ادوات هواشناسی:

ادوات هواشناسی:

تعریف علم هواشناسی :

مطالعه و بررسی فعل و انفعالات جوی و پدیده های هواشناسی که تعیین کننده وضع هوا و اقلیم می باشد . بــر پـــــایه انــدازه گیریها و دیده بانیها متکی می باشد . باید توجه داشت که دیده بانیهای هواشناسی در سراسر کره زمین با روش واحد و یکنواخت و با وسایل و ادوات استاندارد و قابل مقایسه بودن داده ها ( DATA ) انجام میگیرد . یکنواختی برنامه اندازه گیریها و دیده بانیها و سایر عملیات هواشناسی با همکاری کلیه سرویسهای هواشناسی ملی و کشوری در چهارچوب سازمان هواشناسی جهانی ( W.M.O ) تضمین شده است .  بیشترین دیده بانی ها و اندازه گیریهای عوامل جوی مربوط به جو نزدیک سطح زمین می باشد که به وسیله ایستگاههای هواشناسی سطحی (سطح زمین و دریا) انجام می گیرد. در کشور ایران برنامه دیده بانی های هواشناسی در شبکه ای از ایستگاههای اصلی انجام می گیرد.داده های حاصله از این نوع ایستگاهها برای پیش بینی های جوی و مطالعه رشته های مختلف علمی هواشناسی و هوانوردی و کشتی رانی به کار گرفته می شود. علاوه بر ایستگاههای فوق تعداد زیادی از ایستگاههای کمکی اقلیم شناسی (کلیماتولوژی)به منظور برآورد نیازهای مختلف محلی برنامه دیده بانی های محدودی را اجرا می نمایند.داده ها اطلاعات ثبت شده به وسیله ایستگاههای کلیماتولوژی طی سال های طولانی بایگانی و نگهداری گردیده و به صورت سالنامه هواشناسی در می آیند که در اختیار مصرف کنندگان قرار می گرد.این داده ها برای تهیه نقشه ها و اطلس ها و پژوهش های اقلیمی مورد استفاده قرار می گیرند. ایستگاههای هواشناسی بر حسب اینکه بمنظور بررسی و پیش بینی اوضاع جوی و یا مطالعه آب و هوای منطقه ( CLIMAT ) مورد استفاده قرار گیرد به دو دسته تقسیم می شوند :

الف : ایستگاههای سینوپتیک ( Synopic Station )

ب :  شبکه ایستگاههای کلیماتولوژی ( Climatological Network )

  اندازه گیری ایستگاههای سینوپتیک ، عبارتند از :

- ایستگاههای سینوپتیک سطح زمین ، دریا و اقیانوسها که عوامل جوی سطح زمین و نزدیک آنرا اندازه گیری میکند .

- ایستگاههای جو بالا که فشار ، درجه حرارت ، رطوبت ، سمت و سرعت باد را در ارتفاعات مختلف جو تعیین می نماید .

- ایستگاههای خودکار ، قادرند عوامل مختلف جوی در سطح زمین را بطور خودکار اندازه گیری و در فاصله دورتری در دسترس قرار دهند .

 اندازه گیری شبکه ایستگاههای کلیماتولوژی عبارتند از :

- ایستگاههای اقلیم شناسی که فقط سه نوبت در روز پارامترهای مهم هواشناسی را دیده بانی و در دفاتر مخصوص ثبت میگردد.

- ایستگاههای کشاورزی

- ایستگاههای باران سنجی که آمار آنها بیشتر مورد نیاز مؤسسات و سازمانهای تحقیقاتی در زمینه کشاورزی و آبیاری می باشد.

