diplomsko delo - core · fizikalne osnove meteorologije 3 2 fizikalne osnove meteorologije beseda...

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO

Oddelek za fiziko

DIPLOMSKO DELO

Tadej Seme

Maribor, 2014

UNIVERZA V MARIBORU


Oddelek za fiziko

Diplomsko delo

RAČUNALNIŠKO KRMILJENA

VREMENSKA POSTAJA

Mentor:

izr. prof. dr. Ivan Gerlič

Kandidat:

Tadej Seme

Somentor:

doc. dr. Robert Repnik

Maribor, 2014

Zahvala

Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr.

Ivanu Gerliču in somentorju doc. dr.

Robertu Repniku za usmerjanje in pomoč

pri nastajanju diplomskega dela.

Prav tako se zahvaljujem svojim staršem

za finančno in moralno podporo tekom

študija.

UNIVERZA V MARIBORU


IZJAVA

Podpisani Tadej Seme, rojen 16. 7. 1987, študent Fakultete za naravoslovje in

matematiko Univerze v Mariboru, smer fizika in računalništvo, izjavljam, da je

diplomsko delo z naslovom

RAČUNALNIŠKO KRMILJENA VREMENSKA POSTAJA

pri mentorju izr. prof. dr. Ivanu Gerliču in somentorju doc. dr. Robertu Repniku

avtorsko delo. V diplomskem delu so uporabljeni viri in literatura korektno navedeni;

teksti in druge oblike zapisov niso uporabljeni brez navedbe avtorjev.

Maribor, 28. 5. 2014

Tadej Seme

SEME, T.: Računalniško krmiljena vremenska postaja.

Diplomsko delo, Univerza v Mariboru, Fakulteta za naravoslovje in

matematiko, Oddelek za fiziko, 2014.

Ključne besede: avtomatska vremenska postaja, vmesnik Vernier LabPro, vreme,

napovedovanje vremena.

IZVLEČEK

V diplomskem delu je prikazana teorijska in praktična analiza ter rešitve izdelave

avtomatske vremenske postaje, ki smo jo izdelali s pomočjo na slovenskih šolah

najpogostejšega vmesnika Vernier LabPro.

V prvem delu je predstavljenih nekaj fizikalnih osnov meteorologije, različne naprave,

ki se uporabljajo v meteorologiji in izdelava vremenske napovedi. Preverili smo, v

kolikšni meri je meteorologija zastopana v učnih načrtih pri fiziki in naravoslovju v

osnovni šoli. Nato opisujemo zgradbo vremenske postaje in delovanje merilnih

instrumentov. Sledi predstavitev izdelave avtomatske vremenske postaje z vmesnikom

LabPro, implementacija najpomembnejših metod in razredov v aplikaciji,

implementacija spletne podatkovne baze MySQL in implementacija spletne strani.

Preverili smo tudi možnosti uporabe avtomatske vremenske postaje v osnovnih šolah po

Sloveniji. Celotna implementacija aplikacije, spletne baze podatkov in spletne strani je

objavljena kot priloga na zgoščenki.

SEME, T.: Computer controlled weather station.

Graduation thesis, University of Maribor, Faculty of Natural Sciences and

Mathematics, Department of Physics, 2014.

Keywords: automatic weather station, Vernier LabPro interface, weather, weather

forecasting.

ABSTRACT

In this graduation thesis we present the theoretical and practical analysis and solutions

to the making of an automatic weather station which was built using Vernier LabPro,

the most common interface in Slovenian schools.

In the first part some basics in physics of meteorology and various devices that are used

in meteorology are presented. The process of weather forecasting is also described. The

representation of meteorology in the curricula of physics and natural sciences in

elementary schools is examined next. Then the structure of the weather station and

measuring instruments is described. Following that is a presentation of how a weather

station with LabPro interface was made, describing our implementation of most

important methods and classes in the application, our implementation of MySQL

database, and the website. The possibility of using automatic weather stations in

elementary schools across Slovenia is also examined. The implementation of the

application, MySQL database and the website is fully published as an annex on the CD.

IX

KAZALO

1 Uvod .......................................................................................................................... 1

2 Fizikalne osnove meteorologije ................................................................................ 3

2.1 Vreme, vremenski pojavi in napovedovanje vremena ....................................... 3

2.1.1 Atmosfera .................................................................................................... 3

2.1.2 Spreminjanje temperature zraka ................................................................. 7

2.1.3 Zračni tlak in vetrovi ................................................................................... 8

2.1.4 Vlažnost zraka in nastanek oblakov .......................................................... 10

2.1.5 Padavine .................................................................................................... 11

2.2 Naprave v meteorologiji ................................................................................... 12

2.2.1 Vremenske postaje .................................................................................... 13

2.2.2 Radarji ....................................................................................................... 15

2.2.3 Vremenski sateliti ..................................................................................... 16

2.2.4 Superračunalniki ....................................................................................... 17

2.3 Vremenska napoved ......................................................................................... 18

2.4 Meteorologija pri pouku Fizike in Naravoslovja v OŠ .................................... 19

3 Vremenske postaje .................................................................................................. 21

3.1 Merilni instrumenti........................................................................................... 22

3.1.1 Termometer ............................................................................................... 22

3.1.2 Barometer .................................................................................................. 23

3.1.3 Psihrometer ............................................................................................... 25

3.1.4 Anemometer in vetrokaz ........................................................................... 26

3.1.5 Dežemer .................................................................................................... 26

3.2 Vrste vremenskih postaj v osnovnih šolah ....................................................... 27

3.2.1 Spletne vremenske postaje ........................................................................ 28

4 Avtomatska vremenska postaja krmiljena z vmesnikom Vernier LabPro .............. 33

X

4.1 Vmesnik LabPro in merilni senzorji ................................................................. 33

4.2 Načrt izdelave avtomatske vremenske postaje z vmesnikom LabPro .............. 36

4.3 Računalniška aplikacija za povezavo računalnika z vmesnikom LabPro in

merilnimi senzorji ....................................................................................................... 38

4.3.1 Uporabljena orodja in tehnologija ............................................................. 38

4.3.2 Implementacija aplikacije ......................................................................... 39

4.4 Baza podatkov .................................................................................................. 47

4.5 Spletna stran ..................................................................................................... 48

4.5.1 Načrt in izdelava Spletne strani ................................................................. 48

4.5.2 Predstavitev spletne strani ......................................................................... 54

4.6 Analiza meritev ................................................................................................. 55

5 Uporaba računalniško krmiljene vremenske postaje v osnovnih šolah ................... 58

5.1 Dodatni pouk .................................................................................................... 59

5.2 Interesne dejavnosti .......................................................................................... 59

6 Zaključek ................................................................................................................. 62

7 Literatura ................................................................................................................. 64

Uvod

1

1 UVOD

Človek že od nekdaj stremi k obvladovanju narave in procesov, ki se dogajajo v naravi.

Eden izmed takšnih naravnih procesov je vreme, ki vsakodnevno vpliva na življenje

ljudi na Zemlji. Mnogi se tega zavedamo šele, ko smo izpostavljeni naravnim pojavom,

ki lahko ogrozijo naše imetje in naše življenje ter življenje naših bližnjih.

Napovedovanje vremena je zato zelo pomembno, vendar kljub velikemu napredku, ki je

bil dosežen na tem področju v zadnjih desetletjih, vremenske napovedi niso vedno

točne. Krivec za to je nepredvidljivost vremena. To je eden izmed razlogov, ki je veliko

ljudi po vsem svetu prepričalo v nakup svoje vremenske postaje. Danes je ponudba

vremenskih postaj na tržišču zelo velika, vendar večina je takšnih, ki ne omogočajo

samodejnega shranjevanja meritev in kasnejše obdelave le teh, kar pa je za uporabnika

zelo pomembno. Avtomatske vremenske postaje, ki vse to omogočajo so pa zaradi

visoke cene nedostopne širši množici ljudi.

V sklopu diplomskega smo izdelali avtomatsko vremensko postajo s pomočjo vmesnika

Vernier LabPro in senzorjev, z namenom uporabe v osnovnih šolah po Sloveniji.

Vmesnik LabPro smo izbrali, ker ga večina osnovnih šol že uporablja v sklopu učnega

procesa pri pouku fizike, kar pomeni, da za vzpostavitev avtomatske vremenske postaje

ne bo potrebnih dodatnih stroškov. Diplomsko delo vključuje izdelavo Windows

aplikacije s katero smo vmesnik LabPro povezali z računalnikom in spletno stran, kjer

se podatki shranjujejo in obdelujejo.

V nadaljevanju si bomo v 2. poglavju najprej pogledali nekaj fizikalnih osnov

meteorologije. Podrobneje si bomo pogledali sestavo atmosfere in spremenljivke v

atmosferi, kot so temperatura zraka, zračni tlak in vlažnost zraka, ki določajo vremenske

pojave. Pojasnili bomo vzrok zakaj imamo na Zemlji različne letne čase, različno dolge

dneve in noči ter podnebne pasove. Pojasnili bomo tudi nastanek vetrov in oblakov ter

razložili, kakšno vlogo imata zračni tlak in vlažnost zraka pri oblikovanju vremena.

Prav tako bomo razložili kako sploh pride do padavin in kakšne vrste padavin poznamo.

Sledi predstavitev delovanja naprav, ki jih uporabljamo v meteorologiji. Sprva si bomo

pogledali delovanje vremenskih postaj in razložili kakšne vrste vremenskih postaj

poznamo. Nato si bomo pogledali delovanje vremenskega radarja in preverili, kje v

Uvod

2

Sloveniji imamo vremenski radar ter kakšno območje pokriva. Pogledali si bomo tudi

delovanje vremenskih satelitov, našteli vrsto vremenskih satelitov in pojasnili razliko

med njimi. Kot zadnja naprava, ki si jo bomo še pogledali so superračunalniki, ki

pridobljene vremenske podatke obdelajo v realnem času in izdelajo simulacije vremena.

Nato sledi prikaz izdelave vremenske napovedi, kjer bomo za razumevanje potrebovali

vso znanje, ki ga bomo pridobili skozi prejšnja poglavja. Pogledali si bomo kako

meteorologi izdelajo vremensko napoved, kakšne vrste vremenskih napovedi poznamo

in kakšna je njihova zanesljivost. Preverili bomo tudi v kolikšni meri je meteorologija

zastopana v učnih načrtih pri fiziki in naravoslovju v osnovni šoli.

Sledi 3. poglavje v katerem si bomo podrobneje pogledali delovanje vremenskih postaj.

Podrobneje si bomo pogledali merilne instrumente, ki sestavljajo vremensko postajo in

njihov princip delovanja. Preverili bomo tudi kakšne vremenske postaje se že

uporabljajo v osnovnih šolah po Sloveniji in si posebej pogledali spletne vremenske

postaje, njihovo delovanje in ceno.

V 4. poglavju si bomo podrobneje pogledali izdelavo računalniško krmiljene vremenske

postaje. Sprva bomo podrobneje predstavili vmesnik LabPro in merilne senzorje, ki jih

bomo uporabili za izdelavo vremenske postaje. Sledi načrt izdelave vremenske postaje

in implementacija Windows aplikacije s katero smo povezali vmesnik LabPro z

računalnikom. Pogledali si bomo vsa orodja in tehnologijo, ki smo jo uporabili pri

izdelavi aplikacije, nato sledi predstavitev glavnih metod in razredov v izvorni kodi

aplikacije. Predstavili bomo tudi spletno bazo podatkov, kjer se shranjujejo meritve, ki

jih pridobimo iz vremenske postaje. Sledi predstavitev izdelave spletne strani,

grafičnega vmesnika spletne strani in izvorne kode. Prav tako bomo opravili analizo

meritev, ki smo jih opravili z vremensko postajo in meritve primerjali z avtomatsko

vremensko postajo Republike Slovenije za okolje. Predstavili bomo tudi vse težave na

katere smo naleteli pri izdelavi vremenske postaje.

V 5. poglavju bomo predstavili možnosti uporabe računalniško krmiljene vremenske

postaje v osnovnih šolah. Preverili bomo kje v učnem procesu bi bilo mogoče uporabiti

vremensko postajo. Podrobneje si bomo pogledali možnosti uporabe vremenske postaje

znotraj dodatnega pouka in interesnih dejavnosti.

Fizikalne osnove meteorologije

3

2 FIZIKALNE OSNOVE METEOROLOGIJE

Beseda meteorologija je bila prvič uporabljena že 300 let pred našim štetjem, uporabljal

jo je grški filozof Aristotel. Meteorologija ali vremenoslovje je veda, ki preučuje in

opisuje dogajanja v ozračju, predvsem tiste pojave, ki oblikujejo vreme [1]. Vreme

vsakodnevno vpliva na življenje ljudi in vremenska napoved nam ne pomaga le pri

izbiri oblačil, saj poznamo panoge, ki so popolnoma odvisne od vremena. Vreme in

vremenska napoved je zelo pomembna v kmetijstvu pri pridelavi hrane, v energetiki pri

vetrnih elektrarnah in hidroelektrarnah, v gradbeništvu pri gradnji objektov, v

transportu, itd.. Vreme ima vpliv na vse sfere našega življenja, od njega je odvisna celo

rast in padanje borznih indeksov, zato je pravilno napovedovanje in razumevanje

vremena ključno.

2.1 Vreme, vremenski pojavi in napovedovanje vremena

Vreme je izraz, ki je nastal iz meteorologije in s katerim opisujemo stanje atmosfere.

Sestavni del vremena so vremenski pojavi, kot so veter, oblaki, dež, sneg, megla, itd..

Vremenske pojave določajo spremenljivke v atmosferi, najpomembnejše so temperatura

zraka, zračni tlak in vlažnost zraka. To so le osnovne spremenljivke, ki so potrebne za

napovedovanje vremena, vendar, da bi se lahko lotili napovedovanja vremena moramo

najprej razumeti obnašanje vremena.

