ايستگاه هواشناسی

قبل از هر چیز تعاریف کلی:
ايستگاه سينوپتيک

ايستگاه سينوپتيک يا هوا شناسي محلي است كه دستگاههاي هواشناسي در آن قرار ميگيرند كه به پلاتفورم معروف است و ابعاد آن 26*26 متر است ودرب ورودي آن معمولا به سمت شمال باز مي شود كه ارتفاع دستگا هها به ترتيب بلند ترين دستگاه از شمال و كوتاهترين دستگاه در قسمت جنوبي اين بخش قرار دارد.دستگاههاي مورد استفاده در ايستگاه هواشناسي به 2 دسته تقسيم ميشوند :

1- ثبات :كه بطور اتوماتيك پارامترهاي جديد را بر روي كاغذهاي مخصوص ثبت ميكند .

2- غير ثبات

يك نمونه از دستگاههاي ثبات كه ارتفاع آن 10 متر از سطح زمين است و به آن بادسنج الكتريكي ميگويند كه از 3سه قسمت تشكيل شده است : 1_ قسمت فنجانها كه نشان دهنده سرعت باد است و حول خودش ميچرخد 2_ پيكان يا جهت نما كه جهت باد را نشان ميدهد . 3_ قطعه اي كه اطلاعات را به انديكاتور نتقال داده و توسط سيستم محاسبه ميشوند . يك ميله (L) مانند در بالاي اين باد سنج قرار دارد كه به برق گير معروف است (گرفتن تشعشعات هنگام رعد و برق) . باد سنج ديگري وجود دارد كه كار اين دستگاه همانند قبلي است با اين تفاوت كه اين دستگه بصورت مكانيكي است و از سه قسمت تشكيل شده است : 1_ فنجانها 2_پيكان جهت نما :كه نشان دهنده جهت باد است 3_ يك ربع دايره مانند كه روي آن درجه بندي 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.

2- دماسنج تر: این دماسنج برای اندازه گیری دمای هوا در شرایط شبیه سازی رطوبت نسبی 100% 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 %100 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.

3- 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 5 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.

4- 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 2 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 5 و 10 و 20 و 30 و 50 و 100 سانتیمتر اندازه گیری می شود.

6- دماسنج حداقل سطح خاک : این دماسنج از نظر ساختمان کاملا شبیه دماسنج حداقل است و فقط این دماسنج در هوای آزاد و ارتفاع 5 سانتیمتری سطح زمین قرار می گیرد.

رطوبت نگار:

جزاي دستگاه :
1- بدنه ( فلزي و يا پلاستيكي )
2- حسگر رطوبت ( تار موي انسان بصورت سري چند تايي)
3- ساعت چرخنده و گراف درجه بندي شده ( روزانه – هفتگي – ماهيانه )
4- اهرم و محور هاي انتقال دهنده مقادير اندازه گيري شده
5- بازوي قلم و سر قلم ( ماژيكي ويا جوهر )
محل استقرار رطوبت نگار در سمت راست داخل پناهگاه هواشناسي ( جعبه اسكرين ) مي باشد عنصر حساس اين دستگاه از يك سري تار هاي مو
( موي انسان ،هر کدام ۵۰تا۶۰رشته تار مو)تشكيل شده كه اين تارهاي مو در مقابل رطوبت تغيير طول مي دهند . اين تغيير طول بوسيله يك سيستم اهرمي تقويت شده و بر روي كاغذ مدرجي (که در این ایستگاه برحسب عرض جغرافیائی ۶تا۳۸درجه شمالی درجه بندی شده است )كه بدور استوانه گردان قرار دارد ميزان رطوبت هوا را بر حسب درصد رسم مي كند .عيب عمده اين دستگاه اين هست كه فواصل درجه بندي رطوبت نسبي بر روي كاغذ مدرج بعلت تغييرات لگاريتمي مو ، خطي نمي باشد . دقت اندازه گيري دستگاه به تنظيم بودن صفر دستگاه و تميز بودن مو بستگي دارد يكي از دلايلي كه صفر دستگاه را تغيير مي دهد اين است كه براي مدت زمان زيادي در آب و هواي خشك قرار گرفته باشد نكته اي كه هميشه هنگام كار كردن با دستگاه بايستي رعايت نمود اين است كه هرگز نبايد موي رطوبت نگار را با دست لمس نمود.
استفاده از رطوبت در هواشناسي و نقش آن در مطالعات و تحقيقات علمي :
1- در كشاورزي( ازدياد جمعيت آفات نباتي و تقسيم بندي روز هاي سال بر اساس رطوبت)
2- در صنايع (خوردگي فلزات بر اثر تركيب با گاز هاي آلوده كننده در جو و توليد اسيد)
3-در سد سازي ( محاسبه احتمال حد اكثر بارندگي)
4-در آلودگي هوا ( تركيب بخار آب با گاز هاي آلوده كننده و توليد بارانهاي اسيدي وايجاد دودمه)
5 -در پيش بيني آتش سوزي جنگلها ( كاهش رطوبت از يك حد معيين و وزش باد گرم)
6- در كاربردهاي اقليمي ( تقسيم بندي اقليم و تعيين شاخص راحتي بشر)
7- در تعديل دماي اتمسفر ( حالت گلخانه اي بخار آب و جذب بعضي از طول موجهاي بلند زميني)
8-در سلامت پرواز ( در سطح زمين تشكيل مه و كاهش ديد و در ارتفاعات موجب تغيير شكل آئروديناميكي بدنه هواپيما در اثر يخبندان)
9- در تبديل فشار QFF به فشار QFE
10-در جبهه گذاري روي نقشه هاي پيش بيني هوا
در سرويسهاي هواشناسي براي اندازه گيري رطوبت از تجهيزات ديگري نيز استفاده مي شود كه به برخي از آنها اشاره مي شود
– رطوبت سنج مويي كه فقط ميزان رطوبت جو را در همان لحظه نشان مي دهد
– رطوبت سنج ديجيتالي كه حسگر حساس آن مي تواند نوعي مقاوت باشد كه در اثر تغييرات ميزان رطوبت مقدار مقامت در مدار تغيير و اندازه تغييرات بر حسب درصد رطوبت نشان داده شود.
– حسگر رطوبت در ايستگاههاي اتوماتيك هواشناسي از نوع خازني
– محاسبه رطوبت جو از طريق محاسباتي و با استفاده از سايكرومتر طبيعي يا مصنوعي و مقايسه دو دماي تر و خشك از طريق جداول مخصوص بدست مي آيد
رطوبت سنج مويي : وسيله اي براي اندازه گيري لحظه اي رطوبت هوا برحسب درصد
اجزاي دستگاه :
1-بدنه دستگاه
2- حسگر مو (تار موي انسان بصورت سري چند تايي)
3-پيچ تنظيم
4- صفحه درجه بندي شده و عقربه
دما و رطوبت سنج ديجيتالي دستي وسيله اي قابل حمل و نقل مخصوص اندازه گيري لحظه اي براي مقا يسه با ادوات ديگر و بدست آوردن حدود تغييرات و قابليت اتصال به رايانه با استفاده از نرم افزار

