Программа наблюдений на метеорологических станциях

 

 

 

 

Содержание

 

 

1. Программа наблюдений на метеорологических станциях.
2. Измерение температуры, влажности и давления воздуха, скорости и направления ветра.
3. Барическая ступень.
4. Тепловой баланс земной поверхности.
5. Измерение лучистой энергии.
6. Используемая литература. 
   

Контрольная работа №1

VI —вариант

 

Программа наблюдений на метеорологических станциях.

Во всём мире на земных метеорологических  станциях производятся одновременные (синхронные) наблюдения в 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18, 21 ч. по единому — гринвичскому времени (времени нулевого пояса). Результаты наблюдений за эти так называемые синоптические сроки немедленно передаются по телефону, телеграфу или по радио в органы службы погоды, где по ним составляются синоптические карты и другие материалы, использующиеся для предсказания погоды.

На метеорологических станциях основного типа регистрируются следующие метеорологические величины:

1. температура воздуха на высоте 2 м. над земной поверхностью;
2. атмосферное давление;
3. влажность воздуха — парциальное давление водяного пара в воздухе и относительная влажность;
4. ветер — горизонтальное движение воздуха на высоте 10-12 м. над земной поверхностью (измеряется его скорость и определяется направление, откуда дует ветер);
5. количество осадков, выпавших из облаков, их типы (дождь, морось, снег и пр.);
6. облачность — степень покрытия неба облаками, типы облаков по международной классификации, высота нижней границы облаков, ближайших к земной поверхности;
7. наличие и интенсивность различных осадков, образующихся на земной поверхности и на предметах (росы, инея, гололёда и пр.), а также тумана;
8. горизонтальная видимость — расстояние, на котором перестают различаться очертания предметов;
9. продолжительность солнечного сияния;
10. температура на поверхности почвы и на нескольких глубинах в почве;
11. состояние поверхности почвы;
12. высота и плотность снежного покрова.

На некоторых станциях измеряется испарение воды с водных поверхностей или с почвы.

Регистрируются также  метеорологические и оптические явления: метели, шквалы, смерчи, мгла, пыльные бури, грозы, тихие электрические разряды, полярные сияния, радуга,, круги и венцы вокруг дисков светил, миражи и др.

На береговых метеорологических  станциях производятся также наблюдения над температурой воды и волнением водной поверхности. Программа наблюдений на судах отличается от наблюдений на сухопутных станциях только в деталях. В программу работы станций, имеющих определённый производственный профиль, например агрометеорологических, авиационных и других, включаются дополнительные наблюдения, связанные со спецификой обслуживания соответствующей отрасли народного хозяйства (сельского хозяйства и т. п.).

Не все метеорологические  величины наблюдаются в каждый срок наблюдений. Например, количество осадков  измеряется четыре раза в сутки, высота снежного покрова — один раз в  сутки, плотность снега — один раз в пять или десять дней и  т. д.

 

Измерение температуры  воздуха.

Температура воздуха —  это температура воздуха у земной поверхности, измеренная в метеорологической будке, причём резервуары термометров помещаются на высоте 2 м. над поверхность почвы. Только при специальных исследованиях состояния приземного слоя воздуха термометры помещаются на различных уровнях — более низких и более высоких. На судах термометры также могут помещаться на других уровнях.

Будка нужна для защиты термометра от прямой солнечной радиации, а также от эффективного излучения  земной поверхности и окружающих предметов (зданий, деревьев). Только в таких условиях может произойти выравнивание температуры самого измерительного прибора — с температурой окружающего воздуха. Термометр, открытый для солнечной радиации, нагревается сильнее, чем окружающей воздух, поэтому температуру, которую он показывает, нельзя отождествлять с температурой воздуха. Выражение температура «на солнце» не имеет никакого отношения к истиной температуре воздуха, не имеет метеорологического значения и означает температуру резервуара, содержащего термометрическое тело.

