Μετεωρολογικοί Σταθμοί.

Για την κατανοηση του καιρου, η επιστημη της μετεωρολογιας χρησιμοποιει διαφορες φυσικες ποσοτητες. Οι κυριοτερες απο αυτες ειναι η θερμοκρασια αερα(θερμοκρασια ξηρου θερμομετρου), η σχετικη υγρασια, η ταχυτητα(ενταση) του ανεμου, η ατμοσφαιρικη πιεση, η ποσοτητα υετου, η ενταση της ηλιακης ακτινοβολιας, η θερμοκρασια υγρου θερμομετρου, το σημειο δροσου, η απολυτη υγρασια, οπως και παρα πολλες αλλες φυσικα.
Για την μετρηση αυτων χρησιμοποιουνται ειδικα οργανα. Για τις περισσοτερες κοινες φυσικες ποσοτητες, υπαρχουν εδω και παρα πολλα χρονια ειδικοι σταθμοι που ειναι δυνατον να τις μετρησουνε με σχετικα πολυ καλη ακριβεια. Η πρωτη προσπαθεια καταγραφης μιας καιρικης μεταβλητης (μετεωρολογικης φυσικης ποσοτητας) ηταν απο την αρχαιοτητα ακομα, οταν βαθμονομημενα δοχεια χρησιμοποιηθηκαν για την μετρηση της ποσοτητας υετου(βροχης).

Πλεον βεβαια ο καθενας μπορει να αγορασει εναν μετεωρολογικο σταθμο. Κυριως βεβαια του λεγομενου τυπου “αυτοματων μετεωρολογικων σταθμων” που οι μετρησεις τους γινονται αυτοματα και καταγραφονται συνεχως χωρις την παρεμβαση μας. Και οι οποιοι σταθμοι εχουν τιμες πλεον που ειναι προσβασιμες για το ευρυ κοινο ενω και η ακριβεια τους ειναι πολυ καλη φτανοντας και σε επαγγελματικα στανταρντς.

Ενδεικτικα εδω διαφορες τιμες αυτοματων μετεωρολογικων σταθμων αναλογως και με τον λογο χρησης τους:
(κλικ στην εικονα για μεγεθυνση)

Ας τα παρουμε με την σειρα ομως.

Οι παρακατω μοναδες μετρησης των φυσικων ποσοτητων ειναι αυτες που προτεινονται απο τον Παγκοσμιο Μετεωρολογικο Οργανισμο (WMO) ως αυτες που πρεπει να χρησιμοποιουνται:
Θερμοκρασια: Βαθμοι Κελσιου με συμβολο °C ή βαθμοι Κελβιν με συμβολο Κ (η σχεση που συνδεει μια θερμοκρασια Α Κ με μια ισοδυναμη της θερμορκασια Β °C ειναι η Α/Κ = Β/°C + 273.15).
Ατμοσφαιρικη πιεση: Χεκτοπασκαλ με συμβολο hPa ενω η μοναδα μετρησης μιλιμπαρ με συμβολο mbar (1 mbar = 1 hPa) που ειναι ισοδυναμη με το hPa, πρεπει να αποφευγεται συμφωνα με τον WMO.
Ταχυτητα(ενταση) ανεμου: Μέτρα ανα δευτερολεπτο με συμβολισμο m/s.
Κατευθυνση ανεμου: Σε μοιρες στο διαστημα [0° , 360°) με τις 0° να αντιστοιχουν σε βορειο ανεμο, τις 90° σε ανατολικο, τις 180° σε νοτιο, τις 270° σε δυτικο και αναλογως οι υπολοιπες τιμες.
Σχετικη υγρασια: Με μια ποσοτητα Χ % οπου Χ μια τιμη στο διαστημα [0 , 100].
Ποσοτητα υετου: Σε χιλιοστα με συμβολο mm, ή και λιτρα ανα τετραγωνικο μετρο με συμβολισμο L / m² και ισχυει (1 mm = 1 L/m²).
Ενταση ποσοτητας υετου: Σε λιτρα ανα τετραγωνικο μετρο ανα δευτερολεπτο με συμβολισμο (L/ m²) /s ή και σε χιλιοστα ανα ωρα με συμβολισμο mm/h.
Ενταση ηλιακης ακτινοβολιας: Σε βατ ανα τετραγωνικο μετρο με συμβολισμο W/m²

►Μετρηση θερμοκρασιας.
Ο WMO οριζει την θερμοκρασια σε βαθμους Κελβιν, ως εκεινη την φυσικη ποσοτητα που ειναι αναλογη με την μεση κινητικη ενεργεια των μοριων του αερα ως προς τις τυχαιες κινησεις τους και οχι με βαση καμια συνολικη κινηση που κανουν. Ετσι σε 2 σωματα με διαφορετικες θερμοκρασιες, εαν αυτα ερθουν σε επαφη θα υπαρχει ροη ενεργειας απο το σωμα με την υψηλοτερη θερμοκρασια προς αυτο με την μικροτερη.
Η μετρηση της θερμοκρασιας γινεται απο οργανα που ονομαζονται θερμομετρα.
Επισης οριζει την θερμοκρασια αερα ως την θερμοκρασια που αναφερει ενα θερμομετρο οταν τοποθετηθει μεσα στην μαζα αυτου του αερα και οντας προφυλαγμενο απο την ηλιακη και καθε αλλου ειδους ακτινοβολια.

