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L'atmosphère terrestre est unique au sein du système solaire et génère divers phénomènes météorologiques. La prévision météorologique est importante, tant pour la vie quotidienne des personnes que pour les entreprises. Les météorologues utilisent une combinaison de modélisation informatique et de mesures expérimentales afin de prévoir le temps. Parmi les instruments de prévision météorologique, citons le thermomètre, le baromètre, le pluviomètre et l’anémomètre.
Thermomètre
Un thermomètre est un instrument utilisé pour mesurer la température. Le type de thermomètre le plus connu consiste en un tube de verre dans lequel est placé du mercure liquide. Lorsque la température augmente, le volume de mercure augmente, ce qui entraîne l'augmentation du niveau. Une diminution de la température entraîne une réduction du volume et du niveau de mercure. Une échelle sur le côté du tube permet de lire la température. Un autre type de thermomètre, appelé thermomètre à ressort, remplit complètement un tube de verre avec du mercure et un diaphragme métallique relié à un ressort est placé au fond du tube. Lorsque la température augmente, la pression sur le diaphragme augmente également, entraînant une tension au printemps. Le ressort tourne ensuite un cadran pour indiquer la température.
Baromètre
Un baromètre est un instrument utilisé pour mesurer la pression, c'est-à-dire la force que l'air impose sur une surface. Il existe plusieurs types de baromètres. Le plus simple consiste en un tube rempli de mercure liquide et scellé à une extrémité. Le tube est ensuite inversé et placé dans un bol de mercure liquide. Le poids de l'air poussant sur la cuvette est équilibré avec le poids du mercure poussant à l'intérieur du tube. Dans des conditions atmosphériques normales, le niveau de mercure dans le tube chute à une hauteur d'environ 76 centimètres (29,9 pouces). L'augmentation de la pression atmosphérique entraîne la hausse du niveau de mercure dans le tube, tandis qu'une diminution de la pression atmosphérique provoque la baisse du niveau de mercure dans le tube. Le baromètre anéroïde est un instrument plus sophistiqué pour mesurer la pression. Celui-ci consiste en une capsule scellée, à côtés souples et montée dans une boîte. Un changement de pression modifie l'épaisseur de la capsule. Un levier attaché à la capsule amplifie ces changements, amenant un pointeur à se déplacer sur un cadran mis à l'échelle.
Pluviomètre
Les pluviomètres permettent de mesurer la quantité de pluie qui tombe dans un laps de temps déterminé. Le type le plus simple de pluviomètre consiste en un tube avec une échelle, mais ceux-ci doivent être vidés régulièrement et ne sont donc plus utilisés dans les stations météorologiques automatisées. Une étape par rapport au tube simple consiste en un tube sur des balances numériques. Les balances sont connectées à un ordinateur qui trace les précipitations en fonction du temps. Cependant, ce type de pluviomètre doit également avoir son bateau vidé régulièrement. Une solution beaucoup plus élégante est le pluviomètre à augets basculeurs, qui consiste en un entonnoir relié à un tube qui se déverse dans un seau. Le seau est équilibré sur un pivot, de sorte qu'il bascule lorsqu'un volume défini d'eau est capturé. Lorsque cela se produit, un deuxième godet se met automatiquement en position pour capter davantage de pluie. Chaque fois qu'un seau bascule, un signal électronique est envoyé à un enregistreur de données qui permet d'enregistrer la quantité totale de précipitations.
Anémomètre
Un anémomètre est utilisé pour mesurer la vitesse du vent. Le type le plus simple d'anémomètre consiste en un axe tubulaire sur lequel quatre bras sont placés à des intervalles de 90 degrés. Des coupes sont placées sur chacun des quatre bras et lorsque ceux-ci capturent le vent, cela entraîne la rotation des bras autour de l’axe tubulaire. Un aimant permanent est monté au bas de l’axe et une fois par rotation, il active un commutateur Reed, qui est un signal électronique envoyé à un ordinateur. L'ordinateur calcule la vitesse du vent à partir du nombre de tours par minute. L'anémomètre sonique est un appareil plus sophistiqué. Cela fonctionne en mesurant le temps pris par une impulsion sonore pour se déplacer entre deux capteurs. Le temps nécessaire au son pour voyager entre les capteurs dépend de la distance qui les sépare, de la vitesse intrinsèque du son dans l'air et de la vitesse de l'air le long de l'axe du capteur. Puisque la distance entre les capteurs est fixe et que la vitesse du son dans l'air est connue, la vitesse de l'air le long de l'axe du capteur peut être déterminée.