Будку делают из дерева и  окрашивают в белый цвет, чтобы  она максимально отражала солнечные лучи и как можно меньше нагревалась. Будка должна обеспечивать и вентиляцию: мимо резервуаров термометров должен проходить воздух, не застаиваясь в будке. Для этого стенки будки делают в виде жалюзи, состоящих из отдельных планок. Планки расположены так, что лучи солнца не проникают в глубь будки, но воздух свободно циркулирует в ней. При прохождении воздуха между планками крупные турбулентные вихри дробятся и пульсации температуры внутри будки уменьшаются.

В экспедиционных условиях и при нестандартных наблюдениях  вместо установок в будках применяют  для измерения температуры (а  также влажности) портативный прибор — аспирационный психрометр Ассмана.

Кроме срочных термометров, по которым отсчитывается температура  воздуха в сроки наблюдений, применяются  экстремальные термометры — максимальный и минимальный, показывающие наивысшую  и наинизшую температуру за промежуток времени между двумя сроками наблюдений. Эти термометры также помещаются в будку. При стандартных метеорологических наблюдениях применяют жидкостные термометры: для срочных наблюдений и для измерения максимальной температуры — ртутные, а для минимальной температуры — спиртовые. Спиртовой термометр применяют и для срочных наблюдений при температурах ниже точки замерзания ртути ().

Для специальных измерений  температуры на различных уровнях  с последующей передачей показаний на расстояние применяются электрические термометры сопротивления и термоэлементы.

Для непрерывной регистрации  измерений температуры применяют самопишущие приборы разной конструкции — термографы. Деформация приёмной части прибора, зависящая от измерений температуры, передаётся на пишущую часть, которая оставляет след на ленте, укреплённой на вращающемся барабане.

Измерение влажности  воздуха.

В приземных условиях влажность  воздуха удобнее всего определять психрометрическим методом, т. е. по показаниям двух термометров — с сухим и со смоченным резервуаром (сухого и смоченного) термометра понижает его температуру по сравнению с температурой сухого термометра, понижение это тем больше, чем больше дефицит насыщения. По разности температур сухого и смоченного термометров вычисляют давление водяного пара и относительную влажность воздуха. Для практических расчётов служат специальные психрометрические таблицы. Значения давления насыщенного водяного пара в психрометрических таблицах всегда даются для плоской поверхности пресной воды. Для отрицательных температур дополнительно приводятся соответствующие значения относительно льда.

Пара термометров —  с сухим и со смоченным резервуарами — называется психрометром. Психрометр помещается в метеорологической будке, причём резервуар одного из термометров постоянно поддерживается в смоченном состоянии (он обвязан батистом, конец которого опущен в стаканчик с водой). Для экспедиционных и микроклиматических наблюдений применяется аспирационный психрометр Ассмана, в котором резервуары термометров помещены в никелированные металлические трубки; при наблюдениях для вентиляции сквозь трубки специальный вентилятор прокачивает воздух, обдувающий термометры. Один из термометров увлажняется перед самым наблюдением.

Применяют также волосной гигрометр, основанный на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении относительной влажности. Это относительный прибор, который нужно градуировать по психрометру. Принцип волосного гигрометра применяется в самопишущих приборах (гигрографах и метеорографах). Для аэрологических наблюдений применяются также методы определения влажности воздуха по изменению натяжения гигроскопической органической плёнки и по химичеким реакциям.

Измерение давления воздуха.