2.1.1 Atmosfera

Atmosfera je ime za ovoj, ki obdaja naš planet in je sestavljena iz plina, ki ga

imenujemo zrak. Zrak je mešanica plinov, kjer prevladujeta predvsem dušik z 78 % in

kisik z 21 %, v zraku so še majhne količine drugih plinov in sicer argon z manj kot 1 %,

ogljikov dioksid z 0,03 %, žlahtni plini z 0,01 % in ozon z 10-6 % (slika 1).


4

Slika 1: Diagram prikazuje delež posameznih plinov v zraku [1].

Zrak z višino postaja redkejši, kar lahko lepo opazijo alpinisti, ko se vzpenjajo na

visoke vrhove in je njihovo dihanje oteženo. V fiziki to lastnost opisujemo z

barometrsko enačbo, ki opisuje eksponentno zmanjševanje zračnega tlaka z naraščajočo

višino pri konstantni temperaturi atmosfere:

𝑝 = 𝑝0𝑒−

𝑧

𝑧0 , (1)

kjer je 𝑝0 zračni tlak na morski gladini, 𝑧0 višina atmosfere in 𝑧 višina, kjer iščemo

vrednost zračnega tlaka. Gibanje zračnega tlaka s spremembo višine nam prikazuje slika

2.

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

Dušik(N2)

Kisik(O2)

Argon(Ar)

Ogljikovdioksid(CO2)

Žlahtniplini

Ozon

78,09%

20,95%

0,93% 0,03% 0,01% 10-6 %

Delež posameznih plinov v zraku

Dušik (N2)

Kisik (O2)

Argon (Ar)

Ogljikov dioksid (CO2)

Žlahtni plini

Ozon


5

Slika 2: Graf zračnega tlaka v odvisnosti od višine.

Zrak v atmosferi pa ne vsebuje samo zgoraj naštetih plinov, del zraka je tudi voda, ki jo

najdemo v obliki vodne pare, vodnih kapljic in ledenih kristalov. Voda je glavni

element oblakov in je tudi eden izmed pomembnejših dejavnikov, ki določajo kakšno bo

vreme.

Ovoj atmosfere, ki obdaja naš planet delimo na štiri plasti (slika 3). Prvo plast, ki sega

od Zemljinega površja pa do višine 9 do 17 kilometrov imenujemo troposfera. To je

plast v kateri živimo ljudje in kjer se dogajajo procesi, ki izoblikujejo vreme. Zrak v

troposferi se z višino povprečno ohlaja, kar je posledica vertikalnega mešanja zraka

(vetrovi). V fiziki ohlajanje zraka z naraščanjem višine v troposferi opisujemo z

vertikalnim temperaturnim gradientom, ki ga zapišemo kot:

−𝜕𝑇

𝜕𝑧= 𝛾, (2)

kjer je −𝜕𝑇/𝜕𝑧 parcialni odvod temperature T po višini z, pred njim je minus, ker

temperatura v povprečju v troposferi pada. Povprečni temperaturni gradient v troposferi

je negativen in znaša �̅� = 6,5 K/km, kar pomeni da se povprečno temperatura na vsakih

1000 m spremeni za 6,5 K [1]. O poprečni spremembi temperature govorimo, ker se v


6

neki plasti troposfere temperatura z višino ne menja, v nekih plasteh pa lahko

temperatura z višino celo zraste (temperaturna inverzija).

Troposfera vsebuje veliko količino vodne pare, ki je v atmosferi, zato se v troposferi

tvorijo oblaki in padavine. Oblaki segajo samo do roba troposfere, saj plast višje, ki jo

imenujemo stratosfera oblakov ne vsebuje. Vzrok za to je naraščanje temperature z

višino, kar ustvari močno stabilnost in ustavi mešanje zraka v vertikalni smeri.

Temperatura v najvišjih plasteh troposfere doseže -50°C, medtem ko se v stratosferi

segreva in v zgornjih plasteh doseže 0°C (slika 3). Stratosfera vsebuje ozon, ki absorbira

ultravijoličen del sončnega sevanja in nas ščiti pred ultravijoličnimi žarki, to je tudi

glavni vzrok segrevanja zraka v tej plasti. Nahaja se na višini med 20 do 25 kilometrov,

medtem ko stratosfera sega do 50 km visoko. Sledi plast, ki jo imenujemo mezosfera in

sega do višine 85 km. Temperatura tukaj ponovno pada z višino in v višjih plasteh

doseže -90°C. Od mezosfere navzgor se širi termosfera, tukaj temperatura ponovno

narašča z višino in doseže vrednosti preko 1000°C, vendar je na teh višinah gostota

zraka zelo majhna [1].

Slika 3: Prikaz gibanja temperature skozi različne sloje atmosfere [19].


7

2.1.2 Spreminjanje temperature zraka

Zemlja na svojo površino prejema toplotno energijo na dva načina. Prvi način je sevanje

toplote iz notranjosti Zemlje in sicer iz zemeljskega jedra. Zemeljsko jedro dosega

temperature med 4000 in 7000 K, vzdrževanje takšnih temperatur skozi mnoga

tisočletja omogočajo radioaktivni elementi v jedru. Glede na količino prejete toplotne

energije na površini Zemlje, je ta način zanemarljiv v primerjavi z energijo, ki jo Zemlja

prejme od Sonca, za katerega lahko rečemo, da je edini pravi vir energije na Zemlji.

Sonce zaradi svoje visoke temperature seva energijo v obliki elektromagnetnega

valovanja, ki do Zemlje potuje s svetlobno hitrostjo. Te energije je nekoliko več pozimi,

ko je Sonce bližje Zemlji, kar pa se sliši nenavadno, saj so povprečne temperature

pozimi dosti nižje kot poleti. Dejavnik, ki ga moramo upoštevati je kot pod katerim

sončni žarki padajo na zemeljsko površino. Za lažjo predstavo si poglejmo sliko 4:

Slika 4: Prikaz padanja sončnih žarkov na zemeljsko površino.

Sončni žarki blizu ekvatorja padajo v času opoldneva pravokotno na površino Zemlje,

kar pomeni, večjo jakost sončnega obsevanja in s tem visoke temperature. Bolj ko se

pomikamo proti poloma manjši je kot pod katerim žarki padajo na površino in s tem

manjša jakost sončnega obsevanja, kar pa posledično pomeni nižje temperature. Ker

ima tir Zemlje pri vrtenju okoli Sonca obliko elipse in ker kot vrtenja Zemlje okoli svoje


8

osi ni enak kotu vrtenja Zemlje okoli Sonca, se jakost sončnega obsevanja in tudi čas

sončnega obsevanja spreminjata skozi leto. To je tudi vzrok da imamo na Zemlji

različne letne čase, različno dolge dneve in noči ter podnebne pasove, ki se raztezajo od

severnega pola preko ekvatorja do južnega pola [1].

Zemeljska atmosfera za sončno sevanje ni povsem prozorna, saj vodna para, ogljikov

dioksid in ozon del sončnega sevanja absorbirajo. Prav tako se del sočnega sevanja

odbije od oblakov nazaj v vesolje, del pa se razprši (siplje) na delcih v zraku in plinskih

molekulah. Sončno sevanje, ki pade na površje Zemlje se deloma absorbira, deloma pa

odbije od nje. Pri absorpciji je potrebno poudariti, da sta odbojnost in prepustnost za

različna enobarvna telesa različni. Popolnoma belo telo (npr. prevleka iz magnezijevega

oksida) v celoti odbije ves vpadni svetlobni tok, medtem ko črno telo (npr. prevleka iz

saj) ves vpadni svetlobni tok absorbira. Na sončen dan tako Zemeljska površina vpije

okrog 50 % celotnega vstopnega sevanja, ki je prišlo v atmosfero, ostalo se izgubi na

poti skozi atmosfero ali odbije nazaj v vesolje. Zrak se segreva predvsem od tal. Ker je

temperatura Zemlje in njene atmosfere višja od absolutne ničle, tudi ona seva v vesolje

in se s tem ohlaja, to je lepo vidno ponoči, ko temperature padejo. V nočeh ko nebo

prekrivajo oblaki se površina zemlje ne ohlaja tako hitro, saj del sevanja Zemlje

absorbirajo vodne kapljice v oblakih, ki se segrevajo in posledično tudi sevajo. Del

sevanja oblakov se tako vrne nazaj na površje Zemlje [1].

2.1.3 Zračni tlak in vetrovi

Zrak, ki predstavlja atmosfero našega planeta ima svojo maso in v zemeljskem

težnostnem prostoru tudi svojo težo. Čeprav se ljudje tega ne zavedamo in direktno ne

občutimo, molekule zraka s svojim gibanjem pritiskajo na površje Zemlje in temu tlaku

pravimo zračni tlak. Tlak je definiran kot kvocient sile, ki deluje na enoto površine in ga

merimo v enoti Pascal (Pa), v meteorologiji se pogosto uporablja enota milibar (mbar),

kar je enako enoti hektopascal (hPa). Normalen zračni tlak na morski gladini, kjer je

masa molekul zraka, ki pritiskajo na površino največja, znaša 1013 mbar. Z višino se

zračni tlak zmanjšuje, prav tako se zmanjšuje tudi gostota molekul zraka, saj je padec

tlaka z višino sorazmeren gostoti zraka. Sprva pada zelo hitro, nato pa počasi, saj se


9

gostota molekul zraka v višjih slojih atmosfere ne spreminja tako hitro, kot v nižjih

slojih [2].

Zračni tlak se spreminja tudi v horizontalni smeri, za kar je največji krivec vreme in

zračni tokovi v atmosferi. Nizki zračni tlak nakazuje slabo vreme, medtem ko visok

zračni tlak nakazuje lepo vreme. V večini primerov je to res, vendar za natančnejše

napovedovanje moramo upoštevati tudi druge podatke. Na zračni tlak vpliva tudi

temperatura zraka, ki je posledica dnevnega ogrevanja atmosfere. Tako poznamo

značilno krivuljo gibanja zračnega tlaka v dneh stanovitnega vremena, ki od 4. do 10.

ure zjutraj raste, nato do 16. ure pada, nato ponovno raste do 22. ure ter ponovno začne

padati do 4. ure zjutraj (slika 5).

Slika 5: Dnevno gibanje zračnega tlaka [1].

Neenakomerno segrevanje površine Zemlje in njene atmosfere pa ustvarja zračne mase

in območja z visokim ter nizkim zračnim tlakom. Posledica zračnih mas so zračni

tokovi, ki jih občutimo kot veter. Na smer in hitrost vetrov vplivajo različni dejavniki,

med drugim tudi vrtenje Zemlje in relief površja ob katerega vetrovi drgnejo. Območje

z visokim zračnim tlakom imenujemo anticiklon, zrak se spušča in nadomešča zrak, ki

se pri tleh razteza, pri tem se oblaki razkrojijo in nastane lepo jasno vreme. Zračni tlak

se v smeri proti središču anticiklona povečuje in je v središču najvišji (slika 6). Vetrovi

pihajo v krožni smeri urinega kazalca iz središča anticiklona navzven (slika 6).

Območje z nizkim zračnim tlakom pa imenujemo ciklon, ki ima obliko nepravilnega

kroga s premerom tudi do 1000 km. Veter v ciklonu piha v krožni smeri proti središču


10

ciklona (slika 6), kjer se zrak dviga in ohlaja, kar pa prinaša slabo vreme ter padavine. V

ciklonu je vreme oblačno s padavinami, večinoma pa tudi vetrovno. Zračni tlak se v

smeri proti središču ciklona znižuje in je v središču najnižji [3].

Slika 6: Smer vetrov (puščice) in spreminjanje zračnega tlaka v ciklonu in anticiklonu.

2.1.4 Vlažnost zraka in nastanek oblakov

Vodo v atmosferi najdemo v trdem stanju kot led in sneg, v tekočem stanju kot kapljice

in v plinastem stanju kot vodna para. Zrak vedno vsebuje nekaj vlage in ni nikoli

povsem suh. Osnovni način za izražanje vlažnosti zraka je gostota vodne pare v zraku

ali z drugimi besedami absolutna vlažnost 𝜚𝑣, ki jo podajamo v g/m3 in izrazimo kot:

𝜚𝑣 =𝑒

𝑅𝑉 𝑇 , (3)

kjer je e parni tlak, RV individualna plinska konstanta in T temperatura. Ker pa je

absolutna vlaga v zraku neposredno težko določljiva, se za izražanje vlažnosti zraka

največkrat uporablja relativna vlažnost zraka f, ki je določena kot razmerje dejanskega

in nasičenega parnega tlaka pri neki temperaturi. Podajamo jo v odstotkih in izrazimo

kot:

𝑓 =𝑒

𝐸× 100, (4)

kjer je e dejanski parni tlak in E nasičeni parni tlak [1]. Relativna vlažnost zraka je

odvisna od temperature saj z višanjem temperature zraka relativna vlažnost pada, z

nižanjem pa narašča. Pri stanovitnem vremenu opazimo vzorec obnašanja relativne

vlažnosti, ki se ponavlja iz dneva v dan. Relativna vlažnost je najmanjša ponoči in


11

zgodaj zjutraj, ko pride do kondenzacije vodne pare na tleh, takrat lahko vidimo pojav

rose ali slane. Največjo relativno vlažnost pa izmerimo pozno dopoldne ali v začetku

popoldneva, ko zaradi sončnega sevanja in višjih temperatur pride do izhlapevanja vode

s tal (slika 7). V primerih ko relativna vlažnost zraka doseže 100 % je dejanski parni

tlak enak nasičenemu (e=E) in takrat pravimo da je zrak nasičen, temperaturo pri kateri

postane zrak nasičen pa imenujemo rosišče.

