Будь умным!

У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

измерение температури влажности воздуха и атмосферного давлени

Работа добавлена на сайт samzan.net:


4

Г.П. Лещенко, Г.В. Перцель, С.Н. Коренной

ИЗМЕРЕНИЕ  температурЫ,  влажности  воздуха

И атмосферного  давления

Учебное пособие для высших учебных заведений

Кировоград

2007


ББК 26.23

       39.57

Л 54

Лещенко г.п., перцель г.в., Коренной С.Н. Измерение температуры, влажности воздуха и атмосферного давления. Учебное пособие. − кировоград: глау, 2007. − 68 с.

Приводятся общие сведения о метеорологических измерениях и наблюдениях на режимных и аэродромных метеорологических станциях. Кратко описаны метеорологические приборы для измерения температуры, влажности воздуха и атмосферного давления. Приводятся правила эксплуатации этих приборов и доведения результатов наблюдений до потребителей информации.

Предназначены для курсантов высших авиационных учебных заведений.

Ил. 16, табл. 12, библиограф. 12  назв.

Рекомендовано к печати решением Ученого Совета ГЛАУ.

Рецензенты: доктор географических наук А.И. Кривульченко и начальник АСМГ Кировоград Н.М. Тысинюк.

ISBN 966-7878-22-8

Г.П.Лещенко, Г.В.перцель, С.Н. Коренной

Измерение температуры, влаж-
ности воздуха и атмосферного давления. Учебное пособие, 2007

Компьютерная верстка

Изд-во ГЛАУ, 2007


ОГЛАВЛЕНИЕ

    стр.

1.

Общие сведения о метеорологических измерениях и наблюдениях

5

2.

краткие методические указания для проведения и  оформления лабораторных работ по измерению метеорологических величин

17

3.

Измерение температуры воздуха

18

3.1.

Общие сведения

18

3.2.

приборы для измерения и регистрации температуры воздуха

19

3.2.1.

Психрометрический термометр

21

3.2.2.

Термометр ртутный максимальный

21

3.2.3.

Термометр спиртовой минимальный  

23

3.2.4.

Термометр к аспирационному психрометру  

24

3.2.5.

Термограф  

24

3.3.

измерение и регистрация температуры воздуха на метеостанциях

26

3.4.

Лабораторная работа

28

3.4.1.

Порядок выполнения работы

28

3.4.2.

Контрольные вопросы

29

3.4.3.

Отчет по лабораторной работе

30

4.

Измерение влажности воздуха

31

4.1.

Общие сведения

31

4.2.

Процессы, приводящие к насыщению воздуха водяным паром

34

4.3.

Психрометрический метод измерения влажности воздуха

34

4.3.1.

Станционный психрометр

35

4.3.2.

Аспирационный психрометр

37

4.4.

Гигрометры

38

4.4.1.

Волосной гигрометр  

39

4.4.2.

Пленочный гигрометр  

40

4.4.3.

Гигрограф  

41

4.5.

Лабораторная работа

42

4.5.1.

Порядок выполнения работы

42

4.5.2.

Контрольные вопросы

44

4.5.3.

Отчет по лабораторной работе

45


5.

Измерение атмосферного давления

46

5.1.

Общие сведения

46

5.2.

приборы для измерения атмосферного давления

50

5.2.1.

Барометр станционный чашечный

51

5.2.2.

анероид

57

5.2.3.

барограф

59

5.3.

Лабораторная работа

61

5.3.1.

Порядок выполнения работы

61

5.3.2.

Контрольные вопросы

63

5.3.3.

Отчет по лабораторной работе

64

Список используемых сокращений

65

Список использованной литературы

67


1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ

ИЗМЕРЕНИЯХ И НАБЛЮДЕНИЯХ

Состояние атмосферы и протекающие в ней процессы оказывают большое, в некоторых случаях определяющее, значение во всех областях деятельности и повседневной жизни человека. В связи с этим систематическое изучение состояния атмосферы и атмосферных процессов является одной из важнейших народно-
хозяйственных задач.

Основным методом исследования, применяемым в метеоро-
логии, является наблюдение. Выбор метода обусловлен самим существом науки, требующей изучения атмосферных явлений в естественной обстановке.

Метеорологические наблюдения это измерения числовых значений метеорологических величин (температура и влажность воздуха, атмосферное давление, видимость, ветер и т.д.), а также качественная оценка атмосферных явлений (например, форм облаков и осадков).

Имея дело с атмосферными явлениями большого масштаба нельзя ограничиться случайными наблюдениями в единичных пунктах. Нужна такая организация наблюдений, которая позволила бы непрерывно следить за состоянием атмосферы на всем земном шаре у поверхности земли и на разных высотах. Достигается это путем создания большого числа пунктов для регулярных наблюдений по единой программе с помощью однотипных приборов. Поэтому в каждой стране существует сеть метеорологических станций, число которых в целом составляет несколько тысяч. Наблюдения на метеорологических станциях проводятся восемь раз в сутки, через каждые три часа, начиная с 00 часов международного скоордини-
рованного времени (UTC  universal coordinated time).

Результаты наблюдений метеорологических станций в целях их сравнимости должны обладать достаточной степенью точности и однородностью. Это достигается путем использования однотипных, проверенных, одинаково на всех пунктах установленных приборов, проведением наблюдений по единой методике в строго определенные сроки и однородной обработкой результатов наблюдений. Проведение в жизнь всех перечисленных условий обеспечивается наличием инструкций и наставлений, а также регулярной инспекцией станций и постов.

Метеорологические станции имеют метеорологическую площадку и служебное помещение вблизи площадки (не далее
300 м).

Метеорологическая площадка служит для установки приборов и оборудования, необходимых при производстве метеорологичес-
ких наблюдений в приземном слое атмосферы (за исключением барометров, барографов и регистрирующих частей автоматических приборов).

Метеорологическая площадка выбирается на участке, характерном (типичном) для окружающей местности и не отличающимся от окружающей территории какими-либо особенностями теплообмена и влагообмена подстилающей поверхности с атмосферой.

Характерность метеорологической площадки обеспечивается тем, что она располагается на преобладающих формах рельефа, наблюдающихся в данном районе, и удалена от источников влаги (море, озеро, река, водохранилище) на расстояние не менее 100 м от уреза воды при максимальном уровне в водоеме.

От невысоких отдельных препятствий (одноэтажных построек, отдельных деревьев и т.п.) метеорологическая площадка должна быть удалена на расстояние не меньше 10-кратной высоты этих препятствий, а от значительных по протяженности препятствий (лесов, больших групп построек, городских улиц
и т.п.) не меньше 20-кратной высоты этих препятствий.

Метеорологическая площадка должна иметь форму квадрата
(со стороной 26 м), стороны которого ориентированы в направлении север юг и восток − запад.

На станциях с неполной программой наблюдений (без наблюдений за температурой почвы на глубинах под естественным покровом) разрешается уменьшение площадки до размеров
20×16 м.

План размещения оборудования и приборов на стандартной метеорологической площадке представлен на рис. 1.1.

Мачты с анеморумбометрами, а также гололедный станок устанавливаются в северной части площадки; психрометрическая будка и будка для самописцев, а также осадкомер и плювиограф размещаются в середине площадки; южная часть площадки отводится для наблюдений за температурой почвы.


1   геодезический репер станции;

2, 3   датчики анерумбометров (анерумбографов);

4   гололедный станок;

5   психрометрическая будка;

6   психрометрическая будка запасная;

7   психрометрическая будка для самописцев;

8   осадкомер;

9   плювиограф;

10   запасной столб для осадкомера;

11, 12 снегомерные рейки;

13 оголенный участок для установки приборов, измеряющих
температуру почвы.


Для сохранения поверхности метеорологической площадки в естественном состоянии на ней прокладываются специальные дорожки, которые должны обеспечивать подход к психрометри-
ческим будкам и будке для самописцев, а также к почвенным термометрам с северной стороны. Ширина дорожек должна быть не менее 0,4 м. Рекомендуется покрывать дорожки утрамбованным песком или мелким щебнем. Асфальтные и бетонные покрытия дорожек запрещаются.

Площадка ограждается металлической сеткой, натянутой на столбы высотой 1,2…1,5 м. Калитка для прохода на метеорологи-
ческую площадку устанавливается с северной стороны ограды. Травяной покров на площадке допускается высотой не более 20 см, скошенная трава убирается сразу (не разрешается просушка на месте). В зимнее время не следует нарушать естественное состояние снежного покрова. Сугробы с площадки убирают, оставляя средний для данной местности слой снега.

Метеорологические наблюдения, необходимые для обеспече-
ния авиации, проводятся аэродромными метеорологическими органами (АМО), к которым относят: авиационные метеорологи-
ческие центры (АМЦ), авиационные метеорологические станции гражданские с синоптической частью (АМСГ I, II и III разрядов)
и без синоптической части (АМСГ IV разряда) и оперативные группы (ОГ) гидрометеорологической службы Украины. АМО обеспечивают проведение регулярных, специальных и других наблюдений за состоянием погоды на аэродроме.

