علم الأرصاد الجوية

التاريخ

انظر أيضا التسلسل الزمني للأرصاد الجوية
استخدم البشر القدرة على التنبؤ بالأمطار والفيضانات على أساس دورات سنوية منذ ان بدأ بالزراعة. استندت النهج المبكرة للتنبؤ بالطقس على علم التنجيم وكانت تمارس من قبل الكهنة. شملت النقوش المسمارية على الألواح البابلية ارتباطات بين الرعد والمطر. قام الكلدانيون بتمييز الهالات حلقة القمر والهالة 46 °.
الأبانيشاد الهندية القديمة تحتوي على ذكر الغيوم والمواسم. يذكر سامافيدا التضحيات التي يتعين القيام بها عندما لاحظت بعض الظواهر.كتب بريهات سامهيتا عن الموضوع حوالي 500 م في "فراهاميرا"، مقدما دليلا على مراقبة الطقس.
350 قبل الميلاد، وضع أرسطو كتابا أسماه ميتيورولوجيا أي دراسة الجو. يعتبر أرسطو مؤسس علم الأرصاد الجوية. أحد أكثر الإنجازات إثارة للإعجاب الموصوفة في الأرصاد الجوية هو وصف ما يعرف الآن بالدورة الهيدرولوجية.
أشار كتاب دي موندو (المؤلف قبل 250 ق.م أو ما بين 350 و 200 ق.م)
«إذا تم إشعال النار في الجسم الوامض واندفع بعنف إلى الأرض يطلق عليه اسم الصاعقة. إذا كان نصف النار فقط، ولكن عنيفًا أيضًا وهائلًا ، يطلق عليه  اسم نيزك؛ إذا كان خاليا تماما من النار، يسمى دخان البراغي. يطلق عليهم جميعا "مسامير الانقضاض" لأنهم انقضوا على الأرض. يكون البرق في بعض الأحيان ذو دخان ، ويسمى بعد ذلك "البرق المشتعل" ؛ وأحيانًا يتدفق بسرعة، ويُقال إنه نابض بالحياة. وفي أوقات أخرى، ينتقل في خطوط ملتوية، ويسمى البرق المشنوق. يعترض عليه ما يسمى "البرق المنقض".»
قام العالم اليوناني ثيوفراستوس بتجميع كتاب عن التنبؤ بالطقس يسمى "كتاب العلامات". ظل عمل ثيوفراستوس له تأثير مهيمن في دراسة الطقس والتنبؤ بالطقس لمدة 2000 عام تقريبًا.
في 25 م ، قام بومبونيوس ميلا (Pomponius Mela)، عالم الجغرافيا في الإمبراطورية الرومانية، بإضفاء الطابع الرسمي على نظام المناطق المناخية. برسم خرائط للمناطق المناخية قسم فيها سطح الأرض إلى منطقة حارة في الوسط، ومنطقتين معتدلتين شمالية وجنوبي. في القرن التاسع الميلادي كتب عالم الطبيعيات المسلم أبو إسحاق الكندي بحثا في الأرصاد الجوية بعنوان "رسالة في العلة الفاعلة للمد والجزر"، الذي يقدم حجة على عملية المد والجزر التي "تعتمد على التغيرات التي تحدث في الهيئات نظرا لارتفاع وانخفاض درجة الحرارة"، أيضا في القرن التاسع، كتب العالم النبات المسلم الدينوري النبات (كتاب من النباتات)، والذي يتناول تطبيقات الأرصاد الجوية في مجال الزراعة خلال الثورة الزراعية للمسلمين. وهو يصف دلائل حالة الطقس من السماء، والكواكب والأبراج، والشمس والقمر، ومراحل القمر للاستدلال على المواسم والأمطار، والأنواء (الأجرام السماوية الدالة على المطر)، والغلاف الجوي وظواهر مثل الرياح، والرعد والبرق، والثلوج والفيضانات والوديان والأنهاروالبحيرات والآبار وغيرها من مصادر المياه.

