ایستگاه هواشناسی

قبل از هر چیز تعاریف کلی:
ایستگاه سینوپتیک

ایستگاه سینوپتیک یا هوا شناسی محلی است که دستگاههای هواشناسی در آن قرار میگیرند که به پلاتفورم معروف است و ابعاد آن ۲۶*۲۶ متر است ودرب ورودی آن معمولا به سمت شمال باز می شود که ارتفاع دستگا هها به ترتیب بلند ترین دستگاه از شمال و کوتاهترین دستگاه در قسمت جنوبی این بخش قرار دارد.دستگاههای مورد استفاده در ایستگاه هواشناسی به ۲ دسته تقسیم میشوند :

۱- ثبات :که بطور اتوماتیک پارامترهای جدید را بر روی کاغذهای مخصوص ثبت میکند .

۲- غیر ثبات

یک نمونه از دستگاههای ثبات که ارتفاع آن ۱۰ متر از سطح زمین است و به آن بادسنج الکتریکی میگویند که از ۳سه قسمت تشکیل شده است : ۱_ قسمت فنجانها که نشان دهنده سرعت باد است و حول خودش میچرخد ۲_ پیکان یا جهت نما که جهت باد را نشان میدهد . ۳_ قطعه ای که اطلاعات را به اندیکاتور نتقال داده و توسط سیستم محاسبه میشوند . یک میله (L) مانند در بالای این باد سنج قرار دارد که به برق گیر معروف است (گرفتن تشعشعات هنگام رعد و برق) . باد سنج دیگری وجود دارد که کار این دستگاه همانند قبلی است با این تفاوت که این دستگه بصورت مکانیکی است و از سه قسمت تشکیل شده است : ۱_ فنجانها ۲_پیکان جهت نما :که نشان دهنده جهت باد است ۳_ یک ربع دایره مانند که روی آن درجه بندی شده است و هر درجه نشانگر مقدارسرعت باد است .

دماسنج خشک (معمولی): برای اندازه گیری دمای هوا در شرایط موجود استفاده می شود و معمولا از نوع جیوه ای است. در مناطق بسیار سرد از دماسنج الکلی استفاده می شود. در ایستگاههای ساحلی و دریایی دمای آب نیز اندازه گیری می شود.

۲- دماسنج تر: این دماسنج برای اندازه گیری دمای هوا در شرایط شبیه سازی رطوبت نسبی ۱۰۰% استفاده می شود. برای این کار از یک فیتیله نخی (موسیلین) استفاده می شود که یک سر آن دور مخزن دماسنج قرار می گیرد و سر دیگر آن داخل یک ظرف آب. با این کار رطوبت هوا در اطراف مخزن دما سنج به %۱۰۰ می رسد و دمای مشاهده شده دمای هوا با رطوبت اشباع است. از مقایسه دماسنج خشک و تر می توان رطوبت نسبی هوا را تعیین کرد. در دماهای بالای صفر، دمای تر همواره کمتر از دمای خشک خواهد بود اما در دماهای زیر صفر و رطوبت بالا ممکن است دمای تر بیشتر از دمای خشک شود. در دماهای زیر صفر آب در اطراف دماسنج تر یخ می زند و از آنجا که فشار بخار یخ از فشار بخارآب کمتر است مقداری از بخار آب موجود در هوا روی موسیلین می نشیند و گرمای نهان آزاد شده ناشی از آن باعث بالا رفتن دمای تر خواهد شد. توجه به این نکته ضروری است که برای بدست آوردن نتیجه درست، دماسنج تر و دماسنج خشک باید دقیقا یکسان باشند.

