Meteorologiese instrumentasie

Meteorologiese instrumente (of weerinstrumente), insluitend meteorologiese sensors (weersensors), is die toerusting wat gebruik word om die toestand van die atmosfeer op 'n gegewe tydstip te vind. Elke wetenskap het sy eie unieke stelle laboratoriumtoerusting. Meteorologie is egter 'n wetenskap wat nie veel laboratoriumtoerusting gebruik nie, maar meer staatmaak op waarneming op die terrein en afstandwaarnemingstoerusting.

Gereelde, akkurate waarnemingsmetodes is 'n basiese vereiste by sowel die meteorologie as die klimatologie. Instrumente (met inbegrip van vuurpyle en satelliete) word gebruik om hierdie waarnemings mee te doen. Die graad van bewolktheid van die lug, dit wil sê die gedeelte van die lug wat met wolke bedek is, word steeds visueel geskat. Dit word in agtstes aangegee (byvoorbeeld: die lug is ⅜ bedek).

Die tipe wolk word met behulp van die Wolke-atlas van die Internasionale Meteorologiese Organisasie bepaal. Die atlas bevat foto's van alle bestaande wolktipes en hul variante, asook beskrywings en kodename. Die wolktipes word volgens hoogte, vorm en voorkoms, geklassifiseer, en drie vlakke word gebruik om wolkhoogte aan te dui: hoog (bokant 6 km), intermediêr (2 tot 6 km) en laag (laer as 2 km bokant die grondoppervlak). Wat voorkoms betref, word onderskeid gemaak tussen cirrus (hoë vlieswolke), stratus (eenvormige, uitgestrekte wolklae) en cumulus (individuele wolke wat vertikaal goed ontwikkel is).

Die wolkhoogte is die hoogte van die onderkant van die wolk bokant die grondoppervlak. Voorheen is hierdie hoogte geskat op grond van die algemeen bekende hoogtes van die verskillende tipes wolke, maar deesdae word dit ook met instrumente bepaal. As die lug bykans heeltemal oortrek is, kan die hoogte van die wolke met behulp van 'n gidsballon gemeet word. As die ballon se stygsnelheid bekend is, kan die hoogte van die wolk bereken word deur die tydsverloop te meet vandat die ballon losgelaat is totdat dit in die wolke verdwyn.

Driehoeksmeting is 'n ander metode waarmee die hoogte gemeet word: 'n Ligkol word met 'n vertikale ligstraal teen die onderkant van die wolk gewerp. Die hoek wat die ligpunt met die horison vorm, word van 'n punt 'n paar honderd meter verder gemeet en so kan die hoogte dan bereken word. Die sig is voorheen bepaal met behulp van geskikte bakens ('n kerktoring of ander gebou in die dag en 'n ligbron in die nag) wat op ŉ bekende afstand geleë was.

ŉ Eenvoudige instrument, wat bestaan uit 'n lamp wat 'n ligstraal op ŉ fotoëlektriese sel op 'n bekende afstand van die lamp gooi, word deesdae gebruik. Die sterkte van die lig wat op die set inval, gee 'n meting van die sig tussen die bron en die ontvangstoestel. Temperatuur word met ŉ termometer gemeet. Die kwiktermometer word algemeen gebruik en dit word gewoonlik so opgestel dat sonstrale nie direk daarop val nie. Dit mag ook nie nat word nie, want verdampende vog onttrek warmte uit die termometer en 'n laer lesing sal dan aangedui word.

Om hierdie redes word die termometer in 'n spesiale kas, die Stevenson skerm, geplaas. Die kas is van hout gemaak en het wit geverfde hortjies wat soos dakpanne (met spasies tussenin) oormekaar pas, sodat die lug kan sirkuleer maar geen reën of sonstrale die kas kan binnedring nie. Metings word altyd gedoen op 'n standaardhoogte van 1,5 m bo die grondoppervlak.

