أنواع مختلفة من أجهزة قياس الطقس

مقدمة عن أجهزة قياس الطقس

تُزيح أجهزة الاستشعار المبتكرة غير المتحركة أجهزة الاستشعار الميكانيكية القديمة إلى الخلف. تستطيع أجهزة استشعار سرعة الرياح فوق الصوتية الحديثة رصد هبات رياح تصل سرعتها إلى 70 مترًا في الثانية (حوالي 252 كيلومترًا في الساعة أو 157 ميلًا في الساعة) خلال 3 ثوانٍ فقط. في المقابل، تتطلب أجهزة قياس سرعة الرياح الميكانيكية ذات الأكواب 6 ثوانٍ للاستجابة. علاوة على ذلك، تحتوي أجهزة قياس سرعة الرياح التقليدية ذات الأكواب على أجزاء متحركة معرضة للتلف. يتضح لنا جليًا من هذا التطور في أجهزة الاستشعار أن مجال أدوات الأرصاد الجوية يتغير.

سرعة الرياح ليست سوى أحد المعايير العديدة المستخدمة في التنبؤ بالطقس وإعداد التقارير. وتُعدّ محطات الأرصاد الجوية فوق الصوتية أحدث التقنيات المستخدمة لجمع بيانات الطقس. فباستخدام موجات صوتية بسيطة تنتقل ذهابًا وإيابًا في الهواء، تستطيع هذه المستشعرات رصد معايير متعددة. ويمثل الزمن الذي تستغرقه موجة صوتية ذات طول موجي معين معيارًا من معايير سرعة الرياح.

سنتناول في هذه المقالة جميع أدوات الأرصاد الجوية الشائعة التي تحتاج إلى معرفتها لرصد الطقس والتنبؤ به بدقة. وسنناقش الأدوات الشائعة والمتخصصة المستخدمة لقياس سرعة الرياح، ودرجة الحرارة، والضغط الجوي، والرطوبة، والهطول، والإشعاع الشمسي.

تطبيقات أجهزة قياس الطقس

من المهم فهم التطبيقات المختلفة لأجهزة قياس الطقس لتقدير أهميتها بشكل كامل. يتطلب كل مجال تحليل واحد أو أكثر من معايير الطقس. فيما يلي بعض تطبيقات أجهزة قياس الطقس:

• علم الأرصاد الجوية: تُعدّ أجهزة رصد الأحوال الجوية ضرورية للتنبؤ الدقيق بالعواصف وتحليل الظروف الجوية. ويمكن لهذه البيانات أن تساعد في تحليل أنماط المناخ على المدى الطويل.
• الزراعة: يستخدم المزارعون أجهزة قياس الطقس لتحليل الظروف المحلية واتخاذ قرارات مدروسة. وبناءً على هذه البيانات، يمكنهم تحديد موعد زراعة المحاصيل وحماية الماشية من الظروف الجوية القاسية.
• الطيران: عندما يعتمد هذا المجال بأكمله على الديناميكا الهوائية، فأنت بحاجة إلى قراءات دقيقة للرياح والظروف الجوية للقيام برحلة جوية. يراقب قطاع الطيران الظروف الجوية بدقة باستخدام أجهزة الأرصاد الجوية.
• محطات توليد الطاقة: في بعض المحطات، يكون هناك دائمًا تصريف من المدخنة. يُعد رصد الظروف الجوية لتحديد توقيت عمليات التصريف أمرًا أساسيًا لضمان الامتثال للوائح تصريف النفايات السائلة.
• في مجال الإنشاءات: من الضروري تحديد الأنشطة بناءً على ظروف الرياح والأمطار. حماية الممتلكات والمواد والعمال من الظروف الجوية القاسية أمر أساسي لنجاح المشروع.
• الطاقة المتجددة: تتطلب الألواح الشمسية وتوربينات الرياح ومحولات طاقة المد والجزر جميعها أدوات الأرصاد الجوية للتنبؤ بإنتاج الطاقة وضمان مزيج الطاقة المناسب.