۳- دماسنج حداکثر: این دماسنج برای ثبت بالاترین دمایی است که در محل اتفاق می افتد. در این دماسنج در نزدیک مخزن یک خمیدگی وجود دارد؛ زمانی که دما درحال افزایش است جیوه از سمت مخزن و با فشار ازخمیدگی عبور کرده و بالا می رود اما زمانی که دما شروع به کاهش کرد این خمیدگی مانع از برگشتن جیوه به داخل مخزن شده و در همان حال باقی می ماند. برای این که در برگشت، جیوه در اثر فشار وزن خود از خمیدگی عبور نکند این دماسنج را به صورت افقی و با زاویه ۵ درجه قرار می دهند. پس از قرائت و ثبت دما برای تنظیم مجدد، دماسنج را چند بار به شدت تکان می دهند تا جیوه به مخزن برگردد و دماسنج با دمای محیط یکسان شود.

۴- دماسنج حداقل : این دماسنج برای ثبت پایین ترین دمایی است که اتفاق می افتد. در داخل ستون مایع این دماسنج که معمولا الکلی است یک شاخص سوزنی شکل قرار دارد که یک سمت آن کمی تخت است و به سمت سطح الکل قرار می گیرد. زمانی که دما کاهش می یابد کشش سطحی الکل شاخص را همراه خود پایین می آورد و زمانی که دما افزایش یافت سطح الکل از سطح شاخص جدا شده و الکل از کنار شاخص عبور می کند و شاخص در جای خود باقی می ماند. برای این که شاخص در اثر وزن خود جابه جا نشود این دماسنج به صورت کاملا افقی قرار می گیرد.

این چهار نوع دماسنج در جعبه ای مشبک و چوبی و به رنگ سفید در ارتفاع ۲ متری از سطح زمین قرار می گیرند تا از تابش مستقیم نور خورشید و جریانات شدید هوا دور باشند.

دماسنج عمق خاک : دراین دماسنج ها، مخزن در زیر خاک و در عمق مورد نظر قرار می گیرد اما قسمت مدرج آن بالای سطح خاک قرار می گیرد. کاربرد این دماسنج ها در مقاصد کشاورزی و تعیین بهترین زمان کاشت محصولات مختلف است. به صورت استاندارد، دمای خاک در عمقهای ۵ و ۱۰ و ۲۰ و ۳۰ و ۵۰ و ۱۰۰ سانتیمتر اندازه گیری می شود.

۶- دماسنج حداقل سطح خاک : این دماسنج از نظر ساختمان کاملا شبیه دماسنج حداقل است و فقط این دماسنج در هوای آزاد و ارتفاع ۵ سانتیمتری سطح زمین قرار می گیرد.

رطوبت نگار:

