اجهزة قياس الطقس واستخدامها

قياس الطقس

الطقس هو حالة الغلاف الجوي في مكان ووقت معين قصير لا يتعدى اسبوع؛ بينما المناخ هو متوسط ​​حالة الغلاف الجوي على مدى فترة زمنية أطول ، وعادة ما يتم تسجيله على مدى شهور أو سنوات.يسمى العلم المختص بهذه الوظيفة وهي قياس الطقس،بعلم الأرصاد الجوية،وهي احد فروع علم الفيزياء والفلك.وفيه يتم دراسة سلوك الظواهر التي تحدث في الغلاف الجوي بمرور الوقت بطريقة تمكنهم من توقع تطورها. يستخدم علماء الأرصاد الجوية أدوات مختلفة لجمع معلومات الطقس ، مثل مقياس الضغط الجوي ، الذي يقيس ضغط الهواء. واخرى لشدة الريح،واخرى لتوقع حدوث الزلازل..إلخ من التقنيات.كما يتم الإستعانة بصور ومعلومات من الأقمار الصناعية،لتتبع أنماط الطقس في بقع مختلفة على الكوكب وإجراء التنبؤات.وعلينا ان لا نخلط بين علماء الطقس ،وعلماء الجيولوجيا الذين يعملون على قياس الإختلافات في طبقات الأرض،بينما علماء الطقس مهتمين فقط بدراسة عوامل الطقس والمناخ الرئيسية مثل:

• درجة حرارة الهواء.
• ضغط الهواء .
• الرطوبة.
• الغيوم.
• هطول الأمطار (مطر ، ثلج ، برد ، إلخ).
• الرؤية.
• رياح.
• اشعاع شمسي.

تاريخ قياس الطقس

كانت أولى الأدوات المستخدمة في قياس الطقس هي حواس جسم الإنسان ، وخاصة البصر واللمس (الإحساس) والشم والسمع.إلى حد ما ، حتى اليوم ، هذه هي أهم الأدوات، ولكن في الوقت الحاضر مع تطور التكنولوجيا لدينا العديد من الأدوات لقياس الطقس الجوي بطريقة أكثر دقة.كانت الريشة اول اداة مبتكرة تم صناعتها خصيصاً لقياس اتجاه الرياح،ووجدت بكثرة خلال الحضارة السومرية ،والرومانية.ويعد جهاز قياس الحرارة الزئبقي اول جهاز دقيق يتم استخدامه حتى الأن تم اختراعه لقياس درجة الحرارة من قِبل غابرييل فهرنهايت ،والتي تم تسمية مقياس درجة الحرارة بإسمه.

اجهزة قياس الطقس

البارومتر لقياس الضغط الجوي

هو مقياس الضغط الجوي وهو وزن الهواء فوق القشرة الأرضية. كما هو الحال مع أدوات الطقس الأخرى ، تم تطوير العديد من تصميمات البارومتر المختلفة على مر القرون. كانت الأنواع الأكثر شيوعًا تاريخيًا هي الزئبق (المعروف أيضًا باسم مقياس توريسيلليان) ومقياس الضغط اللاسائلي.من بين مجموعة أدوات الطقس المتاحة ، تعتبر البارومترات أمرًا حيويًا لتنبؤات وقياس الطقس ،حيث انه إذا ارتفع البارومتر ببطء فهذا دليل على طقس جيد ، لأن الضغوط العالية نموذجية للطقس الجاف. إذا نزلت ببطء فهذه علامة على سوء الأحوال الجوية . بعض محطات الطقس لديها اجهزة الكترونية أكثر تطوراً لقياس الضغط الجوي.

وحدة قياس الضغط هي الباسكال (Pa)وهو الوزن لكل وحدة مساحة يمارسها الغلاف الجوي،هناك وحدة قياس أخرى مستخدمة هي المليبار (mb) والتي تعادل 1 هيكتوباسكال (hPa) أو 100 باسكال. تم إجراء القياس الأول للضغط الجوي بواسطة الفيزيائي توريشيلي بواسطة اداة مماثلة لطريقة عمل البارومتر.

الرافعة لقياس شدة الريح

هناك العديد من الأجهزة التي تستخدم لقياس سرعة الرياح منها التقليدي مثل الرافعة ،ومنها اجهزة إلكترونية أكثر تطوراً .يتم قياس سرعة الرياح عادة بالكيلومتر/الساعة أو المتر في الثانية.هذه الأجهزة يكون لديها مراوح أو أكواب ديناميكية تتحرك عند اصتدامها بأقل قدر من الهواء،وبالتالي يمكن حساب شدة الرياح عن طريق قراءة عدد الدورات الذي يسجلها الجهاز،أو يمكن ان تتصل هذه المراوح بأعمدة محركات مغناطيسية صغيرة ،وبالتالي تولد اشارات كهربية يمكن ترجمتها بواسطة الكومبيوتر الى قياسات مختلفة من سرعة الرياح.

اداة الريشة من أولى أجهزة الأرصاد الجوية التي يستخدمها الإنسان،لمعرفة اتجاه الرياح.وعادة ما يقترن بجهاز قياس شدة الريح. على سبيل المثال ، يمكن أن يُعلمك أن الرياح قادمة من الجنوب الشرقي ، ثم تحول اتجاهها إلى الشرق.يتيح التصميم المتوازن والمحامل الدقيقة للريشة أن تدور بسلاسة حتى عند تطبيق أقل القوى.

