Informatie over instrumenten voor weersvoorspelling

De atmosfeer van de aarde is uniek binnen het zonnestelsel en geeft aanleiding tot een breed scala aan weersverschijnselen. Het voorspellen van het weer is belangrijk, zowel voor het dagelijks leven van mensen als voor bedrijven. Meteorologen gebruiken een combinatie van computermodellering en experimentele metingen om het weer te voorspellen. Voorbeelden van weersvoorspellingsinstrumenten zijn de thermometer, barometer, regenmeter en windmeter.

Een thermometer is een instrument dat wordt gebruikt om de temperatuur te meten. Het meest bekende type thermometer bestaat uit een glazen buisje waarin vloeibaar kwik wordt geplaatst. Wanneer de temperatuur stijgt, neemt het kwikvolume toe, waardoor het niveau stijgt. Een verlaging van de temperatuur leidt tot een verlaging van het volume en een verlaging van het kwikgehalte. Een schaal aan de zijkant van de buis maakt het mogelijk om de temperatuur af te lezen. Een ander type thermometer, de veerthermometer, vult een glazen buis volledig met kwik en aan de onderkant van de buis wordt een metalen diafragma geplaatst dat is verbonden met een veer. Naarmate de temperatuur stijgt, stijgt ook de druk op het membraan, wat leidt tot spanning in de veer. De veer draait vervolgens een wijzerplaat om naar de temperatuur te wijzen.

Een barometer is een instrument dat wordt gebruikt om de druk te meten, de kracht die lucht op een oppervlak uitoefent. Er zijn verschillende soorten barometers. De eenvoudigste bestaat uit een buis gevuld met vloeibaar kwik en aan één uiteinde afgedicht. De buis wordt vervolgens omgekeerd en in een kom met vloeibaar kwik geplaatst. Het gewicht van de lucht die op de kom drukt, wordt in evenwicht gehouden met het gewicht van het kwik dat in de buis naar beneden duwt. Bij standaard atmosferische omstandigheden leidt dit ertoe dat het kwikniveau in de buis daalt tot een hoogte van ongeveer 76 centimeter (29,9 inch). Toename van de atmosferische druk zorgt ervoor dat het kwikniveau in de buis in hoogte toeneemt, terwijl een afname van de atmosferische druk ervoor zorgt dat het kwikniveau in de buis daalt. Een meer geavanceerd instrument voor het meten van druk is de aneroïde barometer. Deze bestaat uit een verzegelde capsule, met flexibele zijkanten en gemonteerd in een doos. Een verandering in druk verandert de dikte van de capsule. Een hendel die aan de capsule is bevestigd, vergroot deze veranderingen, waardoor een aanwijzer op een schaal met schaalverdeling beweegt.

Regenmeters worden gebruikt om de hoeveelheid neerslag te meten die binnen een bepaalde tijd valt. Het eenvoudigste type regenmeter bestaat uit een buis met daarop een schaalverdeling, maar deze moet regelmatig geleegd worden en wordt daarom niet meer gebruikt in geautomatiseerde weerstations. Een stap hoger dan de eenvoudige buis bestaat uit een buis op digitale weegschalen. De weegschalen zijn aangesloten op een computer die de neerslag als functie van de tijd uitzet. Dit type regenmeter moet echter ook regelmatig geleegd worden. Een veel elegantere oplossing is de regenmeter met kantelbak die bestaat uit een trechter die is verbonden met een buis die in een emmer wordt afgevoerd. De emmer is gebalanceerd op een spil, zodat deze omvalt wanneer een bepaalde hoeveelheid water wordt opgevangen. Wanneer dit gebeurt, komt er automatisch een tweede emmer in positie om meer regen op te vangen. Elke keer dat een emmer omvalt, wordt er een elektronisch signaal naar een datalogger gestuurd waarmee de totale hoeveelheid regen kan worden geregistreerd.

Een anemometer wordt gebruikt om de windsnelheid te meten. Het eenvoudigste type anemometer bestaat uit een buisvormige as waarop vier armen zijn geplaatst met intervallen van 90 graden. Kopjes worden op elk van de vier armen geplaatst en aangezien deze wind opvangen, leidt dit tot de rotatie van de armen om de buisvormige as. Aan de onderkant van de as is een permanente magneet gemonteerd die eenmaal per omwenteling een reed-schakelaar activeert, die een elektronisch signaal naar een computer stuurt. De computer berekent de windsnelheid uit het aantal windingen per minuut. Een meer geavanceerd apparaat is de sonische anemometer. Dit werkt door de tijd te meten die een geluidspuls nodig heeft om tussen twee sensoren te reizen. De tijd die het geluid nodig heeft om tussen de sensoren te reizen, hangt af van de afstand tussen de sensoren, de intrinsieke geluidssnelheid in lucht en van de luchtsnelheid langs de sensoras. Omdat de afstand tussen de sensoren vast is en de geluidssnelheid in lucht bekend is, kan de luchtsnelheid langs de sensoras worden bepaald.