Περιεχόμενο
Η ατμόσφαιρα της Γης είναι μοναδική μέσα στο ηλιακό σύστημα και δημιουργεί ένα ευρύ φάσμα φαινομένων καιρού. Η πρόβλεψη του καιρού είναι σημαντική, τόσο για την καθημερινή ζωή των ανθρώπων όσο και για τις επιχειρήσεις. Οι μετεωρολόγοι χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό υπολογιστικής μοντελοποίησης και πειραματικών μετρήσεων για την πρόβλεψη του καιρού. Παραδείγματα μέσων πρόγνωσης καιρού περιλαμβάνουν το θερμόμετρο, το βαρόμετρο, το βροχόμετρο και το ανεμόμετρο.
Θερμόμετρο
Ένα θερμόμετρο είναι ένα όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Ο πιο γνωστός τύπος θερμόμετρου αποτελείται από ένα γυάλινο σωλήνα στον οποίο τοποθετείται υγρός υδράργυρος. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, ο όγκος του υδραργύρου αυξάνεται οδηγώντας στο επίπεδο να ανυψώνεται. Μείωση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μείωση του όγκου και μείωση του επιπέδου υδραργύρου. Μια κλίμακα στην πλευρά του σωλήνα επιτρέπει την ανάγνωση της θερμοκρασίας. Ένας άλλος τύπος θερμόμετρου, που ονομάζεται θερμόμετρο ελατηρίου, γεμίζει εντελώς έναν γυάλινο σωλήνα με υδράργυρο και ένα μεταλλικό διάφραγμα συνδεδεμένο με ένα ελατήριο τοποθετείται στον πυθμένα του σωλήνα. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η πίεση επάνω στο διάφραγμα αυξάνεται και οδηγεί σε τάση στο ελατήριο. Το ελατήριο στη συνέχεια περιστρέφει έναν επιλογέα για να δείξει τη θερμοκρασία.
Βαρόμετρο
Ένα βαρόμετρο είναι ένα όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της πίεσης που είναι ο αέρας της δύναμης που τοποθετείται πάνω σε μια επιφάνεια. Υπάρχουν διάφοροι τύποι βαρομετρητών. Το πιο απλό αποτελείται από ένα σωλήνα γεμάτο με υγρό υδράργυρο και σφραγισμένο στο ένα άκρο. Ο σωλήνας στη συνέχεια αναστρέφεται και τοποθετείται σε ένα δοχείο υγρού υδραργύρου. Το βάρος του αέρα που ωθείται προς τα κάτω στο δοχείο ισορροπεί με το βάρος του υδραργύρου που σπρώχνει προς τα κάτω μέσα στον σωλήνα. Σε κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες, αυτό οδηγεί στο επίπεδο υδραργύρου μέσα στον σωλήνα να πέσει σε ύψος περίπου 76 εκατοστών (29,9 ίντσες). Αυξήσεις της ατμοσφαιρικής πίεσης προκαλούν αύξηση του ύψους του υδραργύρου μέσα στο σωλήνα, ενώ η μείωση της ατμοσφαιρικής πίεσης προκαλεί την πτώση του επιπέδου υδραργύρου μέσα στο σωλήνα. Ένα πιο εξελιγμένο όργανο για τη μέτρηση της πίεσης είναι το βαρομετρικό ανιχνευτή. Αυτό αποτελείται από μια σφραγισμένη κάψουλα, με εύκαμπτες πλευρές και τοποθετημένη σε ένα κουτί. Μία αλλαγή πίεσης μεταβάλλει το πάχος της κάψουλας. Ένας μοχλός που συνδέεται με την κάψουλα μεγεθύνει αυτές τις αλλαγές, οδηγώντας έναν δείκτη να μετακινηθεί επάνω σε έναν κλιμακωτό επιλογέα.
Βροχόμετρο
Οι μετρητές βροχής χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ποσότητας βροχόπτωσης που παρατηρείται μέσα σε ένα καθορισμένο χρονικό διάστημα. Ο απλούστερος τύπος μετρητή βροχόπτωσης αποτελείται από έναν σωλήνα με κλίμακα επάνω του, αλλά αυτά πρέπει να αδειάζονται τακτικά και επομένως δεν χρησιμοποιούνται πλέον σε αυτοματοποιημένους μετεωρολογικούς σταθμούς. Ένα βήμα παραπάνω από τον απλό σωλήνα αποτελείται από ένα σωλήνα σε ψηφιακούς ζυγούς. Οι ζυγοί είναι συνδεδεμένοι με έναν υπολογιστή που καταγράφει τις βροχοπτώσεις ως συνάρτηση του χρόνου. Ωστόσο, αυτός ο τύπος μετρητή βροχής πρέπει επίσης να έχει το σκάφος του τακτικά αδειάσει. Μια πολύ πιο κομψή λύση είναι ο μετρητής βροχόπτωσης που αποτελείται από μια χοάνη που συνδέεται με έναν σωλήνα που αποστραγγίζεται σε έναν κάδο. Ο κάδος είναι ισορροπημένος σε ένα στροφέα, έτσι ώστε να σέρνει όταν ορίστηκε ένας όγκος νερού. Όταν συμβαίνει αυτό, ένας δεύτερος κάδος μετακινείται αυτόματα στη θέση του για να πιάσει περισσότερη βροχή. Κάθε φορά που ένας κάδος συμβολίζει, αποστέλλεται ένα ηλεκτρονικό σήμα σε ένα καταγραφικό δεδομένων που επιτρέπει την καταγραφή της συνολικής ποσότητας βροχοπτώσεων.
Ανεμόμετρο
Χρησιμοποιείται ένα ανεμόμετρο για τη μέτρηση της ταχύτητας του ανέμου. Ο απλούστερος τύπος ανεμόμετρου αποτελείται από έναν σωληνοειδή άξονα στον οποίο τοποθετούνται τέσσερις βραχίονες σε διαστήματα 90 μοιρών. Τα κύπελλα τοποθετούνται πάνω σε κάθε έναν από τους τέσσερις βραχίονες και καθώς αυτά αιχμαλωτίζουν τον άνεμο, οδηγούν στην περιστροφή των βραχιόνων γύρω από τον σωληνοειδή άξονα. Ένας μόνιμος μαγνήτης είναι τοποθετημένος στο κάτω μέρος του άξονα και μία φορά ανά περιστροφή ενεργοποιεί έναν διακόπτη Reed, ο οποίος είναι ένα ηλεκτρονικό σήμα σε έναν υπολογιστή. Ο υπολογιστής υπολογίζει την ταχύτητα του ανέμου από τον αριθμό των στροφών ανά λεπτό. Μια πιο εξελιγμένη συσκευή είναι το ηχητικό ανεμόμετρο. Αυτό λειτουργεί με τη μέτρηση του χρόνου που απαιτείται για τη μετακίνηση ενός παλμού ήχου μεταξύ δύο αισθητήρων. Ο χρόνος που απαιτείται για την κίνηση του ήχου μεταξύ των αισθητήρων εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των αισθητήρων, την εγγενή ταχύτητα του ήχου στον αέρα και την ταχύτητα του αέρα κατά μήκος του άξονα του αισθητήρα. Δεδομένου ότι η απόσταση μεταξύ των αισθητήρων είναι σταθερή και η ταχύτητα του ήχου στον αέρα είναι γνωστή, μπορεί να προσδιοριστεί η ταχύτητα του αέρα κατά μήκος του άξονα του αισθητήρα.