ادوات و سنجنده های پارامترهای جوی و محل قرارگیری آنها 

تجهیزات هواشناسی

سکوی هواشناسی:

به طور کلی جایگاه هواشناسی (سکوی هواشناسی) قسمتی از ایستگاه هواشناسی می باشد که در آن اکثر دستگاه های هواشناسی نصب شده و در آنجا اندازه‌گیری ها و دیده‌بانی های عوامل جوی انجام می گیرد. محل ایستگاه باید طوری انتخاب شود که دیده‌بانی اوضاع جوی آن محل معرف هوای منطقه وسیعی از آن محیط باشد بدیهی است که ادوات نصب شده باید از موانع خارجی فاصله مناسب داشته باشند تا پارامترهای جوی اندازه گیری شده صحیح تر و در حد نهایی مطلوب تر گردد. کلیه وسایل و ادوات هواشناسی بایستی بر روی جایگاه استاندارد با فواصل مناسب و به ترتیب خواص نصب شوند به طوری که بر روی یکدیگر سایه نیاندازند و تأثیر ننمایند. معمولاً ادوات را باید در امتداد چندین خط موازی با ضلع شمالی جایگاه به فاصله ۴ متر و به ترتیب کاهش بلندی آنها به سمت جنوب قرار داد.

سکوی هواشناسی

نقشه سکوی هواشناسی همراه با ادوات

 
سنسور سمت و سرعت باد

باد بنا به تعریف  عبارت است از حرکت هوا نسبت به سطح زمین. باد هم حرکت افقی دارد و هم حرکت عمودی.

 دستگاه هایی که در ایستگاه های هواشناسی سطح زمین نصب می شوند، اغلب مؤلفه افقی باد را اندازه گیری می کنند.

باد یک کمیت برداری است که دارای دو مؤلفه سمت و سرعت می باشد. بنابراین برای اندازه گیری باد در هر نقطه لازم است که مقدار این دو مؤلفه مشخص شود. به همین دلیل در ایستگاه های هواشناسی از دستگاه هایی استفاده می شود که هم زمان، سمت و سرعت باد را اندازه گیری می کنند.

سرعت باد نشان دهنده فاصله ای است که ذرات هوا در یک ثانیه طی می کنند. در هواشناسی برای سرعت باد از یکاهای m/s یا KNOTاستفاده می شود.  1 KNOT = 0.515 m/s                           

جهت باد نشان دهنده سمتی  است که باد از آن طرف می وزد و بر حسب درجه، از 00 تا 360 اندازه گیری  می شود.

در هواشناسی بسته به نیاز کاربر، سمت و سرعت باد از سطح زمین تا ارتفاعات بالای جو اندازه گیری می شود.

ارتفاع استانداردی که در ایستگاه های سطح زمین برای اندازه گیری سمت و سرعت باد در نظر گرفته شده است، ارتفاع 10 متری از سطح زمین می باشد.

انواع بادنماهای مورد استفاده در هواشناسی

• 
  بادنمای پاندولی

• بادنمای کیسه ای

• بادنماهای الکتریکی
• بادنمای فنجانی

• بادنمای آلتراسونیک

• بادنمای استاتیک

دستگاه های اندازه گیری فشار جو

تعریف فشار:

فشار کمیتی نرده ای است که به صورت نیرو بر واحد سطح تعریف می شود. بنابراین فشار جو عبارت است از نیرویی که اتم ها و مولکلول های گازهای موجود در جو بطور عمودی در سطح زمین بر واحد سطح وارد می کنند.

    فشار جو یکی از مباحث اساسی در هواشناسی است. اختلاف فشار جو در نقاط مختلف سبب ایجاد جریان هوا از مکانی به مکان دیگر می شود. باد و کلیه عوامل مختلف مربوط به وضعیت جوی نیز در اثر تفاوت فشار جو به وجود می آید.

برای اولین بار در سال 1643 میلادی گالیله فرضیه وزن جو و فشار هوا را مطرح نمود.

انواع فشارسنج

فشار سنج جیوه ای

فشارسنج آنروئید

• فشار سنج جیوه ای

      فشار سنج جیوه ای یکی از دقیق ترین و حساس ترین دستگاه هایی است که برای اندازه گیری فشار جو به کار
می رود. اساس کار این دستگاه تغییر طول ستون جیوه در اثر تغییرات فشار جو می باشد. در این دستگاه فشار هوا با فشار وزنی ستون جیوه متعادل گردیده و در نتیجه با تعیین ارتفاع ستون جیوه، فشار هوای محل نصب دستگاه بدست می آید.