اجهزة قياس درجة الحرارة

هناك ثلاث اجهزة اساسية تستخدمها محطات الطقس لقياس درجة الحرارة:

1. ميزان الحرارة الأنبوبي(الترمومتر):مع ارتفاع درجة الحرارة ، يتمدد السائل الموجود في قاع الأنبوب الزجاجي (الزئبق،زيت الفحم)، مما يجعله يرتفع لأعلى. مع انخفاض درجة الحرارة ، فإن ينخفض ​​مستوى السائل. يترجم المقياس الموجود بجانب الأنبوب مستوى السائل إلى قراءة لدرجة الحرارة.
2. مقياس حرارة كهروضوئي: هو جهاز يقوم بتحويل ترددات الطيف الشمسي الى تيار بفضل التأثير الكهروضوئي،ويتأثر التيار بتغير درجة الحرارة.تسمى هذه التقنيات في الغالب بـ البيرانومتر،وهي اجهزة تحتوي على ملف معدني ثنائي ،على مساحة سطح صغيرة ويعمل كجهاز استشعار.
3. موازين الحرارة الرقمية ذات الترمستورات: تقيس جميع موازين الحرارة الرقمية درجة الحرارة باستخدام جهاز يسمى الثرمستور. وهي اجهزة حساسة حرارية تعمل كمقاومة كهربية تتغير مع ارتفاع درجة الحرارة أو انخفاضها.حيث يحتوي الثرمستور على تيار كهربائي يتدفق عبره. اعتمادًا على درجة الحرارة التي يتعرض لها ، فإن الثرمستور يعمل كمقاومة.سيتم ترجمة مقدار المقاومة الكهربائية المطبقة بواسطة الثرمستور إلكترونيًا إلى قراءة درجة الحرارة على الشاشة الرقمية لميزان الحرارة.يمكنه قياس درجات حرارة تتراوح من -100 درجة إلى أكثر من 600 درجة فهرنهايت. كما أنها دقيقة للغاية على مدار نطاق درجة حرارتها بالكامل ، مما ينتج عنها دقة وموثوقية قراءات درجة الحرارة.

مقياس الرطوبة

هي ادوات تستخدم لقياس كمية بخار الماء في الهواء أو في التربة أو في الأماكن الضيقة. تعتمد أدوات قياس الرطوبة عادةً على قياسات بعض الكميات الأخرى مثل درجة الحرارة والضغط والكتلة والتغير الميكانيكي أو الكهربائي في مادة ما أثناء امتصاص الرطوبة. بالمعايرة والحساب ، يمكن أن تؤدي هذه الكميات المقاسة إلى قياس الرطوبة.تستخدم اجهزة مستشعرات الرطوبة مقاومات حساسة للرطوبة.فكلما ارتفعت نسبة الرطوبة في الهواء ، زاد امتصاص بخار الماء ، و زيادة التغيير في المقاومة الكهربائية. ستتم ترجمة المقاومة المطبقة بواسطة المستشعر إلكترونيًا إلى قراءة الرطوبة على مقياس الرطوبة أو الشاشة الرقمية لمحطة الطقس.

قياس المطر

يستخدم علماء الأرصاد الجوية ،ادوات مختلفة للتنبوء بحدوث الأمطار ،وقياس شدتها كذلك بعد سقوطها على منطقة معينة ،في فترة زمنية.هناك نوعين من اجزهة قياس المطر ، مقاييس المطر التناظرية ، ومقاييس المطر الرقمية .فيما يلي نظرة عامة على الطرق المختلفة لقياس المطر :

• مقاييس المطر التناظرية : هي اجهزة بسيطة وسهلة الاستخدام واقتصادية ، تجمع هذه الأجهزة قطرات المطر أثناء العاصفة وتخبرك بعدد البوصات التي سقطت من المطر.ستحتاج إلى إفراغها بشكل دوري لقياس هطول الأمطار باستمرار للحصول على قياس دقيق.
• مقاييس المطر الرقمية ذاتية التفريغ : تجمع هذه الأجهزة قطرات المطر أثناء العاصفة وتنقل بيانات هطول الأمطار لاسلكيًا ، إما إلى شاشة رقمية قائمة بذاتها أو محطة الطقس الرقمية.
• جهاز قياس صوتي: هي أجهزة قياس قادرة على استشعار التوقيعات الصوتية لكل حجم قطرة عندما يضرب المطر سطحًا مائيًا داخل المقياس.

الأقمار الصناعية

هناك اقمار صناعية تم تخصيصها لمتابعة احوال الطقس للكوكب ،حيث تراقبه بأكمله من خارج الغلاف الجوي ،ويتم ارسال المعلومات الى اجهزة استقبال خاصة على الأرض لتحليلها والتنبؤ بالطقس.يمكن لهذه الأقمار الصناعية تتبع تشكيلات السحب والعواصف الكبيرة وكذلك الحرائق ، إلخ.ويمكن ان تدور الأقمار الصناعية هذه أو تظل ثابتة عند نقطة معينة لمتابعة احوال الطقس والمناخ لمنطقة محددة.كما يتم تحديد نسبة ثقب الأوزون من خلال تصويرات هذه الأقمار الصناعية.حيث تحمل الأقمار الصناعية الخاصة بالطقس أدوات تسمى مقاييس الإشعاع (وليس الكاميرات) التي تمسح الأرض لتشكيل الصور.