ما هي معايير الطقس التي يمكن لمحطة الأرصاد الجوية قياسها؟

هل تبحث عن جهاز يجمع البيانات اللازمة للتنبؤات الجوية الدقيقة للموقع؟ يُسمى هذا الجهاز محطة الأرصاد الجوية . ويتكون من عدة مستشعرات تجمع بيانات عن الظروف الجوية لإصدار تقارير جوية موثوقة. تُعدّ معايير الطقس بالغة الأهمية للتحليل البحثي في ​​الزراعة، والرصد الهيدرولوجي، والتطبيقات الصناعية.

إن فهم هذه المعايير وأهميتها يساعدك في تحديد أجهزة الاستشعار التي تحتاجها. تستطيع محطة الأرصاد الجوية النموذجية رصد سرعة الرياح، ودرجة حرارة الجو، والرطوبة، والضغط الجوي. مع ذلك، قد تصبح هذه المعايير معقدة بحسب التطبيق. نهدف إلى مساعدتك في فهم هذه المعايير وإيجاد استخداماتها المناسبة في حالتك. لذا، دعونا نتعمق في عالم محطات الأرصاد الجوية، بدءًا من الأساسيات وصولًا إلى أساليب نقل البيانات ومعالجتها المعقدة.

الغرض من محطة الأرصاد الجوية

تجمع محطات الأرصاد الجوية بيانات الأرصاد الجوية من الطبقة السفلى، وهي طبقة التروبوسفير. ويستخدم خبراء الأرصاد هذه البيانات للتنبؤ بالطقس وإصدار التحذيرات بدقة. وبحسب التطبيق، قد تحتوي محطات الأرصاد الجوية على مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار. دعونا نلقي نظرة على بعض محطات الأرصاد الجوية لفهم أغراضها المختلفة. وسنشرح لاحقًا كل جهاز استشعار ودوره في محطات الأرصاد الجوية.

⋆ محطة الأرصاد الجوية العامة: التنبؤ بالطقس أو الأحوال المناخية

تُعدّ محطات الأرصاد الجوية هذه مثالية لجمع معلومات حول الأحوال الجوية في مختلف المناطق الجغرافية. قد تكفي محطة أرصاد جوية واحدة للتنبؤ بالأحوال الجوية في مناطق مفتوحة كالحقول الزراعية. إلا أن النظام الحضري المعقد، الذي يتفاوت في استخدامات الأراضي والارتفاع والتضاريس، يصعب التنبؤ به على نطاق صغير باستخدام محطة أرصاد جوية واحدة. وللتنبؤ بالأحوال الجوية في المناطق الحضرية، لا بد من وجود شبكة من محطات الأرصاد الجوية العامة لجمع البيانات الأساسية اللازمة لرسم صورة شاملة. تتكون هذه المحطات من أجهزة الاستشعار التالية:

➔ سرعة الرياح

اتجاه الرياح ➔

➔ درجة حرارة الغلاف الجوي

➔ الرطوبة الجوية

➔ الضغط الجوي

➔ هطول الأمطار

الإشعاع الشمسي

⋆ محطة الأرصاد الجوية الزراعية: تعزيز النمو والإنتاج

يُعدّ فهم الظروف البيئية أمرًا بالغ الأهمية لضمان غلة زراعية عالية. تستخدم التقنيات الحديثة أجهزة استشعار متطورة مُثبّتة على محطات الأرصاد الجوية الزراعية، والتي تُوفّر تحليلًا مُعمّقًا لظروف الشمس والتربة. نحتاج إلى بيانات درجة الحرارة، وهطول الأمطار، وأشعة الشمس، والتي يُمكن أن تُؤثّر بشكل مباشر على نمو المحاصيل. وبالمثل، يُمكن أن يُساعد التنبؤ بالأحوال الجوية القطاع الزراعي على اتخاذ الإجراءات اللازمة لتجنّب تلف المحاصيل. تتكوّن محطة الأرصاد الجوية الزراعية من أجهزة استشعار فريدة، بالإضافة إلى أجهزة الاستشعار العامة لمحطات الأرصاد الجوية، والتي ترصد ظروف الرياح، والغلاف الجوي، وأشعة الشمس، والأمطار.