Slika 7: Kondenzacija na rastlini, zaradi velike nasičenosti vlage v zraku [20].

Zaradi sprememb v temperaturi in relativni vlažnosti zraka pride do sprememb zračnega

tlaka. Zanimivo je, da je vlažen zrak lažji od suhega, saj so molekule vodne pare lažje

od molekul dušika in kisika. Vlažen zrak se zato dviga, pri tem se mu temperatura niža,

prihaja do kondenzacije in tvori se gost kopast oblak. Oblak se lahko tvori tudi na

drugačen način in sicer s pomočjo vetra in reliefa Zemlje. To se zgodi tako, da veter

piha preko ravninskega dela proti pobočju in prisili zrak v dviganje. Zrak se nato ohlaja,

prihaja do kondenzacije in v kolikor je bilo v zraku dovolj vlage, se tvori oblak. Tem

oblakom, ki jih lahko vidimo nad pobočji pravimo kape, saj spominjajo na pokrivala za

glavo, ki jih nosimo ljudje. Oblake meteorologi redno spremljajo, saj je na podlagi

gibanja oblakov mogoče določiti smer in hitrost vetra v višjih plasteh [2].

2.1.5 Padavine

Padavine ločimo na tiste, ki nastanejo v oblakih in tiste, ki nastanejo na tleh [1].

Definiramo jih kot vodo v različnih agregatnih stanjih, ki pade na površje Zemlje ali se

na njej kondenzira. Padavine v oblakih nastanejo tako, da se vodne kapljice in kristali v


12

oblaku večajo do take velikosti, da padejo iz oblaka. V naših krajih največkrat videne

padavine, ki nastanejo v oblakih so: pršenje, dež, sneženje, sodra, toča in babje pšeno.

Poznamo pa tudi padavine, ki nastanejo na tleh. Vzrok za njih so kondenzacija, pihanje

vetra in nizke temperature, kar posledično pripelje do zmrzovanja. Nam najbolj znane

so: rosa, slana, ivje in poledica.

Sonce je za vodni ciklus na Zemlji zelo pomembno, saj brez njega ne bi bilo

izhlapevanja in posledično ne padavin. Kar 65 % vse vlage v zraku dobimo z

izhlapevanjem morja, preostalih 35 % pa s prehajanjem vodne pare skozi rastline. Voda,

ki pade na Zemljo v obliki padavin v večini ponikne v tla, en del pa je odteče po

površini v obliki rek v morje. Tako dobimo sklenjen krog oziroma cikel kroženja vode v

atmosferi (slika 8) [2].

Slika 8: Cikel kroženja vode [21].

2.2 Naprave v meteorologiji

Naprave s katerimi opazujemo vreme so se skozi zgodovino zelo spreminjale. Sprva je

napovedovanje vremena temeljilo na opazovanju in napovedi so bile zelo netočne.

Zaradi velikih potreb po točni vremenski napovedi je napredovala tudi vremenska


13

tehnologija. Vremenske napovedi danes nastajajo s pomočjo velike količine podatkov,

ki jih dobimo z vremenskih postaj, radarjev in vremenskih satelitov. Vsi ti podatki se

nato obdelajo s pomočjo superračunalnikov in nastane vremenska napoved (slika 9).

Slika 9: Superračunalnik na Agenciji za okolje Republike Slovenije [24].

2.2.1 Vremenske postaje

Vremenske postaje delimo v dve skupini glede na njihovo mobilnost. Poznamo

stacionarne vremenske postaje, ki so nameščene na različnih lokacijah po vsem svetu in

njihova lokacija se ne spreminja. To so v večini primerov avtomatske vremenske

postaje, ki podatke samodejno odčitavajo in jih pošiljajo meteorološkim centrom v

obdelavo. V Sloveniji imamo okrog 45 profesionalnih avtomatskih vremenskih postaj,

ki so locirane v vsakem večjem mestu, v okolici letališč in na nekaterih gorskih vrhovih.

Z njimi merimo temperaturo zraka, vlažnost zraka, hitrost in smer vetra, količino

zapadlih padavin, debelino snežne odeje, itd.. Poznamo tudi statične vremenske postaje,

ki so pritrjene na boje v morju in merijo temperaturo morja, višino plimovanja, slanost

morja, itd.. Druga skupina vremenskih postaj so mobilne vremenske postaje, ki se jim

lokacija spreminja. V to skupino spadajo vremenske postaje, ki so pritrjene na balone in

jih meteorologi spuščajo dvakrat dnevno do 35 km visoko (slika 10).


14

Slika 10: Spuščanje vremenskega balona [22].

S pomočjo vremenskih balonov, dobimo podatke o vremenu v različnih plasteh

atmosfere in ti podatki so zelo pomembni za napovedovanje vremena (slika 11).

Poznamo pa tudi mobilne vremenske postaje na letalih in vremenske postaje na ladjah s

katerimi dobimo podatke o vremenu sredi oceanov.

Slika 11: Vremenski podatki pridobljeni s pomočjo vremenskega balona spuščenega

nad Ljubljano dne 5.11.2013 [4].


15

2.2.2 Radarji

Radarji so zelo pomembe naprave v meteorologiji. Z njimi določamo lokacijo in vrsto

padavin, smer gibanja padavin in njihovo intenziteto. Pravimo jim Dopplerjevi radarji,

saj delujejo po principu Dopplerjevega pojava. Sestavljeni so iz oddajnika in

sprejemnika, ki sta združena v eni napravi. Oddajnik v radarju pošilja elektromagnetne

signale v vse smeri v krogu 360 stopinj, v kolikor elektromagnetni signal doseže

padavine v obliki dežja, snega ali toče, se od njih odbije in na podlagi

elektromagnetnega signala, ki ga sprejemnik v radarju prejme je možno določiti

lokacijo padavin, vrsto in njihovo intenziteto. Z zaporednimi elektromagnetnimi signali

lahko določimo tudi gibanje padavin. V Sloveniji imamo vremenski radar na Lisci pri

Sevnici, ki sproti meri padavine na območju Slovenije in v njeni bližnji okolici (slika

12).

Slika 12: Vremenski radar dolgega dosega na Lisci pri Sevnici [23].

Slika 13 prikazuje radarsko sliko padavin, ki je bila ustvarjena s pomočjo vremenskega

radarja v Sloveniji, kjer so z različnimi barvami prikazane različne jakosti padavin.


16

Slika 13: Radarska slika padavin nad Slovenijo dne 5.11.2013 [5].

2.2.3 Vremenski sateliti

Vremenski sateliti se uporabljajo za slikanje zemeljske površine s ptičje perspektive.

Omogočajo opazovanje širših območjih, ki bi jih na Zemlji morali opazovati z velikega

števila opazovalnic. Prav tako lahko s sateliti opazujemo območja, kot so puščave in

oceani, ki so nam težko dostopna ali celo nedostopna. Podatki, ki jih pridobimo s

pomočjo satelitov so zelo pomembni za natančno vremensko napoved. Poznamo dve

vrsti vremenskih satelitov in sicer polarno-orbitalne vremenske satelite ter

geostacionarne vremenske satelite. Polarno-orbitalni vremenski sateliti krožijo okoli

Zemlje na višini okrog 800 km. Zemljo obkrožijo v približno 100 minutah in v šestih

urah posnamejo celotno površino Zemlje. Polarno-orbitalni sateliti se uporabljajo za

spremljanje vremenskih pojavov, z njimi je mogoče spremljati tudi udare strel, požare

in celo svetlobno onesnaževanje, ki ga ustvarjajo mesta. Druga vrsta vremenskih

satelitov, ki jo imenujemo geostacionarni vremenski sateliti so izstreljeni v

geostacionarno tirnico na višini 36000 km od površja Zemlje. Gibanje satelitov v

geostacionarni tirnici ustreza vrtenju Zemlje okoli lastne osi, kar pomeni, da je satelit

vedno lociran na isti točki neba in vselej povezan z isto stacionarno anteno na površju

Zemlje. Zaradi višine je vidno polje geostacionarnega satelita skoraj celotna zemeljska


17

polobla, tako je z njimi mogoče spremljati nastajanje in gibanje vremenskih front,

ustvarjanje slik oblačnosti, novejši senzorji pa spremljajo tudi sevanje zemeljske

površine [15].

Satelit, ki spremlja vremensko dogajanje na območju Evrope in ga uporabljajo

meteorologi za napovedovanje vremena v Sloveniji se imenuje Meteosat. Spodnja slika

nam prikazuje satelitsko sliko oblačnosti nad Evropo, ki jo je posnel satelit Meteosat

[6]. Oblaki s svetlejšo barvo prikazujejo temperature do -50°C, medtem ko temnejši

oblaki prikazujejo temperature med -10°C in 0°C.

Slika 14: Satelitska slika oblačnosti nad Evropo dne 5.11.2013 [6].

2.2.4 Superračunalniki

Za točne vremenske napovedi potrebujemo čim večje število podatkov, ki so izmerjeni

na različnih lokacijah in v različnih plasteh atmosfere. Meteorologi nato s pomočjo

računalniških programov te podatke obdelajo in ustvarijo simulacije gibanja vremenskih

front, prihod padavin, spreminjanja temperatur, itd.. Ker pa je število podatkov tako

veliko in ker so računalniške operacije za obdelavo podatkov zelo zahtevne,

meteorologi uporabljajo posebne superračunalnike, ki vse te podatke obdelajo v realnem

času. Eden izmed takih je superračunalnik z 25.000 procesorskimi jedri in zmogljivostjo

70 bilijonov operacij na sekundo, ki ga uporabljajo v Evropskem centru za srednjeročne


18

vremenske napovedi v bližini Londona (slika 15) [7]. Tudi v Sloveniji imamo

superračunalnike, v letošnjem letu je v prostorih Agencije RS za okolje pričel delovati

superračunalnik, ki žal ni tako zmogljiv kot tisti v Londonu, vendar bo z njim mogoče

prebivalce hitreje in točneje obveščati o prihajajočih vremenskih ujmah kot je bilo to

mogoče do sedaj.

Slika 15: Superračunalnik v Evropskem centru za srednjeročne vremenske napovedi v

Londonu [7].

2.3 Vremenska napoved

V meteorologiji je mednarodno sodelovanje na najvišjem nivoju, izmenjava podatkov

med državami je prosta, saj vremenske fronte ne poznajo mej in se prosto gibajo po

ozračju. Vremenske napovedi ločimo glede na čas, ki ga napoved zajema. Tako

poznamo kratkoročne, ki so nekajurne ali dnevne, srednjeročne, ki so nekajdnevne in

dolgoročne vremenske napovedi, ki so tedenske, mesečne ali sezonske.

Proces izdelave vremenske napovedi se začne z zbiranjem podatkov iz opazovalnih

sistemov. Superračunalniki s pomočjo računalniških programov nato te podatke

obdelajo in ustvarijo geografsko mrežo točk (meritev), ki so enako oddaljene med seboj

(slika 16). Naslednji korak je diagnoza trenutnega stanja vremena, ti podatki so zelo

pomembni, saj vremenska napoved temelji na začetnih podatkih. Superračunalniki nato


19

za vsako točko v geografski mreži rešujejo fizikalne enačbe, ki opisujejo spreminjanje

vremenski podatkov kot so temperatura zraka, hitrost vetra in relativna vlažnost zraka.

Tako nastane simulacija gibanja vremena za naslednje ure, dni ali tedne. Da bi izboljšali

točnost vremenskih napovedi, se meteorologi poslužujejo skupinskih vremenskih

napovedi, kar pomeni, da ustvarijo več kot 50 simulacij gibanja vremena z majhnimi

spremembami pri začetnih stanjih vremena. Rezultate simulacij nato primerjajo med

seboj in v kolikor ima velik odstotek teh simulacij enak rezultat, lahko meteorologi z

veliko zanesljivostjo izdajo vremensko napoved. V primerih ko pa temu ni tako in

meteorologi kot rezultat dobijo dva ali več rezultatov s podobnih odstotkom, je

zanesljivost veliko manjša [8].

Slika 16: Geografska mreža točk nad Evropo, ki ga uporablja Evropski center za

srednjeročno napovedovanje vremena [9].

Kljub vsej tehnologiji, ki se uporablja v meteorologiji, vremenske napovedi niso 100 %

zanesljive. Dobra novica je, da se odstotek zanesljivosti vremenskih napovedi iz leta v

leto povečuje, kar je posledica tehnološkega napredka na področju merilnih naprav in

vse boljšega razumevanja vremena.

2.4 Meteorologija pri pouku Fizike in Naravoslovja v OŠ

Učenci v osnovni šoli se prvič srečajo z naravoslovnimi pojmi in zakonitostmi v 6. in 7.

razredu pri predmetu Naravoslovje. Znanje, ki ga pridobijo tekom teh dveh let služi kot

podlaga za razumevanje pojavov v naravi, povezanosti med živo in neživo naravo ter


20

delovanja sistemov v okolju. Meteorologija pri predmetu Naravoslovje ni omenjena,

vendar učenci spoznajo veliko pojmov, ki so podlaga za razumevanje vremena. V

nadaljevanju si poglejmo kateri so ti pojmi.

V 6. razredu učenci spoznajo pojme, ki so del neživih dejavnikov okolja, kot so

temperatura, zračni tlak, veter, vlažnost zraka in padavine. Spoznajo tudi, da neživi

dejavniki okolja močno vplivajo na življenje ljudi na Zemlji. Razumejo pomen

toplotnega toka in razumejo, da je sonce glavni vir energije na Zemlji. Prav tako

spoznajo vpliv rastlin na podnebne razmere na Zemlji [10].

