Inhoud
De aardatmosfeer 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.
Thermometer
Een thermometer is een instrument dat wordt gebruikt om de temperatuur te meten. Het meest bekende type thermometer bestaat uit een glazen buis waarin vloeibaar kwik is geplaatst. Wanneer de temperatuur stijgt, neemt het volume van kwik toe waardoor het niveau stijgt. Een verlaging van de temperatuur leidt tot een vermindering van het volume en een verlaging van het kwikniveau. Met een schaal aan de zijkant van de buis kan de temperatuur worden afgelezen. Een ander type thermometer, de lentethermometer, vult een glazen buis volledig met kwik en een metalen diafragma verbonden met een veer wordt aan de onderkant van de buis geplaatst. 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.
Barometer
Een barometer is een instrument dat wordt gebruikt om de druk te meten, namelijk de kracht die lucht op een oppervlak uitoefent. Er zijn verschillende soorten barometer. De eenvoudigste bestaat uit een buis gevuld met vloeibaar kwik en aan één uiteinde verzegeld. De buis wordt vervolgens omgekeerd en in een kom met vloeibaar kwik geplaatst. Het gewicht van de lucht die op de kom naar beneden duwt, is in balans met het gewicht van het kwik dat naar beneden duwt in de buis. Bij standaard atmosferische omstandigheden daalt het kwikniveau in de buis tot een hoogte van ongeveer 76 centimeter (29,9 inch). Verhogingen van de atmosferische druk zorgt ervoor dat het kwikniveau in de buis in hoogte toeneemt, terwijl een verlaging 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. Dit 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 bevestigd aan de capsule vergroot deze veranderingen, waardoor een wijzer op een geschaalde wijzerplaat beweegt.
Regenmeter
Regenmeters worden gebruikt om de hoeveelheid regenval te meten die binnen een bepaalde tijd optreedt. Het eenvoudigste type regenmeter bestaat uit een buis met een schaal erop, maar deze moeten regelmatig worden geleegd en worden daarom niet langer gebruikt in geautomatiseerde weerstations. Een stap hoger dan de eenvoudige buis bestaat uit een buis op digitale weegschalen. De weegschalen zijn verbonden met een computer die neerslag registreert als functie van de tijd. Dit type regenmeter moet echter ook regelmatig worden leeggemaakt. Een veel elegantere oplossing is de regenmeter van de kipbak die bestaat uit een trechter die is aangesloten op een buis die in een emmer loopt. De emmer wordt op een draaipunt gebalanceerd, zodat deze omvalt wanneer een bepaald volume water wordt opgevangen. Wanneer dit gebeurt, wordt een tweede bak automatisch in positie gebracht om meer regen op te vangen. Elke keer dat een emmer kantelt, wordt een elektronisch signaal verzonden naar een datalogger waarmee de totale hoeveelheid regenval kan worden geregistreerd.
Anemometer
Een windmeter wordt gebruikt om de windsnelheid te meten. Het eenvoudigste type anemometer bestaat uit een buisvormige as waarop vier armen worden geplaatst met intervallen van 90 graden. Cups worden op elk van de vier armen geplaatst en wanneer deze wind vangen, leidt dit tot de rotatie van de armen om de buisvormige as. Een permanente magneet is onderaan de as gemonteerd en activeert eenmaal per rotatie een Reed-schakelaar, een elektronisch signaal naar een computer. De computer berekent de windsnelheid op basis van het aantal beurten per minuut. Een geavanceerder apparaat is de sonische anemometer. Dit werkt door de tijd te meten die nodig is om een geluidspuls tussen twee sensoren te verplaatsen. 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.