Οποτε πχ ενα υδραργυρικο θερμομετρο, απο μονο του δεν μπορει να μετρησει με κανεναν τροπο την σωστη θερμοκρασια αερα σε συνθηκες ηλιου, αφου εαν τοποθετηθει στον ηλιο, η αμεση εκθεση του στην ηλιακη ακτινοβολια θα το κανει να δειχνει πολυ υψηλοτερες τιμες θερμοκρασιας απο την θερμοκρασια αερα που υπαρχει, ενω αν τοποθετηθει σε σκια απο δεντρο, τοιχο και οποιοδηποτε αντικειμενο, δεν θα μετρησει την πραγματικη θερμοκρασια αερα αλλά την θερμοκρασια αερα της περιοχης κοντα και μεσα στην σκια του αντικειμενου, η οποια και ειναι μικροτερη απο την πραγματικη θερμοκρασια αερα(ή μεγαλυτερη εαν ο τοιχος εχει θερμανθει και εκπεμπει θερμικη ακτινοβολια(υπερυθρη κυριως)).

Οποτε η συνηθεστερη πρακτικη ειναι να χρησιμοποιουμε ενα υδραργυρικο και οχι μονο βεβαια θερμομετρο, πχ θερμογραφο, ηλεκτρικο θερμομετρο(συνηθεστερα πλεον, πχ θερμομετρα ηλεκτρικης αντιστασης), κλπ, τοποθετωντας το μεσα σε μια ειδικη κατασκευη που να διασφαλιζει 4 πραγματα:
1) να προστατευει απο την ηλιακη ακτινοβολια το θερμομετρο.
2) να διασφαλιζει την ελευθερη και τέλεια κυκλοφορια αερα, προσφεροντας καθε στιγμη στο θερμομετρο αερα τετοιον ωστε να εχει την ιδια θερμοκρασια με τον εξωτερικο αερα που θελουμε να μετρησουμε την θερμοκρασια του.
3) να μην η ιδια κατασκευη αποτελει πηγη θερμικης ακτινοβολιας
4) να προστατευει απο καθε αλλου ειδους ακτινοβολια το θερμομετρο.

Αυτη η κατασκευη ονομαζεται κλωβος, πχ παρακατω ειναι ο κλασικος κλωβος Stevenson screen:

-Τα υδραργυρικα θερμομετρα βασιζονται στην ιδιοτητα του υδραργυρου να διαστελλονται γραμμικα σε σχεση με την μεταβολη της θερμοκρασιας.
Ισχυει δηλαδη μια σχεση της μορφης για πχ κυλινδρικο δοχειο που περιεχει τον υδραργυρο:

Οπου α ενας συντελεστης διαστολης, Vo ο αρχικος ογκος σε μια καθορισμενη θερμοκρασια Το και ΔΤ = Τ – Το με Τ την θερμοκρασια του αερα.
Ενω Δμ = μ-μο με μ το μηκος/υψος της στηλης που εφτασε ο υδραργυρος, μο μια πολυ μικρη ποσοτητα με το υψος που ειναι για θερμοκρασια Το, και r η ακτινα του κυλινδρικου θερμομετρου.

Ο χρονος αποκρισης (Κ) ειναι περιπου 30 δευτερολεπτα οποτε μιας και η θερμοκρασια Τ για χρονο t δινεται απο το (οπου Τα η θερμοκρασια αερα που θελουμε να μετρησουμε):

Θα ισχυει οτι μετα απο 3Κ περιπου η μεταβολη της θερμοκρασιας θα ειναι περιπου 99% ως προς το Το-Τα αρα για μια ενδειξη της θερμοκρασιας του αερα θελουμε περιπου παρατηρηση 1.5 λεπτου μεσω υδραργυρικου θερμομετρου.
Η ακριβεια των υδραργυρικων θερμομετρων φτανει στις περισσοτερες περιπτωσεις τους 0.2 °C, παροτι η βαθμονομηση τους πολλες φορες ειναι ανα 0.1 °C οπου ομως αυτο δεν πρεπει να μεταφραζεται και ως ακριβεια 0.1 °C.

-Τα θερμομετρα ηλεκτρικης αντιστασης βασιζονται στην ιδιοτητα των μεταλλων να αλλαζει η αντισταση τους με την μεταβολη της θερμοκρασιας. Ειναι πολυ πιο ακριβη απο τα υδραργυρικα θερμομετρα.
Και ισχυει

οπου α,β ειδικοι συντελεστες της θερμικης αντιστασης του θερμομετρου οι οποιοι εξαρτωνται απο την φυση του καθε μεταλλου που χρησιμοποιουνται.

Η ακριβεια των θερμομετρων ηλεκτρικης αντιστασης φτανει και στους 0.05 °C ειναι δηλαδη εξαιρετικα ακριβη ενω η τυπικη ακριβεια κυμαινεται μεταξυ 0.05 °C και 2 °C.
Ο χρονος αποκρισης μπορει να ειναι και εξαιρετικα μικρος με χρονους αποκρισης 0.04 δευτερολεπτα να ειναι υπαρκτοι.

