Yıllar önce hava durumunu tahmin etmeye başladığımızdan beri hava tahmin teknikleri ve araçları uzun bir yol kat etti.
Hava tahmini araçları, belirli bir zaman ve yer için atmosferin gelecekteki koşullarını tahmin etme girişiminde bilim ve teknoloji uygulamamızda hayati bir bileşendir. % 100 doğru olmasa da, binlerce yıldır kesinlikle çok yol kat etti.
Bu 26 hava tahmini aracı ve icat, bugünkü hava durumunu nasıl tahmin ettiğimizi tanımlamaya ve iyileştirmeye yardımcı oldu. Bu liste kapsamlı olmaktan uzaktır ve belirli bir sıraya sahip değildir.
Barometre
Barometre hava tahmini en önemli araçlardan biridir. Adından da anlaşılacağı gibi, yerel atmosferik hava basıncını ölçmek için kullanılır.
Evangelista Torricelli, 17. yüzyılın ortalarında barometrenin icadıyla büyük ölçüde itibar görmektedir . Ancak tarihsel belgeler, başka bir İtalyan bilim adamı olan Gasparo Berti’nin 1640-1643 yılları arasında tesadüfen çalışan bir barometre yaptığını da gösteriyor.
Berti, Torricelli’nin akıl hocası olan Galileo’nun bir arkadaşıydı. Berti, ‘barometresinin’ nasıl çalıştığını açıklayamadı ve vakumun bir şekilde tüpteki su seviyesini tuttuğu teorisine başvurdu ve Galileo’dan tavsiye istedi.
Bu doğruysa, Torricelli daha sonra atmosferik basınç ile Gasparo Berti’nin cihazında anlattığı fenomen arasındaki bağlantıyı kurdu.
Daha sonra şöyle yazacaktı:
“Tartışılmaz deneylerle ağırlık taşıdığı bilinen temel hava okyanusunun dibinde yaşıyoruz”.
Torricelli daha sonra bu fenomeni cıva gibi daha yoğun sıvılar kullanarak “minyatür” olarak kopyalayabileceğini keşfetti.
Geleneksel olarak, barometreler aşağıdaki gibi biçimlerle geldi
– Su (Goethe)
– Cıva ve
– Aneroid (daha sonra 1844’te Lucien Vidi tarafından icat edildi ).
Analog formlar, günümüzde resmi hava tahmini için nadiren kullanılmaktadır ve büyük ölçüde dijital olanlarla değiştirilmiştir. Dijital barometreler, atmosfer basıncını tespit etmek için vakumdaki sıvılar yerine elektrikli transponderler kullanır ve bugün resmi meteoroloji istasyonlarında en yaygın kullanılan formdur.
Rüzgar gözlemleriyle birleştirildiğinde hava basıncı, 19. yüzyılın sonlarından bu yana kısa vadeli hava tahminlerini oldukça doğru bir şekilde tahmin etmek için kullanılmıştır .
Anemometre rüzgar hızı ölçer
Rüzgar hızları, anemometre adı verilen cihazlar kullanılarak doğru bir şekilde ölçülebilir . İlk olarak 1450’de İtalyan sanatçı Leon Battista Alberti tarafından geliştirildi, ancak 20. yüzyılda çok daha sonra mükemmelleştirildi .
Genellikle hava istasyonlarında bulunan yaygın bir araçtır. 15. yüzyıldan beri tasarımları çok az değişti .
Hava tahmininde kullanılan en kolay tanınabilir formlar şunları içerir:
Kupa anemometreleri.
Kanatlı anemometreler.
İlki, fincan çarkının ne kadar hızlı döndüğüne bağlı olarak rüzgar hızını belirler. 1991’de Derek Weston tarafından tasarımda yapılan iyileştirmeler , çanak çark hızındaki döngüsel değişikliklerden rüzgar yönlerini belirlemelerine de olanak tanıyor.
Teoride basit olmasına rağmen, gerçek rüzgar hızlarını belirlemeden önce diğer faktörlerin hesaba katılması gerekir. Örneğin, cihazın kendisinden kaynaklanan türbülans ve montaj noktasından kaynaklanan sürtünmenin hesaba katılması gerekir.