أبحاث الغلاف الجوي عن الظواهر الضوئية

كتب بطليموس عن انكسارالضوء في الغلاف الجوي في سياق الملاحظات الفلكية. في 1021، كتب العالم المسلم ابن الهيثم، عن ظاهرة انكسارالضوء في الغلاف الجوي. وقال إنه تبين أن حدوث ظاهرة الشفق تعود إلى انكسار الضوء في الغلاف الجوي، وأن الشرط الأساسي لحدوثها هو زاوية غروب الشمس- تحديدا عندما تكون الشمس 19 درجة تحت الأفق، واستخدما لنظريات والبراهين الهندسية لقياس ارتفاع الغلاف الجوي، حيث وجد أنه 52000 ميل روماني (49 ميل، 79 كيلومتر) Passuum، وهو قريب جدا من القياسات الحديثة التي تقدر ب50 ميلا (80 كم). كما أدرك أن الغلاف الجوي أيضا يعكس الضوء من خلال ملاحظته لسطوع السماء حتى قبل شروق الشمس.
في 1121، نشر للعالم المسلم عبد الرحمن الخازني كتاب ميزان الحكمة، وهي أول دراسة عن اتزان السوائل. وفي أواخر القرن الثالث عشر وأوائل القرن الربع عشر، أكمل محمد قطب الدين الشيرازي وتلميذه كمال الدين الفارسي أعمال ابن الهيثم، وكانا أول من وضع تفسيرات صحيحة لظاهرة قوس قزح. 
في 1716، اقترح ادموند هالي أن تكون الشفق أو الوهج القطبي ارورا (aurorae) نتيجة لخروج غاز لامعٍ من جوف الأرض إلى الغلاف الجويّ –نظرية الأرض المجوفة- على طول خطوط المجال المغناطيسي للأرض.

أدوات القياس والتصنيف

في 1441، الملك سيه جونغ (Sejongs) ابن الأمير منجونغ (Munjong)، ابتكر أول مقياس موحد لكمية المطر-ممطار-. واستخدم طوال عهد أسرة جوسون (Joseon) في كوريا كوثيقة رسمية، ووسيلة لتقييم الأراضي والضرائب على أساس إمكانات المزارعين لموسم الحصاد. 
في 1450، وضع ليون باتيستا البرتي لوحة متأرجحة كأول مقياس لشدة الرياح-المرياح- anemometer. 
في 1607، ابتكر غاليليو الثيرموسكوب –محرار-.
في 1611، كتب يوهانس كيبلير أول مقالة علمية عن بلورات الثلج السداسية : "(A New Year's Gift of Hexagonal Snow)".
في 1643، اخترع العالم توريتشيللي مقياس الضغط الزئبقي-البارومترالزئبقي-.
في 1662، ابتكر السير كريستوفر ورن مقياس كمية المطر-الممطار- الميكانيكي الذاتي التفريغ.
في 1714، طور دانيال غابرييل فهرنهايت مقياس موثوق لقياس درجة الحرارة باستخدام الزئبق.
في 1742، آندرس سلسيوس، وهو عالم فلك السويدي، اقترح "الدرجة المئوية، السيليزية" لدرجة الحرارة، وهي سلف المقياس المئوي الحالي.
في 1783، أول مقياس رطوبة (المرطاب) شعري يظهر بواسطة هوراس بنديكت. 
بين 1802-1803، كتب لوك هوارد  مقالا عن تعديل السحب the Modification of Clouds وقد وضع الأسماء اللاتينية لأجناس السحب.
في 1806، ابتكر فرانسيس بوفورت نظام لتصنيف سرعة الرياح. وقبل نهاية القرن التاسع عشر صدر أول أطلس للسحب من المنظمة العالمية للأرصاد الجوية، وتضمن الأطلس الدولي للسحب، واستمر صدوره منذ ذلك الحين.
في نيسان/أبريل عام 1960 كان ميعاد إطلاق أول قمر صناعي مستخدم للأرصاد الجوية وكان اسمه تايروس-1 (بالإنجليزية: 1-Tiros)