–Θερμοστοιχεια. Τα θερμομετρα που βασιζονται στα θερμοστοιχεια αποτελουνται απο 2 μεταλλα ενωμενα μεταξυ τους, και η αρχη λειτουργιας τους ειναι οτι η διαφορα δυναμικου που αποκτανε ειναι αναλογη με την θερμοκρασια που βρισκονται. Εκμεταλλευομενοι αυτο το γεγονος και με βαση καθορισμενες σχεσεις μεταξυ διαφορα δυναμικου του θερμοστοιχειου και θερμοκρασιας που βρισκεται, που καθοριζονται επ ακριβως απο 3 διαφορετικα φαινομενα(Seebeck-Peltier and Thomson effect), μπορουμε να βρουμε την θερμοκρασια του αερα με βαση το δυναμικο του θερμοστοιχειου. Η ακριβεια αυτου του τυπου των θερμομετρων ειναι σχεδον παντα πανω απο τον 1 βαθμο Κελσιου αν και μικροτερες ειναι υπαρκτες. Εχουν ομως πολλα πλεονεκτηματα οπως το πολυ χαμηλο κοστος και το μεγαλο ευρος θερμοκρασιων που μπορουν να μετρησουν.

–Θερμιστορ. Τα θερμομετρα θερμιστορ ειναι ημιαγωγοι που η αντισταση τους μεταβαλλεται εκθετικα με την θερμοκρασια οποτε γνωριζοντας τον ακριβη τροπο και τους συντελεστες με τους οποιους μεταβαλλεται μπορουμε να βρισκουμε μετρωντας την αντισταση, την θερμοκρασια. Εχουν πολυ μικρο χρονο αποκρισης απο 1 εως 10 δευτερολεπτα περιπου ή και λιγοτερο.

►Μετρηση σχετικης υγρασιας.
Η σχετικη υγρασια RH ειναι ο λογος του πραγματικου λογου αναμειξης του αερα(W), προς τον λογο αναμειξης κορεσμου του(Wsat) στην ιδια πιεση και θερμοκρασια και ειναι με μεγαλη ακριβεια ιση με τον λογο της πραγματικης πιεσης υδρατμων(e) προς την πιεση υδρατμων κορεσμενου αερα(esat):

Μετριεται με τα υγρομετρα. Διαφοροι τυποι υγρομετρων ειναι πχ:
–Υγρομετρο τριχας που εχει μικρη ακριβεια και εκμεταλλευεται την ιδιοτητα της τριχας των ζωων να αλλαζει μηκος με τις μεταβολες της σχετικης υγρασιας.

-Τα ψυχρομετρα, οπου χρησιμοποιουν μετρησεις 2 θερμομετρων ενος ξηρου και ενος υγρου θερμομετρου βρισκοντας ετσι την σχετικη υγρασια με βαση πινακες ή πχ τον ακολουθο τυπο:

Οπου Τa ειναι η θερμοκρασια αερα(θερμοκρασια ξηρου θερμομετρου) σε βαθμους κελσιου, Twb η θερμοκρασια υγρου θερμομετρου σε βαθμους κελσιου και RH η σχετικη υγρασια, ενω p η ατμοσφαιρικη πιεση σε hPa.

–Υγρομετρα ψυχρου καθρεφτη. Απο τα πιο ακριβη υγρομετρα με ακριβεια μετρησεων 0.1 °C σημειου δροσου(ισοδυναμη ποσοτητα με την σχετικη υγρασια). Χρησιμοποιωντας εναν καλως γυαλισμενο καθρεφτη με εναν μηχανισμο ψυξης, και με ενα θερμομετρο που να μετραει την θερμοκρασια της επιφανειας του καθρεφτη, ενας οπτικος μηχανισμος αναγνωρισης, διακρινει τον σχηματισμο παγου/δροσου πανω στον καθρεφτη οταν η θερμοκρασια λογω του μηχανισμου ψυξης φτασει στο σημειο δροσου. Επειτα μεσω της παρακατω σχεσης πχ ή πινακων, βρισκεται η σχετικη υγρασια(θερμοκρασιες σε βαθμους Κελσιου):

–Διαφοροι τυποι μοντερνων υγρομετρων χρησιμοποιουν τεχνικες οπου η μεταβολη της συγκεντρωσης των ατμων του νερου μεταβαλλει και καποιες ιδιοτητες(πχ ηλεκτρικη αντισταση) καποιων ουσιων. Εχουμε δηλαδη καποιον αισθητηρα που αποτελειται απο μια μια επιστρωση ενος λεπτου φιλμ καποιας ουσιας κυριως διηλεκτρικων πολυμερων, και με βαση την αλληλεπιδραση των ατμων του νερου με την επιφανεια του φιλμ που μεταβαλλει με γνωστο τροπο καποιες συγκεκριμενες και μετρησιμες ιδιοτητες του φιλμ που μετρωνται συνεχως ηλεκτρικα, βρισκουμε την σχετικη υγρασια. Λογω της φυσης των υλικων που χρησιμοποιουνται η απορροφηση του νερου απο το φιλμ ειναι πληρως αντιστρεψιμη και ετσι μπορει να χρησιμοποιειται διαρκως.
Τα υγρομετρα αυτης της μορφης ειναι σχετικα ακριβη(λιγοτερο ακριβη απο τα ψυχρομετρα ή τα υγρομετρα ψυχρου καθρεφτη), αλλα εχουν πολυ μικρους χρονους αποκρισης και μπορουν να μετρανε ταχυτατες μεταβολες της σχετικης υγρασιας. Το χαμηλο κοστος ειναι ενα μεγαλο πλεονεκτημα επισης.

