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L'atmosphère terrestre est la seule de notre système solaire à abriter une riche tapisserie d'événements météorologiques. Des prévisions précises sont vitales pour la vie quotidienne et pour les entreprises, et les météorologues combinent des modèles informatiques avancés avec une gamme d'instruments pour fournir des prévisions fiables.
Un thermomètre mesure la température. Le thermomètre à mercure classique est constitué d'un tube de verre scellé rempli de mercure; lorsque la température augmente, le mercure se dilate et le niveau du liquide augmente, et lorsque la température baisse, il se contracte. Une échelle calibrée le long du tube permet de lire directement la température. Un thermomètre à ressort, quant à lui, remplit le tube de mercure et place un diaphragme métallique au fond. La hausse des températures augmente la pression sur le diaphragme, qui tend un ressort qui fait tourner un cadran pour indiquer la température.
Un baromètre mesure la pression atmosphérique, la force que l'air exerce sur une surface. La conception la plus simple utilise un tube scellé rempli de mercure qui est inversé en un bol de mercure. Le poids de l’air sur le bol équilibre le poids de la colonne de mercure à l’intérieur du tube. Dans des conditions atmosphériques standard, le niveau de mercure se stabilise à environ 76 cm (29,9 pouces). Lorsque la pression atmosphérique augmente, la colonne de mercure augmente; quand la pression baisse, elle chute. Un instrument plus moderne est le baromètre anéroïde, qui utilise une capsule flexible et scellée. Les changements de pression modifient l'épaisseur de la capsule, un levier amplifie le mouvement et un pointeur sur un cadran indique la pression.
Les pluviomètres quantifient les précipitations sur une période déterminée. La forme la plus simple est un tube simple marqué d'une échelle, mais il doit être vidé manuellement et n'est donc plus utilisé dans les stations automatisées. Un modèle intermédiaire utilise un tube connecté à une balance numérique; l'ordinateur enregistre les précipitations en fonction du temps, mais nécessite toujours une vidange manuelle. Le pluviomètre à augets basculants propose une solution plus élégante :un entonnoir dirige l'eau dans un auget en équilibre sur un pivot. Lorsqu'un volume de pluie prédéterminé remplit le seau, celui-ci bascule et s'échange automatiquement dans un deuxième seau. Chaque pointe génère un signal électronique qu'un enregistreur de données enregistre, permettant une mesure continue des précipitations.
Un anémomètre mesure la vitesse du vent. L'anémomètre à coupelle de base se compose d'un axe central avec quatre bras espacés de 90°, chaque bras tenant une coupelle. Lorsque le vent fait tourner les coupelles, les bras tournent autour de l'axe. Un aimant permanent sous l'axe active un interrupteur à lames une fois par rotation ; le signal est envoyé à un ordinateur qui calcule la vitesse du vent à partir des tours par minute. Un anémomètre sonique plus avancé mesure le temps nécessaire à une impulsion sonore pour se déplacer entre deux capteurs fixes. Étant donné que la distance du capteur et la vitesse du son dans l'air sont connues, le temps de trajet donne directement la vitesse du vent le long de l'axe du capteur.