V 7. razredu učenci spoznajo lastnosti svetlobne energije in spremembe agregatnih

stanj, ki jih svetlobna energija povzroči. Prav tako spoznajo, da je zrak zmes plinov in

vzroke za povečanje zmesi plinov, ki vodijo v prekomerno segrevanje ozračja, kar lahko

opazimo v spreminjanju podnebja [10].

Seznanitev s preprostimi fizikalnimi pojmi in razvijanje sposobnosti za preučevanje

naravnih pojavov sledi v 8. in 9. razredu pri predmetu Fizika. Meteorologija tudi pri

predmetu Fizika ni neposredno omenjena, vendar pa so omenjeni atmosferski pojavi in

vreme, kjer učenci spoznajo fizikalne lastnosti zraka in njegove vplive na vreme. Znajo

razložiti tudi zakaj imamo na Zemlji različne letne čase, prav tako pa se naučijo

uporabljati tudi merilnike temperature in tlaka. Čeprav osnove meteorologije v učnem

načrtu pouka fizike za 8. in 9. razred niso neposredno omenjene, jih učitelj lahko sam

vključi v sklopu izbirnih vsebin pouka fizike, kjer vsebino učitelj izbira sam [11].

Vremenske postaje

21

3 VREMENSKE POSTAJE

Skupek merilnih instrumentov, s katerimi pridobivamo vremenske podatke imenujemo

vremenska postaja. Delimo jih glede na njihovo mobilnost in sicer na premične in

nepremične. Med nepremične spadajo vremenske postaje, ki jih lahko najdemo v vseh

večjih mestih, v okolici letališč in na vseh najpomembnejših gorskih vrhovih. Prav tako

med nepremične vremenske postaje spadajo vremenske boje, ki so zasidrane v morju,

ena takšnih v Sloveniji je vremenska boja, ki je zasidrana v bližini Pirana. Med

premične pa spadajo vremenske postaje, ki so pritrjene na letala, ladje ali vremenske

balone in se jim lokacija nenehno spreminja.

V nadaljevanju bomo govorili o vremenskih postajah na zemlji. Agencija Republike

Slovenije za okolje uporablja okrog 45 avtomatskih vremenskih postaj, ki

meteorologom samodejno pošiljajo meritve. Ena takih je avtomatska vremenska postaja

v Celju, ki si jo lahko ogledamo na sliki spodaj.

Slika 17: Avtomatska vremenska postaja Agencije Republike Slovenije za okolje v

Celju.

Vremenske postaje

22

V Sloveniji in drugod po svetu je prav tako veliko ustanov in posameznikov, ki imajo

lastne vremenske postaje in meritve posredujejo v spletne baze podatkov. Ena takih

spletnih strani je http://www.wunderground.com, kjer je zbranih več kot 40.000

amaterskih vremenskih postaj po vsem svetu [12]. Vremenski podatki z amaterskih

vremenskih postaj so sicer neuradni, vendar so lahko dobra pomoč pri opazovanju

lokalnih pojavov, kjer v bližini ni uradnih vremenskih postaj.

3.1 Merilni instrumenti

Vremenske postaje uporabljajo različne merilne inštrumente, najpogosteje vremensko

postajo sestavljajo:

Termometer, ki se uporablja za merjenje temperature zraka,

Barometer, ki se uporablja za merjenje zračnega tlaka,

Psihrometer, ki se uporablja za merjenje specifične vlažnosti zraka,

Anemometer, ki se uporablja za merjenje smeri in hitrosti vetra,

Dežemer, ki meri količino padavin, ki jo prejmejo tla.

Z leti se je tehnologija merilnih instrumentov spreminjala, sprva so bili vsi instrumenti

analogni, danes pa se veliko bolj uporabljajo digitalni instrumenti.

V nadaljevanju si poglejmo delovanje merilnih instrumentov, ki sestavljajo vremensko

postajo še podrobneje.

3.1.1 Termometer

Termometer je osnovna merilna naprava v meteorologiji, s katero merimo temperaturo

in je nepogrešljiv del vsake vremenske postaje. Osnovna merska enota, ki se globalno

uporablja za merjenje temperature je kelvin (K), vendar v Evropi in njeni okolici v

vsakdanjem življenju uporabljamo Celzijevo temperaturno skalo (C), kjer je 0°C pri

tališču ledu in 100°C pri vrelišču vode. Termometre ločimo glede na način delovanja,

tako poznamo plinske termometre, tekočinske termometre in uporovne termometre.

Najbolj poznani so tekočinski termometri, ki so se in se še vedno veliko uporabljajo v

meteorologiji, vsebujejo alkohol ali živo srebro in delujejo po principu raztezanja

količine (slika 18).

http://www.wunderground.com/

Vremenske postaje

23

Slika 18: Analogni termometri avtomatske vremenske postaje v Celju, ki se uporabljajo

za merjenje temperature zraka in tal na različnih globinah.

V zadnjih letih analogne termometre, kot so termometri na sliki 18 izpodrivajo digitalni

termometri. Digitalni termometer je sestavljen iz senzorja, ki je priključen na električni

tok in se mu ob vsaki najmanjši spremembi temperature spremeni upornost. Ker

poznamo gibanje upornosti senzorja glede na temperaturo, lahko z lahkoto vrednosti

spremembe el. toka spremenimo v vrednosti temperature (slika 19).

Slika 19: Digitalna termometra avtomatske vremenske postaje v Celju za merjenje

temperature zraka na različnih višinah.

3.1.2 Barometer

Barometer je merilna naprava s katero merimo zračni tlak. Poznamo več različnih vrst

merilnih naprav, standardno se za merjenje zračnega tlaka uporablja živosrebrni

barometer. Sestavljen je iz steklene vezne posode, kjer je en krat odprt, v drugem kraku,

Vremenske postaje

24

ki je zaprt pa je živo srebro. Nad stolpcem, kjer je živo srebro se nahaja vakuum. Tlak

odčitamo tako, da izmerimo višino živega srebra med obema krakoma. Ker je živo

srebro zelo občutljivo na temperaturo je potrebno pri odčitani vrednosti tudi upoštevati

trenutno temperaturo. Druga vrsta barometrov so kovinski barometri, katerih glavni člen

je zaprta kovinska doza, znotraj katere je znižan tlak. Takšne barometre imenujemo tudi

aneroidi in jih umerimo z živosrebrnim barometrom. Ob spremembi zunanjega zračnega

tlaka se stene doze deformirajo, deformacije je nato potrebno mehansko ali električno

ojačiti, kar nam omogoči prikazovanje vrednosti zračnega tlaka na skali. Grafični prikaz

gibanja zračnega tlaka pa nam omogoča barograf, ki je sestavljen iz kovinskega

barometra in vrtljivega bobna na katerem je registrirni papir. Pisalo, ki je preko vzvodov

povezano s kovinskim barometrom, raztezanje in stiskanje doze prenese na registrirni

papir in tako beleži gibanje zračnega tlaka. Barografi so še danes v uporabi kot eni

izmed merilnikov zračnega tlaka na avtomatskih vremenskih postajah ARSO (slika 20).

Slika 20: Barografa za merjenje zračnega tlaka na avtomatski vremenski postaji v Celju.

V zadnjih letih se poleg zgoraj naštetih merilnikov za merjenje zračnega tlaka

uporabljajo merilniki, ki vsebujejo piezoelektrične elemente. V piezoelektričnih

kristalih se pod vplivom mehanske obremenitve, ki jo v našem primeru ustvari

Vremenske postaje

25

sprememba zračnega tlaka, pojavi električno polje oz. električna napetost, katere

vrednosti merilniki beležijo in nato pretvarjajo v vrednosti zračnega tlaka.

3.1.3 Psihrometer

Psihrometer je naprava za merjenje specifične vlage v zraku. Sestavljena je iz dveh

termometrov, kjer je eden od termometrov ovit z mokro krpo. Zaradi izhlapevanja vode

iz krpe se termometer ohladi, ker je za izhlapevanje potrebna izparilna toplota in zato

kaže nižjo temperaturo kot drugi termometer. Večja kot je temperaturna razlika med

obema termometroma, močnejše je izhlapevanje, kar pa pomeni, da je vlažnost zraka

majhna. Za določanje vrednosti tlaka vodne pare e v zraku uporabljamo psihrometersko

enačbo:

𝑒 = 𝐸′ −𝑝 𝑐𝑝

𝜀 𝐿𝑖(𝑇 − 𝑇′), (5)

kjer je T temperatura zraka (suhi termometer), T' temperatura mokrega termometra, E'

nasičen parni tlak pri temperaturi T', p zračni tlak, cp specifična toplota vode, 𝜀

konstanta (0,622) in Li specifična izparilna toplota vode. Spodnja slika prikazuje

premier psihrometra.

Slika 21: Psihrometer na avtomatski vremenski postaji v Celju, ki se uporablja za

merjenje vlažnosti zraka.

Vremenske postaje

26

3.1.4 Anemometer in vetrokaz

Z anemometrom merimo hitrost vetra. Sestavljen je iz vertikalne osi, na kateri so

pritrjene tri ali štiri votle polkrogle, ki jim pravimo Robinsonov križ. Na vbočeni strani

polkrogel je upor zraka večji kot na izbočeni strani, zato se križ v vetru začne vrteti

(slika 22). Hitrost vrtenja nam pove kakšna je hitrost vetra, ki jo merimo v metrih na

sekundo (m/s).

Slika 22: Anemometer na avtomatski vremenski postaji v Celju, ki se uporablja za

merjenje hitrosti vetra.

Smer vetra določimo s pomočjo vetrokaza, ki je sestavljen iz preproste vertikalne osi na

katero je v vodoravni smeri na eni strani pritrjeno krilo in na drugi strani puščica. Veter

obrne vetrokaz v smeri vetra, tako da se krilo obrača v smeri vetra, puščica pa nam kaže

smer iz katere piha veter. Smer vetra določimo vedno po smeri iz katere piha veter.

3.1.5 Dežemer

Količino zapadlih padavin merimo z dežemerjem. Glavni del dežemerja je posoda z

znano ploščino, v katero se zbira količina padavin (slika 23). Količino padavin na

določene časovne intervale izmerimo in jo podamo v enotah mm/m2 kar je ekvivalentno

l/m2. V kolikor padajo padavine v obliki snega, je potrebno vsebino snega v dežemerju

počasi segrevati, da se sneg stopi in izmeriti količino padavin. Pri merjenju količine

padavin lahko velikokrat pride do napak, predvsem ob močnem vetru in sneženju

Vremenske postaje

27

količina padavin ni enaka kot količina padavin v okolici. Zaradi takšnih primerov

meteorologi kot podporno tehnologijo za merjenje količine padavin uporabljajo radar.

Slika 23: Analogni in digitalni dežemer na avtomatski vremenski postaji v Celju.

3.2 Vrste vremenskih postaj v osnovnih šolah

Vremenske postaje v osnovnih šolah niso zelo pogoste, vendar obstaja kar nekaj

osnovnih šol, ki vremenske postaje imajo. V sklopu projekta učilnica na prostem je

nekaj osnovnih šol v svoji okolici postavilo vremensko postajo. Lep primer osnovne

šole z vremensko postajo je OŠ Šmarje pri Jelšah, kjer so učenci skupaj z učitelji uredili

učilnico na prostem, katerega del sta tudi šolski vrt, šolski ribnik in vremenska postaja.

Učenci tako na praktičnem primeru vidijo kako pomembno je vreme za rast rastlin na

šolskem vrtu in kako pomembna je vremenska napoved za vzdrževanje vrta. Šola prav

tako učence uči kako pomembni so obnovljivi viri energije, zato so zraven šole postavili

majhno vetrno in sončno elektrarno, ki je namenjena spoznavanju učencev z novimi

tehnologijami (slika 24).

Vremenske postaje

28

Slika 24: Učilnica na prostem pred OŠ Šmarje pri Jelšah

Vremenska postaja na OŠ Šmarje pri Jelšah meri temperaturo zraka, relativno vlažnost

zraka in smer ter moč vetra. Meritve uporabljajo samo lokalno, vendar kot so nam

sporočili, načrtujejo nadgradnjo vremenske postaje in prikaz vremenskih podatkov na

šolski spletni strani.

Drugi prav tako lep primer je OŠ Naklo, kjer so v sklopu učilnice na prostem uredili

šolski vrt in vremensko postajo. Učence so prav tako vključili v izdelavo vremenske

postaje in vremenske hišice. Žal tudi vremenski podatki z vremenske postaje OŠ Naklo

niso na voljo na spletu.

3.2.1 Spletne vremenske postaje

Osnovne šole, ki imajo vremenske postaje se po večini žal ne odločajo za deljenje

vremenskih podatkov na spletnih straneh osnovne šole. V Sloveniji smo našli le nekaj

osnovnih šol, ki podatke z vremenske postaje delijo na spletu. Ena izmed takih osnovnih

šol je OŠ Puconci, kjer uporabljajo avtomatsko brezžično vremensko postajo Davis

Vremenske postaje

29

Vantage Pro2 Plus, ki je zelo kvalitetna in cenjena med amaterskimi lastniki vremenskih

postaj (slika 25).

Slika 25: Avtomatska brezžična vremenska postaja na OŠ Puconci [16].

Vremenska postaja na OŠ Puconci meri temperaturo in vlažnost zraka, hitrost in smer

vetra, zračni tlak in količino padavin. Senzorji delujejo na akumulatorske baterije, ki se

polnijo s pomočjo sončnih celic, ki so pritrjene na postajo. Vremenska postaja je

popolnoma avtomatska, vremenski podatki se s pomočjo brezžičnega oddajnika

brezžično prenašajo do sprejemnika, ki je povezan z internetom in podatke pošilja na

spletni strežnik.

