قياس مدى الرؤية الأفقية في الضباب والطقس السيء

تحديد المسافة البصرية والرؤية السائدة

تُعرّف الرؤية في الأرصاد الجوية بأنها مقياس للمسافة التي يمكن عندها تمييز جسم أو ضوء بوضوح تام. ويتم الإبلاغ عنها ضمن رصد الطقس السطحي إما بالأمتار أو بالأميال القانونية بحسب البلد المعني. وتؤثر الرؤية على جميع وسائل النقل المختلفة مثل الطرق والسكك الحديدية والملاحة البحرية والطيران.

وتُعرف الرؤية السائدة بأنها أكبر مدى رؤية أفقي يتم بلوغه أو تجاوزه في نصف دائرة الأفق على الأقل، دون أن يكون بالضرورة دائرة متصلة. وتُقاس بالدلالة على الأميال القانونية أو كسورها. وتلعب الظروف الجوية المختلفة دوراً في التأثير على هذه القياسات، حيث تتسبب العوامل المحيطة في تفاوت درجات الوضوح بشكل ملحوظ عبر الأوقات المختلفة.

وتختلف معايير القياس الدولية بدقة لتحديد الخدمات الجوية للملاحة الجوية الدولية، ومنها أكبر مسافة يمكن عندها رؤية جسم أسود ذي أبعاد مناسبة بالقرب من الأرض وتمييزه في مواجهة خلفية مشتعلة أو مضيئة. كما تشمل المعايير القياسية أكبر مسافة يمكن رؤية أضواء بقوة 1,000 شمعة وتحديدها في مواجهة خلفية غير مضاءة، حيث تتباين القيمتان في الهواء باختلاف معاملات التمدد وتتأثر الأخيرة بإضاءة الخلفية.

التباين البصري ومعادلة كوشميدير

ويُعرّف التباين البصري عند مسافة معينة بأنه الفرق النسبي بين شدة إضاءة الخلفية والجسم المراد رصده. وبافتراض أن الجسم أسود تماماً فإنه يمتص كل الضوء الساقط عليه، مما يجعل شدة إضاءة الجسم عند نقطة البداية تنعدم بينما يصل التباين البصري إلى حده الأقصى.

يتأثر الضوء بين الجسم والرصد بإضاءة إضافية تتشتت داخل خط رؤية الراصد وبامتصاص الغازات والجسيمات للضوء. ولا يضيع الضوء المتشتت خارج حزمة معينة تماماً مثل الضوء الممتص، بل يتغير اتجاهه ويساهم في اتجاهات أخرى، ويؤثر معامل التشتت وتوصيل الجسيمات على شدة التغير الإجمالي بمسافة الانتشار وفقاً لمعامل التوهين والتشتت الخارجي.

أثبتت التجارب المعملية أن نسب التباين التي تتراوح قيمتها بين 0.018 و 0.03 تكون قابلة للإدراك في ظروف ضوء النهار الاعتيادية. وعادة ما يُعتمد تباين بنسبة 2 بالمئة لحساب المدى البصري عبر معادلة كوشميدير الشهيرة التي تربط بين معامل التوهين والمسافة المقدرة، مع الأخذ في الاعتبار أن الغلاف الجوي عند مستوى سطح البحر يمتلك معاملاً للتوهين يحد من الرؤية في أنظف الأجواء الممكنة.

تصنيفات الضباب والشبورة والرؤية المنخفضة

تُصنف الظواهر الجوية المؤثرة على الرؤية بدقة دولياً، حيث يُعرّف الضباب رسمياً بأنه حالة تقل فيها الرؤية عن مسافة 1 كيلومتر. بينما يُقصد بالشبورة الرؤية التي تتراوح مسافاتها بين 1 كيلومتر و 2 كيلومتر، وتُعرف الرؤية التي تقع بين 2 كيلومتر و 5 كيلومترات بأنها السديم أو الرؤية الضبابية الخفيفة. وعادة ما يُفترض أن الضباب والشبورة يتكونان أساساً من قطرات الماء الدقيقة، بينما تكون أحوال السديم والدخان ذات أحجام جسيمات أصغر حجماً.

تؤثر هذه الاختلافات في الحجم على المستشعرات مثل آلات التصوير الحراري التي تعمل في نطاق الأشعة تحت الحمراء الطويلة بأطوال موجية تبلغ نحو 10 ميكرومتر، إذ تستطيع هذه التقنيات اختراق الشبورة وبعض أنواع الدخان بشكل أفضل لأن أحجام جسيماتها أصغر من الطول الموجي للحرارة، وبالتالي لا تنحرف أشعة الأشعة تحت الحمراء أو تمتَص بشكل كبير بواسطة تلك الجسيمات الدقيقة العالقة في الجو.

تترافق هذه الظواهر أحياناً مع رذاذ متجمد وثلوج في ظروف الطقس البارد الناجمة عن السحب المنخفضة عندما تكون درجات الحرارة دون الصفر المئوي. وتُعد هذه الأجواء بالغة الخطورة بسبب تكون الجليد على الطرق وتدني الرؤية إلى أقل من 1,000 ياردة، مما يؤدي إلى وقوع حوادث مرورية خطيرة تتطلب إغلاق الطرق أحياناً أو تفعيل أضواء تحذيرية تلقائية خاصة في المناطق المعرضة مراراً لانخفاض الرؤية.