Για το καλιμπραρισμα ενος υγρομετρου χρησιμοποιουμε διαφορα αλατα σε κορεσμο με νερο οπου καθε διαλυμα αλατος-ατμων νερου αποκτα συγκεκριμενη σχετικη υγρασια η οποια τις περισσοτερες φορες ειναι η ιδια για ενα μεγαλο ευρος θερμοκρασιων οποτε αυτο κανει ακομα πιο ευκολο το καλιμπραρισμα. Το κοινο αλατι πχ σε ενα μεγαλο ευρος θερμοκρασιων εχει σχεδον σταθερη σχετικη υγρασια στο διαλυμα του υπο κορεσμο με νερο, πχ απο 0 εως 20 βαθμους κελσιου εχει 76 % σχ.υγρασια και απο 20 εως 50 βαθμους κελσιου εχει 75 % σχετικη υγρασια.
Οποτε πχ παιρνοντας ενα κλειστο δοχειο(πχ ενα αεροστεγες σακουλακι) και τοποθετωντας μια κουταλια της σουπας αλατι βρεγμενο πληρως με νερο, τοσο ωστε ομως να ΜΗΝ διαλυθει καθολου αλατι, και βαζοντας εκει περα τον αισθητηρα υγρασιας και αφηνοντας το εκει αεροστεγες κλεισμενο για 10-20 λεπτα, θα πρεπει να δειξει ο αισθητηρας, σε θερμοκρασια δωματιου 25 βαθμων πχ, 75 % σχετικη υγρασια.

►Μετρηση υετου.
Υετος οριζεται ως καθε πτωση ή εναποθεση στο εδαφος υδρατμων της ατμοσφαιρας, οπως η βροχη, το χιονι, το χαλαζι, η δροσος κλπ. Η μετρηση του υετου γινεται με τα βροχομετρα. Μετρανε το ελευθερο υψος του νερου που θα προκυψει εαν αφησουμε τον υετο που επεσε μεσα απο μια επιφανεια Α πιο πανω, να ηρεμησει σε μια επιφανεια Α επισης.
Και ισχυει οτι ενα χιλιοστο υετου εαν πεσει σε μια περιοχη, ειναι ισοδυναμο με το να πεσει ενα λιτρο σε ενα τετραγωνικο μετρο. Ή περιπου ενα κιλο νερου ανα τετραγωνικο μετρο κατα μεγαλη ακριβεια.
Οποτε πχ 24 χιλιοστα υετου εαν πεσουν σε μια περιοχη, ειναι ισοδυναμο με το να πεσουν 24 λιτρα σε ενα τετραγωνικο μετρο. Ή περιπου 24 κιλα νερου ανα τετραγωνικο μετρο κατα μεγαλη ακριβεια.

Οι 2 μεγαλες γενικες κατηγοριες βροχομετρων ειναι τα αναλογικα και τα “ηλεκτρονικα“.

Τα αναλογικα βασιζονται για την μετρηση στον ιδιο τον ορισμο της ποσοτητας υετου, δηλαδη στην απλουστατη λογικη οτι ο,τι νερο πεφτει το μαζευουμε και μετραμε το υψος του σε ενα καταλληλο δοχειο. Ετσι, αναλογως με την επιφανεια του πανω στομιου και της μορφης του βροχομετρου διακρινουμε τα απλα αναλογικα βροχομετρα οπου οσο υψος νερου βλεπουμε τοσο ειναι και το υψος του υετου που επεσε και τα πολλαπλασιαστικα οπου χρησιμοποιωντας μεγαλυτερη επιφανεια για το πανω στομιο μπορουμε να μετρησουμε με μεγαλυτερη ακριβεια τον υετο που επεσε αλλα με αμεση συνεπεια του οτι ο ογκος(υψος) τους μεγαλωνει για οσο μεγαλυτερη ακριβεια θελουμε.

Τα ηλεκτρονικα βασιζονται σε καταλληλες μεθοδους που προσπαθουν να μετρησουν μια συγκεκριμενη ποσοτητα υετου(πχ 0.2μμ) με βαση διαφορες μεθοδους, με την μεθοδο του “διπλου κουταλιου”(tipping bucket) πχ οπου για καθε συγκεκριμενο αριθμο σταγονων που πεφτουν σε καθε πλευρα, αυτο γερνει λογω βαρους και με την βοηθεια ενος μαγνητη εφαρμοσμενου καταλληλα πανω, για καθε αλλαγη θεσης του διπλου κουταλιου μετριουνται οι αλλαγες θεσης, οποτε και ο υετος. Η ακριβεια των ηλεκτρονικων βροχομετρων ειναι μικροτερη των αναλογικων αν και τις τελευταιες δεκαετιες η ακριβεια τους ειναι πολυ καλη.
Τυπος βροχομετρου tipping bucket:

Σε καθε μορφη αναλογικου βροχομετρου με μια επιφανεια Α του πανω στομιου, η οποια δεχεται το νερο, τα πραγματικα χιλιοστα υετου(μηκος στο βροχομετρο) που πρεπει να μετρηθουν ειναι εαν μεταφερουμε κατακορυφα(καθετα στην γη) την επιφανεια στο εδαφος, εαν εχουμε δηλαδη στερεο με βαση την επιφανεια Α και γενετειρα το υψος του στομιου της επιφανειας Α απο το εδαφος γυρω απο το συνορο της Α και βαλουμε εκει μεσα ολο το νερο που επεσε και το αφησουμε να ηρεμησει.
Αν μαλιστα εχουμε το πανω στομιο, να ειναι κυκλος οπως συνηθως συμβαινει, τοτε τα πραγματικα χιλιοστα(μηκος) που πρεπει να μετρηθουν ειναι εαν εχουμε κυλινδρο με βαση την επιφανεια Α και γενετειρα το υψος του στομιου της επιφανειας Α απο το εδαφος και βαλουμε εκει μεσα ολο το νερο που επεσε και το αφησουμε να ηρεμησει.
Οπως πχ στο παρακατω σχημα.

