Introducció

Una estació meteorològica consta d´un conjunt d´instal.lacions i d´aparells meteorològics per a mesurar in situ i a nivell de terra diverses variables meteorològiques. Les dades meteorològiques es poden adquirir de forma manual o automàtica (mitjançant un processador). Una part dels instruments han d´estar protegits de la incidència de la radiació solar i per això s´instal.len dins de la gàbia meteorològica. D´altres són exteriors (com l´anemòmetre, el penell, mesuradors de precipitació, insolació i radiació solar, etc.). Finalmen, n´hi han que s´acostumen a instal.lar en dependències annexes a la gàbia meteorològica (baròmetre).
 
 
 

Vista interna d'una gàbia meteorològica

La gàbia meteorològica (també anomenada abric) conté sensors que, per les seves especials característiques, no poden ser a la intempèrie, i han d'estar protegits de la radiació solar tot permetent al mateix temps la circulació de l'aire. Entre aquest sensors destaquen els termòmetres de diferents tipus (manuals o enregistradors), com ara termòmetres de màxima i mínima, termògraf, termohigrògraf, psicròmetre, higròmetre i altres.

La gàbia consisteix en una caixa de fusta pintada de blanc, amb parets de doble persiana (també la porta). El terra de la gàbia, que s'ha de trobar a 1.2 m del terra, està format també per un doble sistema de llistons.  Els sensors han de quedar situats a 1.5 m d'altura respecte al terra. El sostre és inclinat i porta al seu centre una xemeneia per afavorir la circulació de l'aire. El terra ha de ser pla i cobert de gespa. La porta ha d'obrir-se cap al nord. Els termòmetres han d'estar suspesos del sostre per evitar la propagació de la calor per conducció.

Esquema d´estació meteorològica (Font: Servei de Meteorologia de Catalunya)

Donat que les dades meteorològiques són recollides a escala mundial, és fa necesari l´ús d´un esquema de temps de caràcter internacional. Per acord mundial, tots els informes meteorològics s´han de referir a l´Universal Coordinated Time (UTC) , antigament anomenat Greenwich Mean Time (GMT). El temps UTC s'acostuma a expresar amb una "Z", per exemple, les 1200 Z correspon al migdia solar en el meridià de Greenwich.

Per tenir compte les diferents posicions dels observatoris sobre la superfície de la Terra, el planeta es divideix en 24 zones horàries, cadascuna de les quals cobreix 15° de longitud (adaptant-se, però a les peculiaritats geogràfiques, como ara límits de països, etc.), cadascuna de les quals correspon a un meridià central, que té una longitud divisible per 15.
 
 

 
 
 
 

Clica sobre el mapa de la dreta per observar el llistat de les estacions de la Organització Meteorològica Mundial a Europa. Clicant sobre cada pais apareixerà la llista d'estacions d'acord amb el següent esquema:  Codi de l'estacio       Localitat (País)       Latitud        Longitud      Elevació

Els baròmetres mesuren la pressió de l'aire. El que fan realment és mesurar el pes d'una columna d'aire que s'extén des del barròmetre fins al cim de l'atmosfera. S'utilitzen tres tipus de baròmetres: el de mercuri, l´aneroide i el barògraf.

	El baròmetre de mercuri té un disseny tan senzill que s'ha utlitzat des de que va ser inventat per Torricelli l´any 1642. Avui és encara el baròmetre més utilitzat. Consisteix, bàsicament, en un tub llarg de vidre que s'omple de mercuri. Un dels extrems del tub es tapa i l'altre s'introdueix en un recipient amb més mercuri. El baròmetre de mercuri actua com una balança, en un costat hi ha el pes o pressió de la columna d'aire i a l'altre el pes de la columna de mercuri. A mesura que la pressió del aire aumenta, el mercuri comença a pujar per la columna, per equilibrar-lo, i viceversa. Els canvis en l'altura de la columna de mercuri es mesuren en mil.límetres de mercuri, hectopascals o en mil.libars.  Una vegada s´ha pres la mesura de la pressió cal efectuar diverses correccions: correcció instrumental (que inclou l´efecte de capil.laritat i algun possible defecte de l´aparell), correcció de temperatura (per tal de considerar la dilatació del mercuri del tub i la dilatació de l´escala de llautó i així fer comparables les lectures realitzades a distinta temperatura) i la reducció a gravetat normal. La pressió normal es considera en un lloc on el valor de la gravetat és el normal (45 graus de latitud i al nivell del mar). Per tant, per fer la darrera correcció s´ha de buscar l´altura que tindria la columna de mercuri en aquell lloc perquè exercís la mateixa pressió que exerceix la columna en el lloc de l´observació.
	De totes maneres, el mercuri és molt car i els baròmetres de mercuri no tenen una utilització massiva. El baròmetre aneroide no té líquid en el seu interior. En canvi, té un ressort calibrat que equilibra el pes de l'atmosfera amb la força de la molla. El ressort es troba en una caixa a la que s'ha practicat el vuit. A causa del vuit parcial, la pressió de l'aire exterior tendeix a comprimir el recipient i ho faria si no fos per l'acció recuperadora de la molla. A mesura que la pressió exterior varia, el ressort s'expandeix o es contrau, informant dels canvis de pressió a l'exterior. Els baròmetres aneroides no són tan precisos com els de mercuri, pero són molt més petits i barats.
	Si al baròmetre aneroide li afegim un llapis que permeti registrar sobre paper les variacions de la pressió atmosfèrica, haurem aconseguit un barògraf que ens donarà un registre continu de la pressió anomenat barograma.

