Yaygın hava ölçüm araçları anemometre, rüzgar gülü, basınç sensörü, termometre, higrometre ve yağmur ölçer olarak Hava durumu ölçüleri özel formatta biçimlendirilir ve hava tahmin modeline yardımcı olmak için hava tahmin istasyonlarına gönderilir. Bu yazıda hava tahmini yaparken en fazla kullanılan hava tahmin araçlarının çalışma prensipleri hakkında bilgiler bulunmaktadır.
Barometre
Barometre hava tahmini en önemli araçlardan biridir. Adından da anlaşılacağı gibi, yerel atmosferik hava basıncını ölçmek için kullanılmaktadır. Evangelista Torricelli, 17. yüzyılın ortalarında barometrenin icadıyla büyük ölçüde itibar görmektedir. Ancak tarihsel belgeler, başka bir İtalyan bilim adamı Gasparo Berti’nin 1640-1643 yılları arasında tesadüfen çalışan bir barometre yaptığını da göstermektedir. Berti, Torricelli’nin akıl hocası olan Galileo’nun bir arkadaşıydı.
Berti, barometresinin nasıl çalıştığını açıklayamamış ve vakumun bir şekilde tüpteki su seviyesini tuttuğuna dair bir teoriye başvurmuştur ve Galileo’dan tavsiye istemiştir. Bu doğruysa, Torricelli daha sonra atmosferik basınç ile Gasparo Berti’nin cihazında anlattığı fenomen arasındaki bağlantıyı kurmuştur. Daha sonra bu icadı cıva gibi daha yoğun sıvılar kullanarak minyatürde kopyalayabileceğini keşfetmiştir. Geleneksel olarak, barometreler bazı biçimlerle oluşturulmuştur ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Su (Goethe)
• Cıva ve
• Aneroid (daha sonra 1844’te Lucien Vidi tarafından icat edilmiştir).
Analog formlar, günümüzde resmi hava tahmini için nadiren kullanılmaktadır ve büyük ölçüde dijital olanlarla değiştirilmiştir. Dijital barometreler, atmosfer basıncını tespit etmek için vakumdaki sıvılar yerine elektrikli transponderler kullanır ve bugün resmi meteoroloji istasyonlarında en yaygın kullanılan formdur. Rüzgâr gözlemleriyle birleştirildiğinde hava basıncı, 19. yüzyılın sonlarından bu yana kısa vadeli hava tahminlerini oldukça doğru bir şekilde tahmin etmek için kullanılmıştır.
Anemometre
Rüzgâr hızları, anemometre adı verilen cihazlar kullanılarak doğru bir şekilde ölçülebilir. İlk olarak İtalyan sanatçı Leon Battista Alberti tarafından 1450’de ancak 20. yüzyılda çok daha sonra geliştirilmiştir. Genellikle hava istasyonlarında bulunan ortak bir araçtır. 15. yüzyıldan beri tasarımları çok az değişliğe uğramıştır. Hava tahmininde kullanılan en kolay tanınabilir formlar vardır ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Kupalı anemometreleri.
• Kanatlı anemometreler.
İlki, fincan çarkının ne kadar hızlı döndüğüne bağlı olarak rüzgâr hızını belirler. 1991’de tasarımda yapılan iyileştirmeler Derek Weston tarafından, çanak çarkının hızındaki döngüsel değişikliklerden rüzgâr yönlerini belirlemelerine de izin verir. Teoride basit olmasına rağmen, gerçek rüzgâr hızlarını belirlemeden önce diğer faktörlerin hesaba katılması gerekir. Örneğin, cihazın kendisinden kaynaklanan türbülans ve montaj noktasından kaynaklanan sürtünmenin hesaba katılması gerekir. Bir pervane anemometre diğer taraftan, bir pervane, aynı alet doğru ve hassas bir rüzgâr hızı ve yönü ölçümleri elde etmek için aynı eksen üzerinde bir kuyruk birleştirir. Rüzgâr hızı, daha sonra rüzgâr hızına dönüştürülen bir devir sayacı kullanılarak belirlenir. Başka anemometre formları da vardır ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Sıcak telli anemometreler (en popüler sabit sıcaklık cihazları),
• Lazer Doppler anemometreler,
• Ultrasonik anemometreler
• Ping-pong topu anemometre
Yağmurölçer
Yağmurölçerler, belirli bir süre boyunca tek bir konumdaki sıvı yağış miktarını doğrudan ölçmek için kullanılan oldukça basit araçlardır. Meteorologlar ve hidrologlar için hayati önem taşıyan araçlardır. Dünyanın en eski ve en temel hava durumu göstergelerinden biridir. Kaydedilen ilk aygıtlardan bazıları MÖ 500 civarında Antik Yunanistan’a kadar uzanmaktadır. Diğer kayıtlar, Hindistan’da yaşayan insanların da MÖ 400 civarında yağış miktarını ölçmeye başladığını göstermektedir. İlk standartlaştırılmış yağmurölçer Kore’nin Joseon Hanedanlığı’nda MS 1441’de geliştirilmiş gibi görünüyor.