Αρα εαν το σχημα δεν ειναι το στερεο αυτο, τοτε πρεπει να παρουμε ολο τον ογκο του νερου που επεσε στο πραγματικο βροχομετρο που εχουμε και να το μεταφερουμε νοερα στο στερεο αυτο(κυλινδο αν ειναι κυκλος το πανω στομιο) με επιφανεια παντα Α και να βρουμε σε τι υψος θα βρισκοταν το νερο αν μεταφεροταν εκει.

Πχ, εαν εχουμε το παρακατω, ενα βροχομετρο με ΠΑΝΩ στομιο επιφανειας Α οπου στενευει και καταληγει σε ενα στερεο οπου εχει επιφανεια Β.
Τοτε εαν επεσαν x χιλιοστα στο βροχομετρο μας, τα πραγματικα χιλιοστα m, ειναι αυτα εαν μεταφερονταν σε ενα στερεο με βαση την επιφανεια Α οταν αυτη θα μεταφερονταν κατακορυφα προς τα κατω εως το εδαφος και γενετειρα το υψος του στομιου της επιφανειας Α απο το εδαφος.
Αρα ο πραγματικος ογκος V = Β·x του νερου που επεσε θα ειναι ισος με τον ογκο A·m που θα ειχε στο υποθετικο μας στερεο.

Ενω αν η επιφανεια Β εχει και αυτη κυκλικο δισκο ως βαση δηλαδη ισχυει:

Τοτε θα ισχυουν αυτα στην παραπανω εικονα οπου δινονται στο τελος και πως βρισκονται τα χιλιοστα(m) ενος πολλαπλασιαστικου βροχομετρου οπως λεγεται, οπου εχει μεγαλη ακριβεια διοτι πχ αν:
ακτινα κατω στομιου d= 5 cm και ακτινα πανω στομιου D = 20 cm τοτε m = x/16 αρα x = 16m αρα θα κατασκευαζαμε την αριθμηση ως εξης:
1 χιλιοστο πραγματικου υετου(m = 1 mm) θα αντιστοιχουσε σε 16 mm = 1.6 cm πραγματικης αποστασης στο βροχομετρο.
2 χιλιοστα πραγματικου υετου(m = 2 mm) θα αντιστοιχουσε σε 32 mm = 3.2 cm πραγματικης αποστασης στο βροχομετρο.

Αρα καθε 1.6 εκατοστα πραγματικης αποστασης στο βροχομετρο, μετραμε 1 χιλιοστο!! Και ειναι πολυ πιο ευκολο κ ευδιακριτο αυτο απο το να εχουμε την πραγματικη αναλογια 1:1 δηλαδη για καθε ενα χιλιοστο να μετραμε 1 χιλιοστο αφου η αποσταση μικραινει(16 φορες για το παραδειγμα αυτο) και η ακριβεια(του ματιου) προφανως “χανεται” στο να διακρινουμε αναμεσα στα χιλιοστα.

Στην παρακατω εικονα εχουμε ενα διαφορετικου ειδους βροχομετρο οπου εχουμε πανω ενα κυκλικο στομιο με ακτινα D και προχωραει ελαττουμενο συμμετρικα ως κατω και καταληγει να εχει μικροτερη ακτινα d και η αποσταση των 2 επιφανειων(κυκλικων δισκων) να ειναι h, τοτε εαν επεσαν x χιλιοστα σε αυτο το βροχομετρο θα ισχυουν οι σχεσεις που δινονται για να βρεθουν τα πραγματικα χιλιοστα(σχεση (1)), ενω η σχεση (2) χρησιμοποιειται για να κατασκευαστει ενα βροχομετρο αυτου του τυπου.

Ενω, οπως συνηθως και συμβαινει, αν εχουμε το παρακατω τυπο βροχομετρου συνδεδεμενο με ενα αλλο δοχειο μεγαλυτερης ακτινας ανω στομιου θα ισχυουν οι αναλογοι τυποι:

Θεωρητικα τα αναλογικα βροχομετρα δειχνουν την απολυτη αληθεια οσον αφορα την ποσοτητα υετου και ειναι οτι καλυτερο μπορουμε να κανουμε για να βρουμε την ποσοτητα υετου που επεσε σε μια περιοχη, αλλα ο ανεμος παιζει μεγαλο ρολο στο να εχουμε μια αντιπροσωπευτικη μετρηση του υετου που επεσε ή οχι. Ετσι σε συνθηκες ισχυρων ή και μετριων ανεμων ο υετος που καταγραφεται ειναι πολυ πιθανον να ειναι διαφορετικος απο την πραγματικη τιμη, διοτι η ιδια παρουσια του βροχομετρου προκαλει αυξηση της ταχυτητας του ανεμου πανω απο το στομιο και απομακρυνει ενα μερος σταγονων που υπο απουσια ανεμου θα επεφταν μεσα στο βροχομετρο. Τα δε ηλεκτρονικα βροχομετρα εκτος της περιπτωσης ισχυρων ή μετριων ανεμων, ειναι επιρρεπη σε λαθη και στην μετρηση υετου με μεγαλες ραγδαιοτητες οπου συνηθως χανουν χιλιοστα.