El termòmetre és el sensor tèrmic que mesura la temperatura. Els sensors tèrmics estan constituïts per materials que presenten algun canvi amb la variació de la temperatura d el´aire. Els sensors de tempertura s´han de situar a l´interior de la gàbia meteorològica.

Els termòmetres més habituals estan constituïts per un tub amb un dipòsit en la part inferior. El dipòsit està omplert amb mercuri o alcohol. Quan la temperatura de l´aire varia, el líquid que hi ha al dipòsit i en el tub s´expandeix o es contrau. En cada cas, el líquid puja o baixa pel tub. S´utilitzen els següents tipus de termòmetres: termòmetre de màxima i de mínima i termògrafs.

Emprant dos termòmetres especials es poden fer mesures de temperatures màxima i mínima en un determinat període. En el termòmetre de mínima s'utilitza alcohol com a líquid termomètric i un índex de metall, petit, a l'interior del tub de vidre, que és arrossegat per l'alcohol. Quan la temperatura baixa, l'alcohol es desplaça cap al dipòsit del termòmetre i, en aquest moviment, arrossega l'índex. Quan la temperatura puja, el nivell de l'alcohol es desplaça en sentit contrari, però en aquesta direcció no arrossega l'índex, que es queda indicant el valor mínim de temperatura registrat. El termòmetre de màxima funciona amb el mateix principi, però a l´inrevés: ara l'índex només es pot desplaçar cap a la zona de temperatures creixents. En aquest cas el líquid termomètric és mercuri. Les mesures de temperatura màxima i mínima es fan una vegada cada dia. Després de la mesura, cal posar els termòmetres en estació.

Altres tipus de termòmetres inclouen els termòmetres que operen per deformació (aprofitant el diferent coeficient de dilatació de dos metalls que formen una làmina bmetàl.lica). Cada material experimenta una deformació diferent, que es pot transmetre a l'agulla d'un aparell que permetrà, per exemple, enregistrar en paper les variacions de la temperatura. En aquest cas, es parla del termògraf. La sortida d´aquest aparells s´anomena termogrames. Habitualment, els termògrafs van units als higrògrafs (mesuren i enregistren la humitat relativa). Llavors, l´aparell s´anomena termohigrògraf.  Cal  esmentar també el termòmetres elèctrics, com ara els termoparells o els termòmetres de resistència. Finalment hen de referir-nos als radiòmetres, que mesuren a la radiació, però que també poden ser utilitzats com a termòmetres.

Segons quines siguin les condicions de mesura, cal pensar en situar els termòmetres de manera especial. Així per exemple, en les imatges de més avall es pot veure un tèrmòmetre per a la mesura de la temperatura del sòl i un per fer mesures en altura, protegit a recer del vent i a l'abrig de la radiació solar.
 

La quantitat de vapor d´aigua que conté l´aire pot variar en l'espai i el temps. La humitat es mesura mitjançant els higròmetres i els psicròmetres. S´instal.len dins la gàbia meteorològica a 1.50 metres del terra.

El psicròmetre mesura la diferència entre la temperatura de l´aire (proporcionada pel termòmetre sec) i la que indica un termòmetre humit (que té humitejat el seu dipòsit). Una escala de conversió permet convertir la diferència de temperatures a humitat relativa. L'higròmetre aprofita les variacions de longitud d'un fil (usualment un ble de cabells) amb l'humitat de l'aire i, en el cas de l'higrògraf enregistra gràficament les seves variacions.
 

Higròmetre

Psicròmetre

Termohigrògraf

 

Taula psicomètrica (humitat relativa en %)

Amb aquesta taula de doble entrada es pot determinar la humitat relativa en funció de la lectura del termòmetre sec (en files),  i de la diferència entre les lectures dels termòmetres sec i humit (en columnes).

Així, per exemple, si el termòmetre sec indica una temperatura de 18°C i el humit de 14°C, la humitat relativa serà d'un 65% (cel.la vermella a la taula)..