Öte yandan bir kanatlı anemometre, aynı cihazdan doğru ve kesin rüzgar hızı ve yönü ölçümleri elde etmek için aynı eksende bir pervane ve bir kuyruğu birleştirir. Rüzgar hızı, daha sonra rüzgar hızına dönüştürülen bir devir sayacı kullanılarak belirlenir.
Sıcak telli anemometreler (en popüler sabit sıcaklık cihazları), Lazer Doppler anemometreler, ultrasonik anemometreler ve ping-pong topu anemometrelerinden (genellikle ortaokul deneyleriyle sınırlı olsa da) değişen başka anemometre formları da vardır.
Radar
Günümüzde radar , herhangi bir hava durumu enstrümantasyonunun ayrılmaz bir parçasını oluşturur ve öncelikle yağışları bulmak, izlemek ve türünü (kar, yağmur vb.) Ve yoğunluğunu tahmin etmek için kullanılır. Radar ayrıca gök gürültülü fırtınalar, kasırgalar ve kış fırtınaları ile ilişkili yağışları tahmin etmek için de kullanılabilir.
Radar, ilk olarak İkinci Dünya Savaşı sırasında düşman uçaklarını tespit etmek ve izlemek için geliştirildi. Personel kısa süre sonra yağmurdan kaynaklanan ekranlarında “gürültü” veya “yankılar” fark etti ve bu da teknoloji için potansiyel bir barış zamanı uygulamasını ortaya çıkardı.
Savaşın sona ermesinden kısa bir süre sonra, fazla radar ekipmanı meteoroloji istasyonlarında yeniden tasarlandı.
Modern istasyonlar, gerçekte yağmur damlacıklarının hareketini ve yağışın yoğunluğunu algılayabilen puls-Doppler Radar kullanır. Genellikle dikey ve yatay darbeler gönderen ve alan çift kutuplu radar kullanırlar.
Bu, meteorologlara herhangi bir zamanda çok boyutlu durumu çok daha net bir şekilde değerlendirir.
Yağmur ölçerler
Yağmur ölçerler, belirli bir süre boyunca tek bir konumdaki sıvı yağış miktarını doğrudan ölçmek için kullanılan oldukça basit araçlardır. Meteorologlar ve hidrologlar için hayati önem taşıyan araçlardır.
Yağmur ölçerler, dünyanın en eski ve en temel hava durumu göstergelerinden biridir. Kaydedilen ilk aygıtlardan bazıları, MÖ 500 civarında Antik Yunanistan’a kadar uzanıyor . Diğer kayıtlar, Hindistan’da yaşayan insanların da MÖ 400 civarında yağış miktarını ölçmeye başladığını gösteriyor .
İlk standartlaştırılmış yağmur ölçeri, MS 1441’de Kore’nin Joseon Hanedanlığı’nda geliştirilmiş gibi görünüyor . Yağmur ölçerin ilk “devirme kovası” formu 1662’de Sir Christopher Wren tarafından geliştirildi .
Richard Towneley, 1677’den 1694’e kadar 15 yıllık bir süre boyunca yağmuru sistematik olarak ölçen ve kaydeden ilk kişidir. Daha sonra çağın diğer bilim adamlarına davayı takip etmeleri için ilham verdi ve sonunda George James Symons’ın (ilk yetkililerden biri) öncü çalışmasına öncülük etti. İngiliz Yağış Örgütü’nü kuran meteorologlar).
Çoğu modern yağmur ölçeri, genellikle belirli bir süre boyunca her metrekarede toplanan yağış miktarını milimetre yüksekliğinde ölçer, bu da metrekare başına litreye eşdeğerdir .
Bunlar, daha sonra yağışları değerlendirmek için meteorologlar tarafından ziyaret edilen veya yerinde veri toplamak için otomatik hale getirilen basit toplama sistemleri olabilir.
Hava balonları
Hava durumu veya sondaj balonları , bilimsel enstrümanları üst atmosfere taşıyan etkin bir şekilde mobil hava istasyonlarıdır. Atmosferik basınç, sıcaklık ve nem gibi hava değişkenlerini ölçmek için sensör takımları ile donatılmış olma eğilimindedirler.
Bu bilgiler depolanmak ve analiz edilmek üzere yer bazlı alıcı istasyonlara iletilir.
Rüzgar verileri gibi diğer bilgiler, balonun konumunu radar, radyo yön bulma veya her bir balona GPS sistemleri kurarak takip ederek elde edilebilir . Diğer araçlar, küçük, paraşütle donatılmış, ancak genellikle harcanabilir, radyo-sondalar adı verilen yüklerle kaplanmıştır.
Her balon büyük, genellikle 1.8 metre (6 ft) genişliğe kadar helyum veya hidrojenle doldurulmuş lateks balon içerme eğilimindedir . Balonlar daha sonra uçuş sırasında daha hassas aletleri kaplayan ve koruyan bir alet yük paketi taşırlar.
Fransız meteorolog Leon Teisserence de Bort, hava balonlarını ilk kullananlardan biriydi. 1896’da bunlardan yüzlercesini fırlattı ve bu da troposfer ve stratosferin keşfine yol açtı.
Transosond adı verilen bazı balonlar, uzun süre havada kalacak şekilde tasarlanmıştır. Başlangıçta, 1950’lerde atomik serpinti kaynaklı radyoaktif kalıntıların izlenmesine yardımcı olmak için tasarlandılar.
Termometre
Hava tahmini için kullanılan bir diğer temel ancak temel araç mütevazı termometredir . Genellikle havanın ortam sıcaklığını ölçmek için kullanılırlar.
Cihaz, tasarım açısından oldukça basittir ve aşağıdaki önemli bileşenlerden oluşur.
– Bir sıcaklık sensörü. Bu, geleneksel analog termometrelerde bir cıva ampulü veya modern kızılötesi termometrelerde bir dijital sensör içerir.
– Sıcaklıktaki değişiklikleri sayısal bir değere dönüştürmenin bir yolu. Bunlar, eski analog termometrelerde, modern termometrelerde dijital okumalara kadar görünür ölçeklerdir.
Termometrenin temel konsepti eski Yunanlılar tarafından biliniyordu, ancak bildiğimiz şekliyle termometre 17. yüzyılda Galileo’nun 16. yüzyıl termoskobundan yavaş yavaş gelişti . Standardizasyon bazen 17. ve 18. Yüzyıllar arasında başladı .
Meteorolojide, bunlar yer tabanlı meteoroloji istasyonlarının veya hava durumu balonlarının ayrılmaz bir parçasıdır.
Higrometre ölçümleri
Higrometreler , atmosferdeki, topraktaki veya iç mekandaki nem veya hava nem içeriğini ölçmek için kullanılan araçlardır. İlk higrometre, kaba olmasına rağmen, İtalyan dehası Leonarda da Vinci tarafından yaklaşık 1480’de icat edildi .
Daha modern versiyonlar 1755’te İsviçreli bilge Johann Heinrich Lambert tarafından oluşturuldu .
Daha eski analog higrometreler, birkaç isim vermek gerekirse, saç gerilimi higrometreleri ve askı psikrometreleri dahil olmak üzere çeşitli biçimlerde gelir. İlki, adından da anlaşılacağı gibi, saçın uzunluğu değiştikçe bağıl hava nemindeki değişiklikleri ‘tespit etmek’ için hayvan kılı (higroskopik – su emici) kullanır.
İkincisi, havada dönen biri nemli ve kuru olmak üzere iki termometre kullanır. Sıcaklıklar suyun donma noktasının üzerinde veya altında dalgalandıkça, ‘ıslak’ termometre, kuru termometre ile karşılaştırıldığında daha soğuk bir sıcaklık (su donma noktasının üzerinde buharlaşırsa) veya daha düşük (buz oluşursa) gösterecektir.
Modern higrometreler, daha güvenilir ve doğru olduklarından dijital versiyon olma eğilimindedir. Bağıl nemdeki değişiklikleri algılamak ve bunu kolayca okunabilir bir sayısal değere dönüştürmek için elektronik sensörler kullanırlar.
Hava durumu uyduları
Hava durumu uydularının ‘bloktaki çocuklardan’ yeni biri, hava tahmincilerinin kullanabileceği en yüksek teknoloji seçenekleridir. Eşsiz görünümlerle Dünya’nın hava durumu ve iklimi hakkında büyük miktarda veri görüntüleyebilir ve toplayabilirler.
Ya asenkron yörüngeleri (bu nedenle tüm Dünya yüzeyini kaplar) ya da sabit (böylece uzun süreler boyunca tek bir noktaya odaklanırlar) tutma eğilimindedirler. 1946 gibi erken bir tarihte , kameraları uzaya yerleştirme hırsları zaten geliştiriliyordu.
İlk hava durumu uydusu Vanguard 2, Şubat 1959’da Dünya’nın yörüngesine ulaştı . Bu, önümüzdeki 5 yıl içinde hava durumu uydu fırlatmalarının çoğalmasının başlangıcını ateşledi.
Yörüngeden, Dünya’nın bulut sistemlerinin engelsiz görüntülerine kadar gizlidirler ve okyanus sıcaklıklarından orman yangınları veya kum fırtınalarına kadar her şey hakkında bilgi toplayabilirler.
Hava durumu uyduları, meteorologlara, hava durumu radarı gibi daha geleneksel sistemlerden saatler veya günler önce hava modellerini gözlemleme olanağı sunan geniş ölçekli alanlardaki hava sistemlerinin görüşlerini sunabilmeleri bakımından benzersizdir.
Genellikle kasırgalar ve El Nino gibi büyük ölçekli hava durumu modellerini izlemek ve izlemek için kullanılırlar.
Piranometreler güneş ışınımını ölçer
Piranometreler , belirli bir düzlemsel yüzeydeki güneş ışınımını ölçmek için kullanılan özel bir hava tahmin ekipmanı türüdür. Ayrıca, 0.3 ila 2.8 mikrometre dalga boyu aralığında güneş radyasyonu akı yoğunluğunu (W / m2) tespit etmek ve kaydetmek için tasarlanmıştır .
Dünya Meteoroloji Örgütü’nün standart aracı haline gelmişlerdir ve Uluslararası ISO 9060 standardı kapsamındadırlar. Bu tür cihazlar, İsviçre’deki Dünya Radyasyon Merkezi tarafından sağlanan Dünya Radyometrik Referans kullanılarak kalibre edilme eğilimindedir.
Piranometreler genellikle aşağıdaki ana bileşenlerden oluşur:
Seri olarak termokupllardan yapılmış ve güneş emici bir malzeme ile kaplanmış bir sensör olan bir termopil.
Cihaza girebilecek ışığın dalga boylarını sınırlandırmak için bir cam kubbe. Ayrıca termopili rüzgar, yağmur ve konveksiyondan korur.
Yayılmış radyasyonu ölçen ve yüzeyden ışın radyasyonunu bloke eden bir Occulting disk
Bu cihazlar normalde pasiftir ve herhangi bir güç kaynağına ihtiyaç duymaz. Modern elektronik piranometreler ise az miktarda elektrik girişi gerektirir.
Ceilometer bulut yüksekliğini hesaplayabilir
Ceilometreler , bulutların veya bulut tabanlarının yüksekliğini belirlemek için lazerleri veya diğer ışık kaynaklarını kullanan cihazlardır, ayrıca bulut kalınlığını belirlemek için de kullanılabilir. Atmosferdeki aerosol konsantrasyonlarını ve volkanik külü belirlemeye yönelik uygulamaları da vardır.
İki genel biçimde gelirler
Optik tamburlu tavan ölçerler, bulutların tabanına yansıtılan bir ışık noktasından bulut yüksekliğini belirlemek için üçgenleme kullanır. Bunlar genellikle dönen bir projektör, detektör ve kayıt cihazından oluşur.
Lazer sosyometreler, aynı konumda dikey olarak hizalanmış bir lazer ve lidar alıcıdan oluşur. Yansıyan ışığın lidar alıcıya dönmesi için geçen süre, cihazın bulut örtüsü yüksekliğini belirlemesini sağlar. Bu teknoloji, havadaki her türlü partikül maddeden (toz, yağmur, duman vb.) Etkilenebileceği için yanlış pozitiflere de eğilimli olabilir.
Ceilometrelerin ayrıca, kendilerinden yayılan ışık huzmeleri nedeniyle yönlerini şaşırtıkları için kuşlar için ölümcül olduğu gösterilmiştir.
Kaydedilen en kötü tavan ölçer, lazer olmayan ışık huzmesi olayında, 1954’te bir gece Birleşik Devletler’deki Warner Robins Hava Kuvvetleri Üssü’nde 53 farklı türden yaklaşık 50.000 kuş öldü