Наблюдения должны проводиться на пунктах, располо-
женных и оборудованных таким образом, чтобы обеспечить представление данных, характерных для участков летного поля, где требуется проводить наблюдения. При этом с места визуальных наблюдений за видимостью и явлениями погоды должен обеспечиваться достаточный обзор летного поля и наблюдатели должны предоставлять данные, которые являются репрезентатив-
ными для района, где проводятся наблюдения. Под репрезентатив-
ными подразумеваются наблюдения, в максимальной степени свободные от местных влияний и характеризующие состояние атмосферы в большом районе; наблюдения, показательные для общего синоптического положения.


АМО проводят наблюдения за: приземным ветром; видимостью и дальностью видимости на всех взлетно-посадочных полосах, предназначенных для использования в периоды пониженной видимости; погодой в срок наблюдения; облачностью и вертикальной видимостью; температурой; атмосферным давлением; опасными метеорологическими условиями, особенно в зонах захода на посадку и набора высоты. Состав и размещение метеорологических приборов и оборудования должны соответст-
вовать требованиям нормативных документов. Требования к точности измерений или наблюдений, желательной и достигаемой в настоящее время, представлены в таблице 1.1.

Регулярные наблюдения проводятся: в период полетов – через 30 мин. (в сроки 00 и 30 мин. каждого часа), при отсутствии полетов – через 1 час (в 00 мин. каждого часа). По согласованию с полномочными метеорологическими органами, полномочными органами ОВД и эксплуатантами наблюдения могут проводиться через 1 час независимо от наличия или отсутствия полетов.

В аэропортах с некруглосуточной работой наблюдения начинаются за 2 часа до начала полетов и проводятся в течение всего периода полетов, включая время, когда аэродром является запасным.

Сообщения о результатах регулярных наблюдений выпус-
каются в виде местных регулярных сводок MET REPORT открытым текстом, принятыми сокращениями, для распростра-
нения на аэродроме составления, а также в кодовой форме МЕТАR для распространения на аэродроме составления и за его пределы. На аэродромах с автоматизированными системами метеороло-
гических наблюдений сводки MET REPORT составляются на английском языке с использованием сокращений, принятых ICAO.

Специальные наблюдения проводятся в дополнение к регулярным при ухудшении или улучшении условий погоды на аэродроме, когда одна или несколько метеорологических величин изменяются в соответствии с критериями, установленными инструкцией по метеорологическому обеспечению полетов на данном аэродроме, с учетом рабочих посадочных минимумов аэродрома.


Таблица 1.1. Точность измерений или наблюдений, желательная
      с точки зрения эксплуатации и достигаемая в настоящее время

Элемент

Точность, желательная с точки зрения эксплуатации

Точность, достигаемая в настоящее время

Средняя величина приземного ветра:

направление

± 10°

± 5°

Скорость, км/ч (узлы):

до 19 (10)

± 2 км/ч (1 узел)

свыше 19 (10)

± 10%

до 37 (20)

± 2 км/ч (1 узел)

свыше 37 (20)

± 5%

Отклонения от средней

величины приземного ветра

± 4 км/ч (2 узла) с учетом продольных и боковых составляющих

см. выше

Видимость, м:

до 500

± 50 м

500…2000

± 10%

до 600

± 50 м

600…1500

± 10%

свыше 1500

± 20%

свыше 2000…10000

± 20%

Дальность видимости на ВПП, м:

до 150

± 25 м

150…500

± 50 м

до 400

± 10 м

400…800

± 25 м

свыше 800

± 10%

500…2000

± 10%

Количество облаков

± 1 октант

± 1 октант в дневных условиях

Высота облаков, м (футы):

до 100 (330)

± 10 м (33 фута)

свыше 100 (330)

± 10%

-

до 1000 (3300)

± 10 м (33 фута)

1000 (3300)…3000 (10000)

± 30 м (100 футов)

Температура воздуха и температура точки росы

± 1°С

± 0,2°С

Величина давления

(QNH, QFE)

± 0,5 гПа

± 0,2 гПа


Сообщения о результатах специальных наблюдений выпус-
каются в виде местных специальных сводок SPECIAL открытым текстом, принятыми сокращениями, для распространения на аэродроме составления, а также в кодовой форме SPECI для распространения на аэродроме составления и за его пределы. На аэродромах с автоматизированными системами метеорологических наблюдений сводки SPECIAL составляются на английском языке с использованием сокращений, принятых ICAO.

Специальные сводки об ухудшении погоды распространя-
ются немедленно после наблюдений, по запросу диспетчера
ОВД – не позднее 2минут, об улучшении погоды – при условии сохранения улучшения в течение 10 минут.

На аэродромах с взлетно-посадочными полосами (ВПП), оборудованными для захода на посадку и посадку по приборам по II и III категориям ICAO, устанавливаются автоматизированные системы метеорологических наблюдений, обработки результатов измерений, распространения метеорологической информации по каналам связи и отображения ее в реальном масштабе времени на погодных дисплеях.

На аэродроме Борисполь метеорологические наблюдения за ветром, видимостью в авиационных целях, видимостью на ВПП, высотой облаков, температурой воздуха и бетона, влажностью воздуха, атмосферным давлением и количеством осадков проводятся дистанционно с помощью автоматизированной системы MIDAS финской фирмы VAISALA. Наблюдения за атмосферными явлениями, количеством и формой облаков осуществляются наблюдателем визуально. Предусмотрен ручной ввод этих данных в автоматизированную систему. Схема расположения метеорологи-
ческих датчиков на ВПП-1 и ВПП-2 аэродрома Борисполь представлена на рис. 1.2. Наблюдения за погодой в полном объеме проводятся круглосуточно, результаты наблюдений включаются в сводки погоды в соответствии с требованиями инструкции по метеорологическому обеспечению полетов на аэродроме.

Параметры ветра измеряются датчиками направления и скорости ветра ( − рис.1.2), установленными у обоих торцов
ВПП-1 и ВПП-2.

В сводку METAR включаются параметры истинного ветра
с рабочего курса посадки основной рабочей ВПП, осредненные за
10 минут.

В сводку MET REPORT включаются параметры магнитного ветра с курсов посадки обеих ВПП (4 значения), осредненные за
2 минуты. На аэродроме Борисполь магнитное склонение состав-
ляет +5°, его значение вычитается из осредненных за 2 минуты неокругленных значений направления истинного приземного ветра.

На погодных дисплеях отображаются параметры магнитного ветра.

Видимость в авиационных целях (VIS) автоматически рассчитывается по данным измерителей дальности видимости (ДВ) трансмиссометров, установленных вдоль обеих ВПП (4 датчика на ВПП-1 и 3 датчика на ВПП-2 −   − рис.1.2).

Значение VIS для METAR определяется как минимальное из семи осредненных за 10 минут значений.

В сводку MET REPORT при метеорологической видимости более 800м включается видимость с рабочих курсов посадки, осредненная за 1 минуту (2 значения).

В сводку MET REPORT при метеорологической видимости 800м и менее, хотя бы по одному из датчиков, включаются четыре значения видимости VIS для торцов обеих ВПП.

В метеорологических сводках видимость указывают:

  •  при видимости менее 800 м значениями, кратными 50 м;
  •  при видимости 800 м и более, но менее 5 км значениями, кратными 100 м;
  •  при видимости 5 км и более, но менее 10 км значениями, кратными 1 км;
  •  при видимости 10 км и более ее указывают как 10 км, за исключением тех случаев, когда метеорологические условия позволяют использовать термин CAVOK [Ceiling (cloud) and visibility o’key].

На погодных дисплеях отображается видимость VIS с рабочих курсов посадки.

Видимость на ВПП (RVR – runway visual range) вычисляется автоматически до значений 2000 м на основании данных MOR (meteorological optical range – метеорологической оптической дальности видимости, под которой понимают длину пути светового потока в атмосфере, на которой он ослабевает до 0,05 его первоначального значения), яркости фона и освещенности на ВПП.

В сводках METAR/SPECI указываются значения RVR в зонах приземления (2 значения, осредненных за 10 минут), рассчитанные по максимальным значениям силы света огней, которые используются при взлете и посадке в момент составления сводки.

В сводках METREPORT/SPECIAL указывается шесть значений RVR вдоль обеих полос (точка касания, середина и конец ВПП), осредненных за 1 минуту. Видимость RVR рассчитывается по реальной (фактической) освещенности ВПП.

В метеорологических сводках дальность видимости на ВПП указывается таким образом:

  •  при дальности видимости на ВПП менее 400 м через 25 м;
  •  при дальности видимости на ВПП от 400м до 800м (включительно) через 50 м;
  •  при дальности видимости на ВПП более 800 м через 100 м.

На погодных дисплеях отображается видимость RVR, рассчитанная по фактической освещенности ВПП.

Явления погоды определяются визуально со смотровой площадки, кодируются по таблице международных метеорологи-
ческих авиационных кодов, в автоматизированную систему вводятся вручную.

Количество и форма облаков определяется визуально со смотровой площадки. В автоматизированную систему количество облаков вводится сокращениями:

SKC (sky clear)

−

небо ясное;

FEW (few)      

−

несколько, немного облаков (1…2 октанта);

SCT (scattered)

−

отдельная облачность (3…4 октанта);

BKN (broken)  

−

значительная облачность (5…7 октантов);

OVC (overcast)

−

сплошная облачность (8 октантов);

форма облаков указывается только:

CB (cumulonimbus)

−

кучево-дождевые облака;

TCU (towering cumulus)

−

мощно-кучевые облака.

