estación meteorológica
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Estación meteorológica
Vista exterior de la protección utilizada para los instrumentos de medición.
Examinando un anemógrafo de una estación meteo automática.
Una estación meteorológica es una instalación destinada a medir y registrar
regularmente diversas variables meteorológicas. Estos datos se utilizan tanto para la
elaboración de predicciones meteorológicas a partir de modelos numéricos como para
estudios climáticos.
Instrumentos y variables medidas
Los instrumentos comunes y variables que se miden en una estación meteorológica
incluyen:
Termómetro , medida de temperaturas, en diversas horas del día.
Termómetros de subsuelo (geotermómetros), para medir la temperatura a 5,
10, 20, 50 y 100 cm de profundidad.
Termómetro de mínima junto al suelo, mide la temperatura mínima a una
distancia de 15 cm sobre el suelo.
Termógrafo , registra automáticamente las fluctuaciones de la temperatura.
Barómetro , medida de presión atmosférica en superficie.
Pluviómetro , medida de la cantidad de precipitación.
Psicrómetro o higrómetro, medida de la humedad relativa del aire y la
temperatura del punto de rocío.
Piranómetro , medida de la radiación solar global (directa + difusa).
Heliógrafo , medida de las horas de luz solar.
Anemómetro , medida de la velocidad del viento y veleta para registrar su
dirección.
Veleta , que indica la dirección del viento.
Nefobasímetro , medida de la altura de las nubes, pero sólo en el punto donde
éste se encuentre colocado.
La mayor parte de las estaciones meteorológicas están automatizadas (E.M.A.)
requiriendo un mantenimiento ocasional. Además, existen observatorios
meteorológicos sinópticos, que sí cuentan con personal (observadores de
meteorología), de forma que además de los datos anteriormente señalados se pueden
recoger aquellos relativos a nubes (cantidad, altura, tipo), visibilidad y tiempo presente
y pasado. La recogida de estos datos se denomina observación sinóptica.
Para la medida de variables en mares y océanos se utilizan sistemas especiales
dispuestos en boyas meteorológicas.
Otras instalaciones meteorológicas menos comunes disponen de instrumental de
sondeo remoto como radar meteorológico para medir la turbulencia atmosférica y la
actividad de tormentas, perfiladores de viento y sistemas acústicos de sondeo de la
estructura vertical de temperaturas. Alternativamente, estas y otras variables pueden
obtenerse mediante el uso de globos sonda.
En todo caso la distribución irregular de estaciones meteorológicas y la falta de ellas en
grandes regiones, como mares y desiertos, dificulta la introducción de los datos en
modelos meteorológicos y complica las predicciones de mayor alcance temporal.
Termómetro
Termómetro clínico de cristal.
Termómetro clínico digital.
Un termógrafo, este aparato es capaz de medir y registrar las variaciones de
temperatura.
El termómetro (del griego θερμός (termo) el cuál significa "caliente" y metro, "medir")
es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado
mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos
digitales.
Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se
prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al
aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se
utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de
vidrio que incorporaba una escala graduada.
El creador del primer termoscopio fue Galileo Galilei; éste podría considerarse el
predecesor del termómetro. Consistía en un tubo de vidrio terminado en una esfera
cerrada; el extremo abierto se sumergía boca abajo dentro de una mezcla de alcohol y
agua, mientras la esfera quedaba en la parte superior. Al calentar el líquido, éste subía
por el tubo.
La incorporación, entre 1611 y 1613, de una escala numérica al instrumento de Galileo
se atribuye tanto a Francesco Sagredo 1 como a Santorio Santorio,2 aunque es aceptada
la autoría de éste último en la aparición del termómetro.
En España se prohibió la fabricación de termómetros de mercurio en julio de 2007, por
su efecto contaminante.
En Argentina y Ecuador, los termómetros de mercurio siguen siendo ampliamente
utilizados por la población. No así en hospitales y centros de salud donde por regla
general se utilizan termómetros digitales.
Escalas de temperatura
La escala más usada en la mayoría de los países del mundo es la centígrada (°C),
también llamada Celsius desde 1948, en honor a Anders Celsius (1701-1744). En esta
escala, el cero (0 °C) y los cien (100 °C) grados corresponden respectivamente a los
puntos de congelación y de ebullición del agua, ambos a la presión de 1 atmósfera.