تأثير تلوث الهواء على جودة الرؤية الأفقية

يُعد انخفاض مدى الرؤية الأفقية في كثير من الأحيان العرض الأبرز والأكثر وضوحاً لتلوث الهواء الناتج عن النشاطات المختلفة. ويحدث تدهور الرؤية نتيجة لامتصاص وتشتت الضوء بواسطة الجسيمات الصلبة والغازات المتنوعة المنتشرة في طبقات الجَو المختلفة. وغالباً ما يكون لامتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة الغازات والجسيمات سبب في حدوث تغيرات لونية في الغلاف الجوي، إلا أنه لا يسهم بشكل كبير ومباشر في تدهور رؤية الأجسام على المسافات.

تتسبب الجسيمات الدقيقة الموجودة بين الراصد والجسم البعيد في إعاقة الرؤية بشكل أكبر بكثير من خلال تشتت ضوء الشمس وبقية السماء عبر خط رؤية الراصد، مما يؤدي إلى تقليل التباين البصري بين الجسم المراد رؤيته وسماء الخلفية المحيطة به. وتُعد الجسيمات التي تتراوح أقطارها بين 0.1 و 1.0 ميكرومتر هي الأكثر فعالية في تقليل الرؤية بالنسبة لوحدة كتلة الهباء الجوي الواحدة، بينما يكون تأثير جزيئات الهواء العادية طفيفاً على المديات البصرية القصيرة ويجب أخذه في الاعتبار للمديات التي تتجاوز 30 كيلومتراً.

تتأثر الرؤية في بعض الظروف الاستثنائية بملابسات حادة مثل عواصف الغبار والعواصف الرملية أو حرائق الغابات التي تخفض مدى الرؤية إلى مستويات يقربة من الصفر. وتحظى هذه الحالات باهتمام بالغ من وكالات الأرصاد الجوية التي تصدر تحذيرات وتنبيهات بضرورة تجنب القيادة والسفر ريثما تنقشع تلك الموجات وتحسن الظروف المحيطة، بينما يتعطل السفر الجوي في أحيان كثيرة نتيجة الحد الأدنى لرؤية الاقتراب وصعوبة تحريك الطائرات على الأرض بأمان.

الرؤية الجيوديسية واعتبارات الانكسار الجوي

تعتمد الرؤية الجيوديسية على ارتفاع موقع الرصد وطبيعة التضاريس المحيطة به في المنطقة الجغرافية. وتوفر السهول والمسطحات المائية أقصى مدى ممكن للرؤية، بينما تشكل النباتات والمباني والجبال عوائق جغرافية تحد من هذا المدى البصري. وعندما تكون السماء صافية ويكون مدى الرؤية الأرصادية مرتفعاً، فإن انحناء سطح الأرض يضع حداً أقصى للرؤية الجيوديسية الممكنة، ويمكن حساب الرؤية من نقطة رصد مرتفعة نزولاً إلى سطح البحر باستخدام نظرية فيثاغورس، نظراً لأن خط الرؤية ونصف قطر الأرض يشكلان ضلعي مثلث قائم الزاوية بينما يمثل ارتفاع النقاط المرتفعة إضافة إلى نصف قطر الأرض الوتر الخاص به.

تُؤخذ ظاهرة الانكسار الجوي في علم الجيوديسيا بعين الاعتبار دائماً في عمليات الحساب لأنها تعمل على زيادة مدى الرؤية، مما يتيح إمكانية رؤية بعض الأجسام التي تقع خلف الأفق الظاهري بفضل انحناء الأشعة الضوئية عبر طبقات الهواء. ويمكن في الظروف شديدة النظافة مثل المناطق القطبية أن يصل مدى الرؤية إلى أرقام قياسية فائقة تبلغ 240 كيلومتراً، وتتطلب مشاهدة المسافات البعيدة جداً وجود علامات إلزامية كبيرة وواضحة مثل الجبال الشاهقة أو الحواف المرتفعة، في حين تتأثر هذه المستويات سلباً بالرطوبة العالية وتكون العوالق والشوائب.

تخضع قياسات الطيران الدقيقة لمعايير إضافية مثل مدى الرؤية على المدرج، وهو النطاق الذي يمكن من خلاله لقائد الطائرة المتواجدة على الخط المركزي لمدرج الطيران أن يرى العلامات السطحية للمدرج أو الأضواء المحددة له ولمنتصفه بوضوح. وتختلف هذه التقديرات عن المدى البصري للأرصاد الجوية الذي يُقاس بتقديرات هندسية وبصرية دقيقة لتحديد مدى صلاحية الأجواء لمختلف أنشطة النقل والمواصلات العامة والخاصة على حد سواء.

زاوية معلومات: كيف نقدر وضوح الأفق بأعيننا

لاحظنا من المعطيات العلمية أن تقدير مسافة الرؤية لا يتعلق بمدى سطوع الشمس أو ظلمة الليل، بل يعتمد بالدرجة الأولى على نقاء الهواء ووجود تباين بصري كافٍ بين الأجسام وخلفياتها. وما أدهشنا هو كيف يمكن لمعادلات رياضية دقيقة أن تحسب المسافات التي نراها يومياً بناءً على تشتت الضوء وامتصاصه بواسطة قطرات الماء الدقيقة أو جزيئات التلوث العالقة في الغلاف الجوي الذي نحيط به.

جرّب في المرة القادمة التي تنظر فيها إلى الشارع في صباح ضبابي أو مغبر أن تلاحظ كيف تختفي المباني البعيدة تدريجياً وتفقد تباينها مع السماء قبل أن تتوارى تماماً عن نظرك. إن هذا التلاشي التدريجي هو ذاته التباين البصري الذي تدرسه الأرصاد الجوية لقياس مدى الرؤية الأفقية، وهو ما يفسر سبب خطورة القيادة في هذه الأجواء حين يغيب التباين تماماً وتتداخل معالم الطريق أمام السائقين بشكل مفاجئ.