►Μετρηση ατμοσφαιρικης πιεσης.
Η ατμοσφαιρικη πιεση της ατμοσφαιρας πανω σε ενα σωμα, ειναι το πηλικο της δυναμης που εξασκειται απο τον αερα στο σωμα προς το εμβαδον επιφανειας που ασκειται αυτη η δυναμη στο εν λογω σωμα. Η μετρηση της ατμοσφαιρικης πιεσης γινεται με τα βαρομετρα.
Αυτα διακρινονται σε υδραργυρικα, σε μεταλλικα(ανεροειδες βαρομετρο), στους βαρογραφους, και σε άλλα.

Τα υδραργυρικα ειναι τα πρωτα που κατασκευαστηκαν και στηριζονται στην αρχη οτι το βαρος του ατμοσφαιρικου αερα ισορροπει απο το βαρος του υδραργυρου σε μια καταλληλα βαθμονομημενη στηλη.
Τα μεταλλικα βαρομετρα αποτελουνται απο εναν σχεδον κενο θαλαμο εφαρμοσμενο σε ενα μεταλλικο τυμπανο και εχουν ως αρχη λειτουργιας οτι η μεταβολη της ατμοσφαιρικης πιεσης μεταβαλει το σχημα του μεταλλικου τυμπανου οπου μεσω ενος συστηματος μοχλων οι μεταβολες πολλαπλασιαζονται.
Στους διαφορους συγχρονους μετεωρολογικους σταθμους η μετρηση της πιεσης γινεται απο εναν αισθητηρα δυναμης που την μετατρεπει σε πιεση και μεταβαλει τις τιμες της ηλεκτρικης αντιστασης ενος ημιαγωγου ή μεταλλου οπου μεσω καθορισμενων σχεσεων τις μετατρεπει σε τιμες πιεσης.

Οι μετεωρολογικοι σταθμοι δεν αναφερουν συνηθως την πραγματικη τιμη της ατμοσφαιρικης πιεσης σε μια περιοχη αλλα την ισοδυναμη ως προς την μεση σταθμη επιφανειας της θαλασσας και αυτο για να υπαρχει ευκολη συγκριση των ατμοσφαιρικων πιεσεων μεταξυ περιοχων με διαφορετικα υψομετρα. Ουσιαστικα δηλαδη σε ενα μερος με υψομετρο 670 μετρα πανω απο την μεση σταθμη επιφανειας της θαλασσας, στην πραγματικη τιμη της πιεσης λειπει η προσθετη πιεση του αερα απο την επιφανεια της θαλασσας εως τα 670 μετρα. Οποτε και αυτην προστιθεται.

Ο τυπος της αναγομενης ατμοσφαιρικης πιεσης Ps με βαση την πραγματικη Preal δινεται απο την σχεση (1). Ενω για να βρει κανεις την πραγματικη τιμη της πιεσης Preal σε σχεση με την αναγραφομενη στους σταθμους Ps μπορει να χρησιμοποιησει την σχεση (2).

Οπου h το υψος σε μετρα και ολες οι μοναδες στο SI με g = 9.8 m/s² περιπου ενω Τ η μεση θερμοκρασια του στρωματος απο επιφανεια θαλασσας εως το υψος h.
Ή για λιγο μεγαλυτερη ακριβεια(ολες οι μοναδες στο SI εκτος απο το φ οπου ειναι το γεωγραφικο πλατος σε μοιρες:

►Μετρηση ταχυτητας ανεμου.
Ανεμο ονομαζουμε την συνισταμενη μεταφορικη κινηση των μοριων του αερα προς μια επικρατουσα κατευθυνση. Η μετρηση της εντασεως(ταχυτητας) του ανεμου γινεται με τα ανεμομετρα.
Συνηθεστερη κατηγορια ειναι το κυπελλοφορο ανεμομετρο(cup anemometer) το οποιο αποτελειται απο 3 κωνικα κυπελλα ασσυμετρικα τοποθετημενα στο χωρο για να εξασφαλιζεται η συνεχης κινηση ανεξαρτητως κατευθυνσης ανεμου και τα οποια περιστρεφονται λογω του ανεμου και η γωνιακη ταχυτητα της περιστροφης μεταφραζεται με ηλεκτρομαγνητικες ή και αλλες μεθοδους σε ταχυτητα του ανεμου.

Γνωστα επισης ειναι τα ανεμομετρα ελικας που αποτελουνται απο μια ελικα και απο ενα πτερυγιο στο πισω μερος. Απο την ταχυτητα περιστροφης της ελικας μπορουμε να υπολογισουμε την ταχυτητα του ανεμου.
Το πτερυγιο μας δειχνει ταυτοχρονα και την κατευθυνση του ανεμου.

ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ μετεωρολογικου σταθμου.

