لقد كنا نقيس سرعة الرياح باستخدام مقاييس سرعة الرياح منذ قرون، لكن التطورات الحديثة أتاحت لنا تقديم تنبؤات جوية أكثر موثوقية ودقة. تقيس مقاييس سرعة الرياح الصوتية سرعة الرياح بسرعة ودقة أكبر مقارنةً بالإصدارات التقليدية.
غالبًا ما تستخدم مراكز علوم الغلاف الجوي هذه الأجهزة لإجراء قياسات روتينية أو دراسات مفصلة للمساعدة في وضع توقعات جوية دقيقة لمختلف المواقع. قد تُعيق بعض الظروف البيئية إجراء القياسات، ولكن يُمكن إجراء بعض التعديلات للتغلب على هذه المشكلات.
ظهرت مقاييس سرعة الرياح في القرن الخامس عشر، واستمرت في التطور والتحسين في السنوات الأخيرة. استخدمت مقاييس سرعة الرياح التقليدية، التي طُوّرت لأول مرة في منتصف القرن التاسع عشر، ترتيبًا دائريًا من أكواب الرياح المتصلة بمسجل بيانات. في عشرينيات القرن الماضي، أصبحت ثلاثة أكواب، مما يوفر استجابة أسرع وأكثر اتساقًا تساعد في قياس هبات الرياح. تُعدّ مقاييس سرعة الرياح الصوتية الآن الخطوة التالية في التنبؤ بالطقس، حيث توفر دقة ووضوحًا أكبر.
تستخدم أجهزة قياس سرعة الرياح الصوتية، التي تم تطويرها في سبعينيات القرن العشرين، الموجات فوق الصوتية لقياس سرعة الرياح بشكل فوري وتحديد ما إذا كانت الموجات الصوتية التي تنتقل بين زوج من أجهزة الاستشعار تتسارع أو تتباطأ بسبب الرياح.
تُسوّق هذه الأجهزة تجاريًا على نطاق واسع وتُستخدم في أغراض ومواقع متنوعة. تُستخدم مقاييس سرعة الرياح الصوتية ثنائية الأبعاد (سرعة واتجاه الرياح) على نطاق واسع في محطات الأرصاد الجوية، والشحن، وتوربينات الرياح، والطيران، وحتى في عرض المحيطات، حيث تُطفو على عوامات الطقس.
تتميز مقاييس سرعة الرياح الصوتية بدقة زمنية عالية جدًا، تتراوح عادةً بين 20 و100 هرتز، مما يجعلها مثالية لقياس الاضطرابات الجوية. تتيح السرعات والدقة في هذه النطاقات إجراء قياسات أكثر دقة. يُعد مقياس سرعة الرياح الصوتي من أحدث الأجهزة الجوية في محطات الأرصاد الجوية اليوم، بل إنه أهم من دوارة الرياح التي تقيس اتجاه الرياح.
بخلاف الإصدارات التقليدية، لا يتطلب مقياس سرعة الصوت الصوتي أي أجزاء متحركة. فهو يقيس الوقت الذي تستغرقه نبضة صوتية للانتقال بين مستشعرين. يُحدد الوقت بالمسافة بينهما، حيث تعتمد سرعة الصوت على درجة الحرارة والضغط وملوثات الهواء، مثل التلوث والملح والغبار والضباب.
للحصول على معلومات السرعة الجوية بين أجهزة الاستشعار، يعمل كل جهاز استشعار بالتناوب كجهاز إرسال واستقبال، بحيث يتم نقل النبضات بينهما في كلا الاتجاهين.
يتم تحديد سرعة الطيران على أساس وقت النبضة في كل اتجاه؛ حيث يتم التقاط سرعة الرياح واتجاهها وزاويتها ثلاثية الأبعاد عن طريق وضع ثلاثة أزواج من أجهزة الاستشعار على ثلاثة محاور مختلفة.
يحتوي مركز علوم الغلاف الجوي على ستة عشر مقياس سرعة صوت، واحد منها قادر على العمل بتردد 100 هرتز، واثنان منها قادران على العمل بتردد 50 هرتز، أما الباقي، والذي معظمه قادر على العمل بتردد 20 هرتز، فهو سريع بما يكفي لمعظم العمليات.
جهازان مزودان بنظام تدفئة مضاد للتجمد للاستخدام في الظروف الجليدية. معظمها مزود بمدخلات تناظرية، مما يسمح بإضافة مستشعرات إضافية، مثل درجة الحرارة والرطوبة والضغط والغازات النزرة.
تم استخدام مقاييس سرعة الرياح الصوتية في مشاريع مثل NABMLEX لقياس سرعة الرياح على ارتفاعات مختلفة، كما قام Cityflux بإجراء قياسات مختلفة في أجزاء مختلفة من المدينة.
قال فريق مشروع CityFlux، الذي يدرس تلوث الهواء في المناطق الحضرية: "يتمثل جوهر CityFlux في دراسة كلتا المشكلتين في آنٍ واحد، وذلك بقياس سرعة الرياح القوية في إزالة الجسيمات من شبكة من "الوديان" في شوارع المدينة. فالهواء الذي يعلوها هو المكان الذي نعيش ونتنفس فيه، وهو مكان يمكن أن تهب عليه الرياح بعيدًا."
تعد أجهزة قياس سرعة الرياح الصوتية أحدث التطورات الرئيسية في قياس سرعة الرياح، حيث تعمل على تحسين دقة التنبؤات الجوية وتكون محصنة ضد الظروف المعاكسة مثل الأمطار الغزيرة التي يمكن أن تسبب مشاكل للأدوات التقليدية.
تساعدنا بيانات سرعة الرياح الأكثر دقة على فهم الظروف الجوية القادمة والاستعداد للحياة اليومية والعمل.
وقت النشر: ١٣ مايو ٢٠٢٤