أدوات الأرصاد الجوية الشائعة

♦ مقياس الحرارة

تُعدّ درجة الحرارة العامل الرئيسي في دراسات الطقس، فهي تُحدّد كل شيء بدءًا من حالة الماء وصولًا إلى الضغط الجوي وأنماط الرياح. وتعمل أجهزة قياس درجة الحرارة على مبدأ التمدد الحراري أو المقاومة الكهربائية. ومع ذلك، توجد خمسة أنواع من أجهزة قياس درجة الحرارة المستخدمة في رصد الأحوال الجوية:

• الزئبق/الكحول (الطريقة التقليدية): تعتمد هذه الطريقة على التمدد كمقياس لدرجة الحرارة. وهي عملية تناظرية، وقد تتطلب تقنية متطورة لتحويلها إلى صيغة رقمية حديثة.
• مقاومة البلاتين (PRT): تعتمد هذه التقنية على تغير مقاومة مادة البلاتين مع تغير درجة الحرارة لقياس درجة حرارة الجو. وتُنتج نتائج قابلة للتكرار ضمن نطاق يتراوح بين -200 درجة مئوية و600 درجة مئوية أو أعلى.
• الثرمستورات: تستخدم هذه الثرمستورات خاصية مادة أشباه الموصلات المتمثلة في انخفاض المقاومة مع ارتفاع درجة الحرارة.
• المزدوجات الحرارية (الرقمية): تعتمد على تأثير سيبك، حيث يتم توصيل سلكين معدنيين مختلفين عند نقطة اتصال معرضة لتغيرات في درجة الحرارة. يمثل فرق الجهد بين السلكين التغير في درجة الحرارة. وتتوفر بأنواع مختلفة.
• أشباه الموصلات: يتغير الجهد الأمامي لوصلة PN بتغير درجة الحرارة.

أفضل أداة لقياس درجة الحرارة:

RIKA PT100(نوع PRT) مدمج في محطة الأرصاد الجوية RK900-10.

الدقة: ±0.2 درجة مئوية

الدقة: 0.1 درجة مئوية

نطاق درجة الحرارة: من -40 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية (قابل للتمديد من -200 درجة مئوية إلى +600 درجة مئوية)

♦ مقياس الضغط الجوي

يُعد قياس الضغط الجوي أساسيًا للتنبؤ بالطقس وتكوينات السحب. وتُمثل مناطق الضغط المنخفض والمرتفع بيانات بالغة الأهمية للخوارزميات التي تُمكّن من التنبؤ بالطقس. فيما يلي بعض أنواع الضغط المستخدمة في أجهزة قياس الطقس:

• البارومترات اللاسائلية (الميكانيكية/الإلكترونية): هي عبارة عن كبسولات معدنية محكمة الإغلاق تتمدد أو تنكمش استجابةً للضغط المحيط بها. ويتم تحويل حركتها إلى إشارة كهربائية لقياس الضغط.
• البارومترات الرقمية/السعوية: تستخدم هذه الأجهزة التغير في السعة بين لوحين عند تطبيق الضغط لتوليد إشارة ضغط.
• البارومترات المقاومة للضغط: يتم تركيب مقاييس الإجهاد التي تولد إشارة عند الانقباض والتمدد على غشاء يتحرك استجابة لتغيرات الضغط.

أفضل أداة لقياس الضغط الجوي

مقياس الضغط الجوي الرقمي/السعوي، مدمج في جهاز RIKARK900-12 محطة أرصاد جوية أوتوماتيكية تعمل بالموجات فوق الصوتية.

الدقة: ±50-100 باسكال

الدقة: 10 باسكال

النطاق: 30,000-110,000 باسكال

♦ مقياس الرطوبة

تقيس أجهزة قياس الرطوبة نسبة الرطوبة في الهواء. وتساعد مستويات الرطوبة أيضاً في التنبؤ بالأحوال الجوية. وهي عبارة عن قياس لبخار الماء في الهواء، وتؤثر بشكل مباشر على مستوى راحة الإنسان.

• مقياس الرطوبة السعوي: تتسبب المادة العازلة الموجودة بين المكثفات في تغيير السعة مع تغير مستويات الرطوبة.
• مقاييس الرطوبة المقاومة: تقيس هذه المقاييس التغير في مقاومة الركيزة (مثل السيراميك أو البوليمر) عند تعرضها للرطوبة.

أفضل أداة لقياس الرطوبة في الطقس

RIKA RK33-02مقياس سعوي في محطة الأرصاد الجوية الأوتوماتيكية بالموجات فوق الصوتية RK900-12

الدقة: ±3% رطوبة نسبية (0-80% رطوبة نسبية)، ±5% رطوبة نسبية (80-100% رطوبة نسبية)

الدقة: 1% رطوبة نسبية

النطاق: 0-100% رطوبة نسبية

♦ مقياس سرعة الرياح

تقيس أجهزة قياس سرعة الرياح سرعة الرياح. ويُعدّ قياس سرعة الرياح أمراً بالغ الأهمية في قطاعات الطيران، ومحطات توليد الطاقة، والزراعة، والطاقة المتجددة، وغيرها. وفيما يلي أنواعها:

• مقياس سرعة الرياح ذو الأكواب (الميكانيكي/الدوراني): تستخدم هذه الأجهزة ثلاثة أو أربعة أكواب نصف كروية متصلة بعمود. يدور الهواء العمود، مما يُحدث إشارة تتناسب مع السرعة.
• مقياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية (بدون تلامس/صوتي): تنتقل نبضات الموجات فوق الصوتية بين محولات الطاقة. يتغير زمن انتقالها بتغير سرعة الرياح (مبدأ زمن الرحلة). لا يحتوي هذا المقياس على أجزاء متحركة، مما يجعله عالي الاستجابة ومحصنًا ضد الأعطال الميكانيكية.