فشار سنج آنروئید (عقربه ای وثبات)

عنصر حساس این نوع فشار سنج از کپسول آنروئید ساخته شده است. 

از فشار سنج آنروئید تا ارتفاع 40000 پایی (تقریباً 12000 متری) می توان استفاده کرد. یعنی از فشار سطح زمین در کنار دریاهای آزاد که حدود 1013.25 میلی بار است تا فشار حدود 16 میلی بار. برای فشار های پایین تر نیز می توان از این مکانیسم استفاده کرد، اما لازم است تا شکل کپسول ها فرق کند. در عین حال برای چنین فشارهایی لازم است تا ضخامت ورق هایی که برای ساخت کپسول استفاده می شوند نیز بسیار کم شود.

فشارنگار

• فشار نگار دستگاهی است که مقدار و تغییرات فشار جو را دائماً ثبت می کند. مانند سایر دستگاه های ثبات از سه قسمت تشکیل می شود، عنصر حساس، سیستم اهرمها و استوانه ثبات.
• در فشار نگارها، بسته به حساسیتی که مورد نیاز کاربر است، به جای استفاده از یک کپسول آنروئید، از 5، 6 یا حتی تا 9 کپسول آنروئید که بصورت سری روی هم بسته می شوند استفاده می کنند. بدینوسیله سطح تماس کپسول ها با هوای اطراف بیشتر شده، تغییرات صورت گرفته بزرگتر شده، در نتیجه تغییرات فشار جو با دقت بالایی اندازه گیری می شود. سیستم اهرمها حرکات بسیار ناچیز ناشی از باز و بسته شدن کپسول های آنروئید را با بزرگنمایی به بازوی قلم انتقال می دهند. استوانه ثبات با حرکت در مقابل سرقلم مقدار تغییرات فشار را روی گراف مربوطه رسم می کند.
• در ایستگاه های هواشناسی فشار نگار در کنار فشارسنج جیوه ای و در ارتفاع 80 سانتیمتری از سطح زمین نصب
  می شود.

تشت تبخیر :

 وسیله ایست استاندارد وقراردادی که برای اندازه گیری مقدار تبخیر آب سطح زمین به کار گرفته می شود .تشت تبخیر موجود در شبکه هواشناسی کشور از نوع آمریکایی کلاس A می باشد و ظرفی است استوانه ای شکل، ساخته شده از آهن گالوانیزه به قطر دهانه 7/120 سانتی متر و ارتفاع 10 اینچ می باشد. این تشت بر روی پایه چوبی مشبک به ارتفاع 3 تا 5 سانتی متر از سطح زمین به طور کاملا افقی قرار داده می شود.

پناهگاه هواشناسی ( جعبه اسکرین)

دماسنج ها ودستگاه های ثبات مانند دمانگار و رطوبت نگار که در سرویس های هواشناسی برای تعیین دما ورطوبت به کار می روند  بایستی در شرایطی نصب ومورد بهره برداری قرار گیرند که از تابش مستقیم نور خورشید به آنها واز عوامل نامطلوب دیگر مانند ریزشهای جوی وگرد وغبار محفوظ باشد  به همین دلیل  از پناهگاههای هواشناسی استفاده می شود                                                                                                                                                                                   

پناهگاه های هواشناسی عبارت است از جعبه چوبی به شکل متوازی السطوح که از چوب کاج ساخته شده ودر دیواره های اطراف آن به صورت کرکره بوده وهوای داخل آن وضع مشابهی با هوای محیط خارج خود داردپناهگاه دارای درب بوده که در موقع نصب آنها باید دقت شودکه درب مذکور در نیمکره شمالی رو به شمال جغرافیایی قرار گیرد این امر بدان جهت می باشد که در موقع باز کردن درب پناهگاه، از تابش مستقیم خورشید بر روی دماسنجها جلوگیری گردد.کرکره های اطراف پناهگاه طوری روی هم قرار میگیرند که در هیچ موقع از فصول سال اشعه مستقیم خورشید در داخل آن نفوذ نمی نماید.برای کم کردن اثر تشعشع حرارتی از سطح زمین ، پناهگاه باید بر روی پایه ودر ارتفاع معین نصب گردد.