● مستشعر PAR

● درجة حرارة التربة

● رطوبة التربة

● ثاني أكسيد الكربون

● درجة حموضة التربة

● ملوحة التربة

● الموصلية الكهربائية للتربة

⋆ محطة الأرصاد الجوية في المنطقة ذات المناظر الخلابة: الاستعداد للطوارئ والخبرة

تضم المناطق النائية بعضًا من أجمل المناظر الطبيعية. وتلعب محطات الأرصاد الجوية في هذه المناطق دورًا حيويًا في ضمان سلامة السياح واتخاذ التدابير الطارئة اللازمة. ويمكن لإدارة السياحة تحليل الظروف بناءً على البيانات الواردة من الميدان، مما يُحسّن تجربة السائح من خلال توفير أفضل الأوقات للزيارة. وفيما يلي بعض أجهزة الاستشعار الإضافية إلى جانب أجهزة استشعار محطات الأرصاد الجوية العامة:

● الأشعة فوق البنفسجية

● درجة حرارة الأرض

⋆ محطة مراقبة البيوت الزجاجية: تحكم شامل

نظراً لبيئة التحكم الدقيقة داخل البيوت الزجاجية، يضيف المصنّعون أجهزة استشعار إضافية لمراقبة نمو النباتات وإنتاجها في محطة مراقبة شاملة داخل البيت الزجاجي. وتقوم هذه المحطة بتحليل الظروف الجوية داخل البيت الزجاجي لتحسين التحكم في بيئته.

➔ درجة الحرارة والرطوبة والضغط الجوي

ثاني أكسيد الكربون

➔ الإضاءة

➔ درجة حرارة التربة ورطوبتها

➔ درجة حموضة التربة، والملوحة، والتوصيل الكهربائي

➔ مستشعر PAR

الإشعاع الشمسي

⋆ محطة توليد الطاقة الكهروضوئية للأرصاد الجوية

كما يوحي الاسم، فهي محطة أرصاد جوية لا تحتاج إلى مصدر طاقة خارجي. تستخدم الخلايا الكهروضوئية لتوليد الكهرباء اللازمة لتشغيلها. وتستمر في إرسال البيانات وحالة النظام عبر وسائل اتصال مختلفة إلى المالك. وبناءً على حالة النظام، يمكن للمالك زيارتها وإجراء الصيانة اللازمة في حال حدوث أي عطل. تُعد هذه الأنواع من محطات الأرصاد الجوية مثالية للتشغيل المستقل طويل الأمد. أما أجهزة الاستشعار الإضافية، مقارنةً بمحطات الأرصاد الجوية التقليدية، فهي:

● الإشعاع الشمسي

● مستشعر تيار هول

● مستشعر جهد هول

● درجة حرارة اللوحة الكهروضوئية

فهم معايير محطة الأرصاد الجوية

بعد أن تعرفنا على المعايير التي تقيسها محطات الأرصاد الجوية المختلفة، يمكننا الآن التعمق في تفاصيل كل معيار وأهميته. إليكم جميع المعايير التي تقيسها محطات الأرصاد الجوية:

✦ معايير رصد الأحوال الجوية

سرعة الرياح واتجاهها: تُعدّ هذه المعايير أساسية في الطيران والتنبؤات الجوية وحسابات انبعاثات المداخن الصناعية. فهي تقيس سرعة الرياح واتجاهها، وتُنتج إشارات خرج باستخدام محركات ودوائر مقاومة. وتتراوح قدرة قياس سرعة الرياح في الأجهزة الحديثة عادةً بين 0 و45 مترًا في الثانية.

درجة حرارة الغلاف الجوي : تُقاس باستخدام أجهزة مقاومة حرارية تُغير مقاومتها وجهودها الكهربائية تبعًا لدرجة حرارة الغلاف الجوي. تتراوح قدرة القياس عادةً بين -40 و60 درجة مئوية. تُعد درجة الحرارة من أهم المعايير الأساسية لقياسات الطقس.

الرطوبة الجوية: تُعدّ الرطوبة عاملاً حيوياً في التنبؤ بتكوّن السحب وهطول الأمطار. تحتوي أجهزة استشعار الرطوبة على أكسيد معدني في مركز قطبين كهربائيين، مُشكّلاً مكثفاً. عند تغيّر الرطوبة، تتغيّر سعة الأكسيد المعدني، مما يُشير إلى تغيّر في الرطوبة.

الضغط الجوي: يساعد قياس الضغط على التنبؤ بالأحوال الجوية. تُعدّ مستشعرات الضغط السعوية المصنوعة من السيليكون الخيار الأكثر شيوعًا في أجهزة استشعار محطات الأرصاد الجوية. وهي تستخدم صفيحة معدنية مرنة وثابتة تحتوي على السيليكون في المنتصف، وتتغير سعة السيليكون بتغير الضغط.

➔ هطول الأمطار: يُعدّ مستشعر هطول الأمطار ذو الدلو القلاب طريقة قياس موثوقة. يتكون من دلو ذي حجم ثابت، يمتلئ بالأمطار ثم يقلب. عدد مرات التقليب يُشير إلى كمية الأمطار. وهو ممتاز لقياس تأثير الأمطار على الأرض.