•Ο εκαστοτε μετεωρολογικος σταθμος πρεπει να τοποθετειται σε επιπεδο χωρις κλιση εδαφος, ουτε σε τρυπα/γουβα μεσα, για να ειναι αντιπροσωπευτικες οι μετρησεις για την περιοχη(εαν ενδιαφερομαστε για την θερμοκρασια πλαγιας βουνου ή γα την θερμοκρασια δολινης/γουβας, τοτε η τοποθετηση του εκει ειναι δεκτη).

•Ο σταθμος πρεπει να ειναι μακρυα απο οποιοδηποτε αντικειμενο, οπως δεντρα, κτιρια, τοιχους, κλπ και να μην επηρεαζεται καθολου απο αυτα με κανεναν τροπο.

•Το δε βροχομετρο πρεπει να βρισκεται οσο πιο κοντα στο εδαφος γινεται και πρεπει να βρισκεται μακρυα απο οποιοδηποτε αντικειμενο, σε αποσταση τουλαχιστον 4 φορες μεγαλυτερη απο την διαφορα υψους του αντικειμενου απο το υψος του βροχομετρου.

•Το ανεμομετρο πρεπει να βρισκεται σε υψος 10 μετρων και μακρυα απο οποιοδηποτε αντικειμενο, σε αποσταση τουλαχιστον 10 φορες μεγαλυτερη απο το υψος του αντικειμενου.
Ο μηχανισμος μετρησης θερμοκρασιας(κλωβος με το θερμομετρο μεσα του) πρεπει να βρισκεται σε αποσταση τουλαχιστον 1.25 μετρων απο το εδαφος και οχι πανω απο 2 μετρα(η 2η συνθηκη ειναι λιγοτερο απαγορευτικη αν και καλο θα ειναι να τηρειται επισης). Το δε εδαφος απο κατω του, καλο θα ειναι να μην αποτελειται απο καποια επιφανεια με μεγαλη ανακλαστικη ικανοτητα(λεια πλακακια, καθρεφτες, τζαμι, κλπ) ή πηγη θερμοτητας(τσιμεντο, πισσα, νερο(εκτος και αν ενδιαφερομαστε για την μετρηση της θερμοκρασιας του αερα μιας περιοχης πανω απο νερο) κλπ).
Αυτονοητο ειναι απο τα παραπανω, οτι ο μηχανισμος μετρησης θερμοκρασιας(κλωβος με το θερμομετρο μεσα του) πρεπει να μην επικαλυπτεται απο οποιαδηποτε σκια και να βρισκεται σε συνεχη εκθεση στον ηλιο εφοσον υπαρχει ηλιοφανεια.

•Το βαρομετρο μπορει να τοποθετηθει σχετικα με πιο ελευθερα κριτηρια αφου η ατμοσφαιρικη πιεση δεν παρουσιαζει ιδιαιτερες μεταβολες για μια μικρη περιοχη πχ ουτε μεγαλες αυξομειωσεις απο το εδαφος εως τα 10 μετρα πχ, οποτε μπορει να τοποθετηθει και σε κλειστο χωρο, πχ μεσα στο σπιτι.

Ο WMO δινει ως ενδεικτικα κριτηρια για τις διαφορες μετεωρολογικες φυσικες ποσοτητες ως προς πληρως αξιοπιστες μετρησεις, τις παρακατω:
(κλικ στην εικονα για μεγεθυνση)

Εδω και ενας πινακας που να δειχνει τις διαφορές μεταξυ διαφορων αυτοματων σταθμων ως προς την ακριβεια κλπ.
(κλικ στην εικονα για μεγεθυνση)

Μια απο τις καλυτερες επιλογες αυτοματου μετεωρολογικου σταθμου με σχετικα προσιτη τιμη και με μεγαλη ακριβεια ειναι οι σταθμοι της DAVIS instruments, με 2 βασικες επιλογες τους DAVIS Vue για ακομα μικροτερη τιμη και DAVIS Vantage Pro 2 που ειναι πολυ καλυτεροι απο τους Vue σε παρα πολλα θεματα. Η προσιτη τιμη παντως ειναι θεωρητικη διοτι στην Ελλαδα αλλα και στην Ευρωπη οι τιμες ειναι ΚΑΤΑ ΠΟΛΥ(ακομα και 70% μεγαλυτερη!) ακριβοτερες απο τις αντιστοιχες στις ΗΠΑ. Για αυτο και η αγορα τους απο την Αμερικη ειναι ακρως συμφερουσα εαν βρεθει καποιο τρικ για να παρακαμφθει το “εμποδιο” των τελωνειακων δασμων.
Οι ασυρματοι σταθμοι DAVIS οταν εισαγονται απο την Αμερικη πρεπει να προσεχτει η συχνοτητα που εκπεμπουν για τα δεδομενα, διοτι χρησιμοποιουν την συχνοτητα 915 Mhz(αντι για την 433 MHz των ευρωπαικων) που σε ορισμενες περιπτωσεις χρησιμοποιειται απο διαφορες αρχες. Οποτε θα πρεπει να επιλεγεται το ευρωπαικο μοντελο.
Η ιστοσελιδα της DAVIS:
http://www.davisnet.com/weather-monitoring/

Οι σταθμοι της DAVIS μπορουν να χωριστουν στις παρακατω κατηγοριες:
•Davis Vantage Pro2 , 24 hours fan aspirated.
•Davis Vantage Pro2 , passive shield
•Davis Vue