انواع دماسنج ها:

دماسنج معمولی(خشک):

دمای هوا توسط دماسنج اندازه گیری می شود. دماسنج یک لوله بسیار باریک شیشه ای مسدود است که
در انتهای آن محفظه ای تعبیه و از جیوه یا الکل پر شده است. در داخل لوله دماسنج خلا کامل وجود دارد.
گرم و سرد شدن مخزن باعث گرم و سردشدن مایع درون مخزن شده و متعاقب آن باعث بالا و پایین رفتن
مایع در داخل مخزن شیشه ای می شود. با مشاهده سطح مایع در داخل لوله دماسنج و قرائت عددی که روی
بدنه شیشه نوشته شده است دمای هوا در آن لحظه مشخص می شود.

دماسنج تر:

دماسنجی است که دور مخزن جیوه آن یک لایة نازکی از الیاف موسلین پیچیده شده که به آن دماسنج
مرطوب گفته میشود و در هنگام کار دستگاه بایستی همیشه مرطوب بماند. وقتی رطوبت دور دماسنج بخار
میشود گرمای نهان جذب مولکولهای آب گردیده و در نتیجه با بخار شدن آب دور پارچه درجه حرارت
در دماسنج تر کاهش می یابد. اختلاف درجه حرارت دماسنج تر و خشک معیاری برای محاسبه رطوبت نسبی
است. لازم به ذگر است که ارقام قرائت شده از دماسنج خشک همیشه بیشتر از دماسنج تر می باشد. اگر هر دو
دماسنج ارقام یکسانی را نشان دهند دلیلش اشباع بودن هوا از بخار آب در درجات بالای صفر است.

دماسنج حداکثر:

اغلب نیاز است علاوه بر دمای معمولی هوا حداکثر دمایی که در طول یک شبانه روز اتفاق افتاده
اندازه گیری و تثبیت شود که برای این منظور از دماسنج حداکرثر استفاده می کنند.
این نوع دماسنج با یک تفاوت جزیی تقریباً مشابه دماسنج های معمولی است به این صورت که لوله
مویین آن در محلی که به مخزن منتهی می شود بسیار باریک شده است. هنگامی که دما زیاد می شود جیوه
داخل مخزن منبسط شده و نیروی حاصل می تواند باعث راندن جیوه از داخل مجرای باریک بالای مخزن به
قسمت بالای لوله گردد. به این ترتیب ارتفاع جیوه در داخل مخزن بالا می رود و با کاهش دما مایع داخل
مخزن منقبض می شود ولی باریک بودن لوله از برگشت مایع به داخل مخزن جلوگیری می کند و سطح
مایع در داخل لوله در محلی که بالاترین دمای قبلی اتفاق افتاده باقی می ماند بنابراین سطح فوقانی جیوه
نشان دهنده حداکثر دمای اتفاق افتاده است.

دماسنج حداقل

دماسنج های حداقل برای تثبیت پایین ترین دمایی که در طول 12 ساعت اتفاق می افتد بکار میرود.
دماسنج های حداقل مشابه دماسنج های معمولی است با این تفاوت که مخزن این دماسنج به شکل U بوده و
همچنین مایع داخل مخزن این نوع دماسنج به جای جیوه از مایعات رقیق تر مانند الکل استفاده می شود. به
علاوه در داخل لوله مویین یک سوزن شیشه ای به طول 2 سانتی متر که سر آن گرد می باشد، رها
گردیده که به عنوان شاخص از آن استفاده می شود. وقتی دمای هوا افزایش می یابد الکل موجود در
مخزن دماسنج منبسط شده و به آسانی از اطراف شاخص عبور کرده و در لوله مویین صعود می کند بدون
اینکه شاخص را به حرکت درآورد. وقتی دمای هوا کاهش می یابد الکل موجود در مخزن دماسنج منقبض
شده و در نتیجه مقداری از الکل موجود در لوله مویین به طرف مخزن بر می گردد. در این هنگام سوزن
بوسیله نیروی کشش سطحی الکل به طرف مخزن دماسنج حرکت می کند. بنابراین قسمت بالایی شاخص
شیشه ای پایین ترین دمایی را که اتفاق افتاده است نشان می دهد. در حالی که انتهای سطح الکل در بالای
لوله دمای لحظه ای هوا را نشان می دهد.

