يمثل التنبؤ بالرياح والعواصف في القطب الشمالي تحدياً كبيراً نتيجة الظروف الجوية القاسية وقلة البيانات المتاحة. ورغم وجود نماذج مناخية عالمية توفر رؤية عامة للمناخ، إلا أنها تنتج خرائط ضبابية وغير دقيقة. وفي المقابل، توفر النماذج الفيزيائية عالية الدقة مثل WRF نتائج ممتازة، لكنها تستهلك وقتاً وحوسبة هائلة.

لحل هذه المعضلة، طور علماء معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا (MIPT) بالتعاون مع معهد شيرشوف لعلوم المحيطات، الأكاديمية الروسية للعلوم شبكة عصبية قادرة على محاكاة الظواهر الجوية الخطرة بسرعة هائلة ودقة تضاهي النماذج الفيزيائية المكلفة.

مشكلة التنبؤ بالرياح في القطب الشمالي

المنطقة القطبية وبخاصة بحر بارنتس وبحر كارا تتعرض لرياح شديدة وعواصف خطرة تهدد:

الملاحة البحرية

البنية التحتية الساحلية

منصات النفط والغاز

طرق الإمداد في الظروف الشتوية

النماذج العالمية (مثل ERA5) تعجز عن رصد التفاصيل الدقيقة للرياح القريبة من السطح، بينما النماذج عالية الدقة تتطلب موارد ضخمة تجعل استخدامها المستمر أمراً صعباً.

الذكاء الاصطناعي يدخل المعادلة

كيف تعمل الشبكة العصبية؟

تُعالج بيانات التنبؤات العالمية "الضبابية".

تُعيد توليد خريطة مفصلة للرياح تتوافق مع دقة النموذج الفيزيائي WRF.

تُنجز العملية أسرع بـ 50 مرة مقارنة بالمحاكاة الفيزيائية التقليدية.

الشبكة دُرّبت على بيانات عالية الدقة من نموذج WRF، ما مكّنها من "تعلم" سلوك الرياح في الظروف القطبية وفهم كيفية تشكل الأعاصير الصغيرة والاضطرابات الموضعية.

دقة أثبتتها حالات واقعية

مثال: بوريا نوفايا زيمليا، فبراير 2022

تُعد هذه الظاهرة واحدة من أقوى الرياح الهابطة في القطب الشمالي.

وقد نجحت الشبكة العصبية في:

إعادة إنتاج شكل العاصفة

تحديد قوتها

تحديد موقعها بدقة مساوية لنموذج WRF

التفوق على ERA5 الذي لم يظهر سوى إشارة ضعيفة للظاهرة

كما أظهرت البيانات أن:

عدد الدوامات الهوائية المكتشفة يطابق تقريباً عددها في نموذج WRF (فارق أقل من 3%).

ERA5 يقلل هذه الظواهر إلى النصف تقريباً.

تصريحات الباحثين

يقول البروفيسور ميخائيل كرينتسكي، رئيس مختبر التعلم الآلي في علوم الأرض بجامعة ميفتي: "نتائج الشبكة العصبية في محاكاة سرعة الرياح أقرب بكثير إلى بيانات محطات الرصد من توقعات ERA5 أو GFS. بل إن حساب ارتفاع الأمواج الناتج عنها يطابق قياسات عوامات البحر بنفس دقة نموذج WRF."

ويضيف: "هذا الإنجاز يفتح الباب لتنبؤات أكثر ثقة وأقل تكلفة، ما يعزز أمان الملاحة في القطب الشمالي ويحمي البنية التحتية الحيوية."

لماذا يعتبر هذا التطور ثورياً؟

سرعة المحاكاة غير مسبوقة

تكلفة حسابية منخفضة

دقة تقارب النماذج العلمية المتقدمة

القدرة على اكتشاف الظواهر الخطرة في وقت مناسب

إمكانية دمجها في أنظمة التنبؤ البحرية والملاحية

هذه التقنية تمثل خطوة جوهرية نحو أتمتة التنبؤات الجوية عالية الدقة في المناطق القطبية.