أبحاث في تركيب الغلاف الجوي

في 1648، قام بليز باسكال بإعادة اكتشاف أن الضغط الجوي يتناقص بالارتفاع عن مستوى سطح البحر، واستنتج ان هناك فراغا فوق الغلاف الجوي. 
في 1738، نشر دانيال بيرنولي كتابه عن حركة الموائع Hydrodynamics، حيث شرع في النظرية الحركية للغازات، ووضع القوانين الأساسية لنظرية الغازات. 
في 1761، اكتشف جوزيف بلاك أن الجليد يمتص الحرارة مع ثبات درجة حرارته-صفر مئوية- خلال الذوبان.
في 1772، اكتشف دانيال رذرفورد أحد طلاب بلاك عنصر النتروجين، وأسماه الهواء المحروق phlogisticated، إلى جانب أنه وضع نظرية فلوجيستون.
في 1777، اكتشف أنطوان لافوازييه الأوكسجين وفند نظرية مادة اللاهوب.
في 1783، في مقاله تأملات حول مادة اللاهوب، استنكر نظرية مادة اللاهوب، واقترح نظرية السيال الحراري.
في 1804، لاحظ السير جون ويسلي أن السطح الأسود يشع الحرارة بفعالية أكبر من السطح المصقول، مما يشير إلى أهمية إشعاع الجسم الأسود.
في 1808، جون دالتون دافع عن نظرية السيال الحراري في نظام جديد للكيمياء، ووصف كيف ترتبط مع المواد، وخاصة الغازات، وافترض أن القدرة الحرارية للغازات تتفاوت عكسيا مع الوزن الذري.
في 1824، قام سادي كارنو بتحليل كفاءة المحركات البخارية باستخدام نظرية السيال الحراري، وقد استحدث مفهوم العملية العكسية، وفرضية عدم وجود هذا الشيء في الطبيعة، وبذلك وضع الأساس قانون الديناميكا الحراري الثاني.

أبحاث في المنخفضات الجوية والتيارات الهوائية

في 1494، تعرض كريستوفر كولومبس لتجربة الإعصار الاستوائي، يؤدي إلى أول مقالة أو ملاحظات أوروبية عن الاعاصير.
في 1686، قدم ادموند هالي دراسة منهجية عن الرياح التجارية والرياح الموسمية، وافترض أن حرارة الشمس هي السبب في عدم استقرار الغلاف الجوي.
في 1735، اقترح جورج هادلي ما سمي بالتفسير المثالي لدورة الغلاف الجوي من خلال دراسة الرياح التجارية.
في 1743، لاحظ بنجامين فرانكلين أن الإعصار يحول دون رؤية خسوف القمر، لذلك قرر أن الأعاصير تتحرك بطريقة معاكسة للرياح في محيطها. إن الفهم علم حركة الجسم أو مجموعة من الأجسام، فيما يتعلق بكيفية تأثير دوران الأرض على تدفق الهواء كان جزئيا-ناقصا- في البداية.
في 1835، نشر غاسبارد – غوستاف كوريليوس مقالة عن إنتاج الطاقة من آلالات ذات أجزاء دوارة –ذات حركة دائرية-، مثل العجلات المائية.
في 1856، افترض وليام فريل  نموذج دوران الغلاف الجوي، عبارة عن ثلاث حجيرات للحركة الجوية في خطوط العرض المتوسطة مع انحراف الهواء بها بسبب قوة كوريليوس لينتج عنها الرياح السائدة في الغرب.
في نهاية القرن التاسع عشر، حدث تقدم في مفهوم قوة تدرج الضغط وقوة الانحراف، التي تسبب حركة الكتل الهوائية على طول خطوط الضغط المتساوية –ايزوبار-.
وبحلول عام 1912، عرفت قوة الانحراف بقوة كوريليوس.
وبعد الحرب العالمية الثانية، قامت مجموعة من خبراء الأرصاد الجوية في النرويج برئاسة فليهم بجركنز  بتطوير النموذج النرويجي للاعصار الذي يفسر تكون، وازدهار، واضمحلال (دورة الحياة) إعصار خارج استوائي، وعرض فكرة الجبهات، والتي تحدد بدقة الحدود الفاصلة بين الكتل الهوائية. وضمت المجموعة كارل جوستاف روسبي  الذي كان أول من شرح التدفق على نطاق واسع في الغلاف الجوي من حيث جريان الموائع، وتور بيرغيرون الذي كان أول من شرح آلية تكون المطر، وجاكوب بجركنز .