زمان و ساعت دیده بانی : برای اینکه بتوان عوامل جوی دیده بانی شده را از ایستگاههای متعدد هواشناسی دریافت و روی نقشه های سینوپتیک ترسیم و آنالیز نمود ، در مرحله اول لازم است کلیه گزارشات در رأس

ساعت معینی انجام شود و همزمان باشند و جهت اجرای این منظور بستگی به این دارد که تمام ایستگاههای دیده بانی از ساعت های محلی ( وقت محلی ) استفاده ننموده و مبدأ زمان معینی را در نظر بگیرند . برای این منظور از وقت و زمان متوسط نصف النهار گرینویچ UTC ( زمان هماهنگ شده بین المللی ) استفاده میشود و کلیه ایستگاههای هواشناسی موظفند گزارش خود را ، رأس ساعت معین UTC تهیه و ارسال نمایند . اختلاف افق تهران با ساعت گرینویچ سه ساعت و 31 دقیقه است ولی برای محاسبه وقت UTC در ایستگاههای هواشناسی ایران از ساعت رسمی کشور سه ساعت و 30 دقیقه کسر می کنیم یعنی ساعت 12 ظهر بوقت تهران ، ساعت 8/30 صبح بوقت گرینویچ می باشد.

ادوات موجود در ایستگاه هواشناسی :

1- جعبه ادوات ( اسکرین )

style="filter:alpha(opacity=60)" onMouseOver="nereidFade(this,100,50,15)" onMouseOut="nereidFade(this,60,30,5)">

2- دماسنج خشک                                                   Dry Bulb Thermometer

3- دماسنج تر                                                          Wet Bulb Thermometer

   4- دماسنج حداکثر                                                  Maximum Thermometer

5- دماسنج حداقل                                                    Minimum Thermometer      

  6- بارانسنج                                                                               Rain Gauge    

7- خط کش اندازه گیری برف و باران             Rain and snow measuring strick

8- دستگاه اندازه گیری سمت و سرعت باد       wind vane and anemometer

9- دماسنج حداقل زمین                                Grass Minimum Thermometers 

10- دماسنج های خاک                                                Soil Thermometers   

11- تبخیرسنج                                                                       Evaporimeter

12- فشار سنج جیوه ای                                               Mercury Barometer

13- فشارسنج فلزی                                                     Aneroid barometer

14- فشارنگار                                                                               Barograph

15- حرارت نگار ( دمانگار                                                         Thermograph  

16-رطوبت نگار ( نم نگار Hydrograph

17- باران نگار                                                           Recording Rain Gauge

18- آفتاب نگار                                                             Sunshine  Recording

19- تشعشع نگار                                                                     Actinograph

20- بادنگار                                                                              Anemograph

21-21- تبخیرنگار                                                           Evaporation Recorder