جزای دستگاه :
۱- بدنه ( فلزی و یا پلاستیکی )
۲- حسگر رطوبت ( تار موی انسان بصورت سری چند تایی)
۳- ساعت چرخنده و گراف درجه بندی شده ( روزانه – هفتگی – ماهیانه )
۴- اهرم و محور های انتقال دهنده مقادیر اندازه گیری شده
۵- بازوی قلم و سر قلم ( ماژیکی ویا جوهر )
محل استقرار رطوبت نگار در سمت راست داخل پناهگاه هواشناسی ( جعبه اسکرین ) می باشد عنصر حساس این دستگاه از یک سری تار های مو
( موی انسان ،هر کدام ۵۰تا۶۰رشته تار مو)تشکیل شده که این تارهای مو در مقابل رطوبت تغییر طول می دهند . این تغییر طول بوسیله یک سیستم اهرمی تقویت شده و بر روی کاغذ مدرجی (که در این ایستگاه برحسب عرض جغرافیائی ۶تا۳۸درجه شمالی درجه بندی شده است )که بدور استوانه گردان قرار دارد میزان رطوبت هوا را بر حسب درصد رسم می کند .عیب عمده این دستگاه این هست که فواصل درجه بندی رطوبت نسبی بر روی کاغذ مدرج بعلت تغییرات لگاریتمی مو ، خطی نمی باشد . دقت اندازه گیری دستگاه به تنظیم بودن صفر دستگاه و تمیز بودن مو بستگی دارد یکی از دلایلی که صفر دستگاه را تغییر می دهد این است که برای مدت زمان زیادی در آب و هوای خشک قرار گرفته باشد نکته ای که همیشه هنگام کار کردن با دستگاه بایستی رعایت نمود این است که هرگز نباید موی رطوبت نگار را با دست لمس نمود.
استفاده از رطوبت در هواشناسی و نقش آن در مطالعات و تحقیقات علمی :
۱- در کشاورزی( ازدیاد جمعیت آفات نباتی و تقسیم بندی روز های سال بر اساس رطوبت)
۲- در صنایع (خوردگی فلزات بر اثر ترکیب با گاز های آلوده کننده در جو و تولید اسید)
۳-در سد سازی ( محاسبه احتمال حد اکثر بارندگی)
۴-در آلودگی هوا ( ترکیب بخار آب با گاز های آلوده کننده و تولید بارانهای اسیدی وایجاد دودمه)
۵ -در پیش بینی آتش سوزی جنگلها ( کاهش رطوبت از یک حد معیین و وزش باد گرم)
۶- در کاربردهای اقلیمی ( تقسیم بندی اقلیم و تعیین شاخص راحتی بشر)
۷- در تعدیل دمای اتمسفر ( حالت گلخانه ای بخار آب و جذب بعضی از طول موجهای بلند زمینی)
۸-در سلامت پرواز ( در سطح زمین تشکیل مه و کاهش دید و در ارتفاعات موجب تغییر شکل آئرودینامیکی بدنه هواپیما در اثر یخبندان)
۹- در تبدیل فشار QFF به فشار QFE
10-در جبهه گذاری روی نقشه های پیش بینی هوا
در سرویسهای هواشناسی برای اندازه گیری رطوبت از تجهیزات دیگری نیز استفاده می شود که به برخی از آنها اشاره می شود
- رطوبت سنج مویی که فقط میزان رطوبت جو را در همان لحظه نشان می دهد
- رطوبت سنج دیجیتالی که حسگر حساس آن می تواند نوعی مقاوت باشد که در اثر تغییرات میزان رطوبت مقدار مقامت در مدار تغییر و اندازه تغییرات بر حسب درصد رطوبت نشان داده شود.
- حسگر رطوبت در ایستگاههای اتوماتیک هواشناسی از نوع خازنی
- محاسبه رطوبت جو از طریق محاسباتی و با استفاده از سایکرومتر طبیعی یا مصنوعی و مقایسه دو دمای تر و خشک از طریق جداول مخصوص بدست می آید
رطوبت سنج مویی : وسیله ای برای اندازه گیری لحظه ای رطوبت هوا برحسب درصد
اجزای دستگاه :
۱-بدنه دستگاه
۲- حسگر مو (تار موی انسان بصورت سری چند تایی)
۳-پیچ تنظیم
۴- صفحه درجه بندی شده و عقربه
دما و رطوبت سنج دیجیتالی دستی وسیله ای قابل حمل و نقل مخصوص اندازه گیری لحظه ای برای مقا یسه با ادوات دیگر و بدست آوردن حدود تغییرات و قابلیت اتصال به رایانه با استفاده از نرم افزار

فتاب نگار

اندازه گیری تابش خورشید: خورشید یکی از منابع اصلی و بزرگ برای کره خاکی بوده و بطور مستقیم ویا غیر مستقیم روی فعل و انفعالات پدیده های فیزیکی آن مؤثر می باشد ، تابش خورشید در رشد نباتات و زندگی انسان وحیوانات نقش بسیار مهمی داشته و در کشاورزی وصنعت بوجود نور بیش از پیش احتیاج پیدا می شود در سازمانهای مختلف هواشناسی جهان از جمله شبکه هواشناسی کشور ما معمولاً از دونوع وسیله برای اندازه‌گیری تابش خورشید استفاده می شود دسته اول آن سری از دستگاههایی می باشند که فقط مدت تابش خورشید را ثبت می کنند وبنام آفتاب نگار(SUNSHINE RECORDER) معروفند ودسته دوم دستگاههایی هستند که مقدار شدت تشعشع خورشید را اندازه گیری وثبت می کنند .در اینجا با ساختمان ، طرز کار ونحوه بهره برداری از آفتاب نگار آشنا خواهیم شد.