الإشعاع الشمسي : يساعد قياس الإشعاع الشمسي في التنبؤ بدرجة حرارة الأرض، ومعدلات التبخر، واستهلاك المحاصيل للمياه، وتلوث الهواء. يستخدم مستشعر الإشعاع الشمسي محولًا ضوئيًا بسيطًا للتنبؤ بمستويات الإشعاع.

✦ معايير الرصد الزراعي

مستشعر الإشعاع النشط ضوئيًا ( PAR): يقيس هذا المستشعر نطاق الضوء الذي يحفز عملية التمثيل الضوئي في النباتات. وهو ضروري للتطبيقات الزراعية التي تتطلب أطوال موجية للضوء تتراوح بين 400 و700 نانومتر. وتحتوي محطات الأرصاد الجوية المخصصة للتطبيقات الزراعية أو الدراسات البيئية على مستشعر PAR.

درجة حرارة التربة ورطوبتها: تُعدّ هاتان المعلمتان من أهمّ المعايير التي يجب مراقبتها في البيوت الزجاجية والنباتات. يتكوّن جهاز استشعار درجة حرارة التربة ورطوبتها من مجسات تُغرس في التربة. وتُوفّر المقاومات الحرارية والمجسات القائمة على السعة هذه البيانات من التربة.

ثاني أكسيد الكربون: يُعدّ ثاني أكسيد الكربون عنصرًا حيويًا للنباتات، وتتيح مراقبة مستواه للمزارعين زيادة أو تقليل تهوية البيوت الزجاجية بشكل استباقي. وتُستخدم أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء غير المشتتة على نطاق واسع في مراقبة ثاني أكسيد الكربون، حيث تعتمد على حجرة تعمل بالأشعة تحت الحمراء في أحد طرفيها، ومجموعة من المرشحات والكاشفات في الطرف الآخر.

درجة حموضة التربة: تتراوح درجة الحموضة المثالية لمعظم النباتات بين 5.5 و 6.5. في مجال البستنة، يمكن أن يُحسّن رصد درجة حموضة التربة باستخدام مجسات يدفنها المزارع تحت الأرض من المحصول. وتُعدّ أجهزة قياس درجة الحموضة من نوع القلم الأكثر شيوعًا .

مستشعر التوصيل الكهربائي والملوحة في التربة: يمكن لقياس التوصيل الكهربائي أن يشير مباشرةً إلى نسبة الملوحة في التربة. فارتفاع الملوحة يعني زيادة قدرة التربة على توصيل التيار الكهربائي. ويُفضّل انخفاض الملوحة لتحسين الإنبات ونمو النبات.

الأشعة فوق البنفسجية: يمكن لأشعة UV-B أن تعيق أو تبطئ نمو النباتات. لذا، يُعدّ رصدها لضمان صحة النباتات أمرًا بالغ الأهمية. ويمكن للمزارعين اتخاذ تدابير مختلفة للحفاظ على مستويات آمنة للمحاصيل.

✦ معايير حالة الموقع ذي المناظر الخلابة

درجة حرارة الأرض : سلط منتدى الاقتصاد العالمي الضوء مؤخرًا على تأثير ارتفاع درجات الحرارة في المناطق السياحية على السياحة. ويمكن تحديد الوقت الأمثل للسياحة من خلال مراقبة درجات حرارة الجو والأرض، نظرًا لتأثيرها المباشر على درجة حرارة جسم الإنسان. وتُعدّ درجة حرارة 25-30 درجة مئوية مثالية للمشي حافيًا.

➔ الإضاءة: يمكن لظروف الإضاءة أن تُبرز جمال المواقع الطبيعية. وبالمثل، يُمكن أن يُؤثر التلوث الضوئي سلبًا على الحياة البرية والنظم البيئية. كما يُعد رصد الإضاءة وصيانتها في المناطق التي قد تُسبب فيها التضاريس الوعرة إصابات أمرًا بالغ الأهمية.

✦ معايير مراقبة محطة الأرصاد الجوية ذاتية التشغيل

➔ مستشعر تيار هول: يمكن لهذه المستشعرات مراقبة صحة الخلية الكهروضوئية أو البطارية وتوفير إحصائيات حية دون استخدام أساليب جراحية.

مستشعر جهد هول: يُعد الجهد مؤشرًا آخر على سلامة البطارية. إذا استطاعت البطارية الحفاظ على جهدها، تُعتبر سليمة. توفر هذه المستشعرات معلومات عن حالة البطارية لمحطات الأرصاد الجوية ذاتية التشغيل.

