Метеорологические приборы и метеоплощадка

В качестве контрольного применяется сифонно-чашечный барометр. Он состоит из двух трубок, опущенных в барометрическую чашу. Одна из трубок закрыта, а другая сообщается с атмосферой. При измерении давления винтом поднимают дно чашки, подводя мениск в открытом колене к нулю шкалы, а затем отсчитывают положение мениска в закрытом колене. Давление определяют по разности уровней ртути в обоих коленах. Предел измерения этого барометра 880—1090 мб, точность отсчёта 0,05 мб. 
Все ртутные барометры — абсолютные приборы, т.к. по их показаниям непосредственно измеряют атмосферное давление.

Анероид (рис. 2) - (от греч. а — отрицательная частица, nerys — вода, т. е. действующий без помощи жидкости), барометр-анероид, прибор для измерения атмосферного давления. Приёмной частью анероида служит круглая металлическая коробка А с гофрированными основаниями, внутри которой создано сильное разрежение. При повышении атмосферного давления коробка сжимается и тянет прикрепленную к ней пружину; при понижении давления пружина разгибается, и верхнее основание коробки поднимается. Перемещение конца пружины передаётся стрелке В, перемещающейся по шкале С. (В последних конструкциях вместо пружины применяют более упругие коробки.) К шкале анероида прикреплен дугообразный термометр, который служит для внесения поправки в показания анероида на температуру. Для получения истинного значения давления, показания анероида нуждаются в поправках, которые определяются сравнением с ртутным барометром. Поправок к анероиду три: на шкалу — зависит от того, что анероид неодинаково реагирует на изменение давления в различных участках шкалы; на температуру — обусловлена зависимостью упругих свойств анероидной коробки и пружины от температуры; добавочная, обусловленная изменением упругих свойств коробки и пружины со временем. Погрешность измерений анероида составляет 1-2 мб. Вследствие своей портативности анероиды широко применяются в экспедициях, а также как высотомеры. В последнем случае шкалу анероида градуируют в метрах.

2.2. Для измерения температуры воздуха используют:

Термометры метеорологические – группа термометров жидкостных специальной конструкции, предназначенных для метеорологических измерений главным образом на метеорологических станциях. Различные термометры в зависимости от назначения отличаются размерами, устройством, пределами измерений и ценой деления шкалы.

Для определения температуры и влажности воздуха пользуются ртутными психрометрическими термометрами в стационарном и аспирационном психрометре. Цена их деления 0,2°С; нижний предел измерения -35°С, верхний 40°С (или соответственно -25°С и 50°С). При температурах ниже -35°С (вблизи точки замерзания ртути) показания ртутного термометра становятся ненадёжными; поэтому для измерения более низких температур пользуются низкоградусным спиртовым термометром, устройство которого аналогично психрометрическому, цена деления его шкалы 0,5°С, а пределы измерений варьируют: нижний -75, -65, -60°С, а верхний 20, 25°С.

Для измерения максимальной температуры за некоторый промежуток времени применяется ртутный максимальный термометр (рис. 3). Цена деления его шкалы 0,5°С; пределы измерения от -35 до 50°С (или от -20 до 70°С), рабочее положение почти горизонтальное (резервуар слегка опущен). Показания максимальных значений температуры сохраняются благодаря наличию в резервуаре 1 штифта 2 и вакуума в капилляре 3 над ртутью. При повышении температуры избыток ртути из резервуара вытесняется в капилляр через узкое кольцеобразное отверстие между штифтом и стенками капилляра и остается там и при понижении температуры (так как в капилляре вакуум). Таким образом, положение конца столбика ртути относительно шкалы соответствует значению максимальной температуры. Приведение показаний термометра в соответствие с температурой в данный момент производят его встряхиванием.

Для измерения минимальной температуры за некоторый промежуток времени используются спиртовые минимальные термометры. Цена деления шкалы 0,5°С; нижний предел измерений варьирует от -75 до -41°С, верхний от 21 до 41°С. Рабочее положение термометра — горизонтальное. Сохранение минимальных значений обеспечивается находящимся в капилляре 1 внутри спирта штифтом — указателем 2. Утолщения штифта меньше внутреннего диаметра капилляра; поэтому при повышении температуры спирт, поступающий из резервуара в капилляр, обтекает штифт, не смещая его. При понижении температуры штифт после соприкосновения с мениском столбика спирта перемещается вместе с ним к резервуару (так как силы поверхностного натяжения плёнки спирта больше сил трения) и остаётся в ближайшем к резервуару положении. Положение конца штифта, ближайшего к мениску спирта, указывает минимальную температуру, а мениск — температуру в настоящий момент. До установки в рабочее положение минимальный термометр приподнимают резервуаром кверху и держат, пока штифт не опустится до мениска спирта.

