کاربرد و تاثیر داده‌های کلان در پیش‌بینی آب و هوا

همواره پیش‌بینی آب و هوا یک شغل و حرفه بسیار سخت معرفی می‌شود. این موضوع را افراد یا سازمان‌های فعال در جمع‌آوری و ارائه اطلاعات هواشناسی درک می‌کنند. متغیرهای زیاد، فعل و انفعالات پیچیده و در نهایت یک پیش‌بینی، همگی با هم، پروسه‌ای پیچیده را ایجاد می‌کنند که در صورت بروز یک اشتباه می‌توانند بر تمام نتیجه پیش‌بینی تاثیر بگذارند. بنابراین باز هم مانند دیگر تخصص‌های مرتبط با داده‌ها تاکید می‌کنیم، توانایی و مهارت در جمع‌آوری و پردازش داده‌ها در علم آب و هواشناسی نیز بسیار اهمیت دارد.

داده‌ها و پردازش درست آن‌ها چه تاثیری در پیش‌بینی آب و هوا دارد؟

در پیش بینی آب و هوا اینکه چه داده‌هایی جمع‌آوری می‌شود، داده‌ها چگونه طبقه بندی و پردازش می‌شوند حائزاهمیت است. بنابراین درستی این فرآیند حتما می‌تواند در میزان صحت پیش‌بینی حوادث آب و هوایی همچون سیل، طوفان و سونامی موثر باشد.

اگر امروز فرایند و عملکرد علم هواشناسی را با چند سال قبل مقایسه کنید، حتما متعجب می‌شوید. حالا دیگر از حجم بیشمار پیش‌بینی‌های نادرست هواشناسی که در وب‌سایت و برنامه‌های تلفن همراه دریافت می‌کردیم خبری نیست. امروز پیش‌بینی‌های هواشناسی بصورت چشمگیری قابل اعتماد شده، همین موضوع سبب می‌شود که بپرسیم چه اتفاقی افتاده؟

دلیل پنهان آن را تقریبا عنوان کردیم: داده‌های بزرگ. بله اصلی‌ترین دلیل مخفی پیش‌بینی وضعیت هوا بصورت دیجیتالی بهره‌گیری از علم داده‌ها و مدل‌های جدید است. همیشه هواشناسی با استفاده از جمع‌آوری، پردازش و تجزیه و تحلیل داده‌ها انجام می‌گرفت اما امروز الگوریتم‌ها تغییر شگرف را تجربه کردند و همین موضوع مورد بحث ماست.

در این مقاله به بررسی تغییرات مثبت در عملکرد هواشناسی و چگونگی کمک داده‌های بزرگ در یک پیش‌بینی صحیح می‌پردازیم:

هواشناسی مدرن به چه صورت انجام می‌گیرد؟

فرآیند جمع‌آوری اطلاعات، تجزیه و تحلیل داده‌های دیجیتال به صورت کلی دو مرحله را در برمی‌گیرد:

جمع‌آوری داده‌ها برای پیش‌بینی آب و هوا

اول باید داده‌های مورد نیاز را از منابع متفاوت جمع‌آوری کرد.

استخراج و گردآوری اطلاعات مفید با استفاده از الگوریتم‌ها برای پیش‌بینی آب و هوا

در این مرحله داده‌ها با استفاده از الگوریتم‌ها تجزیه و تحلیل می‌شوند و در نهایت اطلاعات مرتبط با آب و هوا استنباط و استخراج می‌شوند.

برنامه مورد استفاده در پیش‌بینی هوا

امروز تمام برنامه‌های مدرن پیش بینی هوا برپایه هوش مصنوعی هستند و یادگیری ماشین نیز در بدست آوردن نتایج درست کاملا دخیل است.

بیگ دیتا چیست؟

اصطلاح بیگ دیتایی که در آب و هواشناسی نیز از آن یاد می‌شود، در واقع همان حجم بزرگی از داده‌هایی است که اشکال متفاوتی دارند. این داده‌ها فقط یک منبع ندارند و منابع متعدد هستند. داده‌ها گوناگون در کنار هم پردازش و طبقی بندی شده و در نهایت اطلاعاتی که مورد نیاز است بدست می‌آید.