آفتاب نگار SUNSHINE RECORDER

طول مدت آفتابی بوسیله دستگاهی به نام آفتاب نگار تعیین می شود . این دستگاه قادر است فواصل زمان‌هایی را که در آن فواصل خورشید می درخشد بر روی کارت های مخصوص ثبت نماید این وسیله نخستین بار توسط کمپیل استوکس ساخته شده است.دستگاه مذکور تشکیل شده است ازیک محفظه شیشه‌ای کروی محتوی آب که خود محفظه در داخل یک کاسه چوبی قرار دارد محفظه شعاعهای نورانی خورشید را شبیه به یک عدسی جمع کرده و روی جدار داخلی کاسه چوبی می اندازد چوب در اثر اشعه متمرکز شده و حرارت حاصله خورشید سوخته وبتدریج خطی در روی جداره چوب کشیده می شود .

این دستگاه بتدریج تکمیل گردیده و بصورت امروزی در آمده است ، بجای کره آبی از یک کره کریستال (عدسی کروی) با قطر تقریبی ۹ سانتی متر وکاملا یکنواخت استفاده شده ویک نیم کره فلزی ناقص با قطر حدود ۱۴۰ سانتی متر جانشین کاسه چوبی گردیده است در نیم کره فلزی ناقص مذکور شیارهای مخصوص تعبیه شده که کارت های آفتاب نگار(RECORD CARDS) برای فصول مختلف سال را در آنها قرار می دهند اشعه نورانی خورشید پس از تابیدن بر روی کره کریستالی از آن عبور کرده ودر پشت آن در یک نقطه روی کارت آفتاب نگار جمع می شود کارت مذکور در اثر گرمای حاصله داغ شده و می‌سوزد ، کره کریستالی (عدسی کروی) بوسیله دو عدد پیچ در امتداد قطر خود روی پایه فلزی که شعاع انحنای آن هم مرکز با کره مذکور می باشد قرار گرفته است . کره کریستالی همراه با پایه فلزیدر ارتفاع ۵/۱متریاز سطح زمین ویک کمان مدرج که بر روی سطح پایه قرار گرفته اند قابل حرکت وتنظیم می باشد (کمان مذکور بر حسب عرض جغرافیایی درجه بندی گردیده است) این سطح بوسیله سه عدد قابل تنظیم وبطور افقی روی پایه مربوطه محکم میگردد.

آفتاب نگار وسیله ایست که برای اندازه گیری مدت زمان تابش آفتاب در آسمان مورد استفاده قرار می گیرد. این وسیله تشکیل شده از یک گوی شیشه ای که عملکردی مانند ذره بین دارد و اشعه آفتاب را روی صفحه ای که در پشت آن قرار دارد متمرکز می کند. روی این صفحه سه شیار مختلف قرار دارد که نوارهای کاغذی

( کارت آفتاب نگار ) درون آنها قرار می گیرد و زمانی که خورشید درحال تابش باشد این نوارها را با خط نازکی می سوزاند و در پایان روز با اندازه گیری قسمتهای سوخته می توان به مدت زمانی که خورشید در آسمان تابیده است پی برد. +

این وسیله رو به جنوب و به صورت کاملا تراز افقی و در ارتفاع ۱٫۵ متری نصب شده و سپس متناسب با عرض جغرافیایی محل نصب تنظیم می گردد. با توجه به این که در طول سال زاویه تابش خورشید و طول روز تغییر می کند از گرافهای متفاوتی استفاده می شود . در بهار و تابستان (۱۲ آوریل تا ۲ سپتامبر) از گرافهای قوس بلند در پایین ترین شیار؛ در یک ماه اواخر شهریور تا اواسط مهر همچنین اواخر اسفند تا اواسط فروردین (۱ مارس تا ۱۱ آوریل و ۳ سپتامبر تا ۱۴ اکتبر) از گرافهای مستقیم و در شیار میانی و در پاییز و زمستان (۱۵ اکتبر تا آخر فوریه ) از گرافهای قوس کوتاه و در شیار بالایی استفاده می شود.

