Натали Мерчер может зябнуть уже от одной мысли о зиме, но остальным из нас для проверки прогноза не нужно кутаться, прежде чем выглянуть в окно. Погода — это просто состояние атмосферы, огромного газообразного слоя, окутывающего нашу планету. На неё влияют солнечная радиация, география и даже эффект городских тепловых островов. Измерение этих атмосферных явлений позволяет метеорологам делать обоснованные предположения о том, что произойдёт дальше.
Температура и атмосферное давление определяют циркуляцию воздуха. Тёплый воздух поднимается вверх, холодный опускается вниз. Это взаимодействие определяет образование облаков и ветровые паттерны. Мы используем термометры для отслеживания температуры и барометры для давления. Влажность — ещё один критический фактор. Гигрометр измеряет влажность, а осадкомеры количественно определяют количество осадков. Анемометр определяет направление и скорость ветра.
Вам не нужно профессиональное оборудование, чтобы быть в курсе событий. Современные беспроводные комнатно-уличные термометры связывают ваш гостиную с погодными условиями на улице.
Почему важна температура
Наша жизнь зависит от температуры. Она говорит нам, насколько сильно нужно отапливать дом, сколько времени готовить курицу, чтобы избежать пищевого отравления. Она помогает диагностировать лихорадку и решать, нужен ли шарф.
Классические ртутные термометры используют жидкости, которые расширяются или сжимаются при изменении температуры. Ртуть здесь распространена, потому что она сопротивляется кипению и замерзанию. При нагревании жидкость поднимается по герметичной трубке. Линии на стекле отмечают конкретные температуры.
Биметаллические термометры используют два соединённых металла, которые расширяются с разной скоростью при нагревании. Они часто встречаются в духовках или холодильниках, активируя электрические цепи при заданных значениях. Электрические термометры используют терморезисторы — крошечные компьютеризованные детали, которые изменяют электрическое сопротивление в зависимости от тепла.
Проблема традиционных установок заключается в их расположении. Термометр на вашей тумбочке показывает температуру в комнате, а не на веранде. Вы не можете измерить уличные условия из помещения без некоторой помощи.
Преимущество беспроводной связи
Беспроводные передатчики решают эту проблему. Беспроводной комнатно-уличный термометр позволяет проверять обе температуры, не вставая с постели. Устройство состоит из внутреннего блока и уличного датчика. Внешний датчик передаёт данные на основной дисплей. Он работает аналогично детскому монитору, получая сигналы из одного места и отображая их в другом.
Эти удалённые датчики обычно работают в радиусе 100 футов. Многие модели поддерживают дополнительные датчики для мониторинга нескольких зон. За примерно 20 долларов вы можете отслеживать температуру в гараже, подвале и во дворе. Всё, что вам нужно, — это свежие батарейки.
Больше не нужно вылезать из-под тёплого одеяла, чтобы проверить окно. Данные приходят к вам.
Устройства для прогнозирования погоды
Детективы восстанавливают картину прошлых преступлений. Метеорологи предсказывают будущие. Инструменты похожи, но ставки связаны не с алиби преступника, а с завтрашней поездкой на работу.
Мы уже рассмотрели термометры. Теперь давайте посмотрим на остальное оборудование для сбора улик. Как именно эти устройства измеряют то, что происходит в воздухе?
Измерение веса атмосферы
Барометры не просто гадают. Они измеряют атмосферное давление с помощью стеклянной трубки и ртути. Это простая конструкция. Вакуумированная трубка погружена в резервуар с ртутью. Верхний конец трубки герметично закрыт. Нижний открыт для атмосферы.
Воздух давит на поверхность ртути в резервуаре. Это давление выталкивает жидкость вверх по вакуумированной трубке. Представьте себе весы. С одной стороны — вес атмосферы. С другой — поднимающаяся ртуть. Высота этого столба указывает текущее давление. Высокое давление обычно означает ясную погоду. Низкое давление? Дождь неизбежен.
Оценка уровня влажности
Влажность имеет значение. Если вы хотите знать, кажется ли воздух липким или сухим, вам нужен гигрометр. Существует несколько способов его использования.
Психрометр — это классический подход. Он использует два термометра. Одна колба сухая. Другая влажная. Вы вращаете прибор, чтобы пропустить воздух над обоими колбами. Испарение охлаждает влажную колбу. Разница между двумя температурами показывает относительную влажность.