شبكات الرصد والتنبؤ الجوي

في أواخر القرن السادس عشر والنصف الأول من القرن السابع عشر تم اختراع مجموعة من أدوات الأرصاد الجوية - مقياس الحرارة، البارومتر، مقياس السوائل، ومقياس الرياح.
في خمسينيات القرن العشرين، بدأ الفلاسفة الطبيعيون في استخدام هذه الأدوات لتسجيل الأرصاد الجوية بشكل منهجي. أنشأت الأكاديميات العلمية يوميات الطقس وشبكات الرصد المنظمة.
في 1654، أنشأ فرديناندو الثاني دي ميديسي أول شبكة لرصد الأحوال الجوية، والتي تتألف من محطات الأرصاد الجوية في فلورنسا،كاتيجليانو، فلومبروزا، وبولونيا، وبارما، وميلانو، انسبروك، أوسنابروك، وباريس، ووارسو. وترسل البيانات التي تم جمعها بشكل رئيسي إلى فلورنسا خلال فترات زمنية منتظمة.
في الستينيات من القرن السادس عشر، رعى روبرت هوك من الجمعية الملكية في لندن شبكات من مراقبي الطقس. ربطت أطروحة أبقراط الهواء والمياه والأماكن بين الطقس والمرض. وهكذا حاول علماء الأرصاد الأوائل ربط أنماط الطقس باندلاع الوبائيات والمناخ بالصحة العامة.
خلال عصر التنوير حاولت الأرصاد الجوية لترشيد عادات الطقس التقليدية، بما في ذلك الأرصاد الجوية الفلكية. ولكن كانت هناك محاولات أيضًا لتكوين فهم نظري لظواهر الطقس. حاول إدموند هالي وجورج هادلي شرح الرياح التجارية. لقد استنتجوا أن الكتلة الصاعدة من الهواء الاستوائي الساخن يتم استبدالها بتدفق هواء أكثر برودة من خطوط العرض العالية. تدفق الهواء الدافئ على علو مرتفع من خط الاستواء إلى القطبين بدوره صورة مبكرة للدورة الدموية. أدى الإحباط من عدم وجود انضباط بين مراقبي الطقس، وسوء جودة الأجهزة، إلى قيام الدول القومية الحديثة بتنظيم شبكات مراقبة كبيرة. وهكذا بحلول نهاية القرن الثامن عشر، تمكن علماء الأرصاد الجوية من الوصول إلى كميات كبيرة من بيانات الطقس الموثوقة
في 1832، ابتكر البارون شيلينغ آلة البرق الكهرومغناطيسي.
منح استحداث آلة البرق الكهربائية في 1837، ولأول مرة، وسيلة عملية وسريعة لجمع بيانات المشاهدات السطحية لحالة الطقس من مناطق شاسعة. هذه البيانات يمكن أن تستخدم في إنتاج خرائط لحالة الغلاف الجوي للمنطقة القريبة من سطح الأرض، ودراسة كيفية تطورها بمرورالوقت.
يمكن استخدام هذه البيانات لإنتاج خرائط لحالة الغلاف الجوي لمنطقة قريبة من سطح الأرض ودراسة كيفية تطور هذه الحالات عبر الزمن. ولجعل التنبؤات الجوية القصيرة المدى تبنى على أساس هذه البيانات؛ فإن ذلك يستلزم شبكة موثوقة لجمع لرصد حالة الطقس، لكن؛ ذلك لم يكن حتى 1849 حين أنشأت مؤسسة سميثسونيان شبكة لمراقبة حالة الطقس في جميع أنحاء الولايات المتحدة تحت قيادة جوزيف هنري. وفي نفس الوقت أنشئت شبكات مماثلة في أوروبا. كان القس ويليام كليمنت لي  هو المفتاح في فهم السحب الحمضية فهم مبكر للتيارات النفاثة. قرأ تشارلز كينيث ماكينون دوغلاس ، المعروف باسم "CKM" ، أوراق دوغلاسلي بعد وفاته وأجرى الدراسة المبكرة لأنظمة الطقس.
تم اختيار الباحثين في مجال الأرصاد الجوية في القرن التاسع عشر من خلفيات عسكرية أو طبية ، بدلاً من تدريبهم كعلماء متخصصين.
في 1854، عينت حكومة المملكة المتحدة روبرت فيتزروي ليرأس مكتب الدولة الجديد للأرصاد الجوية الخاص بالتجارة الخارجية-أو مجلس التجارة-؛ الذي يقوم بجمع بيانات حالة الطقس في البحر. في وقت لاحق من نفس العام أصبح مكتب فيتزروي الذي يعرف بمكتب المملكة المتحدة للأرصاد الجوية، أول مكتب أو مركز خدمات عامة للأرصاد الجوية الوطنية في العالم.(تأسست المؤسسة المركزية للأرصاد الجوية والديناميكية (ZAMG) في النمسا في عام 1851 وهي أقدم خدمة الطقس في العالم).أول تنبؤات جوية يومية أعدها مكتب فيتزروي، نشرت في صحيفة ذي تايمز في 1860.
في 1861 عُرض نظام للتحذير من العواصف والأعاصير في الموانيء الرئيسية عند توقع العواصف.
على مدى ال 50 سنة التالية أنشأت العديد من البلدان لجانا وطنية لخدمات الأرصاد الجوية.
في 1875 أُنشأت دائرة الأرصاد الجوية الهندية في أعقاب الأعاصير المدارية والرياح الموسمية المرتبطة بالمجاعات خلال العقود السابقة. 
في 1881 شكل المكتب المركزي للأرصاد الجوية الفنلندية جزءا من المرصد جامعة هلسنكي. 
مرصد طوكيو للارصاد الجوية الياباني، كان البداية لإنشاء وكالة الأرصاد الجوية اليابانية، التي بدأت بإنتاج خرائط الطقس السطحية في 1883. 
في 1890 أُنشئ مكتب الولايات المتحدة الأمريكية للارصاد الجوية، كفرع من وزارة الزراعة في الولايات المتحدة.
في حين أن المكتب الأسترالي للأرصاد الجوية أنشئ في عام 1906 بموجب قانون لتوحيد خدمات الأرصاد الجوية الموجودة في ذلك الوقت.