أفضل أداة للأحوال الجوية لقياس سرعة الرياح

RIKA RK120-01مستشعر الرياح بالموجات فوق الصوتية في محطة الأرصاد الجوية الأوتوماتيكية بالموجات فوق الصوتية RK900-12

الدقة: ±3%

الدقة: 0.1 م/ث

سرعة الرياح: 0-60 م/ث

♦ مقياس المطر

تساعد كمية الأمطار المتساقطة المزارعين على تخطيط جدول الري ومراقبة حالة المحاصيل. كما يمكن لمخططي المدن مراقبة حالة قنوات تصريف المياه وفتحها عند الحاجة، وتحديد مسارات تحويل المياه حسب الضرورة. وتُعد هذه البيانات أداةً أساسيةً في رصد الأحوال الجوية.

• مقياس المطر ذو الدلو القلاب: آلية عمله بسيطة؛ حيث يميل دلو صغير (مثلاً، كل 0.2 مم) ليفرغ. ويُعطي قيمة كمية مياه الأمطار المتجمعة بوحدة مم/م² (ملليمترات مياه الأمطار لكل متر مربع). ويتم تسجيل كل قلاب، مما يُولّد إشارة.
• أجهزة استشعار هطول الأمطار الرادارية: تستخدم هذه الأجهزة مبادئ دوبلر والصوتيات، وتكشف عن الهطول عن بُعد دون الحاجة إلى جمع البيانات ميدانيًا. ويمكنها تحديد حجم القطرات وسرعتها وشدتها.
• أجهزة استشعار المطر البصرية/الصوتية: تستخدم انقطاع الضوء (بصري) أو الموجات الصوتية (صوتي) للكشف عن قطرات المطر أو الثلج، وغالبًا ما تقترن بدلاء قلابة للحصول على بيانات نوعية/كمية.

أفضل أداة لرصد الأحوال الجوية للأمطار

RIKA RK400-01مستشعر هطول الأمطار في دلو معدني قابل للإمالة

الدقة: ±4% أو ±2 مم

الدقة: 0.2 مم

المدى: 0-999.9 مم

المعدل: 0-200 مم/ساعة

♦ اتجاه الرياح

يُعدّ تحديد اتجاه الرياح أمرًا بالغ الأهمية في العديد من المجالات، تمامًا كاستخدام أجهزة قياس سرعة الرياح. وعادةً ما تُستخدم هذه الأجهزة معًا للحصول على صورة كاملة عن حالة الرياح. وهناك طرق تقليدية وحديثة لتحديد اتجاه الرياح.

• مؤشرات اتجاه الرياح الميكانيكية: تستخدم هذه الأجهزة قطعة معدنية أو ريشة تتجه تلقائيًا مع اتجاه الرياح، بينما يدور في الوقت نفسه عمود يُولّد إشارة اتجاهية. أما الشكل الأكثر تطورًا من هذه المؤشرات فيستخدم ألياف الكربون، مما يوفر استجابة أسرع وتعديلات أكثر دقة.
• أجهزة قياس اتجاه الرياح بالموجات فوق الصوتية: تشبه هذه الأجهزة أجهزة قياس سرعة الرياح، حيث تستخدم الموجات فوق الصوتية التي تنتقل من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال. ويمكن تحديد اتجاه الرياح باستخدام عدة أجهزة منها في اتجاهات مختلفة وتحليل زمن انتقال الموجات.

أدوات الأرصاد الجوية الخاصة

★ راديو سوند

تُستخدم هذه الأجهزة لرصد أحوال الغلاف الجوي العلوي. وللوصول إلى هذه الارتفاعات، يمكن استخدام بالون طقس مملوء بالهيليوم أو الهيدروجين. وتستطيع هذه البالونات الصعود بسرعة 300 متر/دقيقة تقريبًا إلى ارتفاعات تتجاوز 35 كيلومترًا. وهي تعمل بالبطارية وخفيفة الوزن. ويمكنها قياس الضغط ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية والارتفاع (عبر نظام تحديد المواقع العالمي GPS) وسرعة الرياح واتجاهها (في وضع الراو سوند).

أفضل جهاز راديو سوند

RK-RADIO-01(حزمة راديوسوند مستقلة) أو مدمجة في RK900-10 لتمديدات الطبقات العليا من الجو.