Существует также гигрометр точки росы. Он использует охлажденную металлическую пластину. Вы охлаждаете ее до появления конденсата. Температура в этот точный момент и есть точка росы. Это температура, при которой воздух становится насыщенным.
Электрические гигрометры используют более современный подход. Они используют полупроводники. Влажность изменяет электрическое сопротивление. Устройство измеряет это изменение для расчета влажности. Это быстро. Это точно.
Механические версии все еще существуют. Они используют человеческие волосы. Волосы расширяются при повышении влажности. Они сжимаются при ее снижении. Механизм захватывает волос и регистрирует изменения натяжения. Это звучит архаично. Но это работает.
Ловля ветра
Скорость и направление ветра отслеживаются вместе. Флюгер указывает направление. Анемометр измеряет скорость.
Традиционные анемометры используют чашки. Они вращаются на ветру. Чем быстрее они вращаются, тем сильнее дует ветер. Некоторые модели используют пропеллеры.
Звуковые анемометры более продвинутые. У них нет движущихся частей. Они посылают ультразвуковые волны между преобразователями. Они установлены на расстоянии нескольких дюймов друг от друга. Влияние ветра на скорость этих звуковых волн. Если ветер дует по направлению волны, она достигает приемника быстрее. Против ветра скорость снижается. Измеряя эти временные задержки, устройство рассчитывает скорость и направление. Это точно. Не требует обслуживания.
Сбор осадков
Сборщики дождя просты. Простой измерительный прибор — это просто мерный стакан, оставленный на улице. Вы читаете уровень воды после шторма.
Продвинутые модели автоматизируют процесс. Они механически регистрируют осадки. Как только накапливается определенное количество, механизм наклоняется или опорожняет сборник. Он сбрасывается. Начинает измерять снова. Это позволяет непрерывно записывать данные без вмешательства человека.
Эти стандартные инструменты дают вам основы. Но профессиональным метеорологам нужно больше. Им нужна надежность в суровых условиях. Им нужны данные, которые интегрируются с огромными компьютерными моделями.
Профессиональные метеостанции
Если вы готовы потратить от 2000 до 4000 долларов на метеорологическое оборудование, вы выходите за рамки любительского уровня. Теперь вы рассматриваете профессиональные метеостанции. Это не просто игрушки с улучшенными датчиками. Это серьезные инструменты для сбора данных, разработанные для обеспечения точности и интеграции.
Модульные и моноблочные конструкции
Существует два основных типа профессиональных станций. Это модульные системы. Они состоят из смонтированных кластеров отдельных электронных датчиков. Вы получаете стандартный термометр, барометр, гигрометр, анемометр и дождемер. Некоторые модели дополняются датчиками ультрафиолетового излучения, детекторами солнечной радиации и датчиками видимости.
Затем есть моноблочные конструкции. Они объединяют все датчики в едином компактном корпусе. Это компромисс. Модульность позволяет кастомизировать систему и облегчает замену отдельных компонентов. Моноблочный вариант обеспечивает более аккуратный внешний вид и потенциально меньшее количество проблем с проводкой. Какой вариант выбрать, зависит от ваших конкретных потребностей в данных и ограничений при установке.
За пределами аппаратного обеспечения
Профессиональная система включает в себя не только высокотехнологичную сборку. Она также включает программирование и оборудование, необходимые для каталогизации статистики. Вы не просто видите числа. Вы анализируете их. Пользователи могут программировать эти системы для оповещения об опасных погодных условиях. Это превращает сырые данные в действенную информацию.
Возможности экспорта данных обширны. Вы можете объединить станцию в сеть с другими станциями. Вы можете интегрировать ее в существующие локальные сети. Данные могут передаваться одновременно нескольким получателям. Это не односторонний поток. Это центр информационных данных.
Мобильность и сферы применения
Тот факт, что вы потратили несколько тысяч долларов на метеостанцию, не означает, что вы обязаны монтировать ее на крыше здания. Существуют портативные версии. Доступны варианты для установки на транспортные средства. Вы можете брать данные с собой.
Эти системы обычно используются аэропортами, строительными компаниями и службами экстренного спасения. Им нужны точные атмосферные данные в реальном времени. Но ничто не мешает вам использовать одну из них на своем участке. Если у вас есть бюджет, вы можете получить профессиональный контроль над своим непосредственным окружением.
Ссылки на следующей странице ведут на другие гаджеты. Но пока выбор за вами. Модульная сложность или моноблочная простота. Оборудование уже есть. Программное обеспечение ждет. Данные только начинают поступать.
