La atmósfera de la Tierra es única dentro del sistema solar y da lugar a una amplia gama de fenómenos meteorológicos. La previsión meteorológica es importante, tanto para la vida cotidiana de las personas como para las empresas. Los meteorólogos utilizan una combinación de modelos informáticos y mediciones experimentales para predecir el clima. Los ejemplos de instrumentos de pronóstico del tiempo incluyen el termómetro, el barómetro, el pluviómetro y el anemómetro.

Termómetro

Un termómetro es un instrumento que se utiliza para medir la temperatura. El tipo de termómetro más conocido consiste en un tubo de vidrio en el que se coloca mercurio líquido. Cuando la temperatura aumenta, el volumen de mercurio aumenta y el nivel aumenta. Una disminución en la temperatura conduce a una reducción en el volumen y una disminución en el nivel de mercurio. Una escala en el lado del tubo permite que se lea la temperatura. Otro tipo de termómetro, llamado termómetro de resorte, llena por completo un tubo de vidrio con mercurio y un diafragma de metal conectado a un resorte se coloca en la parte inferior del tubo. A medida que aumenta la temperatura, la presión sobre el diafragma también aumenta y genera tensión en el resorte. El muelle gira un dial para señalar la temperatura.

Barómetro

Un barómetro es un instrumento que se usa para medir la presión, que es la fuerza que el aire coloca sobre una superficie. Hay varios tipos diferentes de barómetro. El más simple consiste en un tubo lleno de mercurio líquido y sellado en un extremo. El tubo se invierte y se coloca en un recipiente de mercurio líquido. El peso del aire que empuja hacia abajo sobre el recipiente se equilibra con el peso del mercurio que empuja hacia abajo dentro del tubo. En condiciones atmosféricas estándar, esto hace que el nivel de mercurio dentro del tubo caiga a una altura de aproximadamente 76 centímetros (29.9 pulgadas). Los aumentos en la presión atmosférica causan que el nivel de mercurio dentro del tubo aumente en altura, mientras que una disminución en la presión atmosférica causa que el nivel de mercurio dentro del tubo baje. Un instrumento más sofisticado para medir la presión es el barómetro aneroide. Esto consiste en una cápsula sellada, con lados flexibles y montada en una caja. Un cambio en la presión altera el grosor de la cápsula. Una palanca unida a la cápsula magnifica estos cambios, lo que hace que un puntero se mueva sobre una esfera escalada.

Medidor de lluvia

Los pluviómetros se usan para medir la cantidad de lluvia que ocurre dentro de una cantidad fija de tiempo. El tipo más simple de pluviómetro consiste en un tubo con una escala, pero estos deben vaciarse regularmente y, por lo tanto, ya no se utilizan en estaciones meteorológicas automáticas. Un paso más allá del tubo simple consiste en un tubo en básculas digitales. Las balanzas están conectadas a una computadora que grafica la lluvia en función del tiempo. Sin embargo, este tipo de pluviómetro también debe vaciarse regularmente. Una solución mucho más elegante es el pluviómetro basculante que consiste en un embudo conectado a un tubo que drena en un cubo. El cucharón está equilibrado sobre un pivote, de manera que se vuelque cuando se captura un volumen determinado de agua. Cuando esto ocurre, un segundo cubo se mueve automáticamente a su posición para atrapar más lluvia. Cada vez que un balde propina, se envía una señal electrónica a un registrador de datos que permite registrar la cantidad total de lluvia.

Anemómetro

Se usa un anemómetro para medir la velocidad del viento. El tipo más simple de anemómetro consiste en un eje tubular sobre el cual se colocan cuatro brazos a intervalos de 90 grados. Las copas se colocan en cada uno de los cuatro brazos y, como estos capturan el viento, conducen a la rotación de los brazos alrededor del eje tubular. Un imán permanente está montado en la parte inferior del eje, y una vez por rotación activa un interruptor Reed, que envía una señal electrónica a una computadora. La computadora calcula la velocidad del viento a partir del número de vueltas por minuto. Un dispositivo más sofisticado es el anemómetro sónico. Esto funciona midiendo el tiempo que tarda un pulso de sonido en viajar entre dos sensores. El tiempo que tarda el sonido en viajar entre los sensores depende de la distancia entre los sensores, la velocidad intrínseca del sonido en el aire y de la velocidad del aire a lo largo del eje del sensor. Como la distancia entre los sensores es fija y se conoce la velocidad del sonido en el aire, se puede determinar la velocidad del aire a lo largo del eje del sensor.