★ Wرادار الأرصاد الجوية

قد يكون استخدام الأنظمة واسعة النطاق، مثل شبكات دوبلر التي تستخدمها هيئات الأرصاد الجوية الوطنية، مكلفًا. بالنسبة لمعظم المستخدمين، يكفي مستشعر رادار الموجات المليمترية بتردد 24 جيجاهرتز لرصد هطول الأمطار بدقة وفي مواقع محددة. يستخدم هذا المستشعر نبضات قصيرة للكشف عن جزيئات الهطول، وقياس شدتها وتراكمها، وحتى سرعة قطراتها عبر تغيرات دوبلر. لا يحتوي على أجزاء ميكانيكية، مما يجعله مناسبًا للمشاريع طويلة الأجل.

أفضل رادار للأحوال الجوية

أجهزة استشعار هطول الأمطار بالرادار ذي الموجات المليمترية (تردد 24 جيجا)RK900-10

أحدث الابتكارات في أجهزة قياس الطقس

أحدث الابتكارات في مجال أجهزة قياس الطقس هي دمج أجهزة الاستشعار والمقاييس المتطورة مع برامج الذكاء الاصطناعي. إذ يُمكنها توفير تحليلات فورية واكتشاف تفاصيل دقيقة قد تغيب عن المحلل التقليدي. كما تُتيح تقنية الذكاء الاصطناعي تحليل جميع البيانات الواردة من أجهزة استشعار متعددة ودمجها لتقديم رؤى إحصائية.

علاوة على ذلك، يُحدث استخدام أجهزة استشعار هطول الأمطار الرادارية بالتزامن مع نظام يعمل بالطاقة الشمسية ثورة في جمع البيانات في المناطق النائية. وتتميز محطات الأرصاد الجوية فوق الصوتية، على وجه الخصوص، بصغر حجمها ودقتها العالية وقلة صيانتها.

إذا كنت تبحث عن أحدث أجهزة رصد الأحوال الجوية، فقم بزيارة موقع RIKA الإلكتروني. يقدم الموقع خيارات متنوعة، بدءًا من محطات رصد الأحوال الجوية التقليدية وصولًا إلى محطات الموجات فوق الصوتية الحديثة، والتي توفر بيانات متعددة عن الأحوال الجوية في آن واحد. تستخدم هذه المحطات تقنيات RS-485/Modbus-RTU، ومخرج تناظري 4-20 مللي أمبير، وشبكات الجيل الرابع/LTE، وشبكة واي فاي (2.4 جيجاهرتز)، أو تقنية LoRa (طويلة المدى) لنقل البيانات.

الأسئلة الشائعة (FAQs )

س: ما الذي يجعل أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية من ريكا مبتكرة؟

لا تحتوي هذه الأجهزة على أجزاء متحركة، مما يجعلها قليلة الصيانة للغاية. وبفضل آلية عملها التي تستخدم الموجات فوق الصوتية ومبدأ زمن انتقالها، يمكنها قياس العديد من المعايير في الهواء، بما في ذلك سرعة الرياح واتجاهها والرطوبة والأمطار.

س: هل يمكنك إنشاء محطة أرصاد جوية عن بعد؟

نعم، محطة ريكا RK900-12 فوق الصوتية، التي تعمل بالطاقة الشمسية والبطاريات، تتيح التشغيل خارج الشبكة الكهربائية. تستخدم المحطة مستشعرات الرياح فوق الصوتية، ومقياس المطر ذي الدلو القلاب، وتقنية الجيل الرابع LTE لنقل البيانات في الوقت الفعلي. حاصلة على تصنيف IP65، وتعمل في درجات حرارة تتراوح بين -40 درجة مئوية و+80 درجة مئوية، مما يجعلها مثالية لتطبيقات الأرصاد الجوية والزراعة عن بُعد.

س: ما هو حجم ووزن محطة الأرصاد الجوية بشكل عام؟

يعتمد الجواب على نوع محطة الأرصاد الجوية. محطات الأرصاد الجوية الحديثة التي تعمل بالموجات فوق الصوتية، مثل محطة ريكا RK900-12، يبلغ حجمها حوالي 30 سم (ارتفاعًا) × 20 سم (قطرًا) ووزنها حوالي 2-3 كجم. وهي مزودة بمستشعرات (مقياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية، ودلو قلاب)، وتتميز بسهولة نقلها، ومقاومتها للماء والغبار بمعيار IP65، وتوافقها مع الطاقة الشمسية، مما يجعلها مثالية للأرصاد الجوية والزراعة عن بُعد، مع إمكانية نقل البيانات عبر شبكة الجيل الرابع/الواي فاي.