Otras escalas termométricas son:
Fahrenheit (°F), propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en la revista
Philosophical Transactions (Londres, 33, 78, 1724). El grado Fahrenheit es la
unidad de temperatura en el sistema anglosajón de unidades, utilizado
principalmente en Estados Unidos.
Su relación con la escala Celsius es: °F = °C × 9/5 + 32 ; °C = (°F − 32) × 5/9
Réaumur (°R), actualmente en desuso. Se debe a René-Antoine Ferchault de
Réaumur (1683-1757).
Su relación con la escala Celsius es: °R = °C × 4/5 ; °C = °R × 5/4
Kelvin (TK) o temperatura absoluta, es la escala de temperatura del Sistema
Internacional de Unidades. Aunque la magnitud de una unidad Kelvin (K)
coincide con un grado Celsius (°C), el cero absoluto se encuentra a -273,15 °C y
es inalcanzable según el tercer principio de la termodinámica.
Su relación con la escala Celsius es: TK = °C + 273,15
Tipos de termómetros
Termómetro digital de exteriores.
Termómetro de gas a volumen constante.
Termómetro de mercurio : es un tubo de vidrio sellado que contiene mercurio,
cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de
volumen se visualiza en una escala graduada. El termómetro de mercurio fue
inventado por Fahrenheit en el año 1714.
Pirómetros : termómetros para altas temperaturas, son utilizados en
fundiciones, fábricas de vidrio, hornos para cocción de cerámica etc.. Existen
varios tipos según su principio de funcionamiento:3
o Pirómetro óptico: se fundamentan en la ley de Wien de distribución de
la radiación térmica, según la cual, el color de la radiación varía con la
temperatura. El color de la radiación de la superficie a medir se
compara con el color emitido por un filamento que se ajusta con un
reostato calibrado. Se utilizan para medir temperaturas elevadas, desde
700 °C hasta 3.200 °C, a las cuales se irradia suficiente energía en el
espectro visible para permitir la medición óptica.
o Pirómetro de radiación total: se fundamentan en la ley de Stefan-
Boltzmann, según la cual, la intensidad de energía emitida por un
cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura
absoluta.
o Pirómetro de infrarrojos: captan la radiación infrarroja, filtrada por una
lente, mediante un sensor fotorresistivo, dando lugar a una corriente
eléctrica a partir de la cual un circuito electrónico calcula la
temperatura. Pueden medir desde temperaturas inferiores a 0 °C hasta
valores superiores a 2.000 °C.
o Pirómetro fotoeléctrico: se basan en el efecto fotoeléctrico, por el cual
se liberan electrones de semiconductores cristalinos cuando incide
sobre ellos la radiación térmica.
Termómetro de lámina bimetálica : Formado por dos láminas de metales de
coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados dejando el coeficiente más
alto en el interior. Se utiliza sobre todo como sensor de temperatura en el
termohigrógrafo.
Termómetro de gas : Pueden ser a presión constante o a volumen constante.
Este tipo de termómetros son muy exactos y generalmente son utilizados para
la calibración de otros termómetros.
Termómetro de resistencia : consiste en un alambre de algún metal (como el
platino) cuya resistencia eléctrica cambia cuando varia la temperatura.
Termopar : un termopar o termocupla es un dispositivo utilizado para medir
temperaturas basado en la fuerza electromotriz que se genera al calentar la
soldadura de dos metales distintos.
Termistor : es un dispositivo que varía su resistencia eléctrica en función de la
temperatura. Algunos termómetros hacen uso de circuitos integrados que
contienen un termistor, como el LM35.
Termómetros digitales : son aquellos que, valiéndose de dispositivos
transductores como los mencionados, utilizan luego circuitos electrónicos para
convertir en números las pequeñas variaciones de tensión obtenidas,
mostrando finalmente la temperatura en un visualizador
Barómetro
Dibujo esquemático de un barómetro.
Un barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica. La presión
atmosférica es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmósfera.