Yağmurölçerin ilk devirme kovası formu, 1662’de Sir Christopher Wren tarafından geliştirilmiştir. Richard Towneley, 1677’den 1694’e 15 yıllık bir süre boyunca yağmuru sistematik olarak ölçen ve kaydeden ilk kişidir. Daha sonra, çağın diğer bilim adamlarına ve sonunda İngiliz Yağış Örgütü’nü kuran George James Symons’a (ilk yetkililerden biri) meteorologlara ilham vermiştir. Çoğu modern yağmurölçeri, çoğunlukla belirlenen zaman zarfında her metrekareye düşen yağış miktarının milimetre yüksekliğini ölçmektedir. Bu da metrekare başına düşen litre miktarıyla aynı değerdedir. Bunlar, daha sonra yağışları değerlendirmek için meteorologlar tarafından ziyaret edilen veya yerinde veri toplamak için otomatik hale getirilen basit toplama sistemleri olabilir.
Hava Durumu Balonu
Hava durumu veya sondaj balonları, bilimsel enstrümanları üst atmosfere taşıyan etkin bir şekilde mobil hava istasyonlarıdır. Atmosferik basınç, sıcaklık ve nem gibi hava değişkenlerini ölçmek için sensör takımları ile donatılmış olma eğilimindedirler. Bu bilgiler depolanmak ve analiz edilmek üzere yer bazlı alıcı istasyonlara iletilir. Rüzgâr verileri gibi diğer bilgiler, balonun konumunu radar, radyo yön bulma veya her bir balona GPS sistemleri kurarak takip ederek elde edilebilir. Diğer aletler, küçük, paraşütle donatılmış, ancak genellikle harcanabilir, radyo sondalar adı verilen yüklerle kaplanmıştır.
Her balon büyük, genellikle 6 ft (1,8 metre) uzunluğa kadar çıkma eğilimindedir. Balonlar daha sonra uçuş sırasında daha hassas aletleri kaplayan ve koruyan bir alet yük paketi taşırlar. Fransız meteorolog Leon Teisserence de Bort, hava balonlarını ilk kullananlardan biridir. Troposfer ve stratosferin keşfine yol açan 1896’da yüzlercesini fırlatmışlardır. Transosond adı verilen bazı balonlar, uzun süre havada kalacak şekilde tasarlanmıştır. Başlangıçta, 1950’lerde atomik serpinti kaynaklı radyoaktif kalıntıların izlenmesine yardımcı olmak için tasarlanmışlardır.
Basit Termometre
Hava tahmini için kullanılan bir diğer temel ancak temel araç basit termometredir ve genellikle havanın ortam sıcaklığını ölçmek için kullanılırlar. Cihaz, tasarım açısından oldukça basittir ve bazı önemli bileşenlerden oluşur. Bu bileşenler aşağıdaki gibidir:
• Bir sıcaklık sensörü: Bu, geleneksel analog termometrelerde bir cıva ampulü veya modern kızılötesi termometrelerde bir dijital sensör içerir.
• Sıcaklıktaki değişiklikleri sayısal bir değere dönüştürmenin bir yolu: Bunlar, eski analog termometrelerde, modern termometrelerde dijital okumalara kadar görünür ölçeklerdir.
Termometrenin temel konsepti eski Yunanlılar tarafından bilinmektedir. Ancak bilindiği şekliyle termometre 17. yüzyılda Galileo’nun 16. yüzyıl termoskopundan yavaş yavaş gelişmiştir. Standardizasyon, 17. ve 18. yüzyıllar arasında bir ara başlamıştır. Bununla birlikte meteorolojide, yer tabanlı meteoroloji istasyonlarının veya hava durumu balonlarının ayrılmaz bir parçasıdırlar.
Higrometre
Higrometreler, atmosferdeki, topraktaki veya iç mekândaki nem ve hava nem içeriğini ölçmek için kullanılan araçlardır. İlk higrometre, kaba olmasına rağmen, İtalyan dehası Leonarda da Vinci tarafından yaklaşık 1480’de icat edilmiştir. Daha modern versiyonlar 1755’te İsviçreli bilge Johann Heinrich Lambert tarafından oluşturulmuştur. Daha eski analog higrometreler, birkaç isim vermek gerekirse, saç gerilimi higrometreleri ve askı psikrometreleri dâhil olmak üzere çeşitli biçimlerde gelir. İlki, adından da anlaşılacağı gibi, saçın uzunluğu değiştikçe bağıl hava nemindeki değişiklikleri tespit etmek için hayvan kılı (higroskopik – su emici) kullanır.
İkincisi, biri nemli diğeri kuru olmak üzere havada döndürülen iki termometre kullanır. Sıcaklıklar suyun donma noktasının üzerinde veya altında dalgalandıkça, ıslak termometre, kuru termometre ile karşılaştırıldığında daha soğuk bir sıcaklık (su donma noktasının üzerinde buharlaşırsa) veya daha düşük (buz oluşursa) gösterir. Modern higrometreler, daha güvenilir ve doğru olduklarından dijital versiyon olma eğilimindedir. Bağıl nemdeki değişiklikleri algılamak ve bunu kolayca okunabilir bir sayısal değere dönüştürmek için elektronik sensörler kullanırlar.
Radar
Radar, herhangi bir hava durumu enstrümantasyonunun ayrılmaz bir parçasını oluşturur ve öncelikle yağışları bulmak, izlemek, türünü (kar, yağmur, vb.) ve yoğunluğunu tahmin etmek için kullanılır. Ayrıca radar gök gürültülü fırtınalar, kasırgalar ve kış fırtınaları ile ilişkili yağışları tahmin etmek için de kullanılabilir. Başlangıçta İkinci Dünya Savaşı sırasında düşman uçaklarını tespit etmek ve izlemek için geliştirilmiştir. Personel kısa süre sonra yağmurdan kaynaklanan ekranlarında gürültü veya yankılar fark etmiş ve bu da teknoloji için potansiyel bir barış zamanı uygulamasını ortaya çıkarmıştır.
Savaşın sona ermesinden kısa bir süre sonra, fazla radar ekipmanı meteoroloji istasyonlarında yeniden tasarlanmıştır. Modern istasyonlar, gerçekte yağmur damlacıklarının hareketini ve yağışın yoğunluğunu algılayabilen pulse-doppler radar kullanır. Genellikle dikey ve yatay darbeler gönderen ve alan çift kutuplu radar kullanırlar. Bu, meteorologlara herhangi bir zamanda çok boyutlu durum hakkında çok daha net bir değerlendirme sağlar.
Otomatik Meteoroloji İstasyonu (AWS)
Otomatik meteoroloji istasyonu (AWS), hava durumu enstrümantasyonunun en önemli parçasıdır. Bunlar, adından da anlaşılacağı gibi, otomatik olarak tamamlanan hava istasyonlarıdır. Herhangi bir insanın yokluğunda sensörleri hava durumu verilerini bir hava durumu kaydediciyle ilişkilendiren sabit veya mobil siteler olabilirler. AWS, ulaşılması zor veya uzak yerlerde (denizde olduğu gibi) kullanım için özel olarak tasarlanmıştır. Otomatik istasyonlar, yukarıda listelenen sensörlerin çoğunun merkezi bir işlemciye bağlı olma eğilimindedir. Veriler bir kaydedicide saklanabilir, kablo ve radyo sinyali ile bir veya daha fazla uzak konuma iletilebilir.
İstasyonun tüm gubbinleri de su geçirmez bir muhafaza içinde bulunma eğilimindedir. Şarj edilebilir bir pil, bir güneş paneli veya bir rüzgâr türbini ile çalıştırılırlar ve sensör sayısı ihtiyaçlara bağlıdır. Tipik olarak otomatik bir istasyon, en azından bir termometre, anemometre, rüzgâr çorabı, higrometre ve bir barometreye sahip olurlar. Öncelikle ulusal meteoroloji hizmetleri tarafından kullanılma eğilimindedirler, ancak aynı zamanda araştırmacılar veya amatör meteorologlar tarafından da kullanılabilirler.
Kaynakça:
longdom.org/open-access/weather-forecasting-from-the-early-weather-wizards-to-modernday-weather-predictions-2332-2594-1000229.pdf
sciencedaily.com/terms/weather_forecasting.htm
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu