطاني (Met Office ) عبر موقعه الإلكتروني لرصد الطقس (WOW)، ^{[ 2 ]} أو دوليًا عبر موقع Weather Underground الإلكتروني. ^{[ 3 ]} يُستخدم عادةً متوسط ​​ثلاثين عامًا من بيانات الأرصاد الجوية لموقع ما لتحديد مناخ المحطة . ^{[ 4 ]} في الولايات المتحدة، تقوم شبكة من المراقبين المتعاونين بتسجيل معلومات يومية موجزة عن الطقس، وأحيانًا عن مستوى المياه.

يُنسب إلى القس جون كامبانيوس هولم الفضل في إجراء أولى عمليات الرصد الجوي المنهجية في أمريكا الاستعمارية. كان هولم قسيسًا في مستعمرة حصن السويديين بالقرب من مصب نهر ديلاوير. سجّل هولم ملاحظات يومية دون استخدام أجهزة خلال عامي 1644 و1645. وفي حين وُثّقت العديد من التقارير الأخرى عن الظواهر الجوية على الساحل الشرقي خلال القرن السابع عشر، احتفظ الرئيس جورج واشنطن بمذكرات جوية مفصلة خلال أواخر القرن الثامن عشر في ماونت فيرنون، فرجينيا. ازداد عدد مراقبي الطقس بشكل روتيني بشكل ملحوظ خلال القرن التاسع عشر. في عام 1807، طلب الدكتور بي إس بارتون من جامعة بنسلفانيا من أعضاء اتحاد جمعية لينيان في فيلادلفيا إنشاء مواقع رصد جوي مجهزة بأجهزة لتأسيس تاريخ مناخي. خلال أوائل القرن العشرين، انتقلت العديد من محطات الرصد من المزارع إلى الأحياء السكنية في المدن، حيث كانت خدمة إرسال استمارات الرصد متاحة. بحلول عام 1926، كان هناك أكثر من 5000 موقع رصد في جميع أنحاء الولايات المتحدة وجزر الهند الغربية ومنطقة البحر الكاريبي. وفي عام 1939، بدأ مكتب الطيران التابع للبحرية الأمريكية في تطوير محطات الأرصاد الجوية الآلية بشكل فعال. ^{[ 5 ]}

تُجرى قياسات الطقس السطحي عادةً في المطارات لأسباب تتعلق بالسلامة أثناء الإقلاع والهبوط. وتُعرّف منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) الغلاف الجوي القياسي الدولي (المعروف أيضًا باسم الغلاف الجوي القياسي لمنظمة الطيران المدني الدولي )، وهو نموذج للتغير القياسي للضغط ودرجة الحرارة والكثافة واللزوجة مع الارتفاع في الغلاف الجوي للأرض . يُفيد هذا النموذج في معايرة الأجهزة وتصميم الطائرات، ^{[ 6 ]} ويُستخدم لخفض ضغط المحطة إلى ضغط مستوى سطح البحر ⁽ SLP) حيث يُمكن استخدامه بعد ذلك على خرائط الطقس . ^{[ 7} ]

في الولايات المتحدة، تُلزم إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) بإجراء قياسات الطقس في المطارات الكبيرة لأسباب تتعلق بالسلامة. ولتسهيل شراء محطات رصد جوي آلية للمطارات ، مثل نظام ASOS، تسمح إدارة الطيران الفيدرالية باستخدام التمويل الفيدرالي لتركيب محطات رصد جوي معتمدة في المطارات. ^{[ 8 ]} تُرسل بيانات الرصد الجوي من المطارات إلى جميع أنحاء العالم باستخدام رمز METAR . عادةً ما تصدر تقارير METAR من المطارات أو محطات الرصد الجوي الدائمة. تُصدر التقارير مرة كل ساعة؛ ولكن في حال حدوث تغيرات كبيرة في الأحوال الجوية، قد تُحدّث في تقارير خاصة تُسمى SPECIs. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

يمكن أن تشمل رصدات الطقس السطحي العناصر التالية:

• يتكون مُعرِّف المحطة ، أو مُعرِّف الموقع ، من أربعة أحرف في بيانات METAR، ^{[ 13 ]} حيث يُمثِّل الحرف الأول المنطقة الجغرافية التي تقع فيها المحطة. على سبيل المثال، الحرف الأول للمناطق الواقعة في المحيط الهادئ وحوله هو P، وللمناطق الواقعة في أوروبا هو E. أما الحرف الثاني، فقد يُمثِّل الدولة/الولاية التي يقع فيها الموقع. بالنسبة لهاواي، الحرفان الأولان هما "PH"، بينما بالنسبة لبريطانيا العظمى، الحرفان الأولان هما "EG". تُستثنى كندا والولايات المتحدة المتجاورة، حيث يُمثِّل الحرفان الأولان C وK المنطقتين على التوالي. أما الحرفان أو الثلاثة الأخيرة، فتُمثِّل عادةً اسم الموقع أو المطار.
• الرؤية ، التي تقيس بالأمتار في معظم المواقع حول العالم، باستثناء الولايات المتحدة حيث يتم الإبلاغ عن الأميال القانونية. ^{[ 14 ]}
• رؤية المدرج ، مقاسة بالأمتار في العديد من المواقع حول العالم، أو بالأقدام داخل الولايات المتحدة. ^{[ 14 ]}
• درجة الحرارة هي مقياس للطاقة الحركية لعينة من المادة. وهي الخاصية الفيزيائية الفريدة التي تحدد اتجاه تدفق الحرارة بين جسمين متلامسين حراريًا. إذا لم يحدث تدفق حراري، يكون للجسمين نفس درجة الحرارة؛ ^{[ 15 ]} وإلا فإن الحرارة تتدفق من الجسم الأكثر سخونة إلى الجسم الأبرد. في علم الأرصاد الجوية ، تُقاس درجة الحرارة باستخدام موازين حرارة معرضة للهواء ولكنها محمية من أشعة الشمس المباشرة. ^{[ 16 ]} في معظم أنحاء العالم،يُستخدم مقياس درجة مئوية (الدرجة المئوية) لمعظم أغراض قياس درجة الحرارة. ومع ذلك، تُعد الولايات المتحدة آخر دولة رئيسية لا يزال فيها مقياس درجة فهرنهايت ( الدرجة الفهرنهايتية) مستخدمًا على نطاق واسع من قبل عامة الناس، والصناعة، وعلم الأرصاد الجوية الشعبي ، والحكومة. ^{[ 14 ]} على الرغم من ذلك، تُشير تقارير METAR من الولايات المتحدة أيضًا إلى درجة الحرارة (ونقطة الندى، انظر أدناه) بالدرجات المئوية.
• نقطة الندى هي درجة الحرارة التي يجب أن تنخفض إليها كتلة معينة من الهواء، عند ضغط جوي ثابت ، حتىيتكثف بخار الماء إلى ماء. يُسمى الماء المتكثف بالندى . نقطة الندى هي نقطة تشبع . عندما تنخفض درجة حرارة نقطة الندى إلى ما دون درجة التجمد، تُسمى نقطة الصقيع ، حيث يتوقف بخار الماء عن تكوين الندى، ويتحول بدلاً من ذلك إلى صقيع أو جليد جليدي بالترسب .[ ^{17 ] ترتبط} نقطة الندى بالرطوبة النسبية. تشير الرطوبة النسبية العاليةإلى أن نقطة الندى أقرب إلى درجة حرارة الهواء الحالية. إذا كانت الرطوبة النسبية 100%، فإن نقطة الندى تساوي درجة الحرارة الحالية. عند ثبات نقطة الندى، تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى انخفاض الرطوبة النسبية. عند ضغط جوي معين، وبغض النظر عن درجة الحرارة، تحدد نقطة الندى الرطوبة النوعية للهواء. تُعد نقطة الندى إحصائية مهمة لطياري الطيران العام ، حيث تُستخدم لحساب احتمالية تجمد المكربن ​​وتكوّن الضباب . عند استخدام درجة حرارة الهواء، يمكن استخدام صيغة لتقدير ارتفاع السحب الركامية أو السحب الحملية. ^{[ 18 ]}
• يُحدد اتجاه الرياح باستخدام أجهزة قياس سرعة الرياح ومؤشرات اتجاه الرياح ، أو ما يُعرف بـ"المؤشرات الهوائية "، والمثبتة على ارتفاع قياسي يبلغ 10 أمتار (33 قدمًا) فوق مستوى سطح الأرض. يُقاس متوسط ​​سرعة الرياح باستخدام متوسط ​​لمدة دقيقتين في الولايات المتحدة، ^{[ 19 ]} ومتوسط ​​لمدة 10 دقائق في أماكن أخرى. ^{[ 20 ]} يُقاس اتجاه الرياح بالدرجات، حيث يُمثل الشمال 0 أو 360 درجة، وتزداد القيم من 0 باتجاه عقارب الساعة من الشمال. تُسجل هبات الرياح عند وجود تباين في سرعة الرياح يزيد عن 10 عقد (5.1 متر/ثانية) بين فترات الذروة والهدوء خلال فترة أخذ العينات. ^{[ 19 ]}  
• ضغط مستوى سطح البحر (SLP) هو الضغط عند مستوى سطح البحر، أو (عند قياسه على ارتفاع معين على اليابسة) ضغط المحطة بعد تخفيضه إلى مستوى سطح البحر بافتراض وجود طبقة متساوية الحرارة عند درجة حرارة المحطة. هذا هو الضغط الذي يُذكر عادةً في تقارير الطقس على الراديو والتلفزيون والصحف أو على الإنترنت. عندما تُضبط أجهزة قياس الضغط الجوي في المنازل لتتوافق مع تقارير الطقس المحلية، فإنها تقيس الضغط بعد تخفيضه إلى مستوى سطح البحر، وليس الضغط الجوي المحلي الفعلي. يعني التخفيض إلى مستوى سطح البحر أن النطاق الطبيعي لتقلبات الضغط هو نفسه للجميع. لا تعتمدالضغوط التي تُعتبر ضغطًا مرتفعًا أو منخفضًا على الموقع الجغرافي. هذا ما يجعل خطوط تساوي الضغط على خريطة الطقس أدوات ذات مغزى ومفيدة. ^{[ 21 ]}
• ضبط مقياس الارتفاع هو مصطلح وكمية مستخدمة في مجال الطيران . يُطلق على ضغط الهواء الإقليمي أو المحلي عند مستوى سطح البحر اسم ضبط مقياس الارتفاع ، وهو الضغط الذي يُستخدم لمعايرة مقياس الارتفاع لعرض الارتفاع فوق سطح الأرض في مطار معين (QNH) . ^{[ 22 ]}
• تُسجّل الأحوال الجوية الحالية ، التي تُقيّد الرؤية أو تُشير إلى وجود رعد أو عواصف رعدية ، في التقارير الجوية لتنبيه قطاع الطيران إلى أي مخاطر محتملة أثناء عمليات الهبوط والإقلاع من المطارات. تشمل أنواع الظواهر الجوية السطحية المُسجّلة: الهطول، والحجب، وغيرها من الظواهر الجوية مثل: الزوابع الرملية/الترابية المتطورة، والعواصف الرعدية، والنشاط الإعصاري، والعواصف الرملية، والرماد البركاني ، والعواصف الترابية. ^{[ 23 ]}
• تُقاس شدة الهطول المطري في المقام الأول لأغراض الأرصاد الجوية. ومع ذلك، قد تُشكل مصدر قلق لقطاع الطيران، إذ يُمكن أن يُؤدي الهطول الغزير إلى الحد من مدى الرؤية. كما يُمكن أن تُحدد شدة المطر المتجمد مدى خطورة تحليق الطيارين بالقرب من مواقع مُعينة، حيث يُمكن أن يُشكل خطراً أثناء الطيران بتراكم الجليد على أجنحة الطائرات، مما قد يُؤثر سلباً على الطيران. ^{[ 24 ]}
• تعتبر كمية الهطول خلال الساعات الـ 1 أو 3 أو 6 أو 24 الماضية ذات أهمية خاصة لخبراء الأرصاد الجوية في التحقق من كميات الهطول المتوقعة وتحديد المناخات الخاصة بالمحطات.
• تُؤخذ كمية تساقط الثلوج خلال الساعات الست الماضية في الاعتبار لأغراض الأرصاد الجوية والمناخية. ومع ذلك، يمكن أيضًا الإبلاغ عنها كل ساعة باستخدام ملاحظات "SNOINCR" لتزويد فنيي المطار بمعلومات حول عدد مرات إزالة الثلوج من مدارج الطائرات وممرات الطائرات.
• يُقاس عمق الثلج مرة واحدة يومياً لأغراض الأرصاد الجوية والمناخية. ومع ذلك، خلال فترات تساقط الثلوج، يُقاس كل ست ساعات لتحديد كمية الثلوج المتساقطة حديثاً. ^{[ 25 ]}

تُنقل البيانات التي تجمعها المواقع الأرضية المشفرة بنظام METAR عالميًا عبر خطوط الهاتف أو التقنيات اللاسلكية. وفي العديد من منظمات الأرصاد الجوية، تُعرض هذه البيانات على خريطة الطقس باستخدام نموذج المحطة . نموذج المحطة هو تمثيل رمزي يوضح حالة الطقس في محطة رصد معينة . ^{[ 28 ]} وقد ابتكر خبراء الأرصاد الجوية نموذج المحطة لعرض عدد من عناصر الطقس في مساحة صغيرة على خرائط الطقس . ^{[ 29 ]} قد يصعب قراءة الخرائط المليئة بنماذج المحطات الكثيفة، لكنها تُمكّن خبراء الأرصاد الجوية والطيارين والبحارة من رؤية أنماط الطقس المهمة.

تُستخدم خرائط الطقس لعرض المعلومات بسرعة، مُظهرةً تحليلًا لمختلف الكميات المناخية على مستويات مختلفة من الغلاف الجوي، وفي هذه الحالة الطبقة السطحية. ^{[ 30 ]} تُساعد الخرائط التي تحتوي على نماذج المحطات في رسم خطوط تساوي درجة الحرارة ، مما يُسهّل تحديد تدرجات درجة الحرارة، ^{[ 31 ]} كما تُساعد في تحديد مواقع الجبهات الهوائية . تُظهر خطوط التدفق ثنائية الأبعاد ، القائمة على سرعات الرياح، مناطق التقارب والتباعد في حقل الرياح، مما يُساعد في تحديد مواقع الظواهر ضمن نمط الرياح. ومن أنواع خرائط الطقس السطحية الشائعة تحليل الطقس السطحي ، الذي يرسم خطوط تساوي الضغط الجوي لتوضيح مناطق الضغط المرتفع والمنخفض .

لأكثر من قرن، تُستقبل التقارير الواردة من محيطات العالم في الوقت الفعلي لأسباب تتعلق بالسلامة وللمساعدة في التنبؤات الجوية العامة. تُشفّر هذه التقارير باستخدام الشفرة السينوبتيكية ، وتُرسل عبر الراديو أو الأقمار الصناعية إلى منظمات الأرصاد الجوية في جميع أنحاء العالم. ^{[ 32 ]} تُدار تقارير العوامات آليًا، وتتولى الدولة التي رست العوامة في ذلك الموقع صيانتها. تُستخدم العوامات الكبيرة الثابتة بالقرب من الشاطئ، بينما تُستخدم العوامات الصغيرة العائمة في عرض البحر. ^{[ 33 ]}

نظراً لأهمية التقارير الواردة من سطح المحيط، أُنشئ برنامج سفن الرصد التطوعي (VOS) لتدريب الطواقم على كيفية إجراء رصدات الطقس أثناء وجودها في البحر، وكذلك لمعايرة أجهزة استشعار الطقس المستخدمة على متن السفن عند وصولها إلى الميناء، مثل البارومترات ومقاييس الحرارة . ^{[ 34 ]} ولا يزال مقياس بوفورت يُستخدم عموماً لتحديد سرعة الرياح يدوياً من قِبل المراقبين في عرض البحر. وتواجه السفن المزودة بمقاييس سرعة الرياح صعوبة في تحديد سرعات الرياح عند السرعات العالية بسبب حجب الأجهزة نتيجة ارتفاع الأمواج.

يُعرَّف المناخ (من اليونانية القديمة klima ) عادةً بأنه متوسط ​​حالة الطقس على مدى فترة زمنية طويلة. ^{[ 35 ]} تبلغ فترة المتوسط ​​القياسية 30 عامًا لموقع محدد، ^{[ 4 ]} ولكن يمكن استخدام فترات أخرى. يشمل المناخ إحصاءات أخرى غير المتوسط، مثل مقدار التغيرات اليومية أو السنوية. تعريف الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) هو:

يُعرَّف المناخ، بمعناه الضيق، عادةً بأنه "متوسط ​​الأحوال الجوية"، أو بتعبير أدق، بأنه الوصف الإحصائي من حيث المتوسط ​​والتباين للكميات ذات الصلة على مدى فترة زمنية تتراوح من أشهر إلى آلاف أو ملايين السنين. وتُعتبر الفترة الكلاسيكية 30 عامًا، وفقًا للمنظمة العالمية للأرصاد الجوية ( WMO ). وتكون هذه الكميات في أغلب الأحيان متغيرات سطحية مثل درجة الحرارة والهطول والرياح. أما المناخ، بمعناه الأوسع، فهو حالة النظام المناخي، بما في ذلك وصفه الإحصائي. ^{[ 36 ]}

يُمكن تلخيص الفرق الرئيسي بين المناخ والطقس اليومي بالعبارة الشائعة: "المناخ هو ما تتوقعه، والطقس هو ما تحصل عليه". ^{[ 37 ]} على مرّ العصور التاريخية ، توجد عدة متغيرات ثابتة تُحدد المناخ، منها: خط العرض، والارتفاع، ونسبة اليابسة إلى الماء، والقرب من المحيطات والجبال. كما تؤثر درجة الغطاء النباتي على امتصاص الحرارة الشمسية، واحتفاظ الأرض بالماء، وهطول الأمطار على المستوى الإقليمي.

• محطة أرصاد جوية آلية ومحطة أرصاد جوية آلية في المطار
• كشف البرق
• METAR ، تنسيق موحد دوليًا لتقارير الطقس
• توقعات الطقس في المطارات الطرفية (TAF) ، وهي صيغة موحدة دوليًا لتوقعات الطقس
• التنبؤ بالطقس ، دراسة التنبؤ بالظروف الجوية

• ملخصات الطقس السطحي والمناخية اليومية (Daymet)
• دليل تدريبي في رصد الأحوال الجوية السطحية
• دليل معايير رصد الأحوال الجوية السطحية (MANOBS)، الطبعة الثامنة، التعديل 1