Numerical Weather Prediction explained

Summary

في هذا الفيديو، يشرح آلان هالي وكولن كلانسي أهمية التنبؤ بالطقس العددي (NWP) وكيفية استخدام الحواسيب العملاقة لحساب توقعات الطقس بناءً على قوانين فيزيائية رياضية. يتم تنفيذ هذه المحاكاة بشكل دوري باستخدام تقنيات مثل الأنظمة التنبؤية المجمعة، والتي تأخذ في الاعتبار تأثير الفراشة والشكوك الجوية. يسلط الفيديو الضوء أيضًا على كيفية تأثير هذه التنبؤات على السلامة العامة والطيران، وكيفية استخدام الذكاء الاصطناعي لتحسين دقة التوقعات. كما يناقش الفيديو أهمية التنبوءات التأثيرية التي تُستخدم لتحذير الناس من الأوضاع الجوية الخطرة.

Takeaways

• 😀 التنبؤات الجوية العددية تعتمد على محاكاة الكمبيوتر لتوقع الطقس باستخدام القوانين الفيزيائية الأساسية.
• 😀 يتم إجراء التنبؤات الجوية أربع مرات يوميًا باستخدام أجهزة كمبيوتر فائقة الأداء لإنتاج التنبؤات لمدة يومين.
• 😀 يتم استخدام عدة محاكيات لتمثيل التوقعات الجوية المختلفة بناءً على مبدأ تأثير الفراشة والنظريات المتعلقة بالفوضى.
• 😀 التنبؤات الجوية تمثل احتمالات متعددة، وليس مجرد تنبؤ واحد، مما يساعد في تقييم عدم اليقين في الغلاف الجوي.
• 😀 تم إجراء أول تنبؤ جوي باستخدام الكمبيوتر في عام 1950 باستخدام جهاز ENIAC، وكان يقتصر على التنبؤ لمدة 24 ساعة.
• 😀 تستخدم مراكز الأبحاث أجهزة كمبيوتر فائقة الأداء مثل تلك الموجودة في المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية لتشغيل النماذج الجوية.
• 😀 تعتمد التنبؤات الجوية على كمية ضخمة من البيانات التي يتم جمعها من محطات سطحية، بالونات، رادارات، وأقمار صناعية.
• 😀 حتى في حالات مثل جائحة كوفيد-19، يتم تعويض نقص البيانات من الطائرات باستخدام مصادر بيانات أخرى مثل الأقمار الصناعية.
• 😀 يتم استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لتحسين التنبؤات الجوية، مثل الخوارزميات التي توفر توقعات دقيقة على التطبيقات.
• 😀 التنبؤات الجوية لها تطبيقات كبيرة في السلامة العامة، مثل تحذيرات الطقس الخطير وتأثيراتها على القطاعات مثل الطيران.
• 😀 يستخدم علم الأرصاد الجوية التنبؤات الموجهة نحو التأثيرات (Impact-Based Forecasting) لتحديد كيفية تأثير الطقس على الأنشطة البشرية اليومية.

Q & A

ما هو التنبؤ الجوي العددي (NWP)؟

التنبؤ الجوي العددي هو مجال يقوم فيه العلماء بإنشاء تنبؤات جوية من خلال محاكاة الكمبيوتر المتقدمة. يتم ذلك باستخدام معادلات رياضية تمثل القوانين الفيزيائية التي تحكم حركة الغلاف الجوي، ثم يتم حل هذه المعادلات باستخدام أجهزة الكمبيوتر الفائقة.

كيف يتم إنشاء التنبؤات الجوية باستخدام الحواسيب الفائقة؟

يتم إنشاء التنبؤات الجوية من خلال محاكاة القوانين الفيزيائية باستخدام الحواسيب الفائقة التي تحل المعادلات الرياضية المعقدة، ويتم تشغيل هذه المحاكاة عدة مرات يومياً لتوفير التنبؤات الجوية.

ما هو النظام التنبؤي الجماعي (Ensemble Prediction System)؟

نظام التنبؤ الجماعي هو تقنية يتم فيها إجراء عدة محاكاة لنموذج الطقس بدلاً من محاكاة واحدة، بهدف معالجة عدم اليقين في الغلاف الجوي والتوصل إلى نتائج احتمالية بدلاً من التنبؤ الدقيق.

ما هو تأثير الفراشة وكيف يرتبط بالتنبؤ الجوي العددي؟

تأثير الفراشة هو مفهوم في نظرية الفوضى يشير إلى أن التغييرات الصغيرة في النظام يمكن أن تؤدي إلى نتائج كبيرة وغير متوقعة. في التنبؤ الجوي العددي، يُستخدم هذا المفهوم لإدارة التغيرات الدقيقة في الغلاف الجوي التي تؤثر على دقة التنبؤات.

كيف تطورت القدرة الحاسوبية في التنبؤات الجوية؟

بدأت التنبؤات الجوية في عام 1950 باستخدام جهاز الحاسوب ENIAC، الذي كان بطيئاً جداً مقارنة بالحواسيب الحديثة. اليوم، يتم استخدام أجهزة حاسوب فائقة قوية للغاية مثل تلك الموجودة في المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية المتوسطة المدى.

كمية البيانات التي يتم معالجتها في التنبؤات الجوية ضخمة، كيف يتم التعامل معها؟

يتم معالجة كميات ضخمة من البيانات مثل البيانات من محطات الطقس، والبالونات، والرادارات، والأقمار الصناعية. يتم تخزين هذه البيانات وتحليلها باستخدام الحواسيب الفائقة. تنتج كل محاكاة تنبؤية حوالي 300 إلى 500 جيجابايت من البيانات.

كيف تساعد الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في تحسين التنبؤات الجوية؟

يتم استخدام الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لتحسين التنبؤات الجوية من خلال تحليل البيانات الكبيرة وتحسين النماذج التنبؤية. على سبيل المثال، تستخدم خدمة التنبؤ بالطقس الجغرافي بعض الخوارزميات من التعلم الآلي لتحسين دقة التنبؤات.

كيف يؤثر التنبؤ الجوي العددي في سلامة الجمهور؟

يتم استخدام التنبؤات الجوية العدديّة بشكل رئيسي في تحذير الجمهور من الظواهر الجوية الخطيرة مثل العواصف والفيضانات. كما أن هذه التنبؤات تساهم في تقديم التوجيهات اللازمة لخدمات الطوارئ.

ما هي التطبيقات اليومية لتنبؤات الطقس العددي؟

تتنوع تطبيقات التنبؤات الجوية العدديّة في الحياة اليومية من أنشطة مثل التزلج، وركوب الأمواج، والإبحار، وحتى التأكد من الظروف الجوية عند السفر أو التنقل. كما يستخدمها الطيارون لضمان سلامة الرحلات.

ما هو التنبؤ المعتمد على الأثر وكيف يختلف عن التنبؤ التقليدي؟

التنبؤ المعتمد على الأثر يركز على التأثيرات المحتملة للظواهر الجوية بدلاً من مجرد القيم العددية للأحوال الجوية مثل سرعة الرياح. يهدف هذا النوع من التنبؤات إلى مساعدة الأفراد على فهم كيف يمكن أن تؤثر الأحوال الجوية على نشاطاتهم اليومية.