Funcionamiento general
Los primeros barómetros estaban formados por una columna de líquido encerrada en
un tubo cuya parte superior está cerrada. El peso de la columna de líquido compensa
exactamente el peso de la atmósfera.
Historia
Los primeros barómetros fueron realizados por el físico y matemático italiano
Evangelista Torricelli en el siglo XVII. La presión atmosférica equivale a la altura de una
columna de agua de unos 10 m de altura. En los barómetros de mercurio, cuya
densidad es 13.6 veces mayor que la del agua, la columna de mercurio sostenida por la
presión atmosférica al nivel del mar en un día despejado es de aproximadamente unos
760 mm.
Los barómetros son instrumentos fundamentales para saber el estado de la atmósfera
y realizar predicciones meteorológicas. Las altas presiones se corresponden con
regiones sin precipitaciones, mientras que las bajas presiones son indicadores de
regiones de tormentas y borrascas.
Unidades del barómetro
La unidad de medida de la presión atmosférica que suelen marcar los barómetros se
llama hectopascal, de abreviación hPa. Esta unidad significa: hecto: cien;
pascales:unidad de medida de presión.
El barómetro de mercurio, determina en muchas ocasiones la unidad de medición, la
cual es denominada como "pulgadas de mercurio" o "milímetros de mercurio"
(método abreviado mmHg). Una presión de 1 mmHg es 1 torr (por Torricelli).
Pluviómetro
Vista exterior de un pluviómetro.
El pluviómetro es un instrumento que se emplea en las estaciones meteorológicas
para la recogida y medición de la precipitación.
La cantidad de agua caída se expresa en milímetros de altura. El diseño básico de un
pluviómetro consiste en una abertura superior (de área conocida) de entrada de agua
al recipiente, que luego es dirigida a través de un embudo hacia un colector donde se
recoge y puede medirse visualmente con una regla graduada o mediante el peso del
agua depositada. Normalmente la lectura se realiza cada 12 horas. Un litro caído en un
metro cuadrado alcanzaría una altura de 1 milímetro. Para la medida de nieve se
considera que el espesor de nieve equivale aproximadamente a diez veces el
equivalente de agua.
Hasta hace unos 10-20 años los pluviómetros en realidad no podían registrar la
evolución temporal de la lluvia y se revisaban dos veces al día. A diferencia del
pluviógrafo que es un instrumento que podría, por medio de un sistema de grabación
mecánica, registrar gráficamente la cantidad de lluvia en un cierto intervalo de tiempo
(diario, semanal, etc.) en una tira especial de papel cuadriculado. Con estas
herramientas era posible alcanzar resoluciones temporales del orden de cinco
minutos, aunque en la mayoría de los casos la resolución utilizada fue del orden de
media hora. Obviamente, la grabación de un evento de lluvia con este sistema incluye
una serie de problemas de mantenimiento, la fiabilidad de los instrumentos, lectura y
discusión de los datos que deben hacerse a mano de todos modos es controvertible.
Con el desarrollo de la electrónica primero, y del ordenador luego, los pluviógrafos
evolucionaron sensiblemente, al pasar de una registración mecánica a los dispositivos
electrónicos con la capacidad de almacenar datos digitales. Hoy en día la distinción
entre dos tipos de instrumentos ha prácticamente desaparecido y sólo tiene sentido
cuando se considera a los antiguos instrumentos, que no tienen una capacidad de
grabación, para la medición de la precipitación de 24 horas.
Estos instrumentos se encuentran generalmente entre los de una estación
meteorológica común. En todos los casos, es muy importante que sea instalado en un
espacio abierto, libre de obstáculos. Los datos recibidos de las estaciones de lluvia son
recogidos y clasificados en los registros hidrológicos
Psicrómetro
Psicrómetro de Asmann de circulación forzada.
Un psicrómetro (del griego ψυχρός "húmedo" y μέτρον "medida") es un aparato
utilizado en meteorología para medir la humedad relativa o contenido de vapor de
agua en el aire. Es distinto de los higrómetros domésticos.
Funcionamiento
Los psicrómetros constan de un termómetro de bulbo húmedo y un termómetro de
bulbo seco. La humedad relativa del aire se calcula a partir de la diferencia de
temperatura entre ambos aparatos. El húmedo es sensible a la evaporación de agua, y
debido al enfriamiento que produce la evaporación, medirá una temperatura inferior.