Высота нижней границы облаков измеряется датчиками высоты облаков, установленными в районе БПРМ обоих курсов ВПП-1 и ВПП-2 (  − рис.1.2). в сводках METAR/SPECI данные о высоте облаков вводятся с рабочего курса посадки. При этом высота облаков указывается в величинах, кратных 30м до высоты 3000м и кратных 300 м при высоте больше 3000 м. вертикальная видимость указывается только до 600м в величинах, кратных 30 м.

В сводках METREPORT/SPECIAL при нижней границе облаков (вертикальной видимости) менее 150м вводятся данные о нижней границе облачности (вертикальной видимости) с рабочим курсом посадки обеих ВПП.

На дисплеях погоды отображается фактическая высота облаков (вертикальная видимость) работающих ВПП.

Температура воздуха и точки росы измеряется датчиком температуры и влажности (  − рис.1.2). В сводки включаются, округленные до ближайшего целого числа градусов, значения температуры и точки росы, при этом перед отрицательными значениями в сводках METAR/SPECI ставится буквенное обозначение “М”, в сводках METREPORT/SPECIAL − “МS”.

Атмосферное давление измеряется датчиком давления
(  − рис.1.2). По полученным результатам измерений проводится расчет давления QNH (давление на аэродроме, приведенное к среднему уровню моря по условиям стандартной атмосферы) в гПа и мм рт.ст. и давление QFE (давление на уровне рабочего старта ВПП)
в гПа и мм рт.ст. с точностью до десятых долей.

В сводки METAR/SPECI включается значение QNH, а в сводки METREPORT/SPECIAL – QNH и QFE, округленные в меньшую сторону до ближайшего гектопаскаля.

На погодных дисплеях отображается давление QNH в гПа и
мм рт.ст.

Явления погоды за последний час перед сроком наблюдения (предшествующая погода) вводятся в автоматизированную систему вручную, если имели место следующие явления погоды: замерзающие (переохлажденные) осадки, замерзающий (переохлажденный) туман, умеренные или сильные осадки (в том числе ливневые), низовая метель, песчаная или пыльная буря, гроза, смерч, шквал.

Сведения о турбулентности и обледенении в зоне захода на посадку или набора высоты по данным экипажей воздушных судов включаются на английском языке с использованием сокращений ICAO только в сводки METREPORT. В сводки METAR/SPECI такие сведения не включаются.

Информация о состоянии ВПП, полученная от диспетчера аэродромной службы, включается в сводки METAR/SPECI перед прогнозом на посадку. Если работают обе ВПП, то включаются две группы состояния ВПП.

ветер на высоте круга определяется по данным о ветре, получаемым с бортов воздушных судов. При отсутствии бортовой погоды указываются прогностические данные.

Наблюдения по МРЛ ( − рис.1.2). ведутся за пространств-
венным распределением облачности, осадками и обледенением в облаках и осадках в радиусе 200км. Наблюдения осуществляются круглосуточно в заданном режиме:

  •  ежечасные наблюдения проводятся при наличии кучево-дождевой облачности в радиусе 200 км;
  •  получасовой (30минут) режим наблюдений используется при наличии опасных явлений в радиусе 200 км от МРЛ;
  •  15-ти минутный штормовой режим наблюдений используется при наличии опасных явлений в радиусе 100км от МРЛ по указанию синоптика.

Вся регулярная и штормовая радиолокационная информация выдается на мониторы, установленные у синоптика-консультанта на брифинге, у синоптика-прогнозиста и на компьютер техника-метеоролога основного пункта наблюдений.


2. КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 ДЛЯ  ПРОВЕДЕНИЯ  И  ОФОРМЛЕНИЯ

       ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ИЗМЕРЕНИЮ

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ  ВЕЛИЧИН

Лабораторные работы проводятся в соответствии с программой курса авиационной метеорологии. Они предусматри-
вают ознакомление курсантов с применяемыми на АМО метеороло-
гическими приборами; методами и точностью измерения основных метеорологических величин; правилами эксплуатации приборов и методами обработки данных, получаемых с их помощью.

Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо изучить соответствующие метеорологические приборы, используя настоящие методические указания, рекомендуемую литературу, специальные описания приборов и инструкции к ним. Четко уяснить цель работы, ее сущность и порядок выполнения. Включение приборов и измерения проводить организованно, с разрешения преподавателя.

По каждой лабораторной работе составляется письменный отчет (в тетради), который должен содержать:

  1.  Краткое обоснование метода измерения.
  2.  Схемы приборов.
  3.  Результаты измерений.
  4.  Расчеты и их анализ.
  5.  Контрольные вопросы и ответы на них.


3. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА

3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Тепловое состояние воздуха характеризуется его температурой, которая является одной из основных физических характеристик состояния атмосферы.

Температура является мерой средней кинетической энергии движения молекул и атомов, составляющих воздух. Она характеризует степень нагретости воздуха.

Температура воздуха не является непосредственно измеряемой величиной. Значение температуры определяется по изменению какого-либо удобного для измерения физического свойства термометрического вещества. Она измеряется термометрами со шкалами, в которых в качестве реперных (начальных) точек в настоящее время используются температура таяния льда и кипения воды.

Для количественной характеристики температуры воздуха приняты следующие шкалы (таблица 3.1).

Таблица 3.1. Шкалы для измерения температуры воздуха

Наименование

шкалы

Температура

таяния

льда

Температура

кипения

воды

Число

градусов

на шкале

Цельсия ( С )

0

100

100

Фаренгейта ( F )

32

212

180

Кельвина ( К )

(абсолютная)

273

373

100

Точка таяния льда в шкале Кельвина (0°С) соответствует 273К, а точка кипения воды (100°С) соответствует 373К, т.е. один градус шкалы Кельвина равен одному градусу шкалы Цельсия.

Шкала Кельвина связана со шкалой Цельсия следующим равенством

ТК = t°С + 273       (3.1)


Нуль шкалы абсолютной температуры по Кельвину ТК = 0° соответствует температуре t = 273°С и называется абсолютным нулем температуры. Это температура, при которой прекращается тепловое движение молекул идеального газа. Абсолютная температура используется в теоретических расчетах и удобна тем, что при ее применении не приходится иметь дело с отрицательными температурами.

В Украине и в большинстве стран мира используется международная стоградусная шкала Цельсия. В Англии и США до настоящего времени пользуются шкалой Фаренгейта. Переход от одной шкалы к другой производится по формулам:

t°C = (t°F  32)      (3.2)

t°F = t°C + 32      (3.3)

3.2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ

ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА

Термометров, применяемых для метеорологических измере-
ний, много, однако наибольшее применение на метеорологической сети имеют:

  1.  Жидкостные термометры, действие которых основано на изменении объема жидкости при изменении температуры.
  2.  Деформационные термометры, действие которых основано на изменении линейных размеров твердых тел при изменении температуры.
  3.  Термометры сопротивления, действие которых основано на изменении электропроводности тел при изменении температуры.
  4.  Термоэлектрические термометры, действие которых основано на изменении электродвижущей силы термоэлементов при изменении разности температуры спаев.
  5.  Термотранзисторные термометры, действие которых основано на зависимости напряжения эмиттер база от температуры.


В жидкостных термометрах в качестве термометрической жидкости обычно применяют ртуть или спирт, обладающие следующими физическими свойствами.

Ртуть (Hg) температура замерзания 38,9°С; температура кипения 356,9°С; коэффициент расширения (при 18°С) 0,000181; теплоемкость 0,03 кал/г град.

Спирт этиловый (C2H5OH) температура замерзания 117,3°С; температура кипения 78,5°С; коэффициент расширения 0,000110 (при 18°С); теплоемкость 0,58 кал/г град.

Из приведенных характеристик видно, почему для измерения более низких температур в качестве термометрической жидкости применяется спирт.

Все жидкостные термометры состоят из трех основных частей: стеклянного резервуара, наполненного термометрической жидкостью и переходящего в верхней части в капилляр, стеклянной шкалы с делениями, защитной стеклянной трубки. В зависимости от устройства шкалы термометры делятся на два вида: со вставной шкалой и палочные. Вставная шкала изготовляется из молочного стекла и неподвижно укрепляется в корпусе термометра, упираясь одним концом в специальное седло, а другим в пружину, помещенную в пробке. К шкале плотно прикрепляется тонкий стеклянный капилляр. В палочных термометрах шкала наносится на внешней стороне толстостенного капилляра.

Отсчеты по всем метеорологическим термометрам, вне зависи-
мости от цены деления на шкале, производятся с точностью до 0,1°.

Каждый термометр после изготовления сравнивается в Центральном бюро поверки с нормальным термометром эталоном. В результате поверки определяют инструментальные поправки, которые помещают в особых поверочных свидетельствах (сертификатах). В сертификатах указывается место и дата поверки и поверочный порядковый номер, который проставляют также на самом приборе.

Погрешности в показаниях термометров вызываются следую-
щими причинами:

  1.  Не вполне строгой цилиндричностью капилляра.
  2.  Неравномерным изменением объема жидкости при различных температурах.
  3.  Неточностью разбивки шкалы.
  4.  Перекристаллизацией стекла (старением).

3.2.1. ПСИХРОМЕТРИЧЕСКИЙ

ТЕРМОМЕТР

Это ртутный термометр со вставной шкалой из молочного стекла с ценой деления 0,2°С, числовые отметки нанесены через 5°С (рис.3.1). Очень чувствительный и малоинерционный. Резервуар термометра имеет форму шара. На верхнем конце защитной трубки имеется металлический колпачок с закраиной, который служит для установки термометра в вертикаль-
ном положении. Выпускается с пределами измерения от 31°С до 50°С или от 35°С до 41°С.

Является основным прибором, принятым в метеорологии, для измерения температуры воздуха.

3.2.2. ТЕРМОМЕТР РТУТНЫЙ МАКСИМАЛЬНЫй

Служит для измерения максимальной температуры воздуха за некоторый промежуток времени. Имеет вставную шкалу молочного стекла, цена деления 0,5°С (рис. 3.2).

Резервуар цилиндрический. Пределы измерения от 35°С до 50°С или от 20°С до 70°С. Рабочее положение термометра близкое к горизонтальному с небольшим наклоном в сторону резервуара. Особенностью максимального термометра является наличие в нем приспособления, которое сохраняет максимальные показания этого термометра и вакуум в капилляре над ртутью. При изготовлении термометра в дно его резервуара впаивается стеклянный штифт, который своим концом входит в капилляр и создает в нем сужение. При повышении температуры ртуть в резервуаре термометра расширяется и, преодолевая большое трение в месте сужения, вытесняется в капилляр через узкое кольцеобразное отверстие между штифтом и стенками капилляра. Длина столбика ртути в капилляре при повышении температуры увеличивается. Как только температура, достигнув наивысшего своего значения, начнет понижаться, объем ртути в резервуаре уменьшится и в этот момент произойдет разрыв ртути в месте сужения капилляра. Благодаря разрыву, несмотря на понижение температуры, длина столбика ртути в капилляре не сокращается и, следовательно, термометр сохраняет максимальное показание. Приведение показания термометра в соответствие с температурой в данный момент проводят его встряхиванием. После этого показания максимального термометра не должны отличаться от показаний контрольного (психрометрического) более чем на 0,2°С.

3.2.3. ТЕРМОМЕТР СПИРТОВОЙ МИНИМАЛЬНЫЙ

Служит для измерения минимальной температуры за некоторый промежуток времени. Имеет вставную шкалу молочного стекла, цена деления шкалы 0,5°С. Резервуар цилиндрический. Нижний предел измерений варьирует от 75°С до 41°С, верхний − от 21°С до 41°С. Рабочее положение термометра строго горизон-
тальное. Сохранение минимальных значений температуры обеспечивается находящимся внутри спирта в капилляре небольшим штифтом с утолщениями на концах (рис.3.3). Утолщения штифта меньше внутреннего диаметра капилляра, поэтому при повышении температуры спирт, поступающий из резервуара в капилляр, обтекает штифт, не сдвигая при этом его с места. При понижении температуры спирт сжимается и начинает двигаться в сторону резервуара. Мениск спирта доходит до штифта, и, так как сила трения утолщений штифта о стенки капилляра меньше силы поверхностного натяжения пленки спирта, штифт под ее давлением также начинает перемещаться к резервуару, т.е. в сторону более низких показаний термометра. Перемещение штифта продолжается до тех пор, пока происходит понижение температуры. Если температура воздуха начнет повышаться, штифт остается на том же месте, которого он достиг при минимальной температуре. Т.о. положение конца штифта, ближайшего к мениску спирта, указывает по шкале минимальную температуру, а мениск спирта температуру в момент измерения. После отсчета для установки минимального термометра в рабочее положение его поднимают резервуаром кверху и держат до тех пор, пока штифт не опустится до мениска спирта.


3.2.4. ТЕРМОМЕТР К АСПИРАЦИОННОМУ

ПСИХРОМЕТРУ

Этот термометр отличается от обычного психрометрического меньшими размерами и формой резервуара. Это ртутный термометр, он имеет вставную шкалу из молочного стекла, цена деления шкалы 0,2°С. Резервуар цилиндрический. Пределы шкалы: верхний от 41°С до 50°С и нижний от 31°С до 35°С. Он является частью аспирационного психрометра, служащего для измерения температуры и влажности в полевых условиях.

3.2.5. ТЕРМОГРАФ

Для непрерывной регистрации изменений температуры воздуха применяются самописцы, называемые термографами. Прибор выпускается в пластмассовом корпусе. К его основанию с помощью винтов крепится плата, на которой смонтирован весь механизм термографа (рис.3.4). Датчиком температуры в термографе является биметаллическая пластинка металлическая пластинка, состоящая из двух тесно соединенных (прокатом или вальцовкой) металлов с разными коэффициентами температурного расширения. При изменении температуры биметаллическая пластинка изгибается вследствие неодинаковой деформации сторон, при этом величина изгиба пропорциональна изменению температуры. Биметаллическая пластинка через систему рычагов соединяется со стрелкой, несущей на своем конце перо. Деформируясь при изменении температуры, биметаллическая пластинка перемещает стрелку с пером вдоль барабана с лентой. Барабан вращается часовым механизмом вокруг вертикальной оси, закрепленной на плате. Перо заполняется специальными анилино-
выми чернилами, изготовленными с примесью глицерина, который не позволяет им быстро высыхать и замерзать. Барабан с часовым механизмом служит для равномерного перемещения ленты, на которой производится запись температуры. Часовые механизмы выпускаются двух видов: суточные (продолжительностью одного оборота барабана 26часов) и недельные (продолжительностью оборота 176часов). По техническим условиям часы должны работать при изменении температуры окружающего воздуха в пределах от 35°С до 45°С, при этом иметь точность хода:
для суточных часов  5мин. за 24часа, для недельных
30 мин. за 168 часов (7 суток).

Лента термографа разграфлена прямыми горизонтальными линиями и вертикально расположенными дугами. Прямые горизонтальные линии (изотермы) служат для отсчета температуры по записи термографа, каждое их деление соответствует изменению температуры на 1°С, десятки градусов имеют на ленте цифровые обозначения. Вертикальные дуги служат для отсчета времени.
На ленте для суточного термографа расстояние между двумя дугами соответствует 15мин., а на лентах для недельного термографа 2 часа.

3.3. ИЗМЕРЕНИЕ И РЕГИСТРАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ВОЗДУХА НА МЕТЕОСТАНЦИЯХ

На метеостанциях температура воздуха измеряется в градусах Цельсия (°С) на высоте 2м от поверхности земли. Отсчеты показаний проводятся с точностью до 0,1°С. Для защиты от осадков, сильных порывов ветра, а также от непосредственного воздействия солнечной радиации и теплового излучения земной поверхности приборы для измерения и регистрации температуры воздуха размещаются на метеорологической площадке в специальной защитной, так называемой, психрометрической будке (рис. 3.5).

Три стенки и дверцы будки сделаны из двойных жалюзи. Пластинки жалюзи крепятся на расстоянии 25 мм друг от друга под углом 45° к вертикали стенки. Жалюзи защищают термометры, установленные в будке, от попадания прямых солнечных лучей и вместе с тем обеспечивают свободный доступ воздуха. Потолок будки сделан сплошным, дно состоит из трех досок, средняя доска укреплена выше других и перекрывает зазор между ними. Над потолком будки для уменьшения ее нагрева укреплена крыша, имеющая небольшой скат. Внутренние размеры будки: высота 525 мм, ширина 160 мм, глубина 290 мм. Внутри будки к средней доске пола прикреплен железный штатив, на котором устанавливаются два психрометрических термометра (сухой слева и смоченный справа) и между ними при помощи винтов закрепляется волосной гигрометр. В нижней части штатива на железных планках в горизонтальном положении резервуарами к востоку лежат максимальный и минимальный термометры. Причем минимальный строго горизонтально, а максимальный с неболь-
шим наклоном в сторону резервуара. На нижней перекладине штатива имеется кольцо, в которое вставляется психрометрический стаканчик с дистиллированной водой. Для уменьшения нагревания будку красят в белый цвет. При установке дверцу ориентируют на север, чтобы во время измерений солнечные лучи не попадали на термометры. Для измерения температуры на строго определенной высоте будку устанавливают так, чтобы резервуары термометров были на высоте 2 м от поверхности почвы.

Наблюдения по приборам в психрометрической будке производятся в следующем порядке:

  1.  Отсчитывают и записывают показания:
    •  сухого и смоченного термометров;
    •  гигрометра;
    •  минимального термометра по концу спирта (“спирт”) и по концу штифта (“штифт”);
    •  максимального термометра.
  2.  Встряхивают максимальный термометр и после этого отсчитывают его показания.
  3.  Подводят штифт минимального термометра к поверхности спирта в капилляре.
  4.  Повторно отсчитывают показания сухого термометра.

В полученные результаты измерений вводят поправки и записывают в книжку КМ-1.

В другой защитной будке на метеорологической площадке устанавливаются термограф и гигрограф. Эта будка отличается от психрометрической только несколько большими размерами (внутренние размеры будки 605460460мм). Внутри будки укрепляются две полки. Нижняя, на которой установлен термограф, расположена так, что чувствительный элемент (биметаллическая пластинка) термографа находится на высоте 2 м от поверхности земли. На верхней полке установлен гигрограф. Запас лент для термографа и гигрографа хранится в самой будке, чтобы после заправки ленты на барабан длина ее не менялась при изменении влажности воздуха.

3.4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Оборудование: термометры (психрометрический, максимальный, минимальный), термограф.

3.4.1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

  1.  Ознакомиться с устройством термометров для измерения температуры воздуха.
  2.  Определить цену деления шкалы и ее пределы для каждого термометра.
  3.  Ознакомиться с устройством психрометрической будки и установкой приборов в ней.
  4.  Сделать отсчет по психрометрическому термометру, ввести в его показания инструментальную поправку из приложенного к нему поверочного свидетельства (сертификата).
  5.  Ознакомиться с методикой наблюдений по минимальному термометру. Для этого необходимо охладить его резервуар каким-либо способом. Проследить за движением штифта во время охлаждения. После охлаждения выждать пока термометр вновь примет первоначальную температуру. Сделать отсчеты, записать их и внести поправки.
  6.  Ознакомиться с методикой наблюдений по максимальному термометру. Для этого нагреть его рукой до 30°С35°С. Выждав 34минуты, сделать отсчет и записать его, затем взять термометр за середину (резервуаром вниз) и сильным движением руки встряхнуть его несколько раз, пока его показания не будут соответствовать показаниям психрометрического термометра.
  7.  Ознакомиться с устройством и принципом работы термографа. Определить температуру по термографу.

Данные наблюдения записать в виде таблицы:




Наименование термометра

Отсчет

Поправка

Исправленная

величина

Психрометрический (сухой)

Максимальный

до встряхивания

после встряхивания

Минимальный

штифт

спирт

Термограф

дата, срок

3.4.2. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Каково назначение метеорологической площадки, ее размеры, ориентировка?
  2.  Как располагаются приборы на метеорологической площадке?
  3.  Какое назначение психрометрической будки, особенности ее устройства и установки?
  4.  Какие приборы размещаются в психрометрической будке?
  5.  Какой порядок наблюдений по приборам в психрометрической будке?
  6.  Что называется температурой воздуха, и как она наносится на карту погоды?
  7.  В каких шкалах измеряется температура воздуха (температура таяния льда и кипения воды по этим шкалам)?
  8.  Какая температура измеряется на метеостанциях?
  9.  На какой высоте от поверхности Земли измеряется температура воздуха и почему?
  10.  Какие имеются особенности устройства минимальных и максимальных термометров?
  11.  Почему в минимальных термометрах в качестве термометри-
    ческой жидкости используют спирт?
  12.  В каком положении устанавливаются минимальные и максимальные термометры в психрометрических будках?
  13.  С какой точностью снимают показания по термометрам на метеорологических станциях?
  14.  Что служит в термографе приемником температуры?
  15.  Где и как устанавливается термограф на метеорологической площадке?
  16.  Как называются прямые горизонтальные линии на ленте термографа, и чему соответствует каждое их деление?
  17.  Для чего служат на ленте термографа вертикальные дуги, и чему соответствует расстояние между двумя дугами на ленте суточного и недельного термографа?
  18.  В чем главное отличие суточного термографа от недельного?

3.4.3. Отчет по лабораторной работе

должен содержать:

  1.  Порядок выполнения работы.
  2.  Схемы термометров.
  3.  Отсчеты по термометрам в обработанном виде.
  4.  Контрольные вопросы и ответы на них.


4. ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В атмосферном воздухе всегда имеется водяной пар, содержание которого меняется по объему в пределах от 0 до 4%. Содержание водяного пара в воздухе, выраженное в абсолютных или относительных единицах, называется влажностью воздуха. Для ее количественной оценки используются следующие основные характеристики.

Упругость водяного пара (е)  это парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе, измеряемое в гектопаскалях (гПа) или в миллиметрах ртутного столба (мм рт.ст.). Различают фактическую упругость водяного пара (е) и максимально возможную упругость или упругость насыщения водяного пара при данной температуре (Е). Фактическая упругость находится в прямой зависимости от температуры испаряющей поверхности, а упругость насыщения − от температуры воздуха (таблица 4.1).

Таблица 4.1. Зависимость упругости насыщения от
температуры воздуха

t°C

30

20

10

0

10

20

30

40

Е гПа

0,5

1,2

2,9

6,1

12,3

23,4

42,4

73,8

Когда влажность воздуха соответствует упругости насыщения, воздух становится насыщенным и начинается процесс конденсации водяного пара.

Абсолютная влажность (а)  количество водяного пара в граммах, содержащееся в 1м3 воздуха (г/м3). Для насыщенного пространства абсолютная влажность называется насыщенным водяным паром или предельной влажностью ( А ).

Абсолютная влажность находится в прямой зависимости от температуры испаряющей поверхности, предельная влажность от температуры воздуха, что хорошо видно из таблицы 4.2.


Таблица 4.2. Зависимость предельной влажности от
    температуры воздуха

t°C

30

20

10

0

10

20

30

А г/м

0,3

1,1

2,3

4,9

9,4

17,3

30,4

Связь между упругостью водяного пара (е) и абсолютной влажностью ( а ) выражается соотношением:

при измерении ( е ) в мм рт.ст.:

      (4.1)

при измерении ( е ) в гПа:

      (4.2)

где   коэффициент объемного расширения воздуха

  

Удельная влажность (s)  количество водяного пара в граммах, содержащееся в 1 кг влажного воздуха (г/кг). Она связана с упругостью водяного пара следующим соотношением:

      (4.3)

где Р  давление воздуха.

Удельная влажность остается неизменной при нагревании, охлаждении, расширении или сжатии воздуха, если только не происходит конденсации или дополнительного испарения, что делает эту характеристику влажности удобной для расчетов.

Относительная влажность (f)  отношение фактической упругости водяного пара (е) к упругости насыщения (Е) при данной температуре, выраженное в процентах:

     (4.4)

или

     (4.5)

Относительная влажность указывает, насколько воздух при данной температуре близок или далек от состояния насыщения. Она находится в обратной зависимости от температуры воздуха.

Дефицит влажности или недостаток насыщения (d) разность между упругостью насыщения при данной температуре и фактической упругостью водяного пара.

d = E  e        (4.6)

Точка росы ( td )  это температура, до которой необходимо охладить воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар при постоянных значениях атмосферного давления и удельной влажности достиг состояния насыщения.

Если  t = td , то   е = Е,  f = 100 %

Точка росы всегда ниже температуры воздуха или равна ей.

Дефицит точки росы ( ∆td )  это разность между температу-
рой воздуха и точкой росы.

∆td  = t  td        (4.7)

Дефицит точки росы показывает, на сколько градусов надо охладить воздух, чтобы водяной пар, содержащийся в нем, стал насыщенным. С достаточной для практических целей точностью можно считать, что при ∆td  4°С воздух влажный, а при  ∆td  4°С   воздух сухой.

Для определения характеристик влажности имеются специальные психрометрические таблицы.

В практике метеорологических измерений приходится встречаться в первую очередь с упругостью водяного пара, относительной влажностью, точкой росы и дефицитом влажности. Наиболее распространенными методами измерения влажности воздуха являются психрометрический и гигрометрический, а наиболее распространенными приборами психрометры и волосные гигрометры.

4.2. Процессы, приводящие к насыщению

воздуха водяным паром

Степень насыщения воздуха водяным паром зависит от следующих факторов.

Температура воздуха. Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара необходимо для его насыщения. Поэтому понижение температуры воздуха является основным процессом, приводящим к насыщению воздуха водяным паром.

Агрегатное состояние испаряющей поверхности. При одной и той же температуре количество насыщающего пара больше над водной поверхностью и меньше надо льдом.

Кривизна испаряющей поверхности. При одной и той же температуре количество насыщающего пара над выпуклой поверхностью больше, чем над ровной поверхностью.

Все эти факторы играют важную роль в процессе образования и рассеивания туманов и облаков.

4.3. ПСИХРОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ

ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

Основным методом измерения влажности воздуха, принятым на сети метеорологических станций, является психрометрический метод. Определение влажности воздуха этим методом осуществляется по показаниям психрометра прибора, состоящего из двух термометров: сухого и смоченного. Приемная часть (резервуар) смоченного термометра обертывается батистом, находящимся в увлажненном состоянии. Поэтому с поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение, на которое затрачивается тепло. Сухой термометр показывает температуру воздуха в данный момент. Смоченный термометр показывает свою собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения воды с поверхности резервуара. Чем больше дефицит влажности, тем интенсивнее будет происходить испарение и, следовательно, тем ниже будут показания смоченного термометра. Характеристики влажности воздуха определяются по показаниям сухого и смоченного термометров по специальным психрометрическим таблицам.

Для измерения влажности воздуха используется два типа психрометров: станционный и аспирационный.

4.3.1. СТАНЦИОННЫЙ ПСИХРОМЕТР

Станционный психрометр (рис.4.1) состоит из двух психрометрических термометров, установленных вертикально в психрометрической будке. Шарик правого термометра плотно обвязан кусочком батиста, конец которого погружен в стеклянный стаканчик с дистиллированной водой. Стаканчик устанавливается в кольце держателя таким образом, чтобы закрывающая его крышка находилась на 23 см ниже резервуара термометра. За 1015 мин. до снятия отсчетов проводится дополнительное смачивание путем погружения резервуара термометра в стаканчик. Для определения влажности отсчитывают показания сухого и смоченного термометров, по которым в психрометрических таблицах находят упругость водяного пара, дефицит влажности, относительную влажность и точку росы. При понижении температуры ниже 0°C стаканчик с водой убирают из будки.
За 30 минут до отсчета резервуар смоченного термотермометра погружается в воду и выдерживается в ней до тех пор (несколько минут), пока его показания не станут выше 0°C и все частички льда на батисте растают.

Поэтому при вычислении влажности необходимо брать психрометрические таблицы, рассчитанные для воды или льда. Определение влажности по станционному психрометру проводится до температуры воздуха 10°С. При более низкой температуре определение характеристик влажности проводится по данным сухого термометра и гигрометра (“Психрометрические таблицы” табл.1). В психрометрических таблицах (табл.2) приводятся готовые значения t, e, f, d для различных значений температуры по сухому (t) и смоченному (t) термометрах при атмосферном давлении 1000гПа. Если давление больше или меньше 1000гПа, к характеристикам влажности вводятся поправки. Поправку к упругости водяного пара находят в таблице3 психрометрических таблиц по величине атмосферного давления и разности показаний сухого и смоченного термометров. При давлении меньше 1000гПа, эта поправка положительная, если давление больше 1000 гПа, ее вводят со знаком минус.

4.3.2. АСПИРАЦИОННЫЙ ПСИХРОМЕТР

Принцип действия аспирационного психрометра такой же, как и станционного, но он содержит аспирационное устройство, обеспечивающее протяжку воздуха вдоль резервуаров термометров с постоянной скоростью 2 м/с. Это в значительной мере исключает влияние скорости ветра на показания психрометра. Аспирационные психрометры выпускаются двух типов: аспираторы с пружинным механизмом и с электродвигателем. Аспираторы взаимозаменяемы.

Аспирационный психрометр (рис.4.2) состоит из двух психрометрических термометров, отличающихся от термометров станционного психрометра несколько меньшими размерами и цилиндрической формой резервуара. Цена деления шкалы такая же, как у станционного психрометра 0,2°С.

Термометры аспирационного психрометра (1, 2) помещены в металлическую оправу 3. Резервуары термометров защищены двойными металлическими трубочками 4 и 5, которые через раструб соединены в одну центральную трубку 6. На верхний конец центральной трубки навинчена головка психрометра, представляю-
щая собой никелированный колпачок с расположенным под ним аспиратором. В нижней части головки имеются прорези 7, через которые выбрасывается наружу воздух, просасываемый аспиратором. Трубочки, защищающие резервуары термометров, присоединены к центральной трубке при помощи колец 8 и 9, изготовленных из плохого проводника тепла эбонита или пластмассы. Резервуар правого (смоченного) термометра обернут батистом, коротко обрезанным под резервуаром.

Прибор тщательно отполирован и никелирован. Благодаря этому, он хорошо отражает солнечные лучи и может устанавли-
ваться на открытом воздухе, без какой-либо дополнительной защиты. Перед наблюдением психрометр выносят из помещения зимой за
30 минут, а летом за 15 минут. Батист правого термометра смачивают с помощью резиновой пипетки 10 с зажимом 11, летом за 4 минуты, а зимой за 30 минут до срока наблюдения. После смачивания заводят аспиратор, который в момент наблюдения должен работать полным ходом. Поэтому зимой за 4 минуты до отсчета нужно вторично завести аспиратор. При сильном ветре (более 4 м/с) скорость аспирации нарушается, поэтому на аспиратор с наветренной стороны надевают ветровую защиту 12. Для подвешивания прибора используется специальный металлический стержень.

Характеристики влажности воздуха по данным аспирацион-
ного психрометра определяются по психрометрическим таблицам. Вычисления в принципе не отличаются от ранее приведенных для станционного психрометра. Но, при вычислении поправки на давление, необходимо пользоваться таблицей 4. Эти поправки при любом давлении положительны.

4.4. ГИГРОМЕТРы

относительная влажность на метеорологических станциях определяется с помощью гигрометров. Принцип действия гигрометров основан на свойстве органической (животной) пленки или обезжиренного человеческого волоса изменять свои размеры в зависимости от изменения влажности воздуха.

4.4.1. ВОЛОСНОЙ ГИГРОМЕТР

Основной частью волосного гигрометра (рис. 4.3) является обез-
жиренный (обработанный в эфире и спирте) человеческий волос 1.

При уменьшении относительной влажности волос 1, укрепленный на раме, укорачивается, при увеличении − удлиняется. Верхний конец волоса прикреплен к регулировочному винту 3, с помощью которого можно менять положение стрелки 7 на шкале гигрометра 9. Нижний конец волоса соединен с блоком в виде дужки 4, сидящей на стержне 5. Грузик 6 этого блока служит для натяжения волоса. На оси блока 8 укреплена стрелка 7, свободный конец которой при изменении влажности перемещается по шкале. Цена деления гигрометра 1% относительной влажности. Деления на шкале неравномерны: при небольших значениях они крупнее, а при больших меньше. Применение такой шкалы обусловлено тем, что изменение длины волоса идет быстрее при малых величинах влажности и медленнее при больших ее значениях. Погрешность показаний гигрометра составляет 7% при положительных температурах, при сильных морозах − до 30%. Гигрометры устанавливаются в психрометрических будках и рассчитаны на работу при температурах окружающего воздуха от 50°С до +55°С.

4.4.2. ПЛЕНОЧНЫЙ ГИГРОМЕТР

Принцип действия пленочного гигрометра основан на свойстве гигроскопической органической пленки изменять свои линейные размеры при изменении относительной влажности воздуха. Прибор (рис. 4.4) состоит из чувствительного элемента влажности 1, передаточной системы 2, стрелки 4, шкалы 5 и металлической рамки 7, на которой крепятся узлы и детали прибора. Деформация пленки с помощью передаточного механизма преобразуется в перемещение стрелки относительно шкалы прибора. Постоянное натяжение пленки обеспечивается грузиком 3. Шкала пленочного гигрометра имеет равномерные деления. Начальная установка стрелки на нужное деление шкалы производится вращением винтов 6, крепящих чувствительный элемент к рамке прибора. Гигрометры устанавливаются в психрометрических будках и рассчитаны на работу в диапазоне температур от 60°С до +35°С. Изменения натяжения пленочного датчика при различной влажности неодинаковы, поэтому показания гигрометра необходимо переводить в значения относительной влажности, пользуясь градуировочным графиком. Особо важны наблюдения по гигрометру в зимнее время, когда этот прибор нередко остается единственным для определения влажности воздуха. Поэтому в осенние месяцы гигрометры тщательно регулируют и строят переводной график, которым и пользуются в течение всей зимы.

4.4.3. ГИГРОГРАФ

Для непрерывной регистрации изменений влажности воздуха служат самописцы − гигрографы. Они выпускаются суточными и недельными и бывают волосные и пленочные.

Приемной частью волосного гигрографа (рис. 4.5) является пучок обезжиренных человеческих волос 1, прикрепленный к раме, изменение длины которого с помощью системы рычагов 3, 4 передается на стрелку 5 и на перо 6. В средней части пучок оттянут при помощи крючка 2, соединенного с осью криволинейного рычага 3, вращающегося около горизонтальной оси. Криволиней-
ный рычаг 3 скользит по другому криволинейному рычагу 4, соединенному общей осью с длинной стрелкой 5, имеющей на конце перо 6. Кривизна криволинейных рычагов рассчитана так, чтобы обеспечить равномерное перемещение пера на ленте при неравномерных изменениях длины пучка волос. Таким образом, деления на ленте по всей шкале влажности в отличие от шкалы волосного гигрометра остаются одинаковыми. Для регулировки гигрографа служит винт 7, с помощью которого можно сблизить между собой концы пучка волос или удалить их друг от друга.

В пленочном гигрографе датчиком является круглая мембрана, изготовленная из специально обработанной гигроско-
пической органической пленки. В остальном принцип его устройства и действия аналогичен волосному.

Гигрографы устанавливается на метеорологической площадке в психрометрической будке вместе с термографом: термограф на нижней полке, гигрограф на верхней. Отсчеты по ленте гигрографа снимаются с точностью до 1%.

4.5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Оборудование: станционный психрометр, аспирационный психрометр, дистиллированная вода, пипетка для смачивания, штатив для крепления психрометра, психрометрические таблицы, гигрометр, гигрограф.

4.5.1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

  1.  Ознакомиться с психрометрическими таблицами путем проработки пояснений к ним и разбора примеров. Пользуясь психрометрическими таблицами, определить характеристики влажности воздуха (td, е, f, d, E ) для следующих случаев:


Вид

психрометра

Агрегатное

состояние

воды

t

t'

Р,

гПа

td

е,

гПа

f

d,

гПа

Е,

гПа

Волосной

гигрометр

-22,7

88

Станционный

лед

-8,1

-10,2

1038

Станционный

вода

-8,1

-10,2

1038

Станционный

вода

27,8

17,4

948

Аспирационный

вода

25,8

19,4

1028

  1.  Ознакомиться с устройством и зарисовать схему станционного психрометра.
  2.  Ознакомиться с устройством и зарисовать схему аспирационного психрометра, на которой указать стрелками пути движения воздуха в приборе.
  3.  По станционному психрометру отсчитать и записать показания сухого и смоченного термометров. При наблюдениях быстро отсчитывают и записывают десятые доли градусов и только после этого целые градусы. Ввести поправки в показания термометров.
  4.  По исправленным показаниям сухого и смоченного термометров и заданной преподавателем величине давления с помощью психрометрических таблиц определить характеристики влажности воздуха.

Результаты наблюдений записать в виде таблицы:


Сухой термометр

Смоченный

термометр

Характеристики

влажности

отсчет

поправ-
ка

испр.

велич.

отсчет

поправ-
ка

испр.

велич.

td

e

f

d

E

Атмосферное давление

Поправка ∆e

Исправленные значения характеристик

влажности

  1.  Ознакомиться с устройством гигрометра и зарисовать его схему.
    Определить относительную влажность по гигрометру.
  2.  Ознакомиться с устройством гигрографа.

Определить относительную влажность по ленте гигрографа.

Дата, время:

Волосной гигрометр

Гигрограф

отсчет

поправка

испр. велич.

отсчет

поправка

испр. велич.

4.5.2. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Что называется влажностью воздуха?
  2.  Дать определения:
    •  упругости водяного пара;
    •  абсолютной влажности;
    •  удельной влажности;
    •  относительной влажности;
    •  дефицита влажности;
    •  точки росы;
    •  дефицита точки росы;
  3.  Какая характеристика влажности воздуха наносится на карту погоды, и с какой точностью?
  4.  При каких значениях дефицита точки росы воздух считается сухим (влажным)?
  5.  От каких факторов и как зависит степень насыщения воздуха водяным паром?
  6.  Где устанавливается станционный психрометр?
  7.  От чего зависят показания сухого и смоченного термометров?
  8.  При какой температуре наблюдения по психрометру не производятся?
  9.  Могут ли отсчеты температуры по сухому и смоченному термометрам быть одинаковыми, и в каком случае?
  10.  В чем заключается основное отличие аспирационного психрометра от станционного?
  11.  Почему шкала волосного гигрометра неравномерная?
  12.  С какой точностью определяется относительная влажность по волосному гигрометру?
  13.  Где устанавливаются гигрографы?

4.5.3. Отчет по лабораторной работе

должен содержать:

  1.  Порядок выполнения работы.
  2.  Выполненные примеры.
  3.  Краткие описания и схемы станционного и аспирационного психрометров, гигрографа и гигрометра.
  4.  Результаты наблюдений.
  5.  Контрольные вопросы и ответы на них.


5. ИЗМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

На все предметы, находящиеся в атмосфере, и на земную поверхность атмосфера оказывает давление своим весом.

Атмосферным давлением ( Р ) называется сила, действующая на единицу горизонтальной поверхности (см2), вызываемая весом столба воздуха, простирающегося через всю атмосферу.

Атмосферное давление представляет собой одну из наиболее важных физических характеристик атмосферы. Изменение давления в пространстве и во времени связано с развитием основных атмосферных процессов. В частности, неоднородность распределения давления по горизонтали является причиной возникновения воздушных течений. Данные об атмосферном давлении находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства и, особенно, в авиации.

Атмосферное давление, измеренное на метеорологических станциях и приведенное к уровню моря, наносится на приземные метеорологические карты, отражающие фактическое состояние погоды у поверхности земли в определенный момент времени.

В качестве единиц изренения давления используются гектопаскали (гПа), миллибары (мб) и миллиметры ртутного столба (мм рт.ст.).

В системе СИ за единицу давления принят Паскаль (Па) это давление, вызванное силой в 1 ньютон, равномерно распределенной по поверхности 1 м2.

100 Па = 1 гПа

1 миллибар (мб) это сила в 100 дин, оказывающая давление на площадь 1 см2.  

1 гПа = 1 мб

Гектопаскаль и миллибар это абсолютные единицы измерения давления.

мм рт.ст. это относительная единица измерения давления, так как в этом случае сила измеряется единицей длины.

1 мм рт.ст. = 1,333 гПа или 4/3 гПа

1 гПа = 0,75 мм рт.ст. или 3/4 мм рт.ст.


В Соединенных Штатах Америки и в Канаде атмосферное давление измеряется в дюймах ртутного столба (inches in) in Hg

1 in Hg = 25,4 мм рт.ст.

1 in Hg = 33,864 гПа (мб)

В стандартной атмосфере на уровне моря при температуре воздуха +15°С давление равно:  760 мм рт.ст.

1013,25 гПа (мб)

29,92 in Hg

Для перевода давления из миллиметров ртутного столба в гектопаскали необходимо величину давления в мм рт.ст. умножить на 4/3 (на 1,333). Для перевода давления из гПа в мм рт.ст. надо величину давления в гПа умножить на 3/4 (на 0,75).

Для того, чтобы давление, измеренное на разных станциях, можно было сравнивать друг с другом, нужно исключить влияние высоты на показания приборов, измеряющих давление. С этой целью давление приводится к уровню моря. Для приведения давления Рн к уровню моря или к уровню ВПП (т.е. опредения Ро) применяется формула Лапласа (ее называют барометрической или гипсометрической):

   (5.1)

где Н    высота в метрах;

Ро    давление на нижнем уровне;

Рн     давление на высоте Н;

  средняя температура слоя воздуха;

= 0,004 коэффициент объемного расширения воздуха.

Для небольших разностей высот (менее 1000м) можно пользоваться формулой Бабине:

  (5.2)


Изменение давления с высотой можно приближенно оценивать, используя понятие барической ступени ( h ) – высоты, на которую нужно подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на единицу (1 гПа  или  мм рт.ст.).

Величина барической ступени в приземном слое воздуха определяется по формуле:

    (5.3)

По известной величине барической ступени приведение давления к уровню моря (без особой точности) проводится по формуле:

    (5.4)

В сводках фактической погоды по аэродрому указывается давление QNH (Question normal height) – давление аэродрома, приведенное к среднему уровню моря по условиям стандартной атмосферы (СА). Расчет QNH проводится по значениям давления на аэродроме () и высоты аэродрома над уровнем моря ().

Для вычисления QNH необходимо:

  1.  по измеренной величине () по таблице СА (табл. 5.1) найти значение стандартной барометрической высоты (), соответст-
    вующей данному давлению ();
  2.  найти алгебраическую разность высоты () между стандартной барометрической высотой () и высотой аэродрома над уровнем моря ();

     (5.5)

  1.  по таблице СА найти значение давления, соответствующее полученной разности (). Полученное значение и будет величиной QNH.


Таблица 5.1. Таблица стандартной атмосферы

Н,м

Р,гПа

Н,м

Р,гПа

Н,м

Р,гПа

Н,м

Р,гПа

Н,м

Р,гПа

Н,м

Р,гПа

*–340

1054,6

*–180

1035,0

*–20

1015,6

*140

996,6

*300

977,8

*460

959,3

-335

1054,0

–175

1034,4

–15

1015,0

145

996,0

305

977,2

465

958,7

–330

1053,4

–170

1033,8

–10

1014,4

150

995,1

310

976,6

470

958,0

–325

1052,8

–165

1033,2

–5

1013,8

155

994,8

315

976,0

475

957,4

*–320

1052,2

*–160

1032,6

*0

1013,2

*160

994,2

*320

975,5

*480

956,8

–315

1051,6

–155

1032,0

5

1012,6

165

993,6

325

974,9

485

956,2

–310

1051,0

–150

1031,4

10

1012,0

170

993,0

330

974,3

490

955,7

–305

1050,4

–145

1030,8

15

1011,4

175

992,4

335

973,7

495

955,1

*–300

1049,8

*–140

1030,2

*20

1010,8

*180

991,8

*340

973,1

*500

954,5

–295

1049,2

–135

1029,5

25

1010,4

185

991,3

345

972,6

505

954,0

–290

1048,6

–130

1028,9

30

1009,7

190

990,7

350

972,0

510

953,4

–285

1048,0

–125

1028,3

35

1009,1

195

990,1

355

971,4

515

952,8

*–280

1047,3

*–120

1027,7

*40

1008,5

*200

989,5

*360

970,8

*520

952,2

–275

1046,6

–115

1027,1

45

1007,9

205

988,9

365

970,2

525

951,7

–270

1046,0

–110

1026,5

50

І007,3

210

988,3

370

969,6

530

951,1

–265

1045,4

-105

1025,9

55

1006,7

215

987,7

375

969,1

535

950,5

*–260

1044,8

*–100

1025,3

*60

1006,1

*220

987,1

*380

968,5

*540

950,0

–255

1044,2

–95

1024,7

65

1005,5

225

986,6

385

967,9

545

949,4

–250

1043,6

–90

1024,1

70

1004,9

230

986,0.

390

967,3

550

948,8

–245

1043,0

–85

1023,5

75

1004,3

235

985,1

395

966,8

555

948,3

*–240

1042,4

*–80

1022,9

*80

1003,7

*240

984,8

*400

966,2

*560

947,7

–235

1041,8

–75

1022,3

85

1003,1

245

984,2

405

965,6

565

947,1

–230

1041,1

–70

1021,7

90

1002,5

250

983,6

410

965,0

570

946,6

–225

1040,5

–65

1021,1

95

1001,9

255

983,0

415

964,4

575

946,0

*–220

1039,9

*–60

1020,5

*100

1001,3

*260

982,4

*420

963,9

*580

945,4

–215

1039,3

–55

1019,9

105

1000,7

265

981,9

425

963,3

585

944,8

–210

1038,7

–50

1019,3

110

1000,1

270

981,3

430

962,7

590

944,3

–205

1038,1

–45

1018,7

115

999,5

275

980,7

435

962,2

595

943,7

*–200

1037,5

*–40

1018,1

*120

998,9

*280

980,2

*440

961,6

*600

943,2

–195

1036,8

–35

1017,5

125

998,3

285

979,6

445

961,0

–190

1036,2

–30

1016,8

130

997,8

290

979,0

450

960,4

–185

1035,6

–25

1016,2

135

997,2

295

978,4

455

959,9

Примечание. Звездочкой (*) обозначено давление стандартной атмосферы по таблице ІСАО, без звездочки – давление проинтерполированное


Например:

Высота аэродрома над уровнем моря , атмосферное давление на уровне аэродрома .

Вычисление QNH:

  1.  по таблице СА  соответствует ;
  2.  ;
  3.  по таблице СА  соответствует давлению 1012 гПа, т.е. QNH=1012 гПа.

5.2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО

ДАВЛЕНИЯ

Для измерения атмосферного давления применяется несколько видов приборов, называемых барометрами. Наиболее распространенные ртутные и металлические барометры.

Действие ртутных барометров основано на том, что атмосферное давление уравновешивается весом столба ртути соответствующей высоты.

Металлические барометры-анероиды измеряют атмосферное давление по величине деформации упругой металлической коробки, из которой выкачан (удален) воздух. Эта деформация пропорциональна деформирующему усилию, т.е. изменению приложенного к коробке давления.

Для непрерывной регистрации колебаний атмосферного давления применяются барографы.

По своему устройству ртутные барометры делятся на три типа: чашечные, сифонные и сифонно-чашечные. На метеороло-
гических станциях в качестве основного прибора для изменения атмосферного давления применяются чашечные барометры.

Измерение давления с помощью ртутного барометра сводится к определению с необходимой точностью (до десятых, а в некоторых случаях до сотых долей миллиметра или гектопаскаля) высоты столба ртути, который уравновешивает силу атмосферного давления.

5.2.1. БАРОМЕТР СТАНЦИОННЫЙ ЧАШЕЧНЫЙ

Станционный чашечный барометр (рис.5.1) состоит из прямой запаянной сверху стеклянной трубки 6, заполненной очищенной ртутью. Нижний открытый конец трубки при помощи шайбы-втулки 10 с винтовой нарезкой укреплен в крышке пластмассовой или чугунной чашки 9. Эта чашка состоит их трех свинчивающихся частей: нижней, средней и верхней. Средняя часть 11 имеет перегородку (диафрагму) с несколькими отверстиями. Диафрагма исключает резкие колебания ртути в чашке (при перевозке), при которых в барометрическую трубку может проникнуть воздух. Уровень ртути в чашке находится несколько выше перегородки. Чтобы находящаяся в чашке ртуть сообщалась с наружным воздухом (в противном случае барометр не будет реагировать на изменение атмосферного давления), в верхней части чашки сделано небольшое отверстие, закрываемое винтом 8, отвернутом при рабочем состоянии барометра на 23 оборота.

Стеклянная барометрическая трубка имеет длину около 80 см и внутренний диаметр около 7,3 мм. В верхней части трубки над ртутью имеется вакуум крайне разреженное (безвоздушное) пространство (давление не более 10 гПа). Благодаря этому, под действием давления, которое оказывает воздух на свободную поверхность ртути в чашке, ртуть вытесняется из нее в трубку и поднимается до определенной высоты, при которой вес ртутного столба оказывается равным атмосферному давлению. Трубка помещена в металлическую оправу 4, привинченную к чашке барометра.

Оправа барометра предохраняет стеклянную трубку от повреждений и, кроме того, служит опорой ряду приспособлений, необходимых для измерения высоты ртутного столба. На верхний конец оправы навинчен колпачок с кольцом 1 для крепления прибора.

В верхней части оправы 4 сделана сквозная вертикальная прорезь, позволяющая наблюдать за положением верхнего уровня (мениска) ртути в стеклянной трубке. На левой части оправы находится кольцо с укрепленным на нем нониусом 2, с помощью которого и определяется высота ртутного столба.

Нониус представляет собой передвижную вспомогательную шкалу, с помощью которой проводится отсчет десятых долей делений основной шкалы барометра. Нулевое деление нониуса совпадает с нижним его срезом, служащим для наводки на мениск ртутного столба. При выполнении измерений визирная линия должна проходить через нуль нониуса и касаться вершины мениска ртути. Перемещение нониуса по вертикали вдоль шкалы барометра осуществляется с помощью кремальеры 5. Шкала барометра градуирована в гектопаскалях или в миллиметрах ртутного столба.

Для предохранения шкалы от загрязнения верхняя часть оправы защищена стеклянной или целлулоидной трубкой 3.


В средней части оправы 4 сделана вторая прорезь, в которую вставлен термометр 7, с помощью которого определяют температуру барометра. Цена деления термометра при барометре или термометра атташе 1°С.

Нуль шкалы барометра должен совпадать с уровнем ртути в трубке. Однако при колебаниях давления этот уровень меняется. Для исключения связанных с этим ошибок в чашечном барометре применяется компенсированная шкала. Расчет ее сделан на основании следующих соображений. Изменение уровня ртути зависит от соотношения площадей барометрической трубки и чашки. Это соотношение при изготовлении барометра делается равным 1:50. Если ртуть в трубке при повышении давления поднимется на 1гПа, то уровень ртути в чашке опустится на 1/50гПа. Следовательно, каждое деление шкалы должно быть уменьшено на 1/50, т.е. на
0,02гПа. У станционных барометров со шкалой в гектопаскалях длина деления равна 0,735мм, а с миллиметровой шкалой –
0,98 мм.

Ртутный барометр устанавливается в служебном помещении метеорологической станции на капитальной стене в особом трехгранном шкафчике (рис. 5.2), боковые стенки которого в то же время являются створками. При наблюдениях створки широко открываются и не мешают наводке нониуса и проведению отсчета.

В шкафчике барометр подвешивают за кольцо к специальному крюку с гайкой, прилагаемых к барометру. Барометр не должен подвергаться резким колебаниям температуры, поэтому шкафчик с барометром нельзя помещать вблизи обогревательных систем и других источников тепла, оконных проемов и дверей, его следует предохранять от попадания прямых солнечных лучей. Чашка барометра должна находиться на высоте 7075см над полом, чтобы наблюдатель мог свободно отсчитать показания барометра. Чтобы мениск ртути в барометрической трубке был хорошо виден, на задней стенке шкафчика, против прорези в оправе, наклеивается чистый лист белой бумаги. С этой же целью в заднюю стенку шкафчика вставляется матовое стекло, освещаемое небольшой электрической лампочкой, помещенной между шкафчиком и стеной комнаты.

Измерения по станционному барометру проводятся в следующем порядке:

  1.  Открывают шкаф и включают освещение.
  2.  Отсчитывают температуру по термометру при барометре с точностью до десятых долей градуса.
  3.  Слегка постукивают пальцем по оправе барометра, препятствуя сцеплению ртути со стенками трубки и придавая мениску ртути в барометрической трубке нормальную форму (ртутный столбик должен быть выпуклым).
  4.  Подводят нониус сверху до момента кажущегося касания его срезов вершины мениска ртути в барометрической трубке (по краям должны оставаться небольшие просветы). При этом глаз должен находиться на визирной линии, проходящей через нуль нониуса и задний срез кольца нониуса.
  5.  Отсчитывают показания барометра. Целые деления по шкале, а десятые доли по номеру деления нониуса, который совпадает с одним из делений шкалы. Результаты измерений записывают в книжку КМ-1.

ВВЕДЕНИЕ ПОПРАВОК

Для получения действительной величины атмосферного давления на уровне станции в отсчет по барометру вводятся три поправки:

а) инструментальная поправка барометра;

б) поправка на приведение показаний барометра к температуре 0°С
(поправка на температуру);

в) поправка на приведение показаний барометра к стандартной силе
тяжести (поправка на ускорение силы тяжести).

Инструментальная поправка зависит от качества изготовления барометра и последующего ухода за ним.

При серийном производстве барометры могут иметь, в пределах допуска, некоторые неточности. Для исключения такой погрешности вводится инструментальная поправка. Первоначально она определяется в бюро поверки, а затем через каждые 3 года корректируется инспектором на месте установки барометра. Инструментальная поправка определяется на основании сравнения показаний станционного барометра с показаниями контрольного или инспекторского барометра и указывается в сертификате, прилагаемом к прибору.

Поправка на приведение показаний барометра к температуре 0°С обусловлена изменением плотности ртути в зависимости от ее температуры. При повышении температуры высота ртутного столба, при неизменном давлении, увеличивается, при понижении уменьшается. Следовательно, при одинаковом давлении, но при разных температурах, показания барометра будут различными. Поэтому на всех метеостанциях в отсчет по барометру вводится температурная поправка показания барометра приводятся к температуре 0°С. Это может быть сделано по следующей формуле:

ΔHt = 0,000163 Ht  t      (5.6)

где

ΔHt

–

поправка на приведение показаний барометра к 0°С;

Ht

–

отсчет по барометру с инструментальной поправкой, указанной в сертификате;

t

–

отсчет по термометру при барометре с поправкой;

0,000163  –  постоянный   коэффициент,   характеризующий

температурное расширение ртути с учетом изменения длины латунной шкалы

При температуре выше 0°С поправка на температуру берется со знаком минус