Для определения температуры поверхности почвы пользуются ртутным термометром. Деления его шкалы 0,5°С; пределы измерения варьируются: нижний от -35 до -10°С, верхний от 60 до 85°С.

Измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15 и 20 см производят ртутным коленчатым термометром (Савинова). Цена деления его шкалы 0,5°С; пределы измерения от -10 до 50°С. Вблизи резервуара термометр изогнут под углом 135°, а капилляр от резервуара до начала шкалы теплоизолирован, что уменьшает влияние на показания температуры слоя почвы, лежащего над его резервуаром. Измерения температуры почвы на глубинах до нескольких м осуществляются ртутными почвенно-глубинными термометрами, помещенными в специальных установках. Цена деления его шкалы 0,2 °С; пределы измерения варьируют: нижний -20, -10°С, а верхний 30, 40°С. Менее распространены ртутно-талиевые психрометрические термометры с пределами от -50 до 35°С и некоторые др.

Кроме термометра метеорологического, в метеорологии применяются термометры сопротивления, термоэлектрические, транзисторные, биметаллические, радиационные и др. Термометры сопротивления широко используются в дистанционных и автоматических метеорологических станциях (металлические резисторы — медные или платиновые) и в радиозондах (полупроводниковые резисторы); термоэлектрические применяются для измерения градиентов температуры; транзисторные термометры (термотранзисторы) — в агрометеорологии, для измерения температуры пахотного слоя почвы; биметаллические термометры (термопреобразователи) применяются в термографах для регистрации температуры, радиационные термометры — в наземных, самолётных и спутниковых установках для измерения температуры различных участков поверхности Земли и облачных образований.

2.3. Для определения влажности используют:

Психрометр (рис. 4) - (от греч. psychros — холодный и... метр), прибор для измерения влажности воздуха и его температуры. Состоит из двух термометров — сухого и смоченного. Сухой термометр показывает температуру воздуха, а смоченный, теплоприёмник которого обвязан влажным батистом, — его собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения, происходящего с поверхности его резервуара. Вследствие расхода теплоты на испарение показания смоченного термометра тем ниже, чем суше воздух, влажность которого измеряется. По показаниям сухого и смоченного термометров с помощью психрометрической таблицы, номограмм или счётных линеек, рассчитанных по психрометрической формуле, определяется упругость водяного пара или относительная влажность. При отрицательных температурах ниже — 5°С, когда содержание в воздухе водяных паров очень мало, психрометр даёт ненадёжные результаты, поэтому в этом случае пользуются волосным гигрометром.

Существует несколько типов психрометров: станционные, аспирационные и дистанционные. В станционных психрометрах термометры укрепляются на специальном штативе в метеорологической будке. Основной недостаток станционных психрометров — зависимость показаний смоченного термометра от скорости воздушного потока в будке. В аспирационном психрометре термометры укреплены в специальной оправе, защищающей их от повреждений и теплового воздействия прямых солнечных лучей, и обдуваются с помощью аспиратора (вентилятора) потоком исследуемого воздуха с постоянной скоростью около 2 м/сек. При положительной температуре воздуха аспирационный психрометр — наиболее надёжный прибор для измерения влажности и температуры воздуха. В дистанционных психрометрах используются термометры сопротивления, термисторы, термопары.

Гигрометр (рис. 5) - прибор для измерения влажности воздуха. Существует несколько типов гигрометров, действие которых основано на различных принципах: весовой, волосной, плёночный и др. Весовой (абсолютный) гигрометр состоит из системы U-образных трубок, наполненных гигроскопическим веществом, способным поглощать влагу из воздуха. Через эту систему насосом протягивают некоторое количество воздуха, влажность которого определяют. Зная массу системы до и после измерения, а также объём пропущенного воздуха, находят абсолютную влажность.