Η διαφορα των πρωτων 2 ειναι στο οτι ο 1ος εχει ανεμιστηρα για να εξασφαλιζεται η συνεχης ροη εξωτερικου αερα μεσα στον κλωβο, χωρις ομως αυτο να σημαινει οτι δειχνει και σωστοτερες μετρησεις παντα, διοτι συμβαινει αρκετες φορες, συμφωνα με μετρησεις με ακριβεστερα θερμομετρα, να υπαρχει μια χαμηλοτερη ενδειξη της θερμοκρασιας απο την πραγματικη λογω της παρουσιας τεχνητου ρευματος αερα. Ακομα πιο πολλες φορες παντως και κυριως σε απνοια με ηλιοφανεια, η παρουσια του ανεμιστηρα βοηθαει ωστε να εξασφαλιζεται οτι ο αερας δεν παραμενει μεσα στον κλωβο, οπου οταν συμβαινει αυτο οι θερμοκρασιες που αναφερει το θερμομετρο δεν ειναι αντιπροσωπευτικες της πραγματικης θερμοκρασιας αερα της περιοχης και ειναι ψηλοτερες. Ετσι ναι μεν αρκετες φορες η παρουσια τεχνητου αερισμου προκαλει λιγο χαμηλοτερες θερμοκρασιες που αναφερονται, αλλα σε ακομα περισσοτερες περιπτωσεις βοηθαει στον καλυτερο αερισμο, μιας και οι κλωβοι των DAVIS δεν ειναι και οι καλυτεροι δυνατοι, αποτρεποντας την αναγραφη υψηλοτερων θερμοκρασιων.
Φυσικα μια απο τις καλυτερες επιλογες κλωβου, ειναι ο κλασικος κλωβος Stevenson Screen οπου ο φυσικος αερισμος του ειναι εξαιρετικα καλος και χωρις την χρηση τεχνητου συστηματος αερισμου(ανεμιστηρα).

Οι 2 πρωτοι σταθμοι επισης ειναι πολυ παραμετροποιησιμοι και μπορουν να καθαριστουν ευκολοτερα μιας και αποτελουνται απο αποσπωμενα κομματια, σε αντιθεση με τον Vue που ειναι μια μοναδα που τα εχει ολα πανω της.

Η μεγαλυτερη αδυναμια των σταθμων DAVIS ειναι η μετρηση του υετου, οπου θελει καλιμπραρισμα απο καιρο σε καιρο, οπως και την 1η φορα χρησιμοποιησης του σταθμου, για να μην υπαρχουν σχετικα μεγαλα σφαλματα. Παροτι οι προδιαγραφες του βροχομετρου μιλανε για 4 % μονο σφαλμα, αυτο πραγματι ισχυει αλλα με το σωστο καλιμπραρισμα στην αρχη.
Το καλιμπραρισμα γινεται ευκολα αφου ξερουμε οτι το ανω στομιο του κυλινδρου συλλογης υετου των DAVIS ειναι 16.51 εκατοστα σε διαμετρο. Αρα εαν ριξουμε μεσα 107 mL νερου, με την μεθοδο του μπουκαλιου με μια τρυπα οπου μια σταγονα να πεφτει καθε 40 δευτερολεπτα, θα πρεπει η ενδειξη να αναφερει (10³)·107·(10^(-6))/(π·(16.51/200)²) mm ~= 5 mm.
Παρομοια εαν ριξουμε μισο λιτρο νερο θα πρεπει να αναφερει η ενδειξη του βροχομετρου 23.4 mm.

Εκτος απο τον σταθμο θα πρεπει να εξασφαλισουμε την μεταφορα των δεδομενων σε εναν υπολογιστη ή και την προβολη τους σε μια ιστοσελιδα online στο ιντερνετ αυτοματα, οποτε χρειαζομαστε και ενα WeatherLink ή WeatherLinkIP.

Για απαιτητικες μετρησεις ή για απαιτητικα περιβαλλοντα(ψηλα βουνα, ακραιες καιρικες συνθηκες, ανεμωδη μερη, κλπ), οι αυτοματοι μετεωρολογικοι σταθμοι της Campbell Scientific διακρινονται για την απιστευτα στιβαρη τους κατασκευη, για την πολυ μεγαλη ακριβεια μετρησεων τους και για την τεραστια δυνατοτητα παραμετροποιησης τους για αυτο και χρησιμοποιουνται απο πολλα πανεπιστημια, αεροδρομια, εταιρειες αιολικης ενεργειας, κλπ σε ολο τον κοσμο. Εκτος αυτου εχουν και μεγαλη αυτονομια λογω του οτι η ενεργεια που χρειαζονται για να λειτουργησουν ειναι πολυ μικρη. Το μονο αρνητικο η αρκετα μεγαλη τιμη τους. Συνιστανται για επαγγελματικες μετρησεις.
https://www.campbellsci.eu/weather-climate

Εκτος των σταθμων της Campbell, αλλες επιλογες επαγγελματικων απαιτησεων σε σταθμους ειναι απο τις 4 παρακατω εταιρειες:
http://www.vaisala.com/en/products/automaticweatherstations/Pages/default.aspx
http://www.metone.com/meteorology.php
http://www.emltd.net/products
http://www.youngusa.com/products/