Si hay poca diferencia entre una y otra temperatura, hay poca evaporación, lo cual
indica que la humedad relativa es alta. Si hay mucha diferencia, hay mucha
evaporación, lo cual indica que la humedad relativa es baja. Una tabla nos puede
proporcionar el dato exacto de humedad relativa, expresada como un porcentaje con
respecto a la saturación.
Conociendo la temperatura y la humedad relativa, podemos calcular también el punto
de rocío o temperatura a la que se producirá la condensación del vapor de agua.
Es importante, para el correcto funcionamiento del psicrómetro, que este se instale
aislado de vientos fuertes y de la luz solar directa.
Psicrómetro giratorio, también llamado de honda o de eslinga.
Piranómetro
Fotografía de un piranómetro, mostrando sus componentes principales: cúpula de
cristal, cuerpo metálico, sensor negro, nivel y cable. Dimensiones: diametro de la
cúpula 20 mm. La foto muestra el modelo LP02.
Fotografía de un piranómetro. Diametro de la cúpula 40 mm. La foto muestra el
modelo SR11.
Un piranómetro (también llamado solarímetro y actinómetro) es un instrumento
meteorológico utilizado para medir de manera muy precisa la radiación solar incidente
sobre la superficie de la tierra. Se trata de un sensor diseñado para medir la densidad
del flujo de radiación solar (kilovatios por metro cuadrado) en un campo de 180
grados.
Datos generales
Generalmente se utilizan tres medidas de radiación: semiesférica total, difusa y
directa. Para las medidas de radiación difusa y semiesférica la radiación directa se
suprime utilizando un disco parasol. El principio físico utilizado generalmente en la
medida es un termopar sobre el que incide la radiación a través de dos cúpulas
semiesféricas de vidrio. Las medidas se expresan en kW/m².
Piranómetro Térmico
Un ejemplo de piranómetro es el de Kipp y Zonen, que se constituye por una pila
termoeléctrica contenida en un alojamiento con dos hemiesferas de cristal. La pila
termoeléctrica está constituida por una serie de termopares colocados
horizontalmente, cuyos extremos están soldados con unas barras de cobre verticales
solidarias a una placa de latón maciza. El conjunto está pintado con un barniz negro,
para absorber la radiación. El flujo de calor originado por la radiación se transmite a la
termopila, generándose una tensión eléctrica proporcional a la diferencia de
temperatura entre los metales de los termopares.
Para medir la radiación difusa es necesario tapar el sensor de radiación directa
mediante una pantalla parasol, midiendo la irradiancia solar difusa (piranómetro de
difusa).
Una variante es el perheliógrafo, un pirheliómetro dotado de un dispositivo
registrador.
Detalles técnicos
Sus componentes principales son:(1) Circuito impreso (2) Sensor o termopila (3) Cúpula
de cristal (4) Cuerpo de metal (5) Abrazadera del cable (6) Cable eléctrico de salida de
señal (7) Tornillo de nivelado (8) Base de goma (9) Cápsula (10) Bornes de conexión
para los cables (11) Nivel
El espectro de la radiación solar se extiende entre 300 y 2800 nm. Esto indica que un
piranómetro debe cubrir ese espectro con una sensibilidad lo más «plana» posible.
Para medir la radiación solar, se requiere que la respuesta al flujo de radiación varíe
con el coseno del ángulo de incidencia. Por ejemplo, máxima respuesta cuando el flujo
incide perpendicularmente sobre el sensor (0 grados), respuesta nula cuando el Sol
está en el horizonte (90 grados) o valores intermedios de respuesta, cuando el ángulo
de incidencia está entre los anteriores.
La termopila, formada por sectores blancos y negros, es capaz de absorber la
radiación solar en un rango entre los 300 y los 50000 nm. y tiene una respuesta
casi perfecta al coseno del ángulo de incidencia.
La cúpula de cristal limita la respuesta al rango de 300 a 2800 nm. preservando
un campo de visión de 180 grados. Otra función de la cúpula es la de proteger
la termopila de la convección.
