آسمان شهر ما آفتابی است
نسل بشر از دوره‌های تاریخی بسیار دور و زمان‌های گذشته تلاش می‌کرد وضع هوا را پیش‌بینی کند. اما امروزه، پیش‌بینی‌های هواشناسی از راه جمع‌آوری اطلاعات ارزشمند و گرانبها در مورد وضعیت فعلی جو زمین و استفاده از «درک علمی فرآیندهای جوی» در شاخه‌ای از علم به نام «متثورولوژی» انجام می‌شود و اغلب نتایج علمی و دقیقی را تولید می‌کند. به دست نیاوردن در کی درست از فرآیندهای جوی به معنای آن است که هر چه محدوده هواشناسی (یعنی تفاوت زمانی بین لحظه حاضر و زمانی که قرار است نتایج هواشناسی برای آن اعلام شود) افزایش یابد، دقت و صحت اطلاعات ارائه شده توسط هواشناس نیز افت خواهد کرد.
در طول هزاران سال مردم ساکن در همه مکان‌ها و زمان‌ها سعی می‌کردند به شکل‌های مختلف وضع هوا را پیش‌بینی کنند. در سال 650 پیش از میلاد مسیح، اهالی بابل سعی می‌کردند وضعیت هوا را از روی شکل هندسی ابرها پیش‌بینی کنند. در سال 340 پیش از میلاد ارسطو برای نخستین بار شکل ابرها را در علمی با عنوان Meteorologica بررسی کرد. پس از او تقریبا در سال 300 پیش از میلاد چینی‌ها نیز با روش‌های سنتی به هواشناسی پرداختند. روش‌های سنتی و باستانی پیش‌بینی هوا معمولا متکی به صفات و خصوصیت‌های مشاهده شده آب و هوا توسط مردم بود. برای مثال مردم به نتیجه‌ای تجربی رسیده بودند. که می‌گفت اگر در لحظات غروب خورشید، آسمان قرمز رنگ شود، روز بعدی معمولا بدون ابر و صاف خواهد بود. تجربیات جمع شده در طول سالیان، در نهایت به تکمیل دانش هواشناسی بشر منجر شدند.
در سیستم نوین پیش‌بینی وضعیت هوا، پنج مرحله اصلی وجود دارد:
1- جمع‌آوری اطلاعات:
مشاهده وضعیت جوی، فشار هوا، دما، سرعت باد، جهت باد و رطوبت هوا توسط ایستگاه‌های خودکار پیش‌بینی هوا، شناورهای آبی و ماهواره‌های هواشناسی انجام می‌گیرد. سازمان بین‌المللی هواشناسی (WMO) تصمیم دارد ابزارهای مورد استفاده کشورها در این زمینه را استاندارد و یکپارچه کند و لوازم مورد نیاز و نیز قوانین مربوط به بررسی هوا را در سراسر دنیا به شکلی یکسان پیاده کند.
در حال حاضر در سراسر دنیا استخراج داده‌ها از طریق ماهواره‌های هواشناسی رایج‌ترین روش برای مطالعه هوا محسوب می‌شوند. ضمن اینکه تصویرهای شفاف و قابل مشاهده آنها از عوارض جوی به هواشناسان برای بررسی روند حرکت ابرها و نیز هواشناسی عددی بسیار کمک خواهد کرد. این تصویرها که به صورت امواج مادون قرمز مخابره می‌شوند، می‌توانند از دمای سطح و بالای ابرها خبر بدهند و به پیش‌بینی جهت وزش باد نیز کمک کنند. رادارهای خاصی نیز در مراکز هواشناسی مورد استفاده قرار می‌گیرد که شدت و محل اتفاق افتادن یک فرآیند جوی را نشان می‌دهد و سرعت و جهت وزش باد را بررسی می‌کند. اندازه‌گیری دما، رطوبت و میزان ابرهای بالای جو از طریق فرستادن بالن‌های هواشناسی به آسمان ممکن می‌شود. این بالن‌ها اطلاعات را از سطح 30هزار متری از بالای زمین تا رسیدن به استراتوسفر می‌سنجند و مخابره می‌کنند. در سال‌های اخیر هواپیماهای تجاری نیز که تا ارتفاعات قابل قبولی از سطح زمین اوج می‌گیرند، به فرآیند هواشناسی جهانی کمک کرده‌اند.