Атмосферное давление —  это сила, с которой давит на единицу площади земной поверхности столб воздуха, простирающийся от поверхности земли до верхней границы атмосферы. Атмосферное давление является одной из важнейших характеристик состояния атмосферы и одним из основных физических свойств воздуха, связанных с её плотностью и температурой. Изменения атмосферного давления во времени и в пространстве отражают особенности развития погоды в разных местах земного шара. Давление воздуха изменяется в зависимости от смены воздушных масс, температуры и других факторов. Отражая различные процессы в атмосфере, давление позволяет ориентировочно судить о них, что важно для предсказания погоды. Так постепенное значительное падение давления в течении нескольких часов, особенно при сильной облачности, обычно предшествует ухудшению погоды и выпадению осадков. Быстрое повышение давления предшествует прояснению после пасмурной дождливой погоды. Ровный ход давления — признак сохранения текущей погоды без существенных изменений.

В СИ (Международная система  единиц) давление измеряется в паскалях (Па). Один Паскаль — это давление силой в 1 Ньютон (Н), приходящееся на площадь ().

На практике широко используется внесистемная единица давления — 1 мм. рт. ст.

Основным прибором для  измерения атмосферного давления служит ртутный барометр. В приборе атмосферное  давление уравновешивается давлением столба ртути; по изменениям высоты ртутного столба можно судить об изменениях атмосферного давления. Ртутные барометры представляют собой два сообщающихся сосуда наполненных ртутью; одним из них служит запаянная сверху стеклянная трубка длинной около 90 см., не содержащая воздуха. За меру атмосферного давления принимается давление столба ртути, выраженное в мм. рт. ст. или мб.

Для определения атмосферного давления в показания ртутного барометра вводят поправки:

1. инструментальную, исключающую погрешности изготовления;
2. поправку для проведения показания барометра к , т. к. показания барометра зависят от температуры (с изменением температуры меняется плотность ртути и линейные размеры деталей барометра);
3. поправку для приведения показаний барометра к нормальному ускорению свободного падения (), она обусловлена тем, что показания ртутных барометров зависят от географической широты и высоты над уровнем моря места наблюдения.

 

В зависимости от формы  сообщающихся сосудов ртутные барометры  подразделяют на 3 основных типа: чашечные, сифонные и сифонно-чашечные.

Все ртутные барометры — абсолютные приборы, т. к. по их показаниям непосредственно измеряют атмосферное давление.

Другие приборы измерения  атмосферного давления (анероиды, барографы, метеорографы, радиозонды и др.) основаны на определении деформаций упругой — пустой внутри — металлической коробки, которые происходят при изменениях внешнего давления на неё. Приборы этого типа нужно тарировать (градуировать) по показаниям ртутного барометра.

Измерение скорости и направления ветра.

Ветер — это горизонтальное перемещение воздуха относительно земной поверхности. Ветер характеризуется скоростью и направлением. Скорость ветра может измеряться в метрах в секунду; километрах в час; в баллах. За направление принимается направление, откуда дует ветер. Для обозначения направления ветра указывают либо румб (по 16-румбовой системе), либо азимут, отсчитываемый в градусах от северного направления меридиана по часовой стрелке до  направления ветра.

Вследствие турбулентности скорость и направление ветра  непрерывно меняются. На метеорологических  станциях измеряют среднюю скорость, за 10 мин., максимальную — за этот же интервал времени (скорость ветра при порывах), максимальную — между сроками (за 3 ч. при восьми срочных наблюдениях) и направление ветра, осреднённое за 2 мин. (азимут, румб).

На метеостанциях характеристики ветра измеряются на высоте 10–12 м. Приборы  для измерения скорости ветра  называются анемометрами; приборы для измерения скорости и направления ветра называются анеморумбометрами.

Анемометр — прибор для  измерений скорости ветра и газовых  потоков. Наиболее распространён ручной чашечный анемометр, измеряющий среднюю скорость ветра. Горизонтальная крестовина с 4 полыми полушариями (чашечками), обращёнными 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 определённой средней скорости ветра за это время. При небольшой завихрённости потока средняя скорость ветра за 100 сек. определяется с погрешностью до . 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. Мгновенные значения скорости ветра определяются другими типами анемометров, в частности анемометрами, основанными на манометричесом способе измерений, а также термоанемометрами.