Las bandas negras del sensor (termopila) absorben la radiación solar que se
transforma en calor. Este calor fluye atravesando los sensores hacia el cuerpo
del piranómetro, proporcionando una señal eléctrica proporcional a la
radiación incidente.
Piranómetro Fotovoltaico
Otro tipo de piranómetros son los fotovoltaicos. En ellos, el principio de
funcionamiento no es térmico como en el caso anterior; sino que tiene como
fundamento el efecto fotoeléctrico. La radiación incide sobre un fotodiodo que es
capaz de diferenciar el espectro solar por la frecuencia de la onda electromagnética, y
de ese modo, mediante la lectura de voltaje, conocer los datos de radiación.
Dada su naturaleza, en este tipo de piranómetros es posible adosar filtros de ciertas
bandas del espectro solar, por medio de algún domo de vidrio impregnado con el filtro
deseado. Por otro lado, son más sensibles a pequeñas irregularidades y cambios
debido a que no tienen la inercia térmica que sí tienen los térmicos.
Heliógrafo (meteorología)
El heliógrafo es un aparato meteorológico que mide la duración de la insolación diaria.
La duración de la insolación se halla concentrando los rayos solares sobre una banda
de cartulina teñida de azul que se quema en el punto en que se forma la imagen del
sol. Se utiliza como focalizador una esfera de cristal, de forma que no es necesario
mover este foco constantemente debido al movimiento aparente del sol a lo largo del
día y del estacionario.
La banda se fija por medio de ranuras a un soporte curvo y concéntrico con la esfera y
tiene impresa una escala de 30 minutos. Si el sol luce durante todo el día sobre la
banda se forma una traza carbonizada continua y la duración de la insolación se
determina midiendo la longitud de la traza carbonizada. Si el sol brilla de forma
discontinua, dicha traza es intermitente. En este caso, la insolación se determina
sumando la longitud de las trazas resultantes.
Bandas
Según la época del año se utilizan tres tipos distintos de bandas, para el hemisferio
norte:
a) Desde comienzos de marzo hasta mediados de abril y desde comienzos de
septiembre hasta mediados de octubre (alrededor de cada equinoccio) se utilizan
bandas rectas. Son llamadas bandas equinocciales y se acoplan a las ranuras centrales
del soporte.
b) Desde octubre hasta fin de febrero se utilizan bandas curvadas cortas, que se
colocan en las ranuras superiores.
c) El resto del año, de abril hasta agosto, se usan bandas curvadas medianas, colocadas
entre las ranuras inferiores.
En el hemisferio sur se invierte el uso de las bandas en los períodos definidos arriba
Anemómetro
Anemómetro de molinete.
El anemómetro es un aparato meteorológico que se usa para la predicción del tiempo
y, específicamente, para medir la velocidad del viento. Así mismo es uno de los
instrumentos de vuelo básico en el vuelo de aeronaves más pesadas que el aire.
En meteorología, se usan principalmente los anemómetros de cazoletas o de molinete,
especie de diminuto molino cuyas tres aspas se hallan constituidas por cazoletas sobre
las cuales actúa la fuerza del viento; el número de vueltas puede ser leído
directamente en un contador o registrado sobre una banda de papel (anemograma),
en cuyo caso el aparato se denomina anemógrafo. Aunque también los hay de tipo
electrónicos.
Para medir los cambios repentinos de la velocidad del viento, especialmente en las
turbulencias, se recurre al anemómetro de filamento caliente, que consiste en un hilo
de platino o níquel calentado eléctricamente: la acción del viento tiene por efecto
enfriarlo y hace variar así su resistencia; por consiguiente, la corriente que atraviesa el
hilo es proporcional a la velocidad del viento.
Veleta
Una imagen CGI representando una antigua estación meteo.
Una veleta es un dispositivo giratorio que consta de una placa que gira libremente, un
señalador que indica la dirección del viento y una cruz horizontal que indica los puntos
cardinales.elevapuede ser muy variado (figuras de animales, antropomorfas, etc).
De esta ingeniosa idea tomaron sin duda origen nuestras veletas o giraldillas en forma
de cometa, de gallo, etc. Antiguamente,era en forma de estatuas destinadas a conocer
la dirección de los vientos.