°C	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
10	88	77	66	55	44	34	24	15	6	-
11	89	78	67	56	46	36	27	18	9	-
12	89	78	68	58	48	39	29	21	12	-
13	89	79	69	59	50	41	32	22	15	7
14	90	79	70	60	51	42	34	25	18	10
15	90	80	71	61	53	44	36	27	20	13
16	90	81	71	63	54	46	38	30	23	15
17	90	81	72	64	55	47	40	32	25	18
18	91	82	73	65	57	49	41	34	27	20
19	91	82	74	65	58	50	43	36	29	22
20	91	83	74	67	59	53	46	39	32	26
21	91	83	75	67	60	53	46	39	32	26
22	92	83	76	68	61	54	47	40	34	28
23	92	84	76	69	62	55	48	42	36	30
24	92	84	77	69	62	56	49	43	37	31
25	92	84	77	70	63	57	50	44	39	33

El pluviòmetre serveix per mesurar la quantitat de pluja caiguda en un interval determinat de temps. Per determinar la quantitat de pluja es fa servir una proveta graduada on es fan les lectures directament en mm o litres per metre quadrat. Consta d'un vas cilíndric, que recull l'aigua que li aporta un embut prou fons, per que les gotes no surtin rebotades. D'aquesta manera, tota l'aigua recollida es conserva en el vas interior, protegida de l'evaporació por l'estretor de la boca de l'embut. Acostuma a anar pintat de blanc per minimitzar l'absorció de radiació i reduir l'evaporació.El pluviògraf enregistra de forma gràfica i en continu la quantitat de pluja que cau. El pluviògraf d´intensitats permet determinar la quantitat de pluja caiguda per unitat de temps. Entre els més coneguts destaca el dissenyat pel físic Ramon Jardí.
Pel que fa a la quantitat de neu s´empra el nivòmetre que, en essència, consisteix en un pluviòmetre sense embut i amb un tub de recollida molt llarg, per recollir la neu sense fondre. A l'interior s'hi col.loquen dos envans verticals en forma de creu per evitar els remolins que pugui formar el vent. Aquest aparell permet mesurar la quantitat de neu caiguda. El gruix es mesura amb una senzilla vareta, que s'introdueix verticalment a la capa de neu.

.

La intensitat del vent (o mòdul de la velocitat del vent) es mesura amb un anemòmetre i la direcció amb un penell. L'anemòmetre més usual és el de cassoletes. Consisteix en una creu de tres o quatre braços amb una cassoleta semiesfèrica buida al final de cadascun que pot girar al voltant d'un eix. Quan el vent xoca, troba sempre una cassoleta per la seva cara còncava i l'altra per la convexa. Com que la primera oposa més resistència, es crea un moment que fa girar l'aparell. La velocitat de rotació és, en un rang molt ampli, proporcional a la velocitat del vent. Entre els inconvenients d'aquest aparell cal esmentar la dificultat per mesurar vents intensos (o molt febles) i el seu temps de resposta, que no li permet apreciar variacions ràpides de la velocitat. El penell proporciona la direcció del vent. Consisteix en un pivot vertical a l'entorn del qual pot girar una barra horitzontal. Un dels extrems acaba amb una punta de fletxa i l'altre acaba en dues paletes, que fan que l'aparell s'orienti sempre de manera que la fletxa apunti en la direcció d´on ve el vent. El conjunt d'anemòmetre i penell es col.loquen a dos metres de l'estació meteorològica i a 10 m d'altura. Cal garantir que cap obstacle interfereixi les mesures.

L'anemòmetre sònic determina la velocitat instantània del vent a partir de l'efecte Doppler. Mesurant el canvi en la freqüència de les ones sonores que es propagen en l'aire es pot determinar el component del vent en la direcció de propagació. Les ones sonores s'envien des d'un emisor i es recullen en un micròfon, situat molt a prop. Amb un sistema de tres parelles emisor-receptor es poden monitoritzar els tres components del vent.  L'anemòmetre sònic no té parts mòbils, permet un calibratge absolut i pot mesurar vents extremament febles amb una freqüència molt elevada (20 vegades per segon)

La insolació és el temps durant el qual ha lluït el sol. Les interrupcions en la insolació són degudes a la nuvolositat. Un dels aparells més comunament emprats per a la mesura de la insolació és l´heliògraf de Campbell-Stokes. Consisteix en una esfera de vidre que focalitza els raigs solars sobre una cartolina situada a la part posterior de l´esfera. Els raigs focalitzats cremen la cartolina conforme el sol es va movent. Cada dia, quan es pon el sol s'ha de sustituir la banda per una de nova. Cal considerar que la forma de la cartolina s´ha d´anar canviant segons les estacions de l'any.

Per mesurar la irradiància global i difusa (energia per unitat de superfície)  sobre una superfície horitzontal  s´utilitzen els piranòmetres. El piranòmetre de la figura mesuraria la radiació solar global. Si a aquest dispositiu se l'hi afegeix una banda para-sol, convenientment orientada, mesuraria la radiació solar difusa. Aquest aparells s'anomenen també solarímetres.

Els pirheliòmetres són aparells per al mesurament de la irrandiància solar directa. Això s'aconsegueix normalment al focus solar, amb l'element sensor situat a l'extrem del tub que s'orienta amb el sol, de manera que, únicament pugui arribar a ell la radiació solar directa. A la figura es veu el tub del pirheliòmetre que, manualment o sobre un muntatge equatorial s'orienta perpendicularment al sol.