آیا هواشناسی به بیگ دیتا نیاز دارد؟

بله هواشناسی یکی از تخصص‌هایی است که امروز کاملا وابسته به اطلاعات ارائه شده توسط شرکت‌های بیگ دیتاست. این شرکت‌ها علاوه‌بر اینکه داده‌ها را از منابع متعددی بدست می‌آورند و هر روز این منابع را بروز می‌کنند و افزایش می‌دهند، پردازش و تجزیه و تحلیل داده‌ها را هم به اشکال گوناگونی انجام می‌دهند. بنابراین این علم در حال تغییر و رشد است.

یکی از تازه‌های داده کاوی که سبب تغییر چشم انداز این علم شده، ساخت و استفاده از اینترنت اشیاست. با استفاده از این فناوری می‌توان از دستگاه‌ها و حسگرهای متصل به اینترنت اطلاعات جمع‌آوری کرد. این فناوری را شما هم دیده‌اید و استفاده کردید اما ممکن است نسبت به آن بی‌دقت باشید!؟

اگر شما یک ساعت هوشمند دارید باید بدانید که این فناوری را به همراه دارید. ساعت های هوشمند داده‌هایی همچون سرعت راه رفتن، ضربان قلب، میزان مسیر طی شده و دیگر متغیر‌ها جمع‌آوری و سپس به تلفن همراهتان ارسال می‌کند.

هدف استفاده از این فناوری چیست؟

امروز فناوری‌ها و امکانات جدید برپایه داده‌ها و بطور کلی هوش مصنوعی به کاهش حضور نیروی انسانی منجرب می‌شوند. بنابراین حالا بیشمار داده‌ها را بدون حضور خیلی از انسان‌ها دریافت می‌کنیم آنهم تنها با استفاده از یک مسیر تعاملی مانند اینترنت. اینترنت اشیا دقیقا چنین تکنولوژی را در خود دارد. داده‌های مورد نیاز خود را از دستگاه‌های هوشمند در ارتباط با اینترنت و یا یکدیگر به دست ‌می‌آورد.

نقش اینترنت اشیا در هواشناسی

در ادامه با یک مثال نقش اینترنت اشیا در پیش‌بینی هواشناسی را شرح می‌دهیم:

• اینترنت اشیا ناظر ارتباط تلفن هوشمند با برج مخابراطی تلفن همراست، بنابراین می تواند اطلاعات آب و هوا را جمع‌آوری کند.
• تلفن هوشمند شما با سیگنال‌های مایکروویو در ارتباط با برج‌های شبکه است و در شرایط متفاوت آب و هوایی عکس‌العملی متفاوت نشان می‌دهند. سپس ارائه دهندگان شبکه تلفن همراه اطلاعات بدست آمده را به سازمان یا شرکت اطلاعاتی هواشناسی انتقال می‌دهند.
• در مرحله بد شرکت هواشناسی اطلاعات دریافتی را وارد الگوریتم‌ها می‌کنند تا داده‌های مفید و قابل استفاده در وب‌سایت و برنامه‌های تلفن همراه استنباط و منتشر شود.
• البته این موضوع یک عامل صد در صد موثر در موفقیت برنامه آب و هواشناسی یا وب سایت آن نیست و دیگر عواملی هم دخیل خواهند بود.

ابزار جمع‌آوری داده‌های بزرگ هواشناسی

جهت پیش‌بینی وضعیت هوا، لازم است که شرایط جو را نسبت به مکان و مناطقی اطراف مکان هدف مورد بررسی قرار داد و متغیر‌های موثر را شناسایی کرد. دما، فشار هوا و دیگر فاکتورهای جوی در اندازه‌گیری و ارائه پیش‌بینی هوا موثر هستند، بنابراین حتما استفاده از ابزارهای مدرن دیجیتالی و مبتنی بر ارائه داده‌ها امروز کمک کننده خواهد بود.