سايکرومتر
سایکرومتر عبارت است از پایه ای فلزی که نگهدارنده دماسنج های خشک، تر، حداقل و حداکثر
می باشد. همانگونه که در شکل زیر می بینید دماسنج های خشک و تر بطور موازی در کنار هم و بطور
عمودی بر روی پایه فلزی بر روی سایکرومتر قرار گرفته اند. دماسنج خشک بایستی در سمت چپ دماسنج
تر قرار گیرد. دماسنج های حداکثر و حداقل را بایستی بطور موازی و بصورت افقی بر روی پایه سایکرومتر
قرار داد. دماسنج حداکثر با یک شیب2 درصدی با مخزن رو به پایین در بالای دماسنج حداقل قرار گرفته
است.

دماسنج حداقل زمین

دماسنج حداقل زمین به منظور تعیین حداقل دمای هوا در سطح زمین بکار گرفته می شود و اطلاعاتی در
مورد یخبندان و تشعشع شبانه زمین در شب برای مقاصد کشاورزی، عمرانی و باند فرودگاهی
می دهد. ساختمان این دماسنج عیناً شبیه دماسنج حداقل معمولی است. محل نصب این دماسنج در ارتفاع 5
سانتی متری سطح زمین بر روی دو پایه مخصوصی که به شکل حرف لاتین Y ساخته شده می باشد.
دماسنج حداقل زمین را در هوای آزاد نصب و هنگام روز برای جلوگیری از تابش مستقیم خورشید سرپوش
روی آن قرار می دهند و پس از غروب آفتاب سرپوش را از روی دماسنج برمی دارند.

دماسنج های خاک

اندازه گیری دمای خا در اعماق 5، 10، 20، 30، 50 و 100 سانتی متری برای مطالعات کشاورزی حائز
اهمیت می باشد. برای اعماق 5 ، 10 ، 20 و 30 سانتی متری از دماسنج های خمیده استفاده می شود. بدین
صورت که مخزن دماسنج را در عمق مورد نظر در داخل خاک نصب می نمایند و قسمت خمیده آن بالای
سطح زمین بر روی پایه مربوطه قرار می گیرد تا بتوان براحتی آن را قرائت نمود.
برای اعماق 50 و 100 سانتی متری از غلاف آهنی و یا کائوچویی استفاده می شود. غلاف را در داخل
خاک نصب نموده و دماسنج را در داخل غلاف قرار می دهند. برای اینکه در فاصله خارج ساختن دماسنج از
غلاف و مجاورت آن با هوای آزاد تغییری در میزان دمای آن ایجاد نگردد معمولاً دور مخزن این نوع
دماسنج ها را با موم یا پارافین آغشته می کنند تا حساسیت آن کم شود.

دمانگار

دمانگار دستگاهی است که تغییرات دمای شبانه روزی هوا را بطور پیوسته اندازه گیری نموده و روی گراف مربوطه رسم می کند.

دمانگار ها به طور کلی از سه قسمت به شرح زیر تشکیل شده اند :

عنصر حساس که در اثر تغییرات دمای محیط، تغییر شکل می دهند.

سیستم محوری و اهرمها که از یک محور و چند اهرم برای بزرگنمایی تغییرات استفاده می کنند.

قسمت ثبات، که شامل استوانه نصب گراف، ساعت، گراف، بازوی قلم و سر قلم تشکیل می شود.

با تغییر دمای هوا عنصر حساس تغییر می کند و این امر با توجه به نحوه تغییرات دما باعث انحراف قلم در انتهای بازوی مکانیکی به طرف بالا و پایین شده و به سر قلم منتقل می گردد و بر روی کاغذ مدرجی که به دور استوانه گردان قرار دارد ثبت می شود. درداخل استوانه فلزی ساعتی قرار گرفته که با کوک کردن ساعت استوانه به مدت یک هفته کار کرده و یک دور کامل می چرخد. به دور استوانه کاغذ مدرجی گذاشته شده است. فواصل بین دو خط افقی برابر با واحد حرارت (درجه سانتی گراد) است و فاصله دو منحنی قائم واحد زمان را نشان می دهد. انحنای منحنی های
زمان مربوط به شعاع طول سر قلم تا محورش می باشد.