2- جمع‌بندی اطلاعات:
در این فرآیند که جمع‌بندی و ترکیب اطلاعات نامیده می‌شود، اطلاعات به دست آمده از راه مشاهدات و منابع در مقایسه و نتیجه‌گیری با آخرین مدل‌های عددی و گرافیکی از وضع هوای ساعات و لحظات قبلی قرار می‌گیرد و با مدت مشابه در روزها و هفته‌های قبل سنجیده می‌شود تا وضعیت هوا آنالیز و تحلیل شود. به همین دلیل نیز این کار بهترین تخمین برای وضعیت هوایی کنونی و آینده جو را به دست می‌دهد. برای این جمع‌بندی نیز از یک شبیه‌سازی سه وجهی شامل دما، رطوبت و مشخصات باد استفاده می‌شود.
3- پیش‌بینی عددی وضع هوا:
در پیش‌بینی وضع هوا به روش دیجیتالی و عددی که اصطلاحا NWP نامیده می‌شود، از میکروکامپیوترهایی با پردازنده‌های فرا معمولی استفاده می‌شود که وضعیت جو را شبیه‌سازی می‌کنند. آنها اطلاعات فعلی هوا را دریافت می‌کنند، به طراحی و ترسیم نمودارها و نقشه‌های آن می‌پردازند و سپس برای یک مدت زمان مشخص از طریق برنامه‌هایی که مهندسان رایانه با کمک علوم فیزیک و مکانیک سیالات (دینامیک- استاتیک) نوشته‌اند، شرایط جو در آینده را پیش‌بینی می‌کنند. البته معادلات پیچیده و چندهزار مجهولی ویژه‌ای که از طریق زبان‌های برنامهنویسی خاص نوشته شده‌اند تا شرایط سیالات موجود در جو را بسنجند، با هر رایانه‌ای اجرا نمی‌شوند و نیاز به ابر رایانه‌هایی دارند که در اختیار مراکز و پایگاه‌های هواشناسی بزرگ هستند.
4- فرآیند شبیه سازی مدل پیش‌بینی:
اطلاعات به دست آمده خروجی، اغلب خام هستند و قبل از انتشار، ویرایش شده و تغییر می‌یابند. برای این کار از روش‌ها و فنون آماری استفاده می‌شود. که جانبداری‌های غیرعمدی ناشی از ساختار خاص کدهای برنامهنویسی نرم‌افزارهای پیش‌بینی و نیز دخالت عوامل انسانی را حذف می‌کنند. ایجاد هماهنگی با دیگر پایگاه‌های ارائه دهنده اطلاعات که وضعیت جو را با NWP سنجیده‌اند نیز از دیگر کارهای مخصوص این فرآیند است. در گذشته، کارشناسان هواشناسی تنها بابت آنچه از راه مشاهده‌ها نتیجه‌گیری می‌کردند، پاسخ‌گو و مسوول بودند. اما امروزه پیش‌بینی وضع هوا در 24 ساعت آینده، کمترین بهره را از عوامل انسانی می‌برد و این مساله، ارزش اطلاعات استخراجی را افزایش می‌دهد. امروزه مردم تنها خواستار این هستند که کارشناسان هواشناسی، اطلاعات پیچیده را برای آنها دوباره تفسیر کنند.
5- پخش داده‌ها بین کاربران:
آخرین مرحله در فرآیند پیش‌بینی وضع هوا احتمالا مهم‌ترین مرحله نیز هست. اینکه کاربر و کاربر پایانی به چه داده‌هایی درباره وضع هوا نیاز دارد، به طوری که اطلاعات ارائه شده به او هم از سادگی و هم از کارآیی و فایده لازم برخوردار باشد، یک دانش بسیار تخصصی است.
مردم و افکار عمومی مهم‌ترین مخاطبان داده‌های هواشناسی هستند. توفان‌های تندری می‌توانند باعث ایجاد بادهای شدید، رعد و برق‌های خطرناک و صاعقه زدگی‌های شدید، مرگ افراد، از کار افتادن نیروگاه‌های برق و خسارات فراوان به سیستم حمل و نقل دریایی و زمینی شوند. برف‌های سنگین و طولانی مدت نیز می‌توانند ارتباطات در راه‌های مواصلاتی و تجارت را از کار بیندازند و برای مدت زمان‌های طولانی دچار رکود کنند. گرما یا سرمای شدید نیز می‌تواند به مرگ یا بیماری افرادی که دارای تجهیزات حفاظتی لازم نیستند منجر شود.
