Basınç sensörleri modern hava tahminlerine temel olarak temellenir, gerçek zamanlı verileri süper bilgisayarlara sunan atmosferik baskı ölçümlerini sağlar, önleri ve zamanında uyarıları tespit eder.Bu sensörler, binlerce yüzey istasyonlarının, hava balonları, uçak ve uydular, adil bir şekilde tüm fırtınaları tahmin etmek için her şeyi tahmin etmeye olanak sağlar.Bu veriler meteorologların fırtınaları geliştirmesine olanak sağlar, önleri takip eder ve zamanında uyarılarız. Güvenilir baskı sensörleri olmadan, tahminler tahmin etmek, tahmin etmek, tahmin etmek, tahmin etmek için her şeyi tahmin etmek için, adil bir şekilde daha az doğrulukla, her şeyi tahmin etmek için.
Atmospheric Pressure ve Weather Fiziği
Hava sütununun ağırlığı, belirli bir noktada, yerçekimi ile yapılır. Deniz seviyesinde, ortalama baskı yaklaşık 1013.25 milibars (veya 29.92 inç paracury) Basınç değişiklikleri, daha yüksek basınç alanlarından daha yüksek basınç alanlarıyla hareket eder, rüzgar yaratır.
Meteorologlar haritaları kanallarla analiz eder – sürekli baskının sınırları. Darly paketlenmiş isobars güçlü baskı gradients ve güçlü rüzgarlar gösterirken, geniş çaplı uzay baskı sistemi) Güneşli basınç sistemi[Düzücüler, bulut formasyonları, yüksek ve sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık hava durumu gösterir.
Basınç da yüksekliğe sahiptir. Yükseliş arttıkça, yukarıdan hava sütunu daha kısa ve hafif hale gelir, bu nedenle baskı azalır. Bu ilişki istasyon basıncı ölçümlerini deniz seviyesindeki basınçlara dönüştürmek için kritiktir, farklı yüksekliklerdeki istasyonlar arasındaki karşılaştırmalara olanak sağlar.Bu düzeltme olmadan, bir dağdaki hava istasyonu her zaman deniz seviyesinden daha düşük baskı gösterir.
Meteorolojide Basınç Ölçümünün Tarihi
Hava basıncının ölçümü 1643'te Evangelista Torricelli ile başladı, Galileo Torricelli'nin bir öğrencisi, atmosferin ağırlığının nüyumsuzluğa destek olabileceğini gösterdi.Bu icat, havanın kilo ve bu baskı değişikliklerinin ölçülebileceğini kanıtladı. yüzyıllar boyunca, paracury barometreler dünya çapında hava istasyonlarında standart enstrümanı dünya çapında, sadeliği ve reproditebiliteleri için ödüllendirildi.
19. Yüzyıl, aneroid barometresi getirdi, baskı değişiklikleri ile baskı yapan mühürlü metal kapsülü.Bu, 1970'lerin ve 1980'lerin dijital devrimi, insan müdahalesi olmadan baskı verileri kaydedip iletmeye yol açtı.Bugün mikropiyonel basınç sensörleri, bir parmak izine baskı yapmak için baskı ölçüm veya kapasiteye sahip bir element kullanmaya başladı.
Bir dönüm noktası, 1930'larda radyosondes'in tanıtımıydı. Bu balonla üretilen paketler baskı, sıcaklık ve nem sensörleri aloft, atmosferden yukarı çıkarak verileri radyo ileterek, üç boyutlu hava sistemlerinin ilk kapsamlı dikey profillerini sağladılar. Bugün, küresel radyoson ağı günde yaklaşık 900 balonu açıyor, sayısal hava tahminleri için temel verileri sağlıyor.
Modern Baskı Sensörleri Nasıl Çalışır
Hava tahminlerinde kullanılan modern baskı sensörleri birkaç fiziksel prensipe dayanıyor. En yaygın tipler:
- [FONT:0)Piezorezif sensörler: [Dönetici: 1) Uygulamalı baskı ile ilgili olarak kullanılan direnç gösteren bir silikon diyafram. Bu dirençli değişiklik, baskı okumasına göre ölçülür ve dönüştürülür.Bu sensörler küçük, doğru ve nispeten ucuz, onları otomatik hava istasyonlarında yaygın hale getirir.