رطوبت نگار:

دستگاهی است که قادر است که رطوبت نسبی محیط و تغییرات آن را به طور مداوم اندازه گیری و ثبت کند. عنصر حساس این دستگاه از یک سری تارهای مو تشکیل شده که این تارهای مو در مقابل رطوبت تغییر طول می دهند که این تغییر طول بوسیله یک سیستم اهرمی تقویت شده و بر روی کاغذ مندرجی که به دور استوانه گردان قرار دارد، مقدار رطوبت بر حسب درصد ثبت می کند.

باران سنج

بارانسنج دستگاهی است که بوسیله آن مقدار بارندگی را برحسب میلیمتر اندازه گیری می کنند. مقدار بارندگی بر اساس آب جمع شده در مخزن، اندازه گیری می شود. برای این کار باید حجم آب جمع شده در مخزن را اندازه گیری کنیم.  

ساده ترین روش اندازه گیری باران، استفاده از باران سنج می باشد. باران سنج های مورد استفاده در شبکه ایستگاه های باران سنجی، بر حسب قطر دهانه به سه دسته تقسیم می شوند.

بارانسنج های 5 اینچی

بارانسنج های  ¼ 6 اینچی

بارانسنجی های 8 اینچی

که در کشور اکثراً از باران سنجهای 8 اینچی استفاده می شود.

باران نگار

باران نگارها، علاوه بر ثبت پیوسته مقدار بارندگی، زمان شروع و خاتمه بارش و شدت آن را هم نشان می دهند.

باران نگار با سیفون خودکار:

در این باران نگار، شناور، به راحتی داخل مخزن آب حرکت می کند. با شروع بارندگی و ورود آب به داخل مخزن، شناور داخل مخزن بالا می رود. حرکت عمودی شناور توسط سامانه اهرمها به گراف دستگاه منتقل شده و توسط قلم روی گراف ترسیم می شود. وقتی که شناور به بالاترین نقطه می رسد، آب داخل مخزن، توسط سامانه سیفون بصورت خودکار تخلیه می شود. تنظیم ارتفاع تخلیه آب مخزن، با استفاده از گراف دستگاه انجام می شود.

آفتاب نگار

طو مدت آفتاب روزانه به وسیله دستگاهی به نام آفتاب نگار تعیین می شوود. دستگاه آفتاب نگار از
یک گوی شیشه ای، یک نیمکره فلزی با سه شیار برای کارت های مخصوص تابستانه، زمستانه و اعتدالین
(بهار و پاییز) در داخل آن و سوزن نگهدارنده کارت ها تشکیل و بر روی پایه فلزی بوده ارتفاع 135 سانتی
متری نصب گردیده که به محض طلوع خورشید کارت مخصوصی که مدرج می باشد در اثر تجمع و
تمرکز نور توسط گوی شیشه ای می سوزد که می توان از روی اثر سوخته شوده مدت تابش را اندازه
گیری نمود. کارت های آفتاب نگار رطوبت جذب نمی کنند بنابراین خیس نمی شوند. رنگ این کارت
ها آبی تیره بوده تا اشعه خورشید را بهتر جذب نماید. اثر سوختگی به صورت خطی به پهنای تقریبی یک
میلی متر بر روی کارت ظاهر می شود. چنانچه در طول روز تابش خورشید به علت وجود لکه های ابر در
آسمان در تابش خورشید انفصالی باشد علائم سوختگی بر روی کارت منقطع خواهد بود. به همین جهت
روی کارت های آفتاب نگار درجه بندی هایی بر حسب ساعت وجود دارد که هنگام محاسبه طول مدت
آفتابی برحسب ساعت و دهم آن قابل محاسبه است.

ایستگاه خودکار هواشناسی

یک ایستگاه هواشناسی خودکار (AWS) به عنوان یک ایستگاه هواشناسی است که در آن پارامترهای جوی و مشاهدات دیدبانی به طور خودکار تولید و انتقال می یابد .  ایستگاه خودکار هواشناسی ، نسخه خودکار شده ایستگاه هواشناسی سنتی است که بمنظور عدم نیاز به حضور انسان یا ایجاد امکان اندازه گیري در مناطق دور و یا صعب العبور مورد استفاده قرار میگیرد.

ساختار کلی ایستگاه خودکار

سنسورهای ایستگاه خودکار:

• سمت و سرعت باد
• دما و رطوبت
• باران سنج
• تشعشع
• فشارسنج
• دماسنج های اعماق خاک
• رطوبت اعماق خاک
• ساعت آفتابی
• تبخیرسنج

تهیه شده در اداره مهندسی تجهیزات اداره کل هواشناسی استان هرمزگان