Informacje o przyrządach do prognozowania pogody

Atmosfera ziemska jest wyjątkowa w Układzie Słonecznym i powoduje powstawanie różnorodnych zjawisk pogodowych. Prognozowanie pogody jest ważne zarówno dla życia codziennego ludzi, jak i dla biznesu. Meteorolodzy stosują kombinację modelowania komputerowego i pomiarów eksperymentalnych w celu przewidywania pogody. Przykładami przyrządów do prognozowania pogody są termometr, barometr, deszczomierz i anemometr.

Termometr to przyrząd służący do pomiaru temperatury. Najbardziej znany typ termometru składa się ze szklanej rurki, w której umieszczona jest ciekła rtęć. Wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się objętość rtęci, co prowadzi do wzrostu poziomu. Spadek temperatury prowadzi do zmniejszenia objętości i zmniejszenia poziomu rtęci. Skala z boku tuby umożliwia odczyt temperatury. Inny rodzaj termometru, zwany termometrem sprężynowym, całkowicie wypełnia szklaną rurkę rtęcią, a na jej dnie umieszczana jest metalowa membrana połączona ze sprężyną. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta również nacisk na membranę, co prowadzi do naprężenia sprężyny. Sprężyna następnie obraca tarczę, aby wskazać temperaturę.

Barometr to przyrząd używany do pomiaru ciśnienia, czyli siły, jaką powietrze wywiera na powierzchnię. Istnieje kilka różnych rodzajów barometrów. Najprostszy składa się z rury wypełnionej ciekłą rtęcią i zamkniętej na jednym końcu. Następnie rurkę odwraca się i umieszcza w misce z płynną rtęcią. Ciężar powietrza napierającego na miskę jest zrównoważony ciężarem rtęci napierającej w rurze. W standardowych warunkach atmosferycznych powoduje to spadek poziomu rtęci w rurze do wysokości około 76 centymetrów (29,9 cala). Wzrost ciśnienia atmosferycznego powoduje wzrost poziomu rtęci w rurze, podczas gdy spadek ciśnienia atmosferycznego powoduje obniżenie poziomu rtęci w rurze. Bardziej wyrafinowanym przyrządem do pomiaru ciśnienia jest barometr aneroidowy. Składa się z zamkniętej kapsuły z elastycznymi bokami i zamontowanej w pudełku. Zmiana ciśnienia zmienia grubość kapsułki. Dźwignia przymocowana do kapsuły powiększa te zmiany, prowadząc wskazówkę do poruszania się po skalowanej tarczy.

Deszczomierze służą do pomiaru ilości opadów, które występują w określonym czasie. Najprostszy typ deszczomierza składa się z rurki z naniesioną skalą, ale muszą być one regularnie opróżniane i dlatego nie są już używane w automatycznych stacjach pogodowych. Jeden krok w górę od prostej tuby składa się z tuby na wagach cyfrowych. Wagi połączone są z komputerem, który wykreśla opady w funkcji czasu. Jednak ten rodzaj deszczomierza również musi być regularnie opróżniany. O wiele bardziej eleganckim rozwiązaniem jest deszczomierz z wiaderkiem wywrotnym, który składa się z lejka połączonego z rurką, która odpływa do wiadra. Wiadro jest wyważone na osi obrotu, tak że przechyla się po zebraniu określonej ilości wody. W takim przypadku drugie wiadro automatycznie przesuwa się na miejsce, aby zebrać więcej deszczu. Za każdym razem, gdy wiadro przechyla się, do rejestratora danych wysyłany jest sygnał elektroniczny, który umożliwia rejestrację całkowitej ilości opadów.

Anemometr służy do pomiaru prędkości wiatru. Najprostszy typ anemometru składa się z osi rurowej, na której umieszczone są cztery ramiona w odstępach co 90 stopni. Na każdym z czterech ramion umieszczane są miseczki, które przechwytują wiatr, co powoduje obrót ramion wokół osi rurowej. W dolnej części osi zamontowany jest magnes trwały, który raz na obrót aktywuje kontaktron, który wysyła sygnał elektroniczny do komputera. Komputer oblicza prędkość wiatru z liczby obrotów na minutę. Bardziej wyrafinowanym urządzeniem jest anemometr dźwiękowy. Działa to poprzez pomiar czasu potrzebnego na przejście impulsu dźwiękowego między dwoma czujnikami. Czas potrzebny na przejście dźwięku między czujnikami zależy od odległości między czujnikami, wewnętrznej prędkości dźwięku w powietrzu oraz od prędkości powietrza wzdłuż osi czujnika. Ponieważ odległość między czujnikami jest stała, a prędkość dźwięku w powietrzu jest znana, można określić prędkość powietrza wzdłuż osi czujnika.