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении влажности воз духа, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100%. Волос 1 натянут на металлическую рамку 2. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы 3. Плёночный гигрометр имеет чувствительный элемент из органической плёнки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Изменение положения центра плёночной мембраны 1 передаётся стрелке 2. Волосной и плёночный гигрометры в зимнее время являются основными приборами для измерения влажности воздуха. Показания волосного и плёночного гигрометра периодически сравниваются с показаниями более точного прибора — психрометра, который также применяется для измерения влажности воздуха. 
В электролитическом гигрометре пластинку из электроизоляционного материала (стекло, полистирол) по крывают гигроскопическим слоем электролита — хлористого лития — со связующим материалом. При изменении влажности воздуха меняется концентрация электролита, а следовательно, и его сопротивление; недостаток этого гигрометра — зависимость показаний от температуры.

Действие керамического гигрометра основано на зависимости электрического сопротивления твёрдой и пористой керамической массы (смесь глины, кремния, каолина и некоторых окислов металла) от влажности воздуха. Конденсационный гигрометр определяет точку росы по температуре охлаждаемого металлического зеркальца в момент появления на нём следов воды (или льда), конденсирующейся из окружающего воздуха. Конденсационный гигрометр состоит из устройства для охлаждения зеркальца, оптического или электрического устройства, фиксирующего момент конденсации, и термометра, измеряющего температуру зеркальца. В современных конденсационных гигрометрах для охлаждения зеркальца пользуются полупроводниковым элементом, принцип действия которого основан на Плетье эффекте, а температура зеркальца измеряется вмонтированным в него проволочным сопротивлением или полупроводниковым микротермометром. Всё большее распространение находят электролитические гигрометры с подогревом, действие которых основано на принципе измерения точки росы над насыщенным соляным раствором (обычно хлористым литием), которая для данной соли находится в известной зависимости от влажности. Чувствительный элемент состоит из термометра сопротивления, на корпус которого надет чулок из стекловолокна, пропитанный раствором хлористого лития, и двух электродов из платиновой проволоки, намотанных поверх чулка, на которые подаётся переменное напряжение.

 2.4. Для определения скорости и направления ветра используют:

Анемометр (рис. 6) – прибор для измерений скорости ветра и газовых потоков. Наиболее распространён ручной чашечный анемометр, измеряющий среднюю скорость ветра. Горизонтальная крестовина с 4 полыми полушариями (чашками), обращенными выпуклостью в одну сторону, вращается под действием ветра, т. к. давление на вогнутое полушарие больше, чем на выпуклое. Это вращение передаётся стрелкам счётчика оборотов. Число оборотов за данный отрезок времени соответствует определенной средней скорости ветра за это время. При небольшой завихренности потока средняя скорость ветра за 100 сек определяется с погрешностью до 0,1 м/сек. Для определения средней скорости потока воздуха в трубах и каналах вентиляционных систем применяют крыльчатые анемометры, приёмной частью которых служит многолопастная мельничная вертушка. Погрешность этих анемометров — до 0,05 м/сек. Мгновенные значения скорости ветра определяются другими типами анемометров, в частности анемометрами, основанными на манометрическом способе измерений, а также термоанемометрами. 
Флюгер (рис. 7) - (от нем. Flugel или голл. vieugel – крыло), прибор для определения направления и измерения скорости ветра. Направление ветра определяется по положению двухлопастной флюгарки, состоящей из 2 пластин 1, расположенных углом, и противовеса 2. Флюгарка, будучи укреплена на металлической трубке 3, свободно вращается на стальном стержне. Под действием ветра она устанавливается по направлению ветра так, что противовес направлен навстречу ему. На стержень надета муфта 4 со штифтами, ориентированными соответственно основным румбам. По положению противовеса относительно этих штифтов и определяют направление ветра.

Скорость ветра измеряется при помощи отвесно подвешенной на горизонтальной оси 5 металлической пластины (доски) 6. Доска вращается вокруг вертикальной оси вместе с флюгаркой и под действием ветра всегда устанавливается перпендикулярно потоку воздуха. В зависимости от скорости ветра доска флюгера отклоняется от отвесного положения на тот или иной угол, отсчитываемый по дуге 7. Флюгер ставят на мачте на высоте 10–12 м от поверхности земли.

2.5. Для определения количества осадков используют:

Осадкомер - прибор для измерения атмосферных жидких и твёрдых осадков. Осадкомер конструкции В. Д. Третьякова состоит из сосуда (ведра) с приёмной площадью 200 см2 и высотой 40 см, куда собираются осадки, и специальные защиты, предотвращающей выдувание из него осадков. Устанавливается осадкомер так, чтобы приёмная поверхность ведра находилась на высоте 2 м над почвой. Измерение количества осадков в мм слоя воды производится измерительным стаканом с нанесёнными на нём делениями; количество твёрдых осадков измеряют после того как они растают.