دانشمندان توانسته‌اند از شبکه‌های تلفن همراه برای پیش‌بینی الگوی بارش در هلند استفاده کنند. آن‌ها امیدوارند با ترکیب این داده‌ها با اندازه‌گیری‌های دیگر بتوانند دقت این مشاهدات را افزایش دهند.

شبکه‌های مخابراتی همراه را می‌توان برای پیش‌بینی دقیق الگوی توزیع بارش بزرگ‌مقیاس در زمان آنی به کار برد. این نظر دانشمندانی در هلند است که با استفاده از شبکه همراه در هلند، نقشه بارش باران سراسر هلند را ایجاد نموده‌اند. این نقشه بر اساس اندازه‌گیری تضعیف سطوح سیگنال میکروویو در ۲۴۰۰ پیوند شبکه‌ای در یک دوره چهارماهه است. این نقشه همبستگی قوی با اندازه‌گیری‌هایی دارد که با روش‌های مرسوم رادار هوا و پیمانه‌گیری باران به دست می‌آیند.

پیش‌بینی بارش

این پژوهش توسط آرت آوریم (Aart Overeem) و همکاران از دانشگاه واگنینگن و موسسه سلطنتی هواشناسی هلند صورت گرفته است. آوریم رهبر گروه می‌گوید: «پیوندهای میکروویو در شبکه‌های مخابراتی برای انتقال سیگنال از آنتن یک برج مخابراتی به آنتن برج مخابراتی دیگر به کار می رود. وقتی باران می‌بارد، سیگنال ضعیف می‌شود که به شکل کاهشی در توان دریافتی این برج‌های مخابراتی مشخص می‌گردد. شدت باران میانگین را می‌توان از کاهش توان در طی دوره‌های بارش نسبت به توان در طی دوره‌های خشک محاسبه کرد.»

این گروه به بیشینه و کمینه توان سیگنال دریافتی در هر برج مخابراتی در دوره‌های ۱۵ دقیقه‌ای نگاه کرد. عبور از قطرات باران بخشی از میکروویو فرودی را جذب و بخشی از آن را پراکنده و در نهایت سیگنال رسیده به برج دریافت را تضعیف می‌کند. هرچه قطرات بیشتری سر راه پرتو قرار گیرند – یا قطره‌ها بزرگتر باشند – توان سیگنال بیشتر از بین می‌رود.

مقایسه توان‌های دریافتی برای هر پیوند شبکه با مقادیر مرجع برای دوره‌های خشک معلوم و محسوب کردن عوامل رطوبت و لایه‌های آب که بر روی آنتن‌های مخابراتی شکل می‌گیرند، چگالی بارش در امتداد هر مسیر قابل محاسبه است. این مقادیر به شکل اندازه‌گیری نقطه‌ای در مرکز هر پیوند شبکه در نظر گرفته می‌شوند و برای برون‌یابی نقشه‌های بزرگتر از توزیع باران به کار می‌روند. در بسامد‌های به کارگرفته شده در این پیوندها، بارش ایجاد شده توسط قطرات باران، منبع اصلی کاهش توان و موثرتر از افت فضای آزاد است. پیوندهای شبکه میکروویو حداقل ۱۰ متر زیر زمین کار کرده و از بسامدهای بین ۱۳ تا ۴۰ گیگاهرتز استفاده می‌کنند.

دلایلی برای گزارش باران

اندازه‌گیری نرخ باران برای کشاورزی، پیش‌بینی آب و هوا، مدیریت منابع آب و در زمان طولانی برای مطالعات جوی مفید است. همچنین گزارش سریع باران در حداقل‌سازی خسارات جانی در نواحی سیل‌خیز حیاتی است. پژوهشگران اشاره می‌کنند روش جدید آن‌ها بر اندازه‌گیری متکی است که شرکت‌های مخابراتی اغلب برای نظارت بر پایداری پیوندهای میکروویو شبکه خود به کار می‌برند. گروه پیشنهاد می‌دهد که این رهیافت – با استفاده از منابع موجود – می‌تواند اتکا بر کاهش سریع تعداد بارش‌سنج جهانی را تسهیل کند.

تخمین زده می‌شود که تعداد کل باران‌سنج‌ها در اروپا، آفریقا و آمریکای جنوبی در طی ۱۷ سال اخیر ۵۰٪ افت کرده است. برعکس، گسترش شبکه‌های همراه به رشد خود ادامه می‌دهد. در حالی که این شبکه‌ها در نواحی شهری جامع‌تر هستند، تخمین زده می‌شود که در ۲۰۰۷، حدود ۲۰٪ سطح زمین را پوشش داده‌اند.

کمیابی اندازه‌گیری

دومینیک کنیوتون (Dominic Kniveton) استاد علم جو در دانشگاه ساسکس می‌گوید: «بیش از ۲۵ سال قبل، تخمین زده می‌شد که اگر همه باران‌سنج‌های دنیا را در یک مکان قرار دهید، به زحمت یک زمین فوتبال را می‌پوشانند. » او ادامه می‌دهد که به شکل جهانی، ناحیه پوشیده شده توسط اندازه‌گیری‌های رادار بارش زمینی تنها حدود ۴٪ است. «با اطمینان می‌توانم بگویم که تنها بخش اندکی از این کمیابی اندازه‌گیری کاسته شده‌ است.»

کنیوتون به فیزیک ورلد گفت: «روش ارایه شده توسط اوریم و همکاران تلاشی ست جذاب برای اندازه‌گیری بارش. چون این اندازه‌گیری‌ها از شبکه‌های تلفن‌های همراه به دست می‌آیند، استفاده از مدل‌های هیدرولوژی سریع امکان پذیر می‌شود. با چنین روشی و افزایش شبکه‌های همراه، این کار امکانات فراوانی را برای مقابله با مخاطرات جوی ناشی از تغییر جو فراهم می‌کند.»

علاوه بر این، اغلب داده‌های رادار هوا با استفاده از داده‌های محلی از باران‌سنج‌ها تنظیم می‌شوند. این کار به‌ویژه در فواصل بزرگتر از رادار مفید است. در کشورهایی که به شکل متعدد از رادار استفاده می‌گردد، داده شبکه مخابراتی توانایی بالقوه ترکیب با اندازه‌گیری رادار را دارد تا دقت افزایش یابد.

آوریم گزارش می‌دهد که گروه پژوهش خود را ادامه می‌دهد. در کار آتی قصد دارد تا الگوریتم به کار رفته را برای محاسبه توزیع بارش توسط داده شبکه مخابراتی در دوره‌های طولانی – مثل یک سال – ارتقا دهد.

منبع: Cellular networks could map rainfall patterns

مرجع: Country-wide rainfall maps from cellular communication networks