فتاب نگار

اندازه گيري تابش خورشيد: خورشيد يكي از منابع اصلي و بزرگ براي كره خاكي بوده و بطور مستقيم ويا غير مستقيم روي فعل و انفعالات پديده هاي فيزيكي آن مؤثر مي باشد ، تابش خورشيد در رشد نباتات و زندگي انسان وحيوانات نقش بسيار مهمي داشته و در كشاورزي وصنعت بوجود نور بيش از پيش احتياج پيدا مي شود در سازمانهاي مختلف هواشناسي جهان از جمله شبكه هواشناسي كشور ما معمولاً از دونوع وسيله براي اندازه‌گيري تابش خورشيد استفاده مي شود دسته اول آن سري از دستگاههايي مي باشند كه فقط مدت تابش خورشيد را ثبت مي كنند وبنام آفتاب نگار (SUNSHINE RECORDER) معروفند ودسته دوم دستگاههايي هستند كه مقدار شدت تشعشع خورشيد را اندازه گيري وثبت مي كنند .در اينجا با ساختمان ، طرز كار ونحوه بهره برداري از آفتاب نگار آشنا خواهيم شد.

آفتاب نگار SUNSHINE RECORDER

طول مدت آفتابي بوسيله دستگاهي به نام آفتاب نگار تعيين مي شود . اين دستگاه قادر است فواصل زمان‌هايي را كه در آن فواصل خورشيد مي درخشد بر روي كارت هاي مخصوص ثبت نمايد اين وسيله نخستين بار توسط كمپيل استوكس ساخته شده است.دستگاه مذكور تشكيل شده است ازيك محفظه شيشه‌اي كروي محتوي آب كه خود محفظه در داخل يك كاسه چوبي قرار دارد محفظه شعاعهاي نوراني خورشيد را شبيه به يك عدسي جمع كرده و روي جدار داخلي كاسه چوبي مي اندازد چوب در اثر اشعه متمركز شده و حرارت حاصله خورشيد سوخته وبتدريج خطي در روي جداره چوب كشيده مي شود .

اين دستگاه بتدريج تكميل گرديده و بصورت امروزي در آمده است ، بجاي كره آبي از يك كره كريستال (عدسي كروي) با قطر تقريبي 9 سانتي متر وكاملا يكنواخت استفاده شده ويك نيم كره فلزي ناقص با قطر حدود 140 سانتي متر جانشين كاسه چوبي گرديده است در نيم كره فلزي ناقص مذكور شيارهاي مخصوص تعبيه شده كه كارت هاي آفتاب نگار(RECORD CARDS) براي فصول مختلف سال را در آنها قرار مي دهند اشعه نوراني خورشيد پس از تابيدن بر روي كره كريستالي از آن عبور كرده ودر پشت آن در يك نقطه روي كارت آفتاب نگار جمع مي شود كارت مذكور در اثر گرماي حاصله داغ شده و مي‌سوزد ، كره كريستالي (عدسي كروي) بوسيله دو عدد پيچ در امتداد قطر خود روي پايه فلزي كه شعاع انحناي آن هم مركز با كره مذكور مي باشد قرار گرفته است . كره كريستالي همراه با پايه فلزيدر ارتفاع ۵/۱متریاز سطح زمین ويك كمان مدرج كه بر روي سطح پايه قرار گرفته اند قابل حركت وتنظيم مي باشد (كمان مذكور بر حسب عرض جغرافيايي درجه بندي گرديده است) اين سطح بوسيله سه عدد قابل تنظيم وبطور افقي روي پايه مربوطه محكم ميگردد.

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 1.5 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 (12 آوریل تا 2 سپتامبر) از گرافهای قوس بلند در پایین ترین شیار؛ در یک ماه اواخر شهریور تا اواسط مهر همچنین اواخر اسفند تا اواسط فروردین (1 مارس تا 11 آوریل و 3 سپتامبر تا 14 اکتبر) از گرافهای مستقیم و در شیار میانی و در پاییز و زمستان (15 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 0.1 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 0.1 سطح قیف شما باشد با این کار شما دقت اندازه گیری خود را 10 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 12 ساعت یا 24 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 47.5 اینچ و عمق آن 10 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 12 اینچ و قطر آن 4 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.