الأجهزة الأرصادية

تُعدّ الأدوات الأرصادية (أو أدوات قياس الطقس )، بما فيها أجهزة الاستشعار الأرصادية ، المعدات المستخدمة لتحديد حالة الغلاف الجوي في وقتٍ مُحدد. ولكل علمٍ مجموعاته الخاصة من المعدات المخبرية. إلا أن علم الأرصاد الجوية لا يعتمد كثيرًا على المعدات المخبرية، بل يعتمد بشكلٍ أكبر على الملاحظة الميدانية وأجهزة الاستشعار عن بُعد . في العلوم، تُعرَّف الملاحظة، أو المُلاحَظة ، بأنها فكرة مجردة قابلة للقياس ويمكن جمع بيانات عنها. وكان المطر من أوائل الكميات التي قُيست تاريخيًا. ومن المتغيرات الأخرى المتعلقة بالطقس والتي تُقاس بدقة، الرياح والرطوبة. وقد بُذلت محاولات عديدة قبل القرن الخامس عشر لتطوير معدات مناسبة لقياس متغيرات الغلاف الجوي.

كانت أولى الأجهزة المستخدمة لقياس الظواهر الجوية هي مقياس المطر، ومقياس سرعة الرياح ، ومقياس الرطوبة . وشهد القرن السابع عشر تطوير البارومتر ومقياس حرارة غاليليو، بينما شهد القرن الثامن عشر تطوير مقياس حرارة بمقياسي فهرنهايت ومئوية . وفي القرن العشرين ، ظهرت أدوات استشعار عن بُعد جديدة، مثل رادارات الطقس، وأقمار الأرصاد الجوية، وأجهزة قياس سرعة الرياح، مما يوفر دقة أفضل في جمع البيانات على المستويين الإقليمي والعالمي. تجمع أجهزة الاستشعار عن بُعد بيانات من الظواهر الجوية على مسافة معينة منها، وتخزنها عادةً في موقعها، وغالبًا ما ترسلها على فترات زمنية محددة إلى مراكز بيانات مركزية.

في عام 1441، اخترع الأمير مونجونغ ، نجل الملك سيجونغ ، أول مقياس مطر معياري. أُرسلت هذه المقاييس إلى جميع أنحاء مملكة جوسون في كوريا الجنوبية كأداة رسمية لتقييم ضرائب الأراضي بناءً على المحصول المتوقع للمزارع. في عام 1450، طوّر ليون باتيستا ألبيرتي مقياس سرعة الرياح ذو الصفيحة المتأرجحة، ويُعرف بأنه أول مقياس لسرعة الرياح . ^{[ 1 ]} في عام 1607، صنع غاليليو غاليلي جهاز قياس الحرارة بالميكروسكوب . في عام 1643، اخترع إيفانجيليستا توريتشيلي مقياس الضغط الجوي الزئبقي. ^{[ 1 ]} في عام 1662، اخترع السير كريستوفر رين مقياس المطر الميكانيكي ذاتي التفريغ ذو الدلو القلاب. في عام 1714، ابتكر غابرييل فهرنهايت مقياسًا موثوقًا لقياس درجة الحرارة باستخدام ميزان حرارة زئبقي. ^{[ ٢ ]} في عام ١٧٤٢، اقترح الفلكي السويدي أندرس سيلسيوس مقياس درجة الحرارة "المئوي"، وهو المقياس السابق لمقياس سيلسيوس الحالي . ^{[ ٣ ]} في عام ١٧٨٣، عرض هوراس-بينيديكت دي سوسير أول مقياس رطوبة مصنوع من الشعر . وفي عام ١٨٠٦، قدم فرانسيس بوفورت نظامه لتصنيف سرعات الرياح . ^{[ ٤ ]} شكّل إطلاق القمر الصناعي الأول الناجح للأرصاد الجوية، تيروس-١، في أبريل ١٩٦٠، بداية عصر أصبحت فيه معلومات الطقس متاحة عالميًا.

وقد استُخدم هذا الجهاز أيضاً لقياس درجة حرارة الهواء المحيط.

يقيس الترمومتر درجة حرارة الهواء ، أو الطاقة الحركية لجزيئات الهواء. ويقيس البارومتر الضغط الجوي ، أو الضغط الناتج عن وزن الغلاف الجوي للأرض فوق موقع معين. ويقيس مقياس سرعة الرياح سرعة الرياح واتجاه هبوبها في الموقع الذي يُركّب فيه. ويقيس مقياس الرطوبة الرطوبة النسبية في موقع ما، والتي يمكن استخدامها لحساب نقطة الندى . وتقيس المجسات الراديوية معظم هذه الكميات مباشرةً، باستثناء الرياح، التي تُحدد بتتبع إشارة المجس الراديوي باستخدام هوائي أو جهاز ثيودوليت . وبالإضافة إلى المجسات الراديوية، تُنظم المنظمة العالمية للأرصاد الجوية شبكة من الطائرات لجمع البيانات ، والتي تستخدم هذه الأجهزة أيضًا للإبلاغ عن الأحوال الجوية في مواقعها. أما صاروخ السبر، أو صاروخ السبر ، والذي يُسمى أحيانًا صاروخًا بحثيًا، فهو صاروخ يحمل أجهزة مصممة لأخذ القياسات وإجراء التجارب العلمية أثناء رحلته شبه المدارية.

