L'atmosphère terrestre est unique au sein du système solaire et donne lieu à un large éventail de phénomènes météorologiques. La prévision météorologique est importante, à la fois pour la vie quotidienne des gens et pour les entreprises. Les météorologues utilisent une combinaison de modélisation informatique et de mesures expérimentales afin de prédire le temps. Des exemples d'instruments de prévision météorologique comprennent le thermomètre, le baromètre, le pluviomètre et l'anémomètre.
Thermomètre
Un thermomètre est un instrument qui sert à mesurer la température. Le type de thermomètre le plus connu consiste en un tube de verre dans lequel est placé du mercure liquide. Lorsque la température augmente, le volume de mercure augmente, entraînant une augmentation du niveau. Une diminution de la température entraîne une diminution du volume et une diminution du taux de mercure. Une échelle sur le côté du tube permet de lire la température. Un autre type de thermomètre, appelé thermomètre à ressort, remplit complètement un tube de verre de mercure et un diaphragme métallique relié à un ressort est placé au fond du tube. Au fur et à mesure que la température augmente, la pression sur le diaphragme augmente également, ce qui entraîne une tension dans le ressort. Le ressort fait ensuite tourner un cadran pour indiquer la température.
Baromètre
Un baromètre est un instrument utilisé pour mesurer la pression qui est la force exercée par l'air sur une surface. Il existe plusieurs types de baromètres. Le plus simple consiste en un tube rempli de mercure liquide et scellé à une extrémité. Le tube est ensuite inversé et placé dans un bol de mercure liquide. Le poids de l'air poussant vers le bas sur le bol est équilibré avec le poids du mercure poussant vers le bas à l'intérieur du tube. Dans des conditions atmosphériques normales, le niveau de mercure dans le tube chute à une hauteur d'environ 76 centimètres (29,9 pouces). Les augmentations de la pression atmosphérique font augmenter le niveau de mercure dans le tube, tandis qu'une diminution de la pression atmosphérique fait baisser le niveau de mercure dans le tube. Un instrument plus sophistiqué pour mesurer la pression est le baromètre anéroïde. Il s'agit d'une capsule scellée, avec des côtés flexibles et montée dans une boîte. Un changement de pression modifie l'épaisseur de la capsule. Un levier attaché à la capsule amplifie ces changements, amenant un pointeur à se déplacer sur un cadran à l'échelle.
Pluviomètre
Les pluviomètres sont utilisés pour mesurer la quantité de pluie qui se produit dans un laps de temps fixe. Le type de pluviomètre le plus simple consiste en un tube avec une échelle, mais ceux-ci doivent être vidés régulièrement et ne sont donc plus utilisés dans les stations météorologiques automatisées. Une étape au-dessus du tube simple se compose d'un tube sur des balances numériques. Les balances sont connectées à un ordinateur qui trace les précipitations en fonction du temps. Cependant, ce type de pluviomètre doit également avoir son récipient régulièrement vidé. Une solution beaucoup plus élégante est le pluviomètre à seau basculant qui se compose d'un entonnoir relié à un tube qui s'écoule dans un seau. Le seau est équilibré sur un pivot, de sorte qu'il bascule lorsqu'un volume d'eau défini est capturé. Lorsque cela se produit, un deuxième seau se met automatiquement en place pour capter plus de pluie. Chaque fois qu'un seau bascule, un signal électronique est envoyé à un enregistreur de données qui permet d'enregistrer la quantité totale de précipitations.
Anémomètre
Un anémomètre est utilisé pour mesurer la vitesse du vent. Le type d'anémomètre le plus simple consiste en un axe tubulaire sur lequel quatre bras sont placés à 90 degrés d'intervalle. Des coupelles sont placées sur chacun des quatre bras et comme celles-ci capturent le vent, cela entraîne la rotation des bras autour de l'axe tubulaire. Un aimant permanent est monté au bas de l'axe, et une fois par rotation, il active un interrupteur Reed, qui envoie un signal électronique à un ordinateur. L'ordinateur calcule la vitesse du vent à partir du nombre de tours par minute. Un appareil plus sophistiqué est l'anémomètre sonique. Celui-ci fonctionne en mesurant le temps mis par une impulsion sonore pour se déplacer entre deux capteurs. Le temps mis par le son pour se déplacer entre les capteurs dépend de la distance entre les capteurs, de la vitesse intrinsèque du son dans l'air et de la vitesse de l'air le long de l'axe du capteur. Étant donné que la distance entre les capteurs est fixe et que la vitesse du son dans l'air est connue, la vitesse de l'air le long de l'axe du capteur peut être déterminée.