Nefobasímetro
Cielómetro laser.
Un nefobasímetro o proyector de techo de nubes1 (también llamado ceilómetro o
cielómetro por influencia del inglés ceilometer) es un aparato que usa un láser u otra
fuente luminosa para determinar la altura de la base de nubes. Los nefobasímetros
también tienen aplicación para medir concentraciones de aerosoles dentro de la
atmósfera tales como materias sólidas finas contaminantes.
Nefobasímetro óptico de tambor
Este instrumento usa la triangulación para determinar la altura de un foco de luz
proyectado hacia la base de la nube. Esencialmente es un proyector rotativo, un
detector, y un registrador. El proyector emite un haz intenso de luz hacia el cielo a un
ángulo que varia con la rotación. El detector, está localizado a una distancia fija del
proyector, y usa una célula fotoeléctrica apuntando verticalmente. Cuando detecta
retornos de luz proyectada desde la base de la nube, el instrumento registra el ángulo
y por cálculo se da la altura de nubes.
Nefobasímetro laser
Consiste en un láser apuntando verticalmente, y un receptor en el mismo lugar.
Determina la altura nubosa midiendo el tiempo ( ) requerido para que un pulso de
luz rebotado en los aerosoles dentro de la atmósfera, reingrese al aparato.
donde c es la velocidad de la luz en el aire.
Generalmente, el tamaño de las partículas en cuestión son similares en tamaño a la
longitud de onda del láser. Esta situación opera con la teoría de Lorenz-Mie.
Para propósitos de determinar la base nubosa, debe tenerse en cuenta que el
nefobasímetro captura cualquier partícula en el aire (polvo, precipitaciones, humo,
etc.), dando falsas lecturas ocasionales. Como ejemplo, dependiendo del umbral
empleado, unos cristales de hielo en caída pueden causar que el nefobasímetro dé una
altura de nube de cero, aunque el cielo esté despejado.
Usando esas últimas propiedades, los nefobasímetros tienen otros usos. Así como el
instrumento anota cualquier retorno, es posible localizar capas apenas perceptibles,
adicionalmente a la base nubosa, por observación al patrón completo de la energía de
retorno. Más aún, la tasa a la cual ocurre la difusión puede registrase en la parte de
retorno disminuída al nefobasímetro en atmósfera diáfana, dando el coeficiente de
extinción de la señal luminosa. Usándolo así puede obtenerse la visibilidad vertical y la
posible concentración de polucionantes del aire. Esto ha sido desarrollado en
investigaciones y ya se aplica operacionalmente.
Isoyeta
Mapa de Malí que muestra las isoyectas con los mm de agua caídos en cada región.
La isoyeta es una isolínea que une los puntos, en un plano cartográfico, que presentan
la misma precipitación en la unidad de tiempo considerada. Así, para una misma área,
se puede diseñar un gran número de planos con isoyetas; como ejemplos, las isoyetas
de la precipitación media de largo periodo del mes de enero, de febrero, etc., o las
isoyetas de las precipitaciones anuales.
Isoterma
Isotermas de las temperaturas a 2 metros del suelo en Europa en la mañana de frío
extremo del 19 de diciembre de 1879.
La isoterma es una curva que une los puntos, en un plano cartográfico, que presentan
las mismas temperaturas en la unidad de tiempo considerada. Así, para una misma
área, se pueden diseñar un gran número de planos con isotermas, por ejemplo:
Isotermas de la temperatura media de largo periodo del mes de enero, de febrero,
etc., o las isotermas de las temperaturas medias anuales.
Isobara
Isobaras.
Una isobara o isóbara es un isógrama de presión, es decir, una curva de igual o
constante presión en un gráfico, trazado o mapa sirve para ver con precisión los mapas
del tiempo. Salvo posibles casos especiales, las isobaras se refieren exclusivamente a
líneas que unen en un mapa los puntos de igual presión atmosférica, que se mide en
bares, por lo que constituye un término meteorológico. Las isobaras de un mapa
meteorológico dan información acerca de la fuerza del viento y la dirección de este en
una zona determinada.