مقياس الإشعاع الشمسي هو نوع من مقاييس الإشعاع الشمسي يُستخدم لقياس الإشعاع الشمسي واسع النطاق على سطح مستوٍ، وهو عبارة عن مستشعر مصمم لقياس كثافة تدفق الإشعاع الشمسي (بالواط لكل متر مربع) من مجال رؤية 180 درجة. مقياس ارتفاع السحب هو جهاز يستخدم الليزر أو مصدر ضوء آخر لتحديد ارتفاع قاعدة السحب. يمكن أيضًا استخدام مقاييس ارتفاع السحب لقياس تركيز الهباء الجوي في الغلاف الجوي. يستخدم خبراء الأرصاد الجوية بالون السقف لتحديد ارتفاع قاعدة السحب فوق مستوى سطح الأرض خلال ساعات النهار. يعتمد مبدأ عمل بالون السقف على بالون ذي معدل صعود معروف (سرعة صعوده) وتحديد المدة التي يبقى فيها البالون في ارتفاعه حتى يختفي داخل السحابة. حاصل ضرب معدل الصعود في زمن الصعود يعطي ارتفاع السقف. مقياس قطرات المطر هو أداة تُستخدم لقياس توزيع حجم قطرات المطر وسرعة سقوطها . تُستخدم مقاييس المطر لقياس الهطول الذي يسقط في أي نقطة على سطح الأرض.

الاستشعار عن بُعد، كما يُستخدم في علم الأرصاد الجوية، هو مفهوم جمع البيانات من الأحداث الجوية البعيدة، ومن ثم إنتاج معلومات جوية. يجمع كل جهاز استشعار عن بُعد بيانات عن الغلاف الجوي من موقع بعيد، وعادةً ما يخزن البيانات في موقع الجهاز. من أكثر أنواع الاستشعار عن بُعد شيوعًا: الرادار ، والليدار ، والأقمار الصناعية (وكذلك التصوير المساحي ). يُستخدم الرادار بشكل أساسي لجمع معلومات حول تغطية وخصائص الهطول والرياح. أما الأقمار الصناعية، فتُستخدم بشكل رئيسي لتحديد الغطاء السحابي، بالإضافة إلى سرعة الرياح. يُعدّ نظام السودار (الكشف الصوتي وتحديد المدى ) أداةً للأرصاد الجوية ، وهو أحد أشكال أجهزة قياس سرعة الرياح، حيث يقيس تشتت الموجات الصوتية بفعل الاضطرابات الجوية. تُستخدم أنظمة السودار لقياس سرعة الرياح على ارتفاعات مختلفة فوق سطح الأرض، والبنية الديناميكية الحرارية للطبقة السفلى من الغلاف الجوي. لا يُعتبر كل من الرادار والليدار سلبيين، لأنهما يستخدمان الإشعاع الكهرومغناطيسي لإضاءة جزء محدد من الغلاف الجوي. ^{[ 5 ]} أصبحت الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية، إلى جانب الأقمار الصناعية العامة لمراقبة الأرض التي تدور حول الأرض على ارتفاعات مختلفة، أداة لا غنى عنها لدراسة مجموعة واسعة من الظواهر من حرائق الغابات إلى ظاهرة النينيو .

محطة الأرصاد الجوية هي منشأة مزودة بأجهزة ومعدات لرصد الأحوال الجوية بهدف توفير معلومات تُستخدم في التنبؤات الجوية ودراسة الطقس والمناخ . تشمل القياسات درجة الحرارة ، والضغط الجوي ، والرطوبة ، وسرعة الرياح ، واتجاهها ، وكمية الهطول . تُجرى قياسات الرياح في بيئة خالية من العوائق قدر الإمكان، بينما تُجرى قياسات درجة الحرارة والرطوبة بعيدًا عن أشعة الشمس المباشرة . تُجرى عمليات الرصد اليدوية مرة واحدة على الأقل يوميًا، بينما تُجرى عمليات الرصد الآلية مرة واحدة على الأقل كل ساعة.

تُعدّ بيانات رصد الأحوال الجوية السطحية البيانات الأساسية المستخدمة لأغراض السلامة والمناخية ، وذلك للتنبؤ بالطقس وإصدار التحذيرات في جميع أنحاء العالم. ^{[ 6 ]} ويمكن جمع هذه البيانات يدويًا بواسطة مراقب جوي، أو بواسطة الحاسوب من خلال محطات الأرصاد الجوية الآلية، أو ضمن نظام هجين يجمع بين مراقبي الطقس لدعم عمل محطات الأرصاد الجوية الآلية. وتُعرّف منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) الغلاف الجوي القياسي الدولي، وهو نموذج للتغير القياسي للضغط ودرجة الحرارة والكثافة واللزوجة مع الارتفاع في الغلاف الجوي للأرض ، ويُستخدم لخفض ضغط المحطة إلى مستوى ضغط سطح البحر. ويمكن إرسال بيانات رصد المطارات عالميًا باستخدام رمز رصد METAR . كما يمكن لمحطات الأرصاد الجوية الشخصية التي تُجري عمليات رصد آلية إرسال بياناتها إلى شبكة الأرصاد الجوية الأمريكية ( Mesonet) من خلال برنامج مراقبي الطقس المواطنين (CWOP)، أو دوليًا عبر موقع Weather Underground الإلكتروني. ^{[ 7 ]} ويُستخدم عادةً متوسط ​​ثلاثين عامًا لبيانات رصد الطقس في موقع ما لتحديد مناخ المحطة. ^{[ 8 ]}

• ميزوميريك
• بالون الطقس
• شبكة استشعار لاسلكية