هل يمكن لأجهزة قياس سرعة الرياح الصوتية تحسين التنبؤات الجوية؟

لقد استخدمنا أجهزة قياس سرعة الرياح لقرون، لكن التطورات الحديثة أتاحت لنا تقديم تنبؤات جوية أكثر موثوقية ودقة. تقيس أجهزة قياس سرعة الرياح الصوتية سرعة الرياح بسرعة ودقة مقارنةً بالأجهزة التقليدية.
تستخدم مراكز علوم الغلاف الجوي هذه الأجهزة عادةً عند إجراء القياسات الروتينية أو الدراسات التفصيلية للمساعدة في وضع تنبؤات جوية دقيقة لمختلف المواقع. قد تحدّ بعض الظروف البيئية من دقة القياسات، ولكن يمكن إجراء بعض التعديلات للتغلب على هذه المشكلات.
ظهرت أجهزة قياس سرعة الرياح في القرن الخامس عشر، واستمر تطويرها وتحسينها في السنوات الأخيرة. تستخدم أجهزة قياس سرعة الرياح التقليدية، التي طُوّرت لأول مرة في منتصف القرن التاسع عشر، ترتيبًا دائريًا لأكواب قياس الرياح المتصلة بجهاز تسجيل البيانات. في عشرينيات القرن العشرين، أصبحت ثلاثة أكواب، مما وفر استجابة أسرع وأكثر اتساقًا تساعد في قياس هبات الرياح. أما أجهزة قياس سرعة الرياح الصوتية فهي الآن الخطوة التالية في التنبؤات الجوية، إذ توفر دقة ووضوحًا أكبر.
تستخدم أجهزة قياس سرعة الرياح الصوتية، التي تم تطويرها في السبعينيات، الموجات فوق الصوتية لقياس سرعة الرياح على الفور وتحديد ما إذا كانت الموجات الصوتية التي تنتقل بين زوج من أجهزة الاستشعار تتسارع أو تتباطأ بفعل الرياح.
أصبحت هذه الأجهزة الآن شائعة الاستخدام في العديد من المجالات والمواقع. وتُستخدم أجهزة قياس سرعة الرياح الصوتية ثنائية الأبعاد (سرعة الرياح واتجاهها) على نطاق واسع في محطات الأرصاد الجوية، والشحن البحري، وتوربينات الرياح، والطيران، وحتى في عرض المحيط، حيث تطفو على عوامات الأرصاد الجوية.
تُتيح أجهزة قياس سرعة الرياح الصوتية إجراء قياسات بدقة زمنية عالية جدًا، تتراوح عادةً بين 20 و100 هرتز، مما يجعلها مناسبة تمامًا لقياسات الاضطرابات الجوية. وتُمكّن السرعات والدقة ضمن هذه النطاقات من إجراء قياسات أكثر دقة. يُعدّ جهاز قياس سرعة الرياح الصوتي من أحدث الأدوات المستخدمة في محطات الأرصاد الجوية اليوم، بل إنه يفوق أهمية مؤشر اتجاه الرياح.
على عكس الأنواع التقليدية، لا يتطلب مقياس سرعة الرياح الصوتي أي أجزاء متحركة للتشغيل. فهو يقيس الزمن الذي تستغرقه نبضة صوتية للانتقال بين مستشعرين. ويتحدد الزمن بالمسافة بين هذين المستشعرين، حيث تعتمد سرعة الصوت على درجة الحرارة والضغط وملوثات الهواء مثل التلوث والملح والغبار أو الضباب.
للحصول على معلومات سرعة الهواء بين أجهزة الاستشعار، يعمل كل جهاز استشعار بالتناوب كجهاز إرسال واستقبال، لذلك يتم إرسال النبضات بينهما في كلا الاتجاهين.
يتم تحديد سرعة الطيران بناءً على وقت النبضة في كل اتجاه؛ حيث يتم التقاط سرعة الرياح ثلاثية الأبعاد واتجاهها وزاويتها عن طريق وضع ثلاثة أزواج من أجهزة الاستشعار على ثلاثة محاور مختلفة.
يضم مركز علوم الغلاف الجوي ستة عشر جهازًا لقياس سرعة الرياح الصوتية، واحد منها قادر على العمل بتردد 100 هرتز، واثنان منها قادران على العمل بتردد 50 هرتز، أما البقية، والتي هي في الغالب قادرة على العمل بتردد 20 هرتز، فهي سريعة بما يكفي لمعظم العمليات.
تم تجهيز جهازين بنظام تسخين مضاد للتجمد لاستخدامهما في الظروف الجليدية. تحتوي معظم الأجهزة على مداخل تناظرية، مما يسمح بإضافة مستشعرات إضافية مثل مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة والضغط والغازات النزرة.
تم استخدام أجهزة قياس سرعة الرياح الصوتية في مشاريع مثل NABMLEX لقياس سرعات الرياح على ارتفاعات مختلفة، وقامت Cityflux بإجراء قياسات مختلفة في أجزاء مختلفة من المدينة.
قال فريق مشروع CityFlux، الذي يدرس تلوث الهواء في المدن: "يكمن جوهر مشروع CityFlux في دراسة المشكلتين معًا من خلال قياس سرعة إزالة الرياح القوية للجسيمات العالقة من شبكة شوارع المدينة الضيقة. فالهواء فوقها هو المكان الذي نعيش ونتنفس فيه، وهو مكان يمكن أن تجرفه الرياح."

تُعد أجهزة قياس سرعة الرياح الصوتية أحدث التطورات الرئيسية في قياس سرعة الرياح، مما يحسن دقة التنبؤات الجوية ويجعلها محصنة ضد الظروف المعاكسة مثل الأمطار الغزيرة التي يمكن أن تسبب مشاكل للأجهزة التقليدية.

تساعدنا بيانات سرعة الرياح الأكثر دقة على فهم الظروف الجوية القادمة والاستعداد للحياة اليومية والعمل.