درجة حرارة اللوحة الكهروضوئية : تؤثر درجة حرارة اللوحة الكهروضوئية بشكل مباشر على قدرتها الإنتاجية. وتساعد مراقبة درجة الحرارة المالك على فهم قدرة اللوحة الإنتاجية.

المبادئ التشغيلية لمحطات الأرصاد الجوية

يعتمد مبدأ عمل محطات الأرصاد الجوية بشكل أساسي على تصميم الشركة المصنعة. يتضمن التصميم النموذجي استخدام أجهزة استشعار تولد إشارات تناظرية، تُحوّل بدورها إلى إشارات رقمية باستخدام محولات تناظرية إلى رقمية (ADCs). يقوم المتحكم الدقيق أو الحاسوب الموجود داخل محطات الأرصاد الجوية بجمع البيانات بعد إجراء العمليات الحسابية، والترشيح، والتنسيق، والتخزين.

لاحقًا، تُنقل البيانات إلى جهاز التحكم المركزي أو قاعدة البيانات عبر شبكة خلوية أو اتصال بالأقمار الصناعية أو شبكة واي فاي. يستطيع جهاز التحكم المركزي حينها استخدام برامج وخوارزميات متنوعة للتنبؤ بالطقس. أو، في حالة التطبيقات الأخرى غير تتبع الطقس، يمكنه تزويد الموقع ببيانات إحصائية للمستخدم. باختصار، تقوم محطات الأرصاد الجوية بما يلي:

● جمع بيانات المستشعرات

● تحويل البيانات التناظرية إلى بيانات رقمية

● معالجة البيانات الأولية

● نقل البيانات إلى النظام المركزي

● تحليل البيانات والملاحظة

الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في التنبؤات الجوية

يُسهم استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في زيادة دقة أنظمة التنبؤ الجوي الحديثة. في مجال البحث العلمي، يستطيع العلماء استخدام خوارزميات التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي للتنبؤ بدقة بأحوال الطقس. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك خدمة GraphCast من جوجل ، التي تُتيح التنبؤ بأحوال الطقس لعشرة أيام مُسبقًا بدقة عالية مقارنةً بالتنبؤات عالية الدقة (HRES) القديمة الصادرة عن المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية متوسطة المدى (ECMWF).

تتخصص شركة ريكا سينسور في محطات الأرصاد الجوية الاحترافية لأكثر من 13 عامًا، نرحب بكم للتواصل معنا للحصول على مزيد من المعلومات حول منتجاتنا وإخبارنا بمتطلباتكم، فنحن نقدم حلولًا لمراقبة تربية الأحياء المائية / الطقس / البيئة.

FAQ

1. هل أحتاج إلى محطة أرصاد جوية لمزرعتي؟

يُعدّ حماية المحاصيل من الأمراض والآفات أمرًا بالغ الأهمية. توفر محطات الأرصاد الجوية بيانات دقيقة عن درجة الحرارة والرطوبة وهطول الأمطار وخصائص التربة المهمة، مما يُساعد على اتخاذ إجراءات فورية لتحسين الإنبات ونمو النبات. سيوفر تركيب محطة أرصاد جوية في مزرعتك بيانات قيّمة متاحة على مدار الساعة، مقارنةً بالزيارات الميدانية للمراقبة.

2. كيف يمكن إيجاد الطقس المثالي للسياحة؟

يعتمد أفضل وقت لزيارة أي موقع سياحي على الأحوال الجوية، كنسبة الرطوبة ودرجة الحرارة وسرعة الرياح وشدة الإضاءة. وتضم الوجهات السياحية الشهيرة محطات أرصاد جوية توفر بيانات وتوقعات مباشرة عن الأحوال الجوية في الموقع، ويمكن الاطلاع عليها عبر المواقع الإلكترونية الرسمية للحكومات أو الجهات المنظمة. وبفضل تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، يمكن أن تكون توقعات الطقس الحديثة دقيقة لمدة تصل إلى عشرة أيام.

3. ما هو الغرض من نظام محطة الأرصاد الجوية؟

تهدف محطات الأرصاد الجوية إلى توفير إحصاءات آنية عن أحوال الغلاف الجوي والتربة والمعدات على سطح الأرض. تحتوي هذه المحطات على العديد من أجهزة الاستشعار، مثل مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح واتجاهها وهطول الأمطار وخصائص التربة والإشعاع الشمسي والإشعاع النشط ضوئيًا (PAR) وغيرها. ويمكن استخدامها في مجالات الزراعة والطرق السريعة والسياحة والأرصاد الجوية وغيرها.