علماء الأرصاد الجوية

للمزيد من المعلومات: [[توقع جوي
]]
علماء الأرصاد الجوية هم الذين يهتمون بدراسة علم الأرصاد الجوية وتفسير الظواهر الجوية المختلفة على أسس علمية. ومنهم أشخاص مؤهلون للتنبؤ بحالة الطقس باستخدام العلوم وأدوات القياس المختلفة "المتنبؤن الجويون". معظم المتنبئين الجويين في الإذاعة والتلفزيون، هم أشخاص يملكون خبرة كبيرة في الأرصاد الجوية، في حين أن البعض الآخر مجرد صحفيين يقومون بنشر المعلومات التي تصل إليهم من مراكز الأرصاد الجوية الوطنية والإقليمية. هناك البيانات الواردة من الأقمارالصناعية للأرصاد الجوية، رادار الأرصاد الجوية، المجسات الجوية، ومحطات الأرصاد الجوية حول العالم. العاملون في الأرصاد الجوية، يعملون في الهيئات الحكومية، والمؤسسات البحثية الخاصة، والمؤسسات الصناعية، وفي قطاع الخدمات، وفي محطات التلفزة وإذاعة، والتعليم. في الولايات المتحدة، هناك 8800 عامل في الأرصاد الجوية في عام 2006. حيث يعمل 3200 في إدارة الغلاف الجوي والمحيطات الوطنية، وأكثر من 90 في المئة يعملون في محطات المركز الوطني للأرصاد الجوية في جميع أنحاء البلاد.

الأرصاد الجوية الزراعية

"هو العلم الذي يهتم بقياس أحوال الجو والتربة ودراسة الظواهر الجوية التي تؤثر على النباتات -Agrometeorology-"

الأرصاد الجوية المائية

الأرصاد الجوية المائية هو فرع من فروع علم الأرصاد الجوية يتناول الدورة المائية -الهيدرولوجية-، توازن المياه، وإحصاءات كمية الأمطار من العواصف. علماء الأرصاد الجوية المائية، يقومون بإعداد ونشرالتوقعات كمية هطول الأمطار، والأمطار الغزيرة والثلوج، ويسلط الضوء على المناطق التي تتوقع حدوث فيضان. وعادة ما تشمل العلوم المطلوبة علم المناخ، علم المناخ المتوسط وعلم الأرصاد الشمولي-السينوبي- وغيرها من علوم الأرض.

الأرصاد الجوية النووية

الأرصاد الجوية النووية، تدرس توزيع البهاء الجوي المشع Aerosol والغازات في الغلاف الجوي

الأرصاد الجوية البحرية

الأرصاد الجوية البحرية تتناول توقعات الرياح والأمواج بالنسبة للسفن التي تعمل في البحر. المنظمات مثل مركز تنبؤات المحيطات، ومكتب خدمات التنبؤات الجوية الوطني في هونولولو، ومكتب المملكة المتحدة للارصاد الجوية، وJMA تقوم بإعداد إعداد التنبؤات لأعالي البحار في محيطات العالم.