Vremenski podatki z vremenske postaje OŠ Puconci se prikazujejo na posebej za to

prirejeni spletni strani, kjer podatke tudi obdelujejo. Na spletni strani tudi grafično

prikazujejo gibanje vrednosti meritev skozi daljša časovna obdobja in druge zanimive

podatke kot so maksimumi in minimumi meritev (slika 26).

Vremenske postaje

30

Slika 26: Vremenski podatki z vremenske postaje Osnovne šole Puconci, ki so

objavljeni na spletu [17].

Cena vremenske postaje Davis Vantage Pro2 Plus, ki jo uporabljajo na OŠ Puconci je

kar visoka, saj je potrebno za osnovno verzijo odšteti nekaj več kot 800 EUR.

Drug primer osnovne šole, ki ima avtomatsko vremensko postajo in podatke deli na

šolski spletni strani je OŠ Franceta Prešerna v Kranju. Na šolski spletni strani

prikazujejo zunanjo in notranjo temperaturo, relativno vlažnost zraka, zračni tlak ter

smer in hitrost vetra. Zraven prikazovanja trenutnih vremenskih podatkov vodijo na

spletni strani tudi statistiko vremena, kjer grafično prikazujejo gibanje vremenskih

podatkov v zadnjih 24 urah. Del njihove vremenske postaje je tudi spletna kamera, ki 24

ur na dan prikazuje okolice šole. Slika 27 prikazuje šolsko spletno stran OŠ Franceta

Prešerna v Kranju.

Vremenske postaje

31

Slika 27: Spletna avtomatska vremenska postaja OŠ Franceta Prešerna v Kranju [18].

Osnovnih šol, ki bi imele spletne avtomatske vremenske postaje je malo, glavni razlog

za to je še vedno dokaj visoka investicija za nakup vremenske postaje in ostale

računalniške opreme za prikazovanje podatkov na spletu. Nekatere šole, ki svoje

vremenske postaje nimajo imajo zato na svoji spletni strani vremenske vtičnike, ki

prikazujejo trenutne vremenske podatke in vremensko napoved za določen kraj na

podlagi uradnih podatkov ARSO. Ena izmed takih spletnih strani, ki ponuja brezplačne

vremenske vtičnike je http://vreme.zurnal24.si, ki za prikazovanje trenutnega vremena

in vremenske napovedi uporablja uradne podatke ARSO. Njihov vremenski vtičnik

(slika 28) uporablja na spletni strani kar nekaj osnovnih šol po Sloveniji, ene izmed teh

so OŠ Domžale, OŠ Antona Irgoliča Spodnja Polskava, OŠ Savsko naselje in OŠ

Poljčane.

http://vreme.zurnal24.si/

Vremenske postaje

32

Slika 28: Prikaz vremena s pomočjo vremenskega vtičnika s spletne strani

http://vreme.zurnal24.si na OŠ Domžale in OŠ Poljčane [25] [26].

Nekatere osnovne šole pa imajo na spletni strani povezavo na amaterske meteorološke

postaje v bližini šole, ki delijo vremenske podatke s vsemi uporabniki na spletu. Ena

izmed takih je osnovnih šol je OŠ Franceta Bevka Tolmin, ki na šolski spletni strani

prikazuje povezavo do vremenskih podatkov bližnje amaterske vremenske postaje v

kraju Levpa in kraju Zatolmin (slika 29).

Slika 29: Spletna stran OŠ Franceta Bevka Tolmin s povezavami na lokalne amaterske

vremenske postaje [27].

http://vreme.zurnal24.si/

Avtomatska vremenska postaja krmiljena z vmesnikom Vernier LabPro

33

4 AVTOMATSKA VREMENSKA POSTAJA

KRMILJENA Z VMESNIKOM VERNIER

LABPRO

Cilj, ki smo si ga zastavili je bil izdelava avtomatske vremenske postaje, kjer bodo vse

meritve, ki jih vremenska postaja opravi prikazane v realnem času na spletni strani, ki jo

bomo izdelali v ta namen. Za napravo, s katero bomo opravljali meritve smo izbrali

vmesnik LabPro, ki je sicer že nekaj let star model vmesnika, ki ga je izdelalo podjetje

Vernier. Podjetje Vernier izdeluje tudi druge vmesnike, ki pa niso kompatibilni z

aplikacijo naše vremenske postaje, zato izdelava vremenske postaje z njimi ni mogoča.

Vmesnik LabPro smo izbrali, ker ga uporabljajo že skoraj v vsaki osnovni šoli v

Sloveniji, zato pri postavitvi vremenske postaje na osnovni šoli ne bi nastal nikakršen

dodaten strošek, kar je v današnjih časih ko vse šole varčujejo z denarjem zelo

pomembno. V nadaljevanju si najprej podrobneje poglejmo vmesnik LabPro, nato sledi

predstavitev izdelave avtomatske vremenske postaje.

4.1 Vmesnik LabPro in merilni senzorji

LabPro je računalniški vmesnik, ki ga je izdelalo podjetje Vernier in omogoča zajem

podatkov iz senzorjev, ki so priključeni nanj. Zaradi preprostosti uporabe, ga

uporabljajo različne izobraževalne ustanove po svetu za demonstracijske in raziskovalne

namene. LabPro ni samo preprost za uporabo, ampak je tudi zelo zmogljiv, zanesljiv in

natančen, saj omogoča 50.000 meritev na sekundo s šestih različnih senzorjev hkrati

(slika 30) [13].


34

Slika 30: Računalniški vmesnik LabPro.

Poglejmo si nekaj tehničnih specifikacij vmesnika LabPro:

4 analogni vhodi in 2 digitalna vhoda za priklop merilnih senzorjev,

serijski in USB priključek za povezavo vmesnika z računalnikom,

priključek za povezavo s kalkulatorjem znamke Texas Instruments,

gumbi za zajemanje meritev, nastavitve in prenos podatkov,

kontrolne lučke za obveščanje o delovanju,

piezo zvočnik za opozorila,

priključek za adapter z napetostjo 6V,

prostor za baterije 4 x 1,5V,

ergonomska oblika.

Podjetje Vernier ponuja več kot 50 različnih merilnih senzorjev, ki so kompatibilni z

vmesnikom LabPro [13]. Poglejmo si nekaj merilnih senzorjev, ki jih lahko

uporabljamo (slika 31):

temperaturni senzor (2),

senzor relativne vlažnosti (3),

merilec zračnega tlaka (15),


35

svetlobni senzor (17),

senzor pospeška (1),

senzor koncentracije snovi (16),

senzor CO2 (19),

senzor napetosti (14) in senzor prevodnosti (18),

vir napetosti za elektro-kemijske poskuse (7),

merilec glasnosti zvoka (4),

merilec radioaktivnosti (11),

merilec srčnega utripa (6),

senzor gibanja (20),

merilec hitrosti tekočine (13),

merilec sile podlage (12),

merilec PH tekočine (5).

Slika 31: Senzorji, ki so kompatibilni z vmesnikom LabPro [28].


36

Vmesnik LabPro lahko uporabljamo na tri različne načine in sicer v povezavi z

računalnikom, v povezavi s kalkulatorjem znamke Texas Instruments in kot samostojno

merilno napravo, kjer se podatki shranjujejo v notranji pomnilnik vmesnika LabPro

[13]. Najbolj razširjena je uporaba vmesnika LabPro v povezavi z računalnikom, kjer

podjetje Vernier ponuja programsko opremo, ki je prilagojena za uporabo z vmesniki

Vernier ter se imenuje Logger Pro (slika 32), dostopen na naslovu

http://www.vernier.com/products/software/lp in Logger Lite, dostopen na naslovu

http://www.vernier.com/products/software/logger-lite.

Slika 32: Uporaba programa vmesnika LabPro skupaj s programsko opremo Logger Pro

[29].

4.2 Načrt izdelave avtomatske vremenske postaje z

vmesnikom LabPro

Izdelave avtomatske vremenske postaje smo se lotili z izdelavo načrta. Naš načrt je bil

izdelati preprosto avtomatsko vremensko postajo s pomočjo vmesnika LabPro in

senzorjev, ki so priključeni na vmesnik. Za vremensko postajo bi uporabili tri senzorje

in sicer: temperaturni senzor, barometer in senzor vlažnosti zraka. Meritve, ki bi jih

http://www.vernier.com/products/software/lp

http://www.vernier.com/products/software/logger-lite


37

pridobili s pomočjo vmesnika LabPro bi nato prikazovali na posebej za to prirejeni

spletni strani. Načrt izdelave avtomatske vremenske postaje smo razdelili na tri stopnje,

kjer je vsaka od teh treh stopenj enako pomembna za delovanje postaje.

Prva stopnja zajema izdelavo računalniške aplikacije, ki bo poskrbela za neposredno

komunikacijo vmesnika LabPro in senzorjev z računalnikom. Druga stopnja zajema

shranjevanje podatkov v podatkovno bazo, ki se nahaja na spletnem strežniku. Tretja

stopnja našega načrta pa zajema obdelovanje vremenskih podatkov in izdelava spletne

strani, kjer se bodo podatki prikazovali v obliki številk in grafov (slika 33).

Slika 33: Načrt avtomatske vremenske postaje: 1 – barometer, 2 – merilec relativne

vlažnosti, 3 – senzor za temperaturo, 4 – vmesnik Vernier Labpro, 5 – računalnik z

operacijskim sistemom Windows, 6 – spletna baza podatkov in spletna stran.


38

4.3 Računalniška aplikacija za povezavo računalnika z

vmesnikom LabPro in merilnimi senzorji

Programske rešitve podjetja Vernier, kot sta Logger Pro in Logger Lite so primerne za

zajem in prikazovanje meritev v obliki grafov na računalniku, vendar v našem primeru

smo potrebovali aplikacijo, ki bo zajemala meritve s senzorjev in jih shranjevala v

spletno bazo podatkov. Ker takšne programske rešitve Vernier ne ponuja smo morali

izdelati svojo aplikacijo. Aplikacija za povezavo računalnika z vmesnikom LabPro in

merilnimi senzorji je najpomembnejši in najzahtevnejši del naše avtomatske vremenske

postaje. V nadaljevanju si podrobneje poglejmo orodja in tehnologijo, ki smo jo

uporabili pri izdelavi aplikacije, nato sledi še implementacija aplikacije

4.3.1 Uporabljena orodja in tehnologija

Pri izdelavi aplikacije smo uporabili različna orodja in tehnologijo. Za razvijanje

aplikacije smo uporabili razvojno okolje Microsoftov Visual Studio, ki je še vedno

najboljše razvojno okolje za razvijanje aplikacij, ki se izvajajo na operacijskem sistemu

Windows. Vsebuje veliko pripomočkov in orodij, ki nam močno olajšajo razvijanje

aplikacij, kot so napreden urejevalnik programske kode, razhroščevalnik in orodje za

grafično oblikovanje aplikacije (slika 34).

Slika 34: Razvijanje aplikacije v razvojnem okolju Microsoft Visual Studio 2012.


39

Aplikacijo smo napisali v programskem jeziku C#, ki je objektno orientiran programski

jezik. Temelji na programskem jeziku C++, vendar ima veliko značilnosti

programskega jezika Java, saj skupaj s platformo .NET (.NET Framework) omogoča

visoko prenosljivost aplikacij med napravami.

Pri razvoju aplikacije smo uporabili Vernierjev programski razvojni paket (Software

development kit), ki vsebuje vso dokumentacijo, knjižnice, gonilnike in orodja za razvoj

aplikacij, ki komunicirajo z vmesnikom LabPro. Programski razvojni paket je

brezplačno na voljo na spletni strani

http://www2.vernier.com/labpro/LabProUSB_SDK.zip.

4.3.2 Implementacija aplikacije

Izdelave aplikacije v razvojnem okolju Visual Studio smo se lotili z ustvarjanjem

novega projekta s predlogo Windows grafične aplikacije (Windows Forms Application).

Sledil je uvoz knjižnice za komuniciranje z vmesnikom LabPro iz Vernierjevega

programskega razvojnega paketa. Nato smo se lotili pisanja programske kode in

oblikovanja grafičnega vmesnika. V nadaljevanju si podrobneje poglejmo nekaj

najpomembnejših metod in razredov, ki smo jih uporabili v aplikaciji.

4.3.2.1 Komuniciranje z vmesnikom LabPro

Komunikacija z vmesnikom LabPro poteka v štirih korakih in sicer:

vzpostavitev komunikacije in inicializacija vmesnika LabPro,

aktivacija vhodno-izhodnih vrat na katerih so priključeni: senzor temperature

zraka, senzor relativne vlažnosti zraka in senzor zračnega tlaka,

nastavitve načina zajema meritev in

zajem podatkov z vmesnika LabPro.

Slika 35 prikazuje diagram izvajanja aplikacije za povezavo z vmesnikom LabPro.

http://www2.vernier.com/labpro/LabProUSB_SDK.zip


40

Slika 35: Diagram izvajanja aplikacije.