در ادامه برخی از این ابزار را که از شکل قدیمی خارج شده و به سوی دیجیتالی شدن می‌روند را معرفی می‌کنیم:

دماسنج‌ها

اگر یک دماسنج دیواری ساده در خانه داشته باشید، حتما میدانید که این دماسنج دیجیتالی است و می‌تواند دما را بسنجد. دماسنج‌های قدیمی حاوی یک لوله بلند و باریک جیوه‌ای همراه با لامپ بودند. اگر دما افزایش پیدا کند جیوه منبسط می‌شود و برعکس اگر کاهش پیدا کند جیوه موجود در لوله منقبض خواهد شد.

در دماسنج‌های جدید از نوار مارپیچ از دو نوع فلز هستند استفاده شده. این دو نوار هریک به صورتی گرما را هدایت می‌کنند. یعنی با افزایش دما کوئل بازتر و با کاهش دما محکم‌تر می‌شود. برخی از این دماسنج‌های مدرن برپایه سنجش مادون قرمز و یا مقاومت الکتریکی فعالیت می‌کنند. دمای سنج‌های جدید داده‌های دیجیتالی ارائه می‌کنند و از طرفی امکان ارسال داده‌ها به رایانه را نیز دارند. دقیقا مانند اینترنت اشیا.

فشارسنج

در گذشته فشارسنج‌ها حاوی آب، جیوه و هوا بودند اما فشارسنج‌های کنونی دیجیتالی هستند. تغییر متغیرها در این فشارسنج‌ها نشان می‌دهد که فشار هوا در حال تغییر است.

هرچه فشار هوا بیشتر شود نشان دهنده این است که آسمان ابر کمتری خواهد داشت و صاف می‌شود. برعکس اگر فشار هوا کم شود فشارسنج نشان می‌دهد که ابرهای بیشتری بوجود می‌آیند و هوا طوفانی می‌شود. جهت شناسایی سیستم‌های فشار، جبهه‌ها و دیگر سیستم‌های آب و هوایی می‌توان از داده‌های فشار بارومتری در یک منطقه بزرگتر بهره برد.

رادار

رادار یکی از تجهیزات مبتنی بر داده‌های دیجیتالی است. این محصول یک فرستنده امواج رادیویی را ارسال می‌کند. این فرستند از نزدیک‌ترین جسم پرش و بعد به گیرنده برمی‌گردد. این رادار می‌تواند خیلی از ویژگی‌های بارش را استنباط کند:

موقعیت بارش، حرکت و شدت جریان باران زا و احتمال بارش در آینده از جمله اطلاعاتیست که این تکنولوژی به سازمان هواشناسی ارائه می‌کند.

جالب است بدانید که داده‌هایی که این رادار دریافت و منتقل می‌کند در پیش‌بینی سطح سرعت بارش هم موثر است. این رادار حتی می‌تواند الگوریتم و ساختار طوفان‌ها را هم ترسیم کند. جالب‌ترین مورد استفاده از این تکنولوژی این است که قادر است اثرات شرایط جوی و بارشی را نیز تخمین بزند.

رادیوسوندها

• رادیو سوندها وسیله‌ای بالونی هستند. با استفاده از این ابزار می‌تواند متغیرهایی همچون فشار، دما و رطوبت هوا را اندازه‌گیری کرد. درضمن این محصول در ردیابی و دریافت اطلاعات مرتبط با سرعت و جهت باد نیز موثر است.
• رادیوسوندها از رادیو جهت برقراری ارتباط داده‌هایی که بدست می‌آورند به رایانه بهره میبرند.
• جالب است بدانید که هر روز در وب‌سایت‌های هواشناسی دنیا رادیوسوندها دو بار در روز مورد استفاده قرار می‌گیرند تا شرایط جوی را بسنجند.
• این ابزار را از بالون یا هواپیما پرت می‌کنند تا هنگام سقوط اندازه‌گیری را انجام دهند. با استفاده از آن می‌توان طوفان‌ها را نظارت کرد.