Атмосфера Земли уникальна в пределах Солнечной системы и порождает широкий спектр погодных явлений. Прогнозирование погоды важно как для повседневной жизни людей, так и для бизнеса. Метеорологи используют сочетание компьютерного моделирования и экспериментальных измерений для предсказания погоды. Примеры инструментов для прогнозирования погоды включают термометр, барометр, дождемер и анемометр.
Термометр
Термометр - это прибор, который используется для измерения температуры. Самый известный тип термометра представляет собой стеклянную трубку, в которую помещена жидкая ртуть. При повышении температуры объем ртути увеличивается, что приводит к повышению уровня. Понижение температуры приводит к уменьшению объема и снижению уровня ртути. Шкала на боковой стороне трубки позволяет считывать температуру. Другой тип термометра, называемый пружинным термометром, полностью заполняет стеклянную трубку ртутью, а металлическая диафрагма, соединенная с пружиной, помещается на дно трубки. При повышении температуры давление на диафрагму также увеличивается, что приводит к растяжению пружины. Затем пружина поворачивает циферблат, чтобы указать температуру.
Барометр
Барометр - это инструмент, используемый для измерения давления, которое представляет собой силу, которую воздух оказывает на поверхность. Есть несколько различных типов барометров. Самый простой представляет собой трубку, заполненную жидкой ртутью и запаянную с одного конца. Затем трубку переворачивают и помещают в емкость с жидкой ртутью. Вес воздуха, давящего на чашу, уравновешивается весом ртути, толкающей вниз внутри трубки. В стандартных атмосферных условиях это приводит к падению уровня ртути в трубке до высоты примерно 76 сантиметров (29,9 дюйма). Повышение атмосферного давления приводит к увеличению уровня ртути в трубке по высоте, в то время как снижение атмосферного давления вызывает снижение уровня ртути в трубке. Более сложным инструментом для измерения давления является барометр-анероид. Он состоит из герметичной капсулы с гибкими стенками, установленной в коробке. Изменение давления изменяет толщину капсулы. Рычаг, прикрепленный к капсуле, увеличивает эти изменения, заставляя указатель перемещаться по шкале шкалы.
Осадкомер
Дождемеры используются для измерения количества осадков, выпадающих за фиксированный промежуток времени. Самый простой тип дождемера состоит из трубки со шкалой на ней, но ее необходимо регулярно опорожнять, и поэтому они больше не используются на автоматизированных метеостанциях. Одна ступенька выше простой трубки состоит из трубки на цифровых весах. Весы подключены к компьютеру, который отображает количество осадков в зависимости от времени. Однако этот тип дождемера также должен регулярно опорожняться. Гораздо более элегантным решением является дождемер с опрокидывающимся ведром, который состоит из воронки, соединенной с трубкой, сливающейся в ведро. Ковш уравновешен на шарнире так, что он опрокидывается, когда набирается установленный объем воды. Когда это происходит, второе ведро автоматически перемещается в положение, позволяющее собирать больше дождя. Каждый раз, когда ковш опрокидывается, на регистратор данных отправляется электронный сигнал, который позволяет регистрировать общее количество осадков.
Анемометр
Анемометр используется для измерения скорости ветра. Самый простой тип анемометра состоит из трубчатой оси, на которой четыре рычага расположены с интервалом в 90 градусов. Чашки помещаются на каждое из четырех плеч, и, поскольку они захватывают ветер, это приводит к вращению плеч вокруг оси трубы. Внизу оси установлен постоянный магнит, который один раз за оборот активирует герконовый переключатель, который посылает электронный сигнал в компьютер. Компьютер рассчитывает скорость ветра по количеству оборотов в минуту. Более сложное устройство - акустический анемометр. Это работает путем измерения времени, необходимого для прохождения звукового импульса между двумя датчиками. Время, необходимое для прохождения звука между датчиками, зависит от расстояния между датчиками, собственной скорости звука в воздухе и от скорости воздуха вдоль оси датчика. Поскольку расстояние между датчиками фиксировано и скорость звука в воздухе известна, можно определить скорость воздуха вдоль оси датчика.