Vzpostavitev komunikacije z vmesnikom LabPro smo opravili s klicanjem metode

LabProUSB_Open(), ki odpre komunikacijo z vmesnikom preko priključka USB. V

kolikor je vzpostavitev povezave uspešna začnemo komunikacijo, v nasprotnem

primeru uporabniku javimo napako.

private void button1_Click(object sender, EventArgs e) { if (pritisnjen == false) {

short a = LabProUSB_Open(); if (a != 0) { string message = "Vmesnik LabPro ni bil zaznan. Preverite povezavo z vmesnikom LabPro ali ponovno namestite gonilnike."; string caption = "Napaka pri povezovanju z vmesnikom LabPro"; MessageBoxButtons buttons = MessageBoxButtons.OK; DialogResult result = MessageBox.Show(message, caption, buttons); } else


41

{ button1.Text = "Ustavi meritve"; label4.Text = "Meritve se izvajajo!"; pritisnjen = true; Poslji(Encoding.ASCII.GetBytes("s\r")); Poslji(Encoding.ASCII.GetBytes("s{0}\r")); Poslji(Encoding.ASCII.GetBytes("s{1,1,1,0,0,1}\r")); Poslji(Encoding.ASCII.GetBytes("s{1,2,1,0,0,0}\r")); Poslji(Encoding.ASCII.GetBytes("s{1,3,1,0,0,0}\r")); Poslji(Encoding.ASCII.GetBytes("s{4,1,12,25,0,1.02119E-03,2.22468E-04,1.33342E-07}\r")); Poslji(Encoding.ASCII.GetBytes("s{3,"+Spremenljivke.cas+",-1,0}\r")); ThreadStart metoda = new ThreadStart(Beri); worker = new Thread(metoda); worker.IsBackground = true; x = 0; worker.Start(); timer1.Tick += new EventHandler(timer1_Tick); timer1.Interval = (1000) * (1); timer1.Enabled = true; timer1.Start(); }

Z vmesnikom LabPro komuniciramo s klicanjem metode Poslji(kaj), ki s pomočjo

metode LabProUSB_WriteBytes(ref vel, kaj) pošlje ukaz tipa byte vmesniku

LabPro. Slika 36 prikazuje izvajanje metode Poslji(kaj).

Slika 36: Diagram izvajanja metode Poslji(kaj).


42

void Poslji(byte[] kaj) { short vel = (short)kaj.Length; short t; t = LabProUSB_WriteBytes(ref vel, kaj); if (t != 0) { Console.WriteLine("NEUSPESNO POSLANO"); } else { Console.WriteLine("USPESNO POSLANO"); } }

Pomen ukazov, ki jih pošljemo vmesniku LabPro:

1. Ukaz: s{0}

Pomen: s{inicializacija vmesnika LabPro}

2. Ukaz: s{1,1,1,0,0,1}

Ukaz: s{1,2,1,0,0,0}

Ukaz: s{1,3,1,0,0,0}

Pomen: s{nastavitev vrat, številka vrat, enote meritev, kasnejša obdelava,

notranje razhroščevanje, pretvornik enot}

Nastavitev vrat: začetni ukaz 1 je ukaz za nastavitev vrat na vmesniku LabPro.

Številka vrat: v našem primeru smo priključili temperaturni senzor na vrata 1,

senzor zračnega tlaka na vrata 2 in senzor relativne vlažnosti zraka na vrata 3.

Enote meritev: uporabili smo samodejno zaznavanje senzorjev – ukaz 1.

Kasnejša obdelava: brez kasnejše obdelave meritev – ukaz 0.

Notranje razhroščevanje: brez notranjega razhroščevanja – ukaz 0.

Pretvornik enot: uporabili smo ga pri temperaturnem senzorju (pretvorba v

Celzije) – ukaz 1, medtem ko ga pri ostalih senzorjih nismo uporabili – ukaz 0.

3. Ukaz: s{4,1,12,25,0,1.02119E-03,2.22468E-04,1.33342E-07}

Pomen: s{nastavitev pretvornika enot, številka vrat, tip enačbe, enačba,

enačba, enačba, enačba, enačba}

Nastavitev pretvornika enot: začetni ukaz 4 je ukaz za nastavitev pretvornika

enot.

Številka vrat: temperaturni senzor smo priključili na vrata 1.


43

Tip enačbe: uporabimo polinomsko enačbo za pretvorbo v stopinje Celzija, ki je

zapisana na specifikaciji temperaturnega senzorja – ukaz 12.

Enačba: posamezni deli polinomske enačbe za pretvorbo v stopinje Celzija.

4. Ukaz: s{3,300,-1,0}

Pomen: s{nastavitev zajema meritev, čas med posameznimi meritvami, čas

izvajanja meritev, izbira načina merjenja}

Nastavitev zajema meritev: začetni ukaz 3 je ukaz za nastavitev zajema meritev.

Čas med posameznimi meritvami: v aplikaciji smo nastavili čas 300s med

posameznimi meritvami, vendar ima uporabnik možnost lastne izbire.

Čas izvajanja meritev: neskončno izvajanje meritev – ukaz -1.

Izbira načina merjenja: izbrali smo normalen način merjenja – ukaz 0.

4.3.2.2 Zajem meritev, obdelava in pošiljanje

Meritve z vmesnika LabPro zajemamo z metodo Beri(). Slika 37 prikazuje diagram

izvajanja metode Beri().


44

Slika 37: Diagram izvajanja metode Beri().

Metoda kliče LabProUSB_ReadBytes(ref stbajtov, podatek), kjer je

stbajtov podatkovna dolžina meritve, medtem ko je podatek meritev podatkovnega

tipa byte. Meritve nato pretvorimo v podatkovni tip String in jih zaokrožimo na dve

decimalni mesti ter vsako meritev shranimo v svojo spremenljivko.

void Beri() { byte[] podatek = new byte[255]; while (x == 0) { long stbajtov = LabProUSB_GetAvailableBytes(); if (stbajtov == 0) { Thread.Sleep(100); continue; } LabProUSB_ReadBytes(ref stbajtov, podatek);


45

meritev = Encoding.ASCII.GetString(podatek, 0, (int)stbajtov); if (meritev.Length != 0 && meritev.Length < 70) { meritev = meritev.Replace("{", ""); meritev = meritev.Replace("}", ""); meritev = meritev.Replace(" ", ""); string[] words = meritev.Split(','); int i = 0; foreach (string word in words) { meritve[i] = word; i++; } meritev1 = double.Parse(meritve[0], System.Globalization.NumberStyles.Float, CultureInfo.InvariantCulture); meritev1 = Math.Round(meritev1, 2); meritev2 = double.Parse(meritve[1], System.Globalization.NumberStyles.Float, CultureInfo.InvariantCulture); meritev2 = Math.Round(meritev2, 3); meritev3 = double.Parse(meritve[2], System.Globalization.NumberStyles.Float, CultureInfo.InvariantCulture); meritev3 = Math.Round(meritev3, 2); if (Spremenljivke.internet == true) { string ura = DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); string parametri = "/insert1.php?ura=" + ura + "&temperatura=" + meritev1.ToString(CultureInfo.InvariantCulture) + "&tlak=" + meritev2.ToString(CultureInfo.InvariantCulture) + "&vlaznost=" + meritev3.ToString(CultureInfo.InvariantCulture); using (WebClient wc = new WebClient()) { wc.Headers[HttpRequestHeader.ContentType] = "application/x-www-form-urlencoded"; wc.DownloadData(Spremenljivke.link + parametri); } } } else Thread.Sleep(100); } }

S pomočjo metod iz razreda WebClient ustvarimo komunikacijo z našim spletnim

strežnikom, kjer smo shranili PHP dokument, ki preko GET metode prejema meritve in

čas meritev. Meritve in čas meritev so zapisane v parametrih URL naslova:

http://student.fnm.uni-mb.si/~tseme/vstavi.php?ura=2009-12-

04%2023:56:44&temperatura=1.45&tlak=1020&vlaznost=67

Več o shranjevanju meritev v podatkovno bazo si bomo pogledali v poglavju 4.4.


46

4.3.2.3 Grafični vmesnik

Naše glavno vodilo pri izdelavi grafičnega vmesnika aplikacije je bilo izdelati vmesnik,

ki bo pregleden, uporaben in enostaven. Za izdelavo grafičnega vmesnika smo uporabili

osnovne grafične elemente, kot so: gumbi, statična in dinamična besedila ter slike. V

nadaljevanju si poglejmo grafični vmesnik naše aplikacije (slika 38).

Slika 38: Grafični vmesnik aplikacije.

Grafični vmesnik vsebuje samo eden glavni gumb, ki pa ima dve funkciji in sicer z njim

začnemo meritve ter končamo meritve, zato ima gumb sprva oznako »Začni meritve«,

nato pa se spremeni v »Ustavi meritve«. Za takšno rešitev smo se odločili, ker je za

uporabnika preprosta in ker smo s tem preprečili, da bi uporabnik pomotoma sprožil

nove meritve še preden bi se prvotne meritve ustavile. Meritve se prikazujejo v

zgornjem delu aplikacije in se osvežujejo z vsako meritvijo. V spodjem delu aplikacije

smo izdelali kratka navodila za uporabo in sliko, ki prikazuje pravilen priklop

Vernierjevih senzorjev na vmesnik LabPro.

Aplikaciji smo dodali tudi menijsko vrstico, ki vsebuje razdelka »Datoteka« in »O

programu«. V razdelku »O programu« so napisane osnovne informacije o aplikaciji,

medtem ko razdelek »Datoteka« zraven izbire »Izhod« ponuja tudi izbiro »Nastavitve«,


47

kjer lahko uporabnik nastavi pošiljanje meritev na strežnik in čas med posameznimi

meritvami (slika 39).

Slika 39: Nastavitve delovanja aplikacije.

4.4 Baza podatkov

Pred izdelavo spletne strani smo ustvarili tabelo v spletni podatkovni bazi MySQL, kjer

se bodo shranjevali podatki pridobljeni z vmesnika LabPro (slika 40).

Slika 40: Struktura tabele v podatkovni bazi.

Tabela vsebuje 5 stolpcev in sicer stolpec:

- id predstavlja zaporedno številko meritve,

- ura predstavlja točen datum in uro meritve,


48

- temperatura predstavlja vrednost meritve temperature zraka,

- tlak predstavlja vrednost meritve zračnega tlaka,

- vlaznost predstavlja vrednost meritve relativne vlažnosti zraka.

Meritve se v tabelo zapisujejo s pomočjo PHP dokumenta, ki preko GET metode prejme

meritve v parametrih URL naslova in jih shrani v podatkovno bazo.

4.5 Spletna stran

Spletna stran je za uporabnika najpomembnejši del naše vremenske postaje, saj se tam

prikazujejo vremenski podatki. V nadaljevanju si najprej poglejmo načrt in

implementacijo spletne strani, nato pa sledi še predstavitev spletne strani.

4.5.1 Načrt in izdelava Spletne strani

Pred izdelavo spletne strani smo naredili načrt spletne strani, kjer smo določili

postavitev posameznih elementov na spletni strani. Načrt spletne strani prikazuje slika

41.


49

Slika 41: Načrt spletne strani.

Izdelave spletne strani smo se lotili z risanjem spletne strani v programu Adobe

Photoshop. Pazili smo, da bo oblika spletne strani enostavna in pregledna. Nato smo

spletno stran razrezali na manjše slike in jo izvozili v program Adobe Dreamweaver.

Adobe Dreamweaver priljubljeno orodje za izdelavo spletnih strani, ki vsebuje napreden

urejevalnik kode in omogoča hkratno pisanje ter ogledovanje sprememb na spletni

strani.

V zgornjem delu spletne strani smo ustvarili tri okvirje, znotraj katerih prikazujemo

meritve. Vsak okvir ima svoj zunanji PHP dokument, ki se poveže na podatkovno bazo

in prebere vrednost zadnje meritve (slika 42).


50

Slika 42: Slike meritev, ki jih ustvarijo zunanji PHP dokumenti.

Poglejmo si primer izvorne kode PHP dokumenta temperatura.php, ki prikazuje zadnjo

meritev temperature, ki je shranjena v podatkovni bazi:

<?php $con = mysql_connect("localhost","61242397","geslo"); mysql_select_db("61242397", $con); $result = mysql_query("SELECT * FROM Data ORDER BY id DESC LIMIT 1"); $row = mysql_fetch_array($result); $text = $row['temperatura']; mysql_close($con); $text=round($text,1)."°C"; header('Content-Type: image/png'); $pic = "okvir.jpg"; $im = imagecreatefromstring( fread( fopen( $pic, "r" ), filesize( $pic ) ) ); $grey = imagecolorallocate($im, 5, 32, 83); $font = 'verdana.ttf'; imagettftext($im, 40, 0, 60, 100, $grey, $font, $text); imagepng($im); imagedestroy($im); ?>

PHP po pridobitvi meritve ustvari sliko, ki jo prikažemo na spletni strani. Poglejmo si

še del izvorne kode spletne strani, kjer je kot vir slike naveden PHP dokument

temperatura.php:

<img src="temperatura.php" width="300" height="150" alt="okvir1">

Na spletni strani prikazujemo tudi grafikone meritev temperature zraka, zračnega tlaka

in relativne vlažnosti zraka za zadnjih 24 ur, 3 dni, 7 dni in 30 dni. Grafikone smo

ustvarili s pomočjo PHP knjižnice pChart 2.0, ki je brezplačno dostopna na spletni

strani http://www.pchart.net/. Knjižnica pChart omogoča uporabo različnih vrst in oblik

http://www.pchart.net/


51

grafikonov, mi smo se odločili za uporabo preprostega črtnega grafikona. Poglejmo si

primer PHP dokumenta graf1.php, ki ustvari sliko grafikona meritev temperature za

zadnjih 24 ur:

<?php include("class/pData.class.php"); include("class/pDraw.class.php"); include("class/pImage.class.php"); $cas=date("Y-m-d H:i:s"); $original=time($cas); $hr = mysql_real_escape_string($_GET[hour]); $modified = $original-($hr*60*60); $hour=date("Y-m-d H:i:s",$modified); $MyData = new pData(); $db = mysql_connect("localhost","61242397","geslo"); mysql_select_db("61242397",$db); $Requete = "SELECT * FROM `Data` WHERE `ura` >= '$hour' ORDER BY id ASC"; $Result = mysql_query($Requete,$db); $ura=""; $temperatura=""; while($row = mysql_fetch_array($Result)) { $ura = $row["ura"]; $temperatura = $row["temperatura"]; $MyData->addPoints($ura,"ura"); $MyData->addPoints($temperatura,"Temperatura [°C]"); } $MyData->setSerieTicks("temperatura",4); $MyData->setAxisName(0,"Temperatura [°C]"); $MyData->setAxisUnit(0,""); $MyData->setAbscissa("ura"); $MyData->setAbscissaName("Ura [HH]"); $MyData->setXAxisDisplay(AXIS_FORMAT_CUSTOM,"XAxisFormat"); $myPicture = new pImage(900,250,$MyData); $myPicture->Antialias = FALSE; $Settings = array("R"=>255, "G"=>252, "B"=>3, "Dash"=>1, "DashR"=>190, "DashG"=>203, "DashB"=>107); $myPicture->drawFilledRectangle(0,0,900,250,$Settings); $Settings = array("StartR"=>245, "StartG"=>242, "StartB"=>100, "EndR"=>1, "EndG"=>138, "EndB"=>68, "Alpha"=>50); $myPicture->drawGradientArea(0,0,900,250,DIRECTION_VERTICAL,$Settings); $myPicture->drawRectangle(0,0,899,249,array("R"=>0,"G"=>0,"B"=>0)); $myPicture->setFontProperties(array("FontName"=>"fonts/Forgotte.ttf","FontSize"=>13)); $myPicture->drawText(200,35,"Graf temperature v odvisnosti od casa",array("FontSize"=>15,"Align"=>TEXT_ALIGN_BOTTOMMIDDLE)); $myPicture->setFontProperties(array("FontName"=>"calibri.ttf","FontSize"=>7)); $myPicture->setGraphArea(60,40,850,220);


52

$scaleSettings = array("XMargin"=>10,"YMargin"=>10,"Floating"=>TRUE,"GridR"=>255,"GridG"=>255,"GridB"=>255,"DrawSubTicks"=>TRUE,"CycleBackground"=>TRUE,"LabelSkip"=>10); $myPicture->drawScale($scaleSettings); $myPicture->setFontProperties(array("FontName"=>"calibri.ttf","FontSize"=>10)); $myPicture->drawLegend(750,20,array("Style"=>LEGEND_NOBORDER,"Mode"=>LEGEND_HORIZONTAL)); $myPicture->Antialias = TRUE; $myPicture->drawAreaChart(); $myPicture->setShadow(TRUE,array("X"=>1,"Y"=>1,"R"=>0,"G"=>0,"B"=>0,"Alpha"=>10)); $myPicture->drawLineChart(); $myPicture->autoOutput("/examples/pictures/example.drawAreaChart.simple.png"); function XAxisFormat($Value) { $ure=explode(" ",$Value); $ure1=explode(":",$ure[1]); return($ure1[0]); } ?>

Na začetku PHP uvozi knjižnice pChart, s katerimi prikazujemo grafikone (slika 43).

Sledi pridobivanje meritve temperature zraka za obdobje 24 ur in nastavitve grafikona,

kot so vrsta grafikona, velikost, oznake osi, barva, itd..

Slika 43: Grafikon meritev temperature za zadnjih 24 ur.

Na spletni strani smo ustvarili spustni seznam kjer uporabnik izbere obdobje meritev

grafikona in tri podstrani za vsako obdobje meritev po eno. Po izboru obdobja je

uporabnik preusmerjen na podstran, ki prikazuje grafikone za izbrano obdobje (slika

44).


53

Slika 44: Spustni seznam za izbiro obdobja meritev grafikona.

Prav tako smo na spletni strani ustvarili povezavo do tabele meritev za obdobje 24 ur, 3

dni, 7 dni in 30 dni, ki uporabnika preusmeri do PHP dokumenta, ki prikazuje tabelo

meritev. Dodali smo še povezavo do slik, ki prikazujejo delovanje vremenske postaje od

senzorjev, Vernierjevega vmesnika, povezave z računalnikom, aplikacije in spletne

strani.


54

4.5.2 Predstavitev spletne strani

Slika 45 prikazuje spletno stran v celoti:

Slika 45: Spletna stran http://student.fnm.uni-mb.si/~tseme/index.php .

http://student.fnm.uni-mb.si/~tseme/index.php


55

4.6 Analiza meritev

Avtomatsko vremensko postajo krmiljeno z vmesnikom LabPro smo preizkusili v

Račah pri Mariboru. Preizkusno obdobje je trajalo dva meseca, v tem času smo meritve

primerjali z uradnimi meritvami Agencije Republike Slovenije za okolje, ki so dostopni

na njihovi spletni strani. Ker so Rače v bližini letališča Edvarda Rusjana Maribor, smo

za primerjalne podatke izbrali meritve iz avtomatske vremenske postaje locirane na

letališču Edvarda Rusjana Maribor.

Primerjali smo povprečne polurne meritve, ki jih je posredovala avtomatska vremenska

postaja Edvarda Rusjana Maribor s povprečnimi polurnimi meritvami naše avtomatske

vremenske postaje krmiljene z vmesnikom LabPro. Slika 46 prikazuje graf meritev iz

obeh vremenskih postaj v odvisnosti od časa za obdobje sedem dni.

Slika 46: Graf temperature zraka v odvisnosti od časa.

Graf prikazuje gibanje temperature v odvisnosti od časa za obe vremenski postaji.

Ugotovili smo, da so meritve temperature z naše vremenske postaje zelo podobne

meritvam z vremenske postaje ARSO. Povprečno odstopanje med meritvami

temperature je 0,46°C kar je znotraj napake meritve Vernierjevega senzorja za

temperaturo, ki znaša 0,5°C, zato umerjanje temperaturnega senzorja ni bilo potrebno.


56

Slika 47 prikazuje graf gibanja zračnega tlaka v odvisnosti od časa za obe vremenski

postaji.

Slika 47: Graf zračnega tlaka v odvisnosti od časa.

Tudi tukaj lahko vidimo, da so meritve iz obeh vremenskih postaj podobne, če

upoštevamo napako meritve Vernierjevega barometra, ki znaša 5 hPa, se meritve

ujemajo. Povprečno odstopanje med meritvami z obeh vremenskih postaj znaša 1,3 hPa.

Umerjanje senzorja za zračni tlak tako ni bilo potrebno.

Slika 48 prikazuje graf relativne vlažnosti zraka v odvisnosti od časa za obe vremenski

postaji, kjer pa smo odkrili večja odstopanja meritev med obema vremenskima

postajama.


57

Slika 48: Graf relativne vlažnosti zraka v odvisnosti od časa.

Graf prikazuje gibanje relativne vlažnosti v odvisnosti od časa, kjer lahko lepo vidimo,

da se meritve vremenske postaje krmiljene z vmesnikom LabPro razlikujejo od meritev

vremenske postaje ARSO. Meritve relativne vlažnosti zraka z naše vremenske postaje

so bile v povprečju za 11 % višje od meritev z vremenske postaje ARSO, zato je bilo

potrebno umerjanje senzorja za relativno vlažnost na naši postaji. Senzor smo umerili

programsko v našem programu, ki povezuje vmesnik LabPro z računalnikom in sicer

smo vsako meritev, ki jo prejme računalnik pomnožili s koeficientom k = 0,885.

Koeficient smo izračunali na podlagi povprečne vrednosti kvocienta mesečnih meritev,

kjer je bil deljenec meritev vremenske postaje ARSO in delitelj meritev z naše

vremenske postaje. Povprečno odstopanje meritev po umerjanju senzorja za relativno

vlažnost znaša 2,5 %, kar je znotraj napake meritev Vernierjevega senzorja za relativno

vlažnost, ki znaša 5 %. V grafu so lepo prikazana gibanja meritev z naše vremenske

postaje pred korekcijo meritev in po korekciji meritev, kjer lahko vidimo, da se gibanje

meritev po korekciji meritev ujema z gibanjem meritev vremenske postaje ARSO.

Uporaba računalniško krmiljene vremenske postaje v osnovnih šolah

58

5 UPORABA RAČUNALNIŠKO KRMILJENE

VREMENSKE POSTAJE V OSNOVNIH ŠOLAH

Fizika v osnovni šoli ne sodi med najbolj priljubljene predmete, razlogov za to je lahko

več. Rezultati raziskave, ki so jo opravili na Fakulteti za naravoslovje in matematiko v

sklopu izdelave strokovne monografije z naslovom Didaktični vidiki vnašanja sodobnih

znanstvenih dognanj v osnovnošolski pouk fizike govorijo, da več kot 50 %

osnovnošolcev ne vidi uporabne vrednosti pouka fizike in da si jih več kot 60 % želi

učni program pri katerem bo večji poudarek na povezavi fizike z vsakdanjim življenjem

[14].

Tehnološki napredek v današnjem času je zelo hiter, nove tehnologije se pojavljajo iz

dneva v dan in prav mladi so tisti, ki nove tehnologije najbolj uporabljajo. Učenci se

vsakodnevno srečujejo z napravami za katere pa ne poznajo niti osnovnih fizikalnih

principov delovanja. Postavljajo si vprašanja kako takšne naprave delujejo in prav bi

bilo, da odgovore o osnovnih principih delovanja dobijo že v osnovni šoli. Ena od

takšnih naprav je vremenska postaja in z njo povezano napovedovanje vremena, ki pa je

v učnih načrtih osnovne šole zelo na kratko omenjeno. Veliko družin v Sloveniji že ima

domače amaterske vremenske postaje ali vsaj temperaturne senzorje, ki so vgrajeni v

avtomobile, termostate za ogrevanje in namizne ure. Učenci se prav tako vsakodnevno

srečujejo z vremensko napovedjo in vremenskimi podatki preko medijev, zato bi jim

morali meteorologijo približati že v osnovni šoli.

Avtomatska vremenska postaja z vmesnikom LabPro bi lahko bila zelo uporabna pri

pouku v osnovni šoli saj bi meritve lahko uporabljali pri različnih predmetih, kot so

geografija, kemija, fizika in naravoslovje, hkrati pa bi na učence delovala tudi

motivacijsko. Zanimiva bi bila tudi uporaba programskega dela avtomatske vremenske

postaje pri predmetu računalništvu za učenje programiranja. Pri predmetih v osnovni

šoli je poudarka na vremenu, napovedovanju le tega in vremenskih pojavih zelo malo,

vendar bi jih bilo mogoče podrobneje obravnavati v drugih oblikah pouka. V

nadaljevanju si poglejmo nekaj različnih možnosti uporabe avtomatske vremenske


59

postaje z vmesnikom LabPro v osnovni šoli na primeru dodatnega pouka in interesnih

dejavnosti tega ali širšega fizikalno aplikativnega področja.

5.1 Dodatni pouk

Dodatni pouk je v osnovnošolskem izobraževanju namenjen učencem z boljšim učnim

uspehom, ki na določenem področju presegajo zahtevana znanja in imajo željo po še

bolj poglobljenem znanju. Pri dodatnem pouku fizike bi bilo mogoče učencem

predstaviti osnovne fizikalne principe delovanja vremenskih postaj in njihovih

senzorjev ter s pomočjo avtomatske vremenske postaje z vmesnikom LabPro tudi

praktično prikazati delovanje postaje. Na spletni strani naše šolske vremenske postaje bi

nato učenci meritve primerjali z uradnimi meritvami Agencije Republike Slovenije za

okolje in razmislili zakaj je prišlo do morebitnih odstopanj.

5.2 Interesne dejavnosti

Interesne dejavnosti šola organizira zunaj šolskega pouka in so namenjene za odkrivanje

in razvijanje učenčevih interesov. Sodelovanje učencev v interesnih dejavnostih je

prostovoljno. Program interesnih dejavnosti šola določi v okviru letnega delovnega

načrta, kar pomeni, da bi bilo mogoče vremensko postajo z vmesnikom LabPro vključiti

v delovni načrt kot samostojno interesno dejavnost.

Koncept interesne dejavnosti: Avtomatska vremenska postaja

Vsebine Cilji

Atmosfera Učenci spoznajo sestavo atmosfere in deleže posameznih plinov v

zraku

Spreminjanje

temperature zraka

Učenci vedo, da je Sonce glavni vir energije na Zemlji

Učenci spoznajo, da je kot pod katerim padajo sončni žarki na

zemeljsko površino sorazmeren z jakostjo sončnega obsevanja in

posledično s temperaturami na Zemlji

Učenci spoznajo, da ima tir Zemlje pri vrtenju okoli Sonca obliko

elipse in kot vrtenja Zemlje okoli svoje osi ni enak kotu vrtenja

Zemlje okoli Sonca, kar je vzrok, da imamo na Zemlji letne čase


60

Zračni tlak in

vetrovi

Učenci spoznajo, da ima zrak svojo maso in v zemeljskem

težnostnem prostoru tudi svojo težo, ki pritiska na površje Zemlje

Učenci vedo, da je normalen zračni tlak na morski gladini 1013

mbar

Učenci spoznajo, da se zračni tlak z večanjem nadmorske višine

zmanjšuje

Učenci spoznajo, da je veter posledica neenakomernega

segrevanja površine Zemlje, kar ustvari območja z visokim in

nizkim zračnim tlakom

Vlažnost zraka in

nastanek oblakov

Učenci vedo, da najdemo vodo v atmosferi v trdem, tekočem in

plinastem stanju

Učenci spoznajo pojem relativne vlažnosti zraka

Učenci spoznajo, da je vlažen zrak lažji od suhega, kar pomeni da

se dviga in ohlaja, kar pa privede do kondenzacije in tvorbe

oblakov

Padavine Učenci vedo, da padavine ločimo na tiste, ki nastanejo v oblakih

in tiste, ki nastanejo na tleh ter jih znajo našteti

Učenci spoznajo cikel kroženja vode na Zemlji

Naprave v

meteorologiji

Učenci spoznajo naprave, ki se uporabljajo v meteorologiji

(vremenske postaje, radarje, vremenske satelite, superračunalnike)

Vremenske postaje

in merilni

instrumenti

Učenci spoznajo delovanje avtomatske vremenske postaje ARSO

in delo meteorologa

Učenci spoznajo merilne instrumente, ki se uporabljajo na

vremenskih postajah

Avtomatska

vremenska postaja

krmiljena z

vmesnikom

Vernier LabPro

Učenci znajo namestiti avtomatsko vremensko postajo krmiljeno z

vmesnikom Vernier LabPro in senzorji

Učenci spoznajo pomen dobljenih meritev

Učenci spoznajo delovanje spletne strani, PHP datotek in baze

podatkov MySQL, ki jih uporablja avtomatska vremenska postaja

Učenci v 15 šolskih urah, skozi interesno dejavnost Avtomatska vremenska postaja

pobližje spoznajo meteorologijo ter naprave, ki se uporabljajo v meteorologiji. Poučen


61

in zaželen bi bil tudi obisk uradne avtomatske vremenske postaje Agencije Republike

Slovenije za okolje, kjer bi učenci spoznali delo meteorologa. Učenci v sklopu interesne

dejavnosti izdelajo avtomatsko vremensko postajo s pomočjo vmesnika LabPro, ki

prikazuje meritve na šolski spletni strani. Meritve, ki jih pridobimo nato obdelamo in

povežemo z vremenskimi pojavi, ki se dogajajo v ozračju. Interesna dejavnost je

primerna za povezovanje učiteljev fizike in računalništva, pri izvajanju interesne

dejavnosti pa je potrebno predvsem paziti, da sledimo interesom in želji učencev ter jim

vsebino dodatno prilagodimo.