بادنگار

بر حسب تعریف حرکت افقی هوا در سطح زمین و در سطـــــوح فوقانی جو را باد می گویند . این حرکت یـک کمیت برداری می باشد که با دو عامل جهت و سرعت مشخص می شود.سنجش واقعی باد در سطح زمین اکثـــرآ در اثر تأثیــر عوامل محلی با مشکلاتی مواجه می گردد.به علاوه سرعت باد با افزایش ارتفاع از سطح زمین زیـاد شده و جهت آن نیز تغییر میکند . برای اینکه بتوان دیده بانی های مربوط به سمت و سرعت باد را در سرویس های هواشنـــاسی مورد مقایسه قرارداد لـــذا ارتفاع 10 متری از سطح زمین و در فضـــای بـاز به عنوان ارتفاع استاندارد برای اندازه گیری باد سطح زمین انتخاب شده است.اگر سمت و سرعت باد در فاصله زمانی کـــوتاه به طور قابل ملاحظه ای تغییر کند این نـــوع تغییرات قـــابل مقــایسه را تند باد لحظه ای یا باد  گاستی (GUSTY WIND) گویند . زمان تداوم باد گاستی و تداوم آن نامنظم بوده و تابع هیچ قـــاعده ای نمی باشد . چنانچه باد شدیدی به طــور ناگاهی شروع به وزیدن نمــاید و برای چند دقیقه ادامه داشتــه بـاشد و سپس ثطع شود آن را تند باد موقتی یا اسکوال(SQUALL) گویند.باید توجه داشت که بـادگاستی را نبـــاید با تندباد اشتباه گرفت.زیرا موقعی از کلمه GUSTY استفاده می شود که میزان تغییرات سرعــت باد از 10 نـــات بیشتر باشد.در صورتی که تغییرات مذکور در SQUALL حداقل 16 نات بوده و به علاوه سرعت باد به 22 نـــات  یا بیشتر برسد و حداقل برای مدت یک دقیقه ادامه داشته باشد. اندازه گیری جهت باد به وسیله دستگاهی به نام بادنما انجام می گیرد این دستگاه که معمولآ به صورت فلـــش فـــلزی ســاخته می شود به طــور غیر متقارن حول محور عمودی نصب شده و آزادانه می تواند در اثر وزش باد در راستای باد قرار گیرد . بــرای ایجاد تعادل نسبــت به محور جرخش در طرف دیگر بازوی فلش صفحه یا وزنـه ای نصب می شود که سطح صفــحه نسبت به سطح فلش که در معرض باد قرار می گیردبزرگ تر می باشد . بــدین جهت فلـش هیچ وقت حرکت دورانی پیــدا نمیکند بلکه با تغییر جهت وزش باد خود را در سمتی قرار میدهد که بــاد از آن سمت میوزد . سرعت باد به وسیله دستگاهی به نام باد سنج اندازه گیری می شود.از متداول ترین باد سنج ها می توان بادسنج چرخشی را نام برد که گاهی اوقات آن را آنمومتر فنجانی (CUP ANEMOMETER) نیز می نامند. این باد سنج از سه یا چهار فنجان نیم کره ای که صفحات اقطاری آن ـعمودی و در امتداد شعاع ها با زاویــه های مساوی در حول محور عمودی قرار گرفتــه انــد تشکیــل شده است . پس از گـــذشت زمان و تحقیقـات لازم  بــادسنج سه فنجانی نسبت به نــــــوع چهار فنجانی برتری پیدا کرده و فنجانها به صورت مخروطی شکل در آمده اند.چون عملکرد نیروی باد در سطح داخلی بیشتر از سطح خارجی فنجان ها است لذا فنجان ها در اثر انرژی جنبشی باد به حـــرکت در آمـــده و در نتیجـــه سرعت دورانی بـــادسنج بـــا سرعـت خطی باد متعادل می گردد . چون سرعت دورانی بـــادسنج بـــا سرعت خـطی بـاد متناسب می باشد کافی است که سرعت دورانی بادسنج محاسبه شود تا سرعت باد حاصل شود.

دماسنج

اندازه گیری میـــزان دمـــای هـــوای آزاد در مجـــاورت سطــح زمیـــن یـــا ارتفـــاعــات بالای جـو و تعیین دمای اعماقمختلف خاک و نیز سنجش دمای سطح خاک دریاچه ها و دریا ها و اقیانوس ها از نقطه نظر مـــطالعات هواشناسی و کشاورزی حایز اهمیت است. در هواشناسی منظور تز اندازه گیری دمای سطح زمین عبـارت از انــدازه گیری دمــای هــوای آزادی که در ارتفاع 25/1 الی 2 متری سطــح زمیــن جریان دارد می باشد . در ایــستگاههای کشاورزی ممکن است دمای هوا را در سطوح مختلف اندازه گیری نمایند.بدین معنی که دیده بانی را از سطح زمین شروع کرده و در ارتـــفاعات مختلف تا سطح 10 متری زمین ادامه می دهند . انتــخاب ارتفاع 10 متری بــدان علت می باشد که اکثر گیـــاهــان حداکثر تا این ارتفاع بالا می روند . ایــن اندازه گیری یعنی تعیین درجه گرمی یا سردی هـــوا به وســیله دستـــگاهی به نـــام دمــاسنج TERMOMRTER انـــجام می گیرد . هرگز نباید دما یا درجه گرمی را با گرما اشتباه گرفت . زیرا دما یــک کـــمیت نسبـی و مقایسه ای است حال آن که گرما صورتی از انرژی می باشد . در ساختمان دماسنج ها از خواص فیزیکی اجسام مــانند انبساط و انقباض و تغییر شکل و تـــغییر مقـــاومت الکتریکی که در اثر تغییرات دما حاصل می شود استــفاده می نمایند.