As 'n onafgebroke temperatuurmeting geneem moet word, word elektriese of bimetaaltermometers gebruik. Die instrument word ŉ termograaf of 'n selfregistrerende termometer genoem. Hierdie termometer werk op die beginsel dat die elektriese weerstand van ŉ metaal of 'n halfgeleier volgens die temperatuur daarvan wissel. Die bimetaaltermometer bestaan uit ŉ geboë staat van twee metale met verskillende uitsettingskoëffisiënte.

As die temperatuur verander, buig die metaalstrook. Die twee metale is teen mekaar gemonteer en is aan die een kant aan die instrument vas en aan die ander kant verbind aan ŉ hefboomstelsel wat enige beweging van die staaf aandui. Dit word dan op spesiale grafiekpapier op ŉ roterende trommel aangeteken. Die voordeel van hierdie apparaat is dat die lesing as 'n elektriese impuls na 'n rekenaar of na die weerstasie gesein kan word, terwyl die gewone termometer se lesings lokaal geneem moet word.

Lugdruk word met 'n barometer gemeet. By weerstasies is die kwikbarometer die gebruiklikste apparaat. Dit bestaan uit 'n glasbuis, wat aan die een kant toe is. Die buis word met kwik gevul en dan onderstebo in 'n bak kwik geplaas, sodat die oop kant van die buis onder die kwikoppervlak is. Die kwikkolom sak en 'n lugleegte word bo in die buis veroorsaak. Die buis kan gekalibreer word sodat die vlak van die kwik in die buis die lugdruk kan aantoon. Die metode is egter nie baie akkuraat nie omdat die kwikoppervlak in die bak (en daarmee die nul punt) ook verander namate die kwikkolom verander.

Die Fortin-barometer se kwikbak is verstelbaar en meer akkurate lesings is moontlik. Om 'n baie akkurate lugdrukmeting te doen, word die temperatuur van die kwik en die breedtegraad en hoogte (bo seespieël) van die betrokke weerstasie ook in ag geneem. Die aneroïedbarometer bestaan uit 'n lugleë metaaltrommeltjie wat op 'n basisplaat gemonteer is. Die lug oefen druk uit op die kante van die trommeltjie en enige verandering in die lugdruk sal die kante na binne of buite laat beweeg. Die beweging (net die boonste plaat van die trommeltjie word gewoonlik gebruik) word dan met hefbome vergroot en op 'n wyser oorgedra.

Die lesing kan ook op 'n papierstrook op 'n draaiende silinder genoteer word. Die aneroïedbarometer is nie so akkuraat soos die kwikbarometer nie, maar is meer hanteerbaar. Die lugvogtigheid of die humiditeit van die lug word deur ŉ psigrometer gemeet. Hierdie apparaat bestaan uit 'n kombinasie van 2 termometers, die sogenaamde natbol - en die droëboltermometers. Die droëboltermometer dui die gewone lugtemperatuur aan. Die natboltemperatuur se kwikbol is met katoenmateriaal oorgetrek en die punt daarvan hang tot binne-in ŉ houer met gedistilleerde water.

Die bol word dus voortdurend klam gehou. As onversadigde lug om die nat bol vloei, verdamp van die vog, hitte word uit die bol onttrek en die temperatuur van die kwik daal. Met die temperatuurverskil tussen die 2 termometers bekend, kan die relatiewe humiditeit van die lug met behulp van spesiale tabelle bepaal word. Die relatiewe humiditeit kan ook met 'n haarhigrometer bepaal word. Hare (waarvan die olie verwyder is) het die eienskap dat dit langer word wanneer die relatiewe humiditeit toeneem en korter wanneer dit afneem.

Die verskil in lengte van die hare word in die higrometer deur ŉ hefboommeganisme vergroot en na 'n wyser oorgedra wat die relatiewe humiditeit direk op 'n skaal aantoon. Haarbundels kan ook in ŉ higrograaf gebruik word om die verandering in humiditeit op ŉ papierstrook om 'n draaiende silinder te registreer. Haarhigrometers is egter nie so betroubaar soos psigrometers nie. Termograwe en higrograwe word ook in Stevenson skerms, geplaas om akkurate metings te verseker. Radiosondes word gebruik om die temperatuur, lugdruk en humiditeit in die hoër luglae te meet.