برای اندازه گیری انواع بارشها از باران سنج و باران نگار استفاده می شود.
اینها ابزارهای ساده ای هستند که به شما اجازه می دهند با دقت ۰٫۱ میلیمتر مقدار بارندگی را اندازه بگیرید. شما از هر ظرفی می توانید برای اندازه گیری مقدار بارندگی استفاده کنید اما دقت شما نمی تواند تا این حد دقیق باشد چرا که در بارشهای کم کار اندازه گیری بسیار سخت خواهد بود بنابراین شما باید دقت اندازه گیری را بالا ببرید. برای این کار می توانید از تکنیک ساده زیر استفاده کنید.از یک قیف جمع آوری استفاده کنید و آب حاصل از بارندگی را به ظرفی هدایت کنید که سطح آن ۰٫۱ سطح قیف شما باشد با این کار شما دقت اندازه گیری خود را ۱۰ برابر کرده اید. یعنی اگر در ظرف شما یک سانتی متر باران جمع شد یعنی فقط یک میلیمتر باران باریده است. 

تشت تبخیر

یکی از عوامل محیطی بسیار مهم در هر منطقه میزان تبخیر آب در آنجا است . در هواشناسی هم اندازه گیری میزان تبخیر در طول شبانه روز از اهمیت بالایی برخوردار است. برای این منظور روشهای متفاوتی وجود دارد که در ایران از تشت تبخیر مدل آمریکایی استفاده می کنند.

تشت را تا حد معینی از آب پر می کنیم ( تا میزان صفر شاخص) و پس از ۱۲ ساعت یا ۲۴ ساعت (بسته به استاندارد کشور) مقدار آب تبخیر شده را اندازه گیری می نماییم. میزان تبخیر به سه عامل عمده بستگی دارد: رطوبت هوا، دمای آب که ناشی از دمای هوا، تابش آفتاب و سرعت تبخیر است و میزان وزش باد. واضح است که هرچه رطوبت هوا کمتر باشد میزان تبخیر بیشتر است، هرچه دمای آب بیشتر باشد میزان تبخیر بیشتر است و هرچه وزش باد بیشتر باشد مقدار تبخیر بیشتر خواهد بود.

قطر داخلی تشت ۴۷٫۵ اینچ و عمق آن ۱۰ اینچ است. در داخل تشت تبخیر یک استوانه فلزی قرار می گیرد که شاخص اندازه گیری را درون آن قرار می دهند. به این استوانه چاهک ساکن کننده می گویند و ارتفاع آن ۱۲ اینچ و قطر آن ۴ اینچ است، قسمت زیر این استوانه سوراخی دارد تا آب داخل وبیرون آن مرتبط بوده و سطح آب یکی باشد، این استوانه از نوسانات و موجهای سطحی آب جلو گیری می کند تا اندازه گیری دقیق تر باشد. روی تشت را نیز با یک توری سیمی می پوشانند تا پرندگان یا جانوران از آن آب نخورند و از افتادن اجسام به داخل تشت نیز جلوگیری می کند. در کنار تشت یک دستگاه باد سنج شمارنده نیز قرار می گیرد تا میزان وزش باد در طول مدت مورد نظر مشخص شود. علاوه بر این ها یک دماسنج حداقل و حداکثر هم به صورت شناور درون تشت قرار می گیرد تا کمترین و بیشترین دمای سطحی آب در طول این مدت مشخص گردد.