Zaključek

62

6 ZAKLJUČEK

V diplomskem delu smo v uvodnem delu prikazali fizikalne osnove vremena in

vremenskih pojavov. Pogledali smo si kako nastane vremenska napoved in katere

naprave se uporabljajo za izdelavo vremenske napovedi. Preverili smo v kolikšni meri

je meteorologija prisotna v učnih načrtih fizike in naravoslovja v osnovni šoli ter

ugotovili, da bi bilo potrebno dati večji poudarek meteorologiji v osnovni šoli.

V tretjem poglavju smo predstavili zgradbo vremenske postaje in si pogledali katere

merilne instrumente vsebuje vremenska postaja ter se seznanili z delovanjem

avtomatske vremenske postaje Agencije Republike Slovenije za okolje v Celju.

Preverili smo kakšne vrste vremenskih postaj uporabljajo osnovne šole po Sloveniji in

ugotovili, da je v Sloveniji zelo malo osnovnih šol, ki imajo svojo vremensko postajo,

medtem ko so spletne vremenske postaje na osnovnih šolah zelo redke. Kot zgled

osnovne šole z zelo dobro avtomatsko spletno vremensko postajo smo postavili OŠ

Franceta Prešerna v Kranju ter OŠ Puconci.

Jedro diplomske naloge je poglavje 4, v katerem smo predstavili vmesnik LabPro in

merilne senzorje ter načrt izdelave avtomatske vremenske postaje z vmesnikom LabPro.

Strojna oprema vmesnika LabPro je bila primerna za izdelavo avtomatske vremenske

postaje, vendar programske opreme za ta namen nismo našli. Zato smo izdelali

aplikacijo za operacijski sistem Windows, ki komunicira z vmesnikom LabPro, prejema

meritve in jih shranjuje v spletno bazo podatkov, od koder se meritve grafično

prikazujejo na spletni strani, ki smo jo ustvarili v ta namen. Predstavili smo

implementacijo aplikacije, kjer smo si pogledali najpomembnejše metode in razrede

aplikacije ter se seznanili z grafičnim vmesnikom aplikacije. Prav tako smo predstavili

vsa orodja in tehnologijo, ki smo jo uporabili pri implementaciji aplikacije. Predstavili

smo tudi spletno bazo podatkov MySQL, kjer se shranjujejo meritve in si pogledali

implementacijo spletne strani, kjer se meritve grafično prikazujejo. Pri analizi meritev

smo ugotovili napako na senzorju za relativno vlažnost zraka, zato je bilo potrebno

umerjanje senzorja. Sledila je predstavitev uporabe avtomatske vremenske postaje v

osnovnih šolah, kjer smo ugotovili, da bi jo bilo mogoče uporabiti pri različnih oblikah

Zaključek

63

pouka, kot so dodatni pouk in interesne dejavnosti, vremenska postaja pa bi delovala

zelo motivacijsko na učence.

Avtomatska vremenska postaja, ki smo jo izdelali je primerna za uporabo v osnovnih,

kot tudi v srednjih šolah. Za dalj časa trajajoče meritve bi bilo dobro izdelati vremensko

hišico. Prav tako bi bila zanimiva skupna projektna naloga več osnovnih šol po

Sloveniji, ki bi prikazovala meritve vseh avtomatskih vremenskih postaj z vmesnikom

LabPro na skupni spletni strani, tako bi dobili mrežo vremenskih podatkov po celi

Sloveniji. Zanimiva bi bila tudi nadgradnja avtomatske vremenske postaje z vmesnikom

LabPro z dodatnimi senzorji, ki bi merili kakovost zraka v okolici osnovnih šol.

Osnovne šole, ki so v bližini rek in potokov bi z dodatnimi senzorji lahko merile

temperaturo vode in hitrost vodnega toka. Obstaja torej kar nekaj možnosti za

nadgradnjo avtomatske vremenske postaje z vmesnikom LabPro.

Literatura

64

7 LITERATURA

[1] Hočevar A., Petkovšek Z. (1995). Meteorologija - Osnove in nekatere aplikacije.

Ljubljana: Oddelek za gozdarstvo Biotehniške fakultete v Ljubljani.

[2] Rakovec J., Vrhovec T. (1998). Osnove meteorologije za naravoslovce in tehnike.

Ljubljana: Društvo matematikov, fizikov in astronomov Slovenije.

[3] Hewitt C. N., Jackson A. (2003). Handbook of atmospheric science. Velika

Britanija: Blackwell Publishing company.

[4] Agencija Republike Slovenije za okolje. Vremenski podatki pridobljeni s pomočjo

vremenskega balona (Spletni). Dostopno na naslovu:

http://www.arso.gov.si/vreme/napovedi%20in%20podatki/sondaza-lj.png (5.11.2013).

[5] Agencija Republike Slovenije za okolje. Radarska slika padavin (Spletni). Dostopno

na naslovu: http://www.arso.gov.si/vreme/napovedi%20in%20podatki/radar.gif

(5.11.2013).

[6] Agencija Republike Slovenije za okolje. Satelitska slika oblačnosti nad Evropo

(Spletni). Dostopno na naslovu:

http://www.arso.gov.si/vreme/napovedi%20in%20podatki/satelit-ir.jpg (5.11.2013).

[7] Evropski center za srednjeročno napovedovanje vremena. Superračunalnik IBM.

Dostopno na naslovu:

http://www.ecmwf.int/services/computing/overview/images/IBMPower7computers.jpg

(15.11.2013).

[8] Reynolds R. (2004). Vremenski vodnik. Ljubljana: Tehniška založba Slovenije.

[9] Evropski center za srednjeročno napovedovanje vremena. Geografska mreža točk.


http://www.ecmwf.int/newsevents/training/rcourse_notes/GENERAL_CIRCULATION

/CHAOS/Chaos108.gif (17.11.2013).

http://www.arso.gov.si/vreme/napovedi%20in%20podatki/sondaza-lj.png

http://www.arso.gov.si/vreme/napovedi%20in%20podatki/radar.gif

http://www.arso.gov.si/vreme/napovedi%20in%20podatki/satelit-ir.jpg

http://www.ecmwf.int/services/computing/overview/images/IBMPower7computers.jpg

http://www.ecmwf.int/newsevents/training/rcourse_notes/GENERAL_CIRCULATION/CHAOS/Chaos108.gif

http://www.ecmwf.int/newsevents/training/rcourse_notes/GENERAL_CIRCULATION/CHAOS/Chaos108.gif

Literatura

65

[10] Ministrstvo za šolstvo in šport. Učni načrt naravoslovje v osnovni šoli (Spletni).


http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/os/prenovljeni_UN

/UN_naravoslovje.pdf (19.11.2013).

[11] Ministrstvo za šolstvo in šport. Učni načrt fizika v osnovni šoli (Spletni). Dostopno

na naslovu:

http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/os/prenovljeni_UN

/UN_fizika.pdf (19.11.2013).

[12] Weather Underground, Inc.. We,ve got more than 40.000 stations in our network


http://www.wunderground.com/weatherstation/about.asp (23.11.2013).

[13] Vernier Software & Tehnology. LabPro user manual (Spletni). Dostopno na

naslovu: http://www2.vernier.com/labpro/labpro_user_manual.pdf (25.11.2013).

[14] Repnik R., Gerlič I. (2011). Didaktični vidiki vnašanja sodobnih znanstvenih

dognanj v osnovnošolski pouk fizike. Maribor: Fakulteta za naravoslovje in matematiko.

[15] University of Illinois. Satellites (Spletni). Dostopno na naslovu:

http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/rs/sat/home.rxml (7.11.2013).

[16] Osnovna šola Puconci – Tanja Horvat. Slika vremenske postaje na OŠ Puconci.

[17] Osnovna šola Puconci. Vremenski podatki pridobljeni z vremenske postaje na OŠ

Puconci (Spletni). Dostopno na naslovu:

http://www2.arnes.si/~jrems/PADAVINE/Current_Vantage_Pro_Plus.htm

(10.12.2013).

[18] Osnovna šola Franceta Prešerna Kranj. Šolska spletna vremenska postaja (Spletni).

Dostopno na naslovu: http://www.o-fp.kr.edus.si/index_vreme.asp (20.12.2013).

[19] Dr. Michael Pidwirny & Scott Jones University of British Columbia Okanagan.

CHAPTER 7: Introduction to the Atmosphere (Spletni). Dostopno na naslovu:

http://www.physicalgeography.net/fundamentals/7b.html (21.1.2014).

http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/os/prenovljeni_UN/UN_naravoslovje.pdf

http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/os/prenovljeni_UN/UN_naravoslovje.pdf

http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/os/prenovljeni_UN/UN_fizika.pdf

http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/os/prenovljeni_UN/UN_fizika.pdf

http://www.wunderground.com/weatherstation/about.asp

http://www2.vernier.com/labpro/labpro_user_manual.pdf

http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/rs/sat/home.rxml

http://www2.arnes.si/~jrems/PADAVINE/Current_Vantage_Pro_Plus.htm

http://www.o-fp.kr.edus.si/index_vreme.asp

http://www.physicalgeography.net/fundamentals/7b.html

Literatura

66

[20] Energy Audition Blog. Slika rosišča (Spletni). Dostopno na naslovu:

http://www.energyauditingblog.com/wp-content/uploads/2011/12/Dew-Point.jpg

(22.1.2014).

[21] Site de Michelle Henry Professeur d'anglais. Slika vodnega kroga (Spletni).

Dostopno na naslovu: http://www.michellehenry.fr/watercycle5.jpg (22.1.2014).

[22] National Oceanic and Atmospheric Administration US Department of commerce.

Slika vremenskega balona (Spletni). Dostopno na naslovu:

http://www.noaa.gov/features/02_monitoring/images/balloonlaunch2.jpg (23.1.2014).

[23] Agencija Republike Slovenije za Okolje. Slika vremenskega radarja na Lisci


http://www.arso.gov.si/vreme/napovedi%20in%20podatki/divjak_lisca.jpe (23.1.2014).

[24] Anže Petkovšek. Slika superračunalnika na ARSO (Spletni). Dostopno na naslovu:

http://www.zurnal24.si/kmalu-se-boljse-vremenske-napovedi-clanek-199547

(23.1.2014).

[25] OŠ Domžale. Slika vremenskih podatkov in vremenske napovedi (Spletni).

Dostopno na naslovu: http://www.os-domzale.si/index.php (29.1.2014).

[26] OŠ Poljčane. Slika vremenskih podatkov in vremenske napovedi (Spletni).

Dostopno na naslovu: http://www.ospoljcane.si/ (1.2.2014).

[27] OŠ Franceta Bevka Tolmin. Slika spletne strani s povezavami (Spletni). Dostopno

na naslovu: http://www.os-tolmin.si/?page=povezave (3.2.2014).

[28] Vernier Software & Tehnology. LabPro Compatible Sensors and Lab Equipment


http://www2.vernier.com/labpro/labpro_user_manual.pdf (4.2.2014).

[29] Vernier Software & Tehnology. Slika uporabe programa Logger Pro (Spletni).


http://www.vernier.com/images/cache/screenshot.lp._linux.001.550.351.jpg (4.2.2014).

http://www.energyauditingblog.com/wp-content/uploads/2011/12/Dew-Point.jpg

http://www.michellehenry.fr/watercycle5.jpg

http://www.noaa.gov/features/02_monitoring/images/balloonlaunch2.jpg

http://www.arso.gov.si/vreme/napovedi%20in%20podatki/divjak_lisca.jpe

http://www.zurnal24.si/kmalu-se-boljse-vremenske-napovedi-clanek-199547

http://www.os-domzale.si/index.php

http://www.ospoljcane.si/

http://www.os-tolmin.si/?page=povezave

http://www2.vernier.com/labpro/labpro_user_manual.pdf

http://www.vernier.com/images/cache/screenshot.lp._linux.001.550.351.jpg

diplomsko delo - core · fizikalne osnove meteorologije 3 2 fizikalne osnove meteorologije beseda...

Documents