Instrumente meteo

Nu putem vorbi despre instrumentele meteorologice folosite în zilele noastre fără să amintim că în antichitate oamenii credeau că fenomenele naturii sunt răspunsuri ale zeilor la acţiunile celor de pe Pământ.

Primele "instrumente" folosite în "detectarea" vremii au fost simţurile noastre – în special vederea, atingerea, mirosul şi auzul. Când vorbim despre vreme sau despre climă, trebuie luaţi în calcul următorii parametri de bază: temperatura, presiuneai şi umiditatea aerului, tipurile de nori, precipitaţiile, vizibilitatea, vântul şi radiaţia solară. La  aproximativ 1.400 de ani după ce Aristotel a scris "Meteorologia", lucrare care mai degrabă poate fi descrisă ca un compendiu al ştiinţelor Pământului, omul de ştiinţă persan Avicenna inventa termometrul. În 1441, prinţul Munjong, fiul lui Sejong cel Mare (creatorul alfabetului corean hangul), a construit un pluviometru, pentru a determina cantitatea de precipitaţii atmosferice căzute într-un anumit interval de timp pe o anumită suprafaţă. În 1450, Leone Battista Alberti, arhitect, filosof şi criptograf italian, inventa anemometru (care măsura viteza vântului) cu placă mobilă. Una dintre contribuţiile savantului italian Galileo Galilei s-a concretizat în inventarea în 1607 a termoscopului (pentru observarea diferenţelor de temperatură). La jumătatea secolului al XVII-lea, fizicianul şi matematicianul italian Evangelista Torricelli a creat barometrul (pentru măsurarea presiunii atmosferice), iar în 1662, Sir Christopher Wren, unul dintre cei mai proeminenţi arhitecţi englezi, a inventat plurivometrul mecanic, autoreglabil. Aparatul care determina cantitatea de precipitaţii atmosferice a fost dezvoltat ulterior de Robert Hooke (1667). Anul 1714 reprezintă un moment de referinţă o dată cu inventarea termometrului cu alcool şi mercur de fizicianul german Gabriel Fahrenheit.

FIRUL DE PĂR. Deşi omul este foarte sensibil la umiditate, el nu a reuşit să efectueze măsurători ale vaporilor din atmosferă decât în secolul al XVIII-lea. Unul dintre primele instrumente folosite în acest scop a fost higrometrul sau umidometrul (inventat, în 1783, de Horace-Benedict de Saussure), care foloseşte principiul prin care firul de păr creşte pe măsură ce creşte umiditatea. Psihrometrul ventilat al lui Assmann, un alt instrument pentru măsurarea corectă a vaporilor şi a temperaturii, a fost conceput ca un sistem portabil, ataşat la baloanele meteorologice.

BALONUL. Pentru a cuantifica valorile atmosferice, la sfârşitul secolului al XIX-lea şi începutul secolului al XX-lea, meteorologul şi fizicianul german Richard Assmann şi francezul Leon Philippe Teisserenc de Bort au dezvoltat mai multe instrumente ataşate la zmee, aparate de zbor sau baloane pentru a efectua măsurători la altitudini mari. De Bort a efectuat o serie de experimente de explorare a atmosferei superioare cu ajutorul balonului-sondă. După 200 de lansări, francezul a declarat, în 1902, că atmosfera terestră este compusă din două straturi: troposfera şi stratosfera.

În secolul al XIX-lea s-au făcut cele mai multe măsurători exacte, iar oamenii de ştiinţă devin interesaţi de atmosferă în sensul larg al cuvântului. James Glaisher, meteorolog şi aeronaut englez, membru fondator al Societăţii de Meteorologie (1850), a fost primul om care a zburat cu un balon la o altitudine superioară (între 9.000 şi 11.200 de metri) în 1862 pentru a măsura temperatura şi umiditatea.

Baloanele meteorologice de astăzi, dotate cu GPS şi alte sisteme de navigare, sunt lansate în toată lumea, de regulă de două ori pe zi, la 00:00 şi, respectiv, 12:00 GMT. Pe măsură ce se ridică de la sol, vehiculul aerian se măreşte pentru a menţine în echilibru presiunea din interior cu cea din exteriorul său. Baloanele obişnuite nu depăşesc altitudinea de 20-25 de kilometri, dar există unele special concepute pentru a ajunge până la 35 de kilometri. Informaţiile transmise de acestea sunt preluate, prin metode radio, de centre specializate de la sol, unde se stabileşte, între altele, viteza vântului în straturile superioare ale atmosferei.

