Die Erdatmosphäre ist innerhalb des Sonnensystems einzigartig und führt zu einer Vielzahl von Wetterphänomenen. Wetterprognosen sind sowohl für den Alltag der Menschen als auch für Unternehmen wichtig. Meteorologen verwenden eine Kombination aus Computermodellierung und experimentellen Messungen, um das Wetter vorherzusagen. Beispiele für Wettervorhersageinstrumente sind Thermometer, Barometer, Regenmesser und Windmesser.
Thermometer
Ein Thermometer ist ein Instrument, das zur Temperaturmessung verwendet wird. Der bekannteste Thermometertyp besteht aus einem Glasrohr, in das flüssiges Quecksilber eingebracht wird. Wenn die Temperatur steigt, nimmt die Quecksilbermenge zu, was zu einem Anstieg des Niveaus führt. Eine Temperaturabnahme führt zu einer Verringerung des Volumens und einer Abnahme des Quecksilbergehalts. Eine Skala an der Seite des Rohres ermöglicht das Ablesen der Temperatur. Eine andere Art von Thermometer, das sogenannte Federthermometer, füllt ein Glasrohr vollständig mit Quecksilber und eine mit einer Feder verbundene Metallmembran befindet sich am Boden des Rohrs. Mit steigender Temperatur steigt auch der Druck auf die Membrane, was zu einer Spannung in der Feder führt. Die Feder dreht dann eine Skala, um die Temperatur anzuzeigen.
Barometer
Ein Barometer ist ein Instrument zur Messung des Drucks, der die Kraft ist, die Luft auf eine Oberfläche ausübt. Es gibt verschiedene Arten von Barometern. Die einfachste besteht aus einem mit flüssigem Quecksilber gefüllten und an einem Ende verschlossenen Röhrchen. Das Röhrchen wird dann umgedreht und in eine Schüssel mit flüssigem Quecksilber gelegt. Das Gewicht der Luft, die auf die Schüssel drückt, wird mit dem Gewicht des Quecksilbers ausgeglichen, das im Rohr nach unten drückt. Unter normalen atmosphärischen Bedingungen führt dies dazu, dass der Quecksilbergehalt in der Röhre auf eine Höhe von ungefähr 76 Zentimetern (29,9 Zoll) sinkt. Ein Anstieg des atmosphärischen Drucks führt dazu, dass der Quecksilbergehalt in der Röhre ansteigt, während eine Verringerung des atmosphärischen Drucks bewirkt, dass der Quecksilbergehalt in der Röhre sinkt. Ein anspruchsvolleres Instrument zur Druckmessung ist das Aneroidbarometer. Diese besteht aus einer versiegelten Kapsel mit flexiblen Seiten und montiert in einer Box. Eine Druckänderung verändert die Dicke der Kapsel. Ein an der Kapsel angebrachter Hebel vergrößert diese Veränderungen und führt dazu, dass sich ein Zeiger auf einem skalierten Zifferblatt bewegt.
Regenmesser
Regenmesser werden verwendet, um die Niederschlagsmenge zu messen, die innerhalb einer bestimmten Zeit auftritt. Die einfachste Art von Regenmessern besteht aus einem Rohr mit einer Skala darauf, diese müssen jedoch regelmäßig geleert werden und werden daher in automatisierten Wetterstationen nicht mehr verwendet. Eine Stufe höher als die einfache Röhre besteht aus einer Röhre auf digitalen Waagen. Die Waage ist mit einem Computer verbunden, der den Niederschlag als Funktion der Zeit aufzeichnet. Allerdings muss auch bei dieser Art von Regenmessern das Gefäß regelmäßig geleert werden. Eine weitaus elegantere Lösung ist der Kippeimer-Regenmesser, der aus einem Trichter besteht, der mit einem Schlauch verbunden ist, der in einen Eimer mündet. Der Eimer ist auf einem Drehpunkt ausbalanciert, so dass er umkippt, wenn eine festgelegte Wassermenge aufgefangen wird. In diesem Fall fährt automatisch ein zweiter Eimer in Position, um mehr Regen aufzufangen. Jedes Mal, wenn ein Eimer kippt, wird ein elektronisches Signal an einen Datenlogger gesendet, mit dem die Gesamtniederschlagsmenge aufgezeichnet werden kann.
Windmesser
Ein Anemometer wird verwendet, um die Windgeschwindigkeit zu messen. Der einfachste Anemometertyp besteht aus einer röhrenförmigen Achse, auf der vier Arme in 90-Grad-Intervallen platziert sind. Auf jeden der vier Arme werden Schalen aufgesetzt, die den Wind einfangen, was zur Drehung der Arme um die Rohrachse führt. An der Unterseite der Achse ist ein Permanentmagnet angebracht, der einmal pro Umdrehung einen Reed-Schalter aktiviert, der ein elektronisches Signal an einen Computer sendet. Der Computer berechnet die Windgeschwindigkeit aus der Anzahl der Umdrehungen pro Minute. Ein anspruchsvolleres Gerät ist das Schall-Anemometer. Dies funktioniert, indem die Zeit gemessen wird, die ein Schallimpuls benötigt, um zwischen zwei Sensoren zu wandern. Die Zeit, die der Schall benötigt, um sich zwischen den Sensoren zu bewegen, hängt vom Abstand zwischen den Sensoren, der Eigengeschwindigkeit des Schalls in Luft und von der Luftgeschwindigkeit entlang der Sensorachse ab. Da der Abstand zwischen den Sensoren fest ist und die Schallgeschwindigkeit in Luft bekannt ist, kann die Luftgeschwindigkeit entlang der Sensorachse bestimmt werden.