- [[Düzücü sensörler: [Dönetici: 0,4] Basınç bir diyaframı ayırıyor, bunun arasında kapasiteyi değiştiriyor ve sabit bir plaka. Capacitance elektronik bir devre tarafından ölçülüyor.Bu sensörler mükemmel bir stabilite ve düşük güç tüketimi sunar, uzaktan ve batarya destekli uygulamalar için uygun.
- [FONTMS barometreler: [[Dönetici: 0,4] Bunlar, yarı iletken üretim tekniklerini kullanarak işlenmiş minyatür silikon sensörleridir. Hem de küçük bir pakette hem de kapasitif ilkeleri birleştirmektedir ve tüketici elektroniklerinde profesyonel sınıf sensörlerinden daha az doğru bulunurlar, ubiquity kalabalık kaynaklı baskı verileri toplanabilir ve kaliteli kontrollüdür.
- [FONTD:0]Vibration-based sensörler (örneğin, yarı iletken kristal):[DÜDÜT:1) Bazı yüksek hacimli sensörler, frekansta basınç bağımlı olan bir yarı iletken kullanır. Bunlar genellikle havacılık ve araştırma uygulamaları için olağanüstü bir hassasiyette kullanılır, ancak rutin hava ağlarında daha pahalı ve daha az yaygındır.
Tüm bu sensörler sıcaklık etkileri, yaşlanma ve sürüklenme için dikkatli bir kalibrasyon gerektirir. Profesyonel hava istasyonlarında baskı sensörleri genellikle bir sıcaklık kontrollerinde veya yükleme algoritmalarında bulunur. ham basınç okuması ( istasyon basıncı) o zaman istasyondaki yükseklik ve mevcut sıcaklık profili için hesapların kullanılarak ayarlandığında.Bu düzeltme değeri, hava raporları ve tahminlerinde görünen şeydir.
Operasyonel Hava Ağlarında Baskı Sensörleri
Yüzey Syn Optik İstasyonları
Yüzey basıncı gözleminin arka kemiği, uluslararası veri merkezleriyle ilgili küresel ağdır. Bu istasyonlar, ulusal meteorolojik hizmetler tarafından işletilen, Dünya Meteorolojik Organizasyonu (WMO) standartlarını karşılayan yüksek kaliteli baskı sensörleri ile donatılmıştır.
Örnekler, ABD'de otomatik Yüzey Observing Systems (ASOS) ve Avrupa'daki Ulusal Hava Servisi tarafından işletilen ve benzer ağların (Alman DWD ağı gibi) ve Asya (Japonya Meteorolojik Ajansının istasyonları gibi) kullandığı bu istasyonlar, transkuracies ile baskı sensörleri kullanır.
Radiosondes
Radyosondes, birden fazla yükseklikteki basıncı ölçerek, balon artışları olarak ölçerek, üç boyutlu baskı alanlarının yapısını tanımlamak için hafif ve tasarlanmış silikon baskı sensörleri sunmaktadır.
Sayısal hava tahmin modelleri analizlerini başlatmak için radyosonde baskı verileri olarak adlandırılır. Bu dikey profiller olmadan, modeller sadece yüzey gözlemlerine ve uydu retrievals'e güvenmek zorunda kalacaktı, bu daha düşük yüksekliklerde daha az kesin.
Uçak Tabanlı Gözlemler
Ticari uçaklar hava veri bilgisayarlarının bir parçası olarak baskı sensörleri taşır. Bu ölçüm statik basınç ( atmosferik baskı) ve dinamik baskı (gündeki pitot tüplerden gelen) yüksek ve havalimanları belirlemek için basınç sensörleri taşır. Uçak Meteorolojik Data Relay (AMDAR) programı, bu baskı okumalarını alır, tırmanma, yolcu, iniş ve iniş sırasında, onları ayda milyonlarca uçak gözlemleri havalesine ve diğer veri topyekütlerine katkıda bulunur.
Uçak basıncı ölçümleri özellikle de değerlidir, çünkü uçuş yolları boyunca yüksek dikey karar verirler. Ayrıca üst troposphere ve daha düşük stratosphere, radyosondes'in sparse olduğu bölgeleri örnek alır. YBMDAR verilerinin özellikle hava ve fırtına izlemesi için gösterilmiştir.
Buoys and Ships
Okyanuslar boyunca hava saldırıları ve gemiler önemli baskı verileri sağlar. Küresel moored buoys serisi (toprak Atmosphere Ocean (TAO serisi) ve patlayan buoyları, periyodik olarak tespit edilen basınç sensörleri ile donatılmıştır.Bu gözlemler, El Niño'yu izlemek ve küresel modelleri izlemek için kritiktir.
Uydu tabanlı Basınç Sensing
Uydular doğrudan yüzey basıncı ölçmezler, ancak radyo ccultation ve kızılötesi/mikro dalga sesleri kullanarak baskı profillerine bağlanabilirler. GPS radyo ccultation (GPS-RO) Meteoroloji için GPS sinyallerinin bükmesini ölçerler, bu basınç, sıcaklık ve nem profillerinin elde ettiği gibi, özellikle okyanuslar ve kutup bölgeleri üzerinde değerlidir.
Ayrıca, NASA'nın Aqua uydusu ve Uydu Atmospheric Sounding Interferometresi (IASI) ile Meopar uyduları, basınç ve sıcaklık alanları elde etmek için asimilasyonlar ölçtü.
Son Teknolojik Gelişmeler
Birkaç yenilik, baskı sensörlerinin hava tahminlerine nasıl katkıda bulunduğunu yeniden şekillendiriyor:
- [FONT:0]Mikrosensors ve IoT: Low-cost MEMS baskı sensörleri şimdi, yoğun kentsel ağlarda, hava istasyonları ve Pakistan bilim projeleri gibi yoğun kentsel ağlarda dağıtılıyor.
- [FONT:0]Dense baskı ağları fırtına algılama için: ABD'de, Ulusal Okyanus ve Atmospheric Management (NOAA) yoğun baskı sensörü ağlarının kullanımını test ediyor ve gelişmiş tornado algılaması için bir ağ üretiyor. Tornadolar, birkaç dakika boyunca yüksek bir sensörlerle (spaklama 5-10 km) şiddetli hava uyarılarını geliştirebiliyorlar.
- [FONT:0)Makine öğrenme ve veri asimilasyon: Makine öğrenme algoritmaları kaliteli kontrol baskı gözlemleri için kullanılır, sensör hataları tespit eder ve çeşitli kaynaklardan gelen baskı verileri de birleştirirler (örneğin, akıllı telefonlar, hava istasyonları, uçak) yüksek çözünürlüklü hava analizleri üretmek için.
- [FONT:0]Wireless ve güneş destekli istasyonlar: Modern baskı sensörleri kablosuz, güneş destekli istasyonlar, altyapı olmadan uzak alanlarda konuşlandırılabilecek şekilde dağıtımlı. Bu istasyonlar, özellikle Afrika ve kutup bölgelerinde kritik boşlukları tamamlamak için uydu veya cep telefonları kullanıyor.
Önemli bir örnek, Ulusal Hava Servisi'nin COOP ağı)'i, otomatik sensörlerle modernize edilen bir başka şey ise, [FONTS), ağır hava araştırma ve operasyonel tahmin için yüksek çözünürlüklü bir baskı verileri sağlayan 120 istasyon ağıdır.
Meydanlar ve Sınırlar
Gücüne rağmen, baskı sensörleri operasyonel tahminlerde birkaç zorlukla karşı karşıya:
- [FONT:0]Calibration sürüklenme:[Dönetici: 0,8|Dönetici: 0,0) Tüm sensörler mekanik ürperticiler veya uzun vadeli iklim eğilimleri nedeniyle zaman geçtikçe sürüklenmeler için zaman içinde sürüklenmeler.
- [FONT:0]Temperyatür duyarlılığı:[Dönetici:[Dönetici:0)Temperyalite duyarlılığı:[Dönetici:0]Prature duyarlılığı:[Dönetici:0))Pekizleyicilik, sıcaklık değişiklikleri sensör çıktısını etkiler. Hızlı sıcaklık değişiklikleri (örneğin, güneş tutulması veya soğuk ön geçişi sırasında) geçici hatalarına neden olabilir. İyi sensör tasarımı ve bunu azaltır, ancak endişe kalır.
- [FONT:0)Altitude düzeltmeleri: [Dönetici basınçını deniz seviyesindeki baskıya dönüştürmek, istasyonun yüksek irtifada hataları ve ısıtımı kullanarak doğru bir şekilde rapor edebilir. Standart bir sıcaklık profili kullanarak, yüksek irtifada istasyonlar için (above ~1000 m), deniz seviyesindeki baskı azaltılabilir hale gelir ve bu istasyonlar bunun yerine istasyon baskısını rapor edebilir.
- [FONT:0]Spatial kapsama boşlukları: [Dönetici: 1) Bu alanlarda özellikle Afrika, Güney Amerika, Arctic ve Güney Okyanusunda, sparse baskı gözlemleri var. Uydular ve uçak yardımı, ancak bu alanlardaki tahminlerin doğruluğunu sınırlayamıyorlar.
- [FONT:0)Kalite kontrolü: [Dönetici: [Dönetici:0) Düşük maliyetli sensörlerin çoğalmasıyla, veri kalitesi yaygın olarak değişir. Crowd-sourced veriler genellikle önyargılar, outliers ve eksik metadata (örneğin, otomatik kaliteli kontrol sistemleri, not tahminlerden kaçınmak için kötü veriler filtrelenmelidir.
Havadaki Basınç Sensörlerinin Geleceği Tahmin Ediyor
Basınç sensörlerinin rolü sadece teknoloji ilerlemeleri olarak büyüyecek ve daha yüksek çözünürlüklü tahminler için talep arttıkça şunları içerecektir: Anahtar gelişmeler şunları içerir:
- [FONT=0]Quantum ve atom sensörleri: [Dönetici: 0,8 milyar dolar ve atom interferometreleri, potansiyel olarak 0,05'den daha iyi performans elde etmek için baskı ölçümlerine söz veriyor.
- [FONT:0]Drone tabanlı baskı ölçümleri: Uncrewed hava araçları (UAVs) yüksek çözünürlükte daha düşük atmosferi örnekleyebilir, yüzey istasyonları ve radyosonde bir boşluk doldurabilirsiniz. Ulusal Okyanus ve A atmosferi Yönetimi (NOAA) kasırga ve sınır tabaka araştırmaları için test edilir.
- [FONT:0) Küresel veri akışlarıyla ilgili olarak: WMO'nun Birleşik Veri Politikası, özel ağlardan da dahil olmak üzere tüm baskı verileri özgürce erişilebilir hale getirmeyi amaçlamaktadır. Bu, standartlaştırılmış formatlar, metadata ve kaliteli bayraklar gerektirecektir, ancak modeller için mevcut verilerin hacmini dramatik bir şekilde artıracaktır.
- [FONT:0) Geliştirilmiş veriler, özellikle kalabalık kaynaklı kaynaklardan artan baskı gözlemlerini daha iyi bir şekilde kullanabilirsiniz. [FONTT:0).
Yazar meteorolojik kuruluşlara dış bağlantılar daha fazla okuma sağlar:
- [FONT:0)WMO Meteorolojik Özellikleri ve Gözlem Yöntemlerine (CIMO Kılavuzu)) - Bölümde basınç ölçüm ölçümleri
- [FONT:0)NOAA JetStream: Hava basıncı – Eğitim genel bakışı
- [0]ECMWF, Data Assimilation'daki Uçak Gözlemleri Üzerine Etkisi[DÜT:1).
- [0]WMO OSCAR: Uzay tabanlı baskı profili gözlemleri (GPS-RO)).
Sonuç olarak, baskı sensörleri küresel hava gözlem sisteminin vazgeçilmez bir bileşeni olarak kalır. Klasik paracury barometreden modern MEMS çiplerine ve uydu ccultation'a kadar, bu cihazlar atmosfer anlayışımızı artıran temel baskı ölçümlerini sağlar.