Die radiosondes word met lugballonne die lug in gestuur en die bewegings van die ballon verskaf inligting oor die windsnelheid en -rigting van die luglae waardeur die ballon styg. Voorheen moes die ballon met ŉ teleskoop dopgehou word, maar deesdae word radar hiervoor ingespan. Die radiosonde het ŉ sender wat deur 'n elektroniese skakelaar of roterende meganisme beurtelings aan die metingsapparaat van 'n termometer, higrometer en barometer gekoppel word. Honderde radiosondes is om die wêreld in werking, en lesings word 2 maal per dag geneem.

Windsnelheid word met behulp van 'n windsnelheidsmeter gemeet, gewoonlik 'n bakkiesanemometer. In hierdie stelsel word drie of vier bakkies so gemonteer dat hulle soos 'n windmeultjie draai wanneer die wind waai. Daar is min wrywing, en omdat die rotasiesnelheid van die windsnelheid afhang, kan die gemiddelde windsnelheid uit die aantal omwentelinge per tydseenheid bereken word. Volgens ŉ nasionale ooreenkoms word windsnelheid op 'n hoogte van 10 m bokant die grond gemeet.

Op see word die windsterkte geskat en uitgedruk in waardes van 0 tot 12 op die Beaufortskaal. Reënval word met reënmeters of pluviometers gemeet. Die meter bestaan uit 'n tregter met ŉ bepaalde opvangarea (127 mm of 203 mm) en 'n bak waarin die reën opgevang word. Die neerslag word in 'n meetglas gemeet. Hael of sneeu word gemeet nadat dit gesmelt is. In Suid-Afrika word die reënval in millimeter gemeet. Die pluviograaf (outomatiese reënmeter) gee onafgebroke reënval lesings op 'n papier wat om 'n trommel wentel.

Die tye waarop die reën geval het, word ook hierop aangedui. Die water in die bak word outomaties gedreineer wanneer 25 mm reën opgevang is. Die duur van sonskyn per dag word met 'n sonskynmeter gemeet. Dit bestaan uit 'n raamwerk waarin 'n groot glasbol wat op dieselfde prinsiep as 'n lens werk, vasgeklamp is, en uit 'n spesiale soort papier waarop uurverdelings aangebring is. Terwyl die son skyn, word die strale deur die glasbol in ŉ brand punt gekonsentreer, en namate die son beweeg, word ŉ "brandspoor" op die papier agtergelaat.

Die presiese sonskynure kan daarvan afgelees word. 'n Ander metode waarop sonskyn gemeet kan word, is met behulp van 'n fotoëlektriese sel. Die hoeveelheid en duur van die sonskyn word deur 'n elektriese sein geregistreer.

 Vuurpyle en satelliete 
Hoogs gesofistikeerde metodes word aangewend om meteorlogiese metings en waarnemings met behulp van vuurpyle en satelliete te doen. Vuurpyle word gebruik vir metings bokant 30 km, die maksimum hoogte vir radiosondes. Weersatelliete is oorspronklik veral vir die fotografering van wolkmassas gebruik, asook vir die opsporing van tropiese siklone.

Tussen 1960 en 1973 is 10 van hierdie Tiros-tipe satelliete gelanseer. Weersatelliete gebruik deesdae die APT –stelsel (Automatic Picture Transmission outomatiese beeldsending) en dit is redelik eenvoudig vir enige land om regstreekse meteorologiese inligting van 'n satelliet af te ontvang. Ander tipes satelliete wat gebruik word, is die Essa en Nimbus, wat hoofsaaklik gebruik word vir navorsing oor straling in die atmosfeer.

 Bronnelys 
 Wêreldspektrum, 1982, , volume 18, bl. 172

Kategorie:Meteorologie
Kategorie:Klimatologie