Baloanele secolului trecut erau dotate cu radiosonde (construite, de regulă, din spumă stirenică pentru a le conferi greutate mică) şi, uneori, cu paraşute. În zilele noastre, ele poartă în straturile superioare ale atmosferei aşa-numitele ozonesonde (pentru măsurarea ozonului din stratosferă). Aceste vehicule aeriene gonflabile au fost dezvoltate în ultima perioadă, astfel încât ele pot naviga uşor în jurul Globului.

Pentru a culege informaţii de la nivelele superioare ale atmosferei este nevoie de radiosonde, unităţi folosite la bordul baloanelor pentru a măsura diverşi parametri atmosferici şi a-i transmite la o destinaţie prestabilită. Prima radiosondă care a transmis, în 1929, cele mai precise date telemetrice codate îi aparţine francezului Robert Bureau. În 1930, meteorologul rus Pavel Molkanov a dezvoltat radiosonda, conferindu-i un design mai simplu şi un sistem de transmitere cu ajutorul codului Morse. În 1935, Serghei Vernov a testat pentru prima dată o radiosondă modificată pentru a înregistra razele cosmice, la o altitudine de 13,6 kilometri.

Radiosondele moderne, ridicate de la sol cu ajutorul baloanelor din latex sau cauciuc şi umplute cu heliu sau hidrogen, măsoară sau calculează presiunea, altitudinea, poziţia geografică (longitutine/latitudine), temperatura, umiditatea relativă, precum şi viteza şi direcţia vântului. În prezent, radiosondele sunt foarte uşoare şi folosesc senzori foarte mici pentru a determina temperatura, presiunea şi umiditatea.

EVOLUŢIE. Un alt sistem performant de măsurare a valorilor meteorologice este avionul manevrabil de la sol, care poate atinge altitudini impresionante (comparativ cu "fraţii" săi mai mici). În timpurile moderne au fost construite staţii meteorologice, în care se măsoară presiunea, temperatura, valorile maxime şi minime ale temperaturii, viteza şi direţia vântului, umiditatea, zona de întindere a norilor, radiaţiile solare şi precipitaţiile. Astfel de staţii trebuie construite în câmp deschis, iar instrumentele să fie calibrate şi upgradate regulat.  

Pe măsură ce tehnologia a avansat, a apărut necesitatea lansării în spaţiu a rachetelor şi sateliţilor special concepuţi pentru a măsura diferite valori atmosferice. În al doilea război mondial, când Statele Unite au testat rachetele V2 (confiscate de la germani), oamenii de ştiinţă au văzut oportunitatea de a folosi aceste aparate pentru măsurătorile atmosferice. Ei au modificat rachetele, dotându-le cu echipament de măsură a temperaturii, a presiunii şi a razelor cosmice, precum şi cu sisteme de studiere a ionosferei (stratul superior al atmosferei cuprins între 100 şi 1.000 de kilometri). După anii 1970, oamenii de ştiinţă şi-au construit propriile rachete de cercetare, mult mai mici decât V2, dotate, de la caz la caz, cu senzori de presiune şi de densitate, spectometre de masă, detectoare de praf meteoric, aparate de măsură a gazelor rarefiate încărcate cu ioni etc. Pe măsură ce rachetele au devenit tot mai performante, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, cercetătorii au trecut la următoarea etapă: construirea sateliţilor pentru monitorizarea activităţii norilor, înregistrarea ozonului din stratosferă, măsurarea temperaturilor din straturile de mijloc ale atmosferei, fotografierea uraganelor şi măsurarea concentraţiilor de substanţe poluante. Primul satelit meteorologic a fost TIROS-1 (0,48 metri înălţime, 1,1 metri diametru şi 120 de kilograme greutate; dotat cu două camere de televiziune şi cu două instalaţii de captare de imagini), plasat pe orbită în 1960. Avantajul forte al utilizării sateliţilor constă în faptul că ei sunt singurele instrumente care oferă o viziune globală, eficientă, a ceea ce se întâmplă, din punct de vedere meteorologic, deasupra Terrei.