انواع دماسنج ها

دماسنج معمولی استاندارد ( Thermomete )

این دماسنج یک لوله بسیار باریک شیشه ای مسدود است که در انتهای آن محفظه ای تعبیه و از جیوه یا الکل پر شده است. در داخل لوله دماسنج خلاء کامل وجود دارد. گرم و سرد شدن مخزن باعث گرم و سردشدن مایع درون مخزن شده و متعاقب آن باعث بالا و پایین رفتن مایع در داخل مخزن شیشه ای می شود، با مشاهده سطح مایع در داخل لوله دماسنج و قرائت عددی که روی بدنه شیشه نوشته شده است دمای هوا در آن لحظه مشخص می شود.

دماسنج حداکثر (Max-Thermometer)

اغلب نیاز است علاوه بر دمای معمولی هوا حداکثر دمایی که در طول یک دوره معین مثلاً یک شبانه روز اتفاق افتاده است نیز اندازه گیری و تثبیت شود به این منظور از دماسنج حداکثر استفاده می کنند. این نوع دماسنج با یک تفاوت جزیی تقریبا مشابه دماسنج های معمولی است به این صورت که لوله مویین آن در محلی که به مخزن منتهی می شود بسیار باریک شده است. هنگامی که دما زیاد می شود جیوه داخل مخزن منبسط شده و نیروی حاصل می تواند باعث راندن جیوه از داخل مجرای باریک بالای مخزن به قسمت بالای لوله گردد به این ترتیب ارتفاع جیوه در داخل مخزن بالا می رود و با کاهش دما مایع داخل مخزن منقبض می شود ولی باریک بودن لوله از برگشت مایع به داخل مخزن جلوگیری می کند و سطح مایع در داخل لوله در محلی که بالاترین دمای قبلی اتفاق افتاده است باقی می ماند بنابراین سطح فوقانی جیوه نشان دهنده حداکثر دمای اتفاق افتاده است.

دماسنج حداقل (Minimum Thermometer)

دماسنج های حداقل برای تثبیت پایین ترین دمای اتفاق افتاده در یک دوره معین به کار می رود دماسنج های حداقل مشابه دماسنج های معمولی است با این تفاوت که مایع داخل مخزن این نوع دماسنج به جای جیوه از مایعات رقیق تر مانند الکل استفاده می شود. به علاوه در داخل لوله مویین یک سوزن شیشه ای که دو سر آن گرد می باشد رها گردیده که به عنوان شاخص از آن استفاده می شود، وقتی دمای هوا کاهش می یابد با انقباض مایع سطح بالای الکل در داخل لوله مویین با اعمال نیروی کشش سطحی شاخص سوزنی را نیز به طرف پایین مخزن حرکت می دهد با افزایش دما مجدداً الکل در داخل لوله مویین از اطراف سوزن عبور کرده و به طرف بالا صعود می کند اما سوزن در پایین ترین محلی که قبلا در اثر کشش سطحی پایین آمده بود باقی می ماند.

بنابراین قسمت بالایی شاخص شیشه ای پایین ترین دمایی را که اتفاق افتاده است نشان می دهد در حالی که انتهای سطح الکل در بالای لوله دمای لحظه ای هوا را نشان می دهد.

دماسنج حداقل - حداکثر (Min-Max Thermometer)

این دماسنج ترکیبی از دو دماسنج حداقل و حداکثر می باشد، این دماسنج از یک لوله شیشه ای U شکل ساخته شده است که دو انتهای آن مسدود می باشد. قسمت پایینی لوله U شکل با جیوه پر شده است. علاوه بر جیوه قسمت بالایی لوله قسمت چپ به طور کامل از الکل پر شده است اما نصف حجم لوله سمت راست که انتهای آن به صورت یک مخزن گشاد شده می باشد از الکل پر شده است و نصف دیگر آن از یک نوع گاز پر شده است. در بالاترین سطح جیوه و در داخل الکل در هر دو ستون شاخص های شیشه ای رنگی که یک سوزن در وسط آن تعبیه شده است وجود دارد در اثر گرم و سرد شدن و متعاقب آن انبساط و انقباض سطح جیوه بالا و پایین می رود. بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت چپ بالا رفته است دمای حداقل و بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت راست بالا رفته دمای حداکثر را نشان می دهد.

دمانگار (Thermograph)

دمانگار یک وسیله کاملاً مکانیکی است و با استفاده از یک عنصر فلزی که انحنای آن با دما تغییر می کند ساخته شده است یک طرف عنصر فلزی حساس به تغییرات دما که دارای انحنا می باشد به بازوی اهرم طویل و متحرکی بسته شده است که این بازو ممکن است مستقیماً دما را از روی یک مقیاس ساده درجه بندی شده نشان دهد و یا اینکه انتهای بازو به یک قلم ثبات متصل گردد. با تغییر دمای هوا انحنای فلز تغییر می کند و این امر با توجه به نحوه تغییرات دما باعث انحراف قلم در انتهای بازوی مکانیکی به طرف بالا و پایین در روی کاغذ گراف می گردد و دماها ثبت می شوند.

آفتاب نگار

خورشید یکی از منابع اصلی و بزرگ برای کره خاکی بوده و به طور مستقیم و یا غیر مستقیم روی فعل و انفعالات و پدیده های فیزیکی آن موثر می باشد.تابش خورشید در رشد نباتات و زندگی انسان و حیوانات رل بسیار مهمی داشته و در کشاورزی و صنعت به وجود نور بیش از پیش احتیاج پیدا می شود.در سازمان های مختلف هواشناسی جهان از جمله شبکه هواشناسی کشور ما معمولا از دو نوع وسیله برای اندازه گیری تابش خورشیدی استفاده می شود.دسته اول آن از سری دستگاههایی می باشند که فقط مدت تابش خورشید را ثبت می کنند و به نام آفتاب نگار (SUNSHINE RECORDER) معروفند.دسته دوم دستگاههایی هستند که مقدار شدت تشعشع خورشید را اندازه گیری و ثبت می کنند که به تشعشع سنج معروفند.

فشار سنج

جو زمین به علت وزنش فشاری بر روی سطح زمین و سایر سطوحی که در آن غوطه ور هستند وارد میکند.گر چه جو زمین قابل رویت نیست با وجود این از ماده تشکیل شده است و به همین جهت دارای جرم (MASS) می باشد.عاملی که جو را در اطراف زمین نگه می دارد نیروی جادبه زمین است. وزن جو به علت نیروی جاذبه زمین بوده که اتمها و مولکوتهای تشکیل دهنده جو را به طرف خود می کشد.بنابراین می توان گفت که فشار جو برابر وزن ستون عمودی از هوا با سطح مقطع واحد می باشد که از سطح زمین تا بالاترین حد جو ادامه دارد و معادله ابعادی آن به صورت P=L^-1MT^-2 می باشد.

به طور کلی سه روش جهت اندازه گیری فشار جو وجود دارد دقیق ترین روش استفاده از فشارسنج های جیوه ای (MERCURY BAROMETERS) می باشد که از خاصیت صعود و نزول جیوه داخل لوله فشارسنج استفاده می شود.هنگامی که فشار جو تغییر می کند سطح جیوه داخل مخزن فشار سنج تحت تاثیر تغییرات فوق قرار گرفته و جیوه داخل لوله فشارسنج پس از تبدیل به شریاط استاندارد فشار جو را به دست میدهد . روش دیگر اندازه گیری فشار سنج استفاده از فشارسنج های الاستیک (ارتجاعی) (ELASTIC BAROMETERS) می باشد.عنصر حساس این نوع فشار سنج ها محفظه خالی از هوا (آنروِیید)بوده که تغییرات فشار جو سبب انبساط یا انقباض آنرویید می گردد.در نتیجه با ثابت شدن یک سر آنرویید به بدنه دستگاه تغییرات ایجاد شده به سردیگر آن که به عقربه ای متصل است منتقل گسته و عقربه بر روی صفحه ای که به واحد فشار درجه بندی شده است فشار جو را نشان می دهدو بالاخره سومین روش اندازه گیری فشار جو استفاده از نقطه جوش یک مایع مثل آب به کمک دستگاهی به نام هیپسومتر(HYPSOMETER) می باشد.از آنجاییکه نقطه جوش یک مایع تابع فشاری است که در تحت آن فشار می جوشد لذانقطه جوش مایع می تواند در تعیین فشار جوی به کار رود.مایعی که معمولا به کار می رود آب خالص می باشد و مقدار حقیقی که اندازه گیری می شود درجه حرارت بخاری است که بلافاصله در سطح آزاد مایع در حال جش قرار دارد.

باران سنج

ریزش های جوی که به صورت باران و برف و تگرگ و یا مخلوطی از برف و باران (SLEET) و شبنم انجام می گیرد بارندگی نامیده می شود. میزان بارندگی و نیز مقدار تبخیر از سطح آب و یا آبهای سطحس در تعیین میزان ذخایر آب های سطحی و زیر زمینی اهمیت زیادی دارد اندازه گیری مقدار بارندگی در تمام سطح کره زمین به علت نداشتن یک شبکه کامل ایستگاههای باران سنجی به طور دقیق امکان پذیر نیست.در سرویس های هواشناسی منظور از تعیین میزان بارندگی عبارت از جمع مقادیر بارندگی مایع و معادل مایع هر بارندگی جامد از قبیل برف و تگرگ بر حسب ارتفاع می باشد.بنابراین تمام بارندگی ها بایستی به طور دقیق و روشن اندازه گیری شود.مقادیر مذکور ترجیحا بر حسب میلی متر اندازه گیری شده و دقت عمل در اندازه گیری های روزانه 0.1mm در اندازه گیری های هفتگی و ماهیانه 1mm می باشد.مقدار ریزش برف بر حسب سانتی متراندازه گیری می شود.با تقریب می توان گفت که 1cm از برف تازه معادل 1mm باران می باشد.مع الوصف نسبت مذکور به غمق و نوع برف بستگی دارد.در بعضی از کشورها مقدار بارندگی و عمق برف بر حسب اینچ و اجزل آن اندازه گیری می شود.برای تبدیل واحدهای مذکور به یکدیگر از رابطه زیر استفاده می شود:

1 INCH = 2.54cm = 25.4mm

ساده ترین و متداول ترین روش اندازه گیری ریزش باران استفاده از باران سنج(RAIN GAUGE) می باشد .این دستگاه از قسمتهای مختلف تشکیل شده است .یک قسمت آن از یک قیف با طرح مخصوص ساخته شده که دارای لبه تیزی است.قسمت دیگر آن(لوله باران سنج) استوانه شکل بوده که آب باران به وسیله قیف مذکور به داخل آن هدایت می شود.استوانه فلزی و پایه نگهدارنده از اجزا تشکیل دهنده ای دستگاه می باشد.قطر دهانه قیف باران سنج ها مشخص بوده و بین 10-20cm انتخاب می شود.قطر دهانه قیف و لوله باران سنج ها طوری انتخاب می شود که سطح مقطع دهانع قیف نسبت مشخص با سطح مقطع لوله باران سنج داشته باشد.هر یک از کشورها قطر مشخصی برای دهانه باران سنج های شبکه هواسناسی خود انتخاب کرده اند.در ایران قطر دهانه باران سنج ها 8 اینچ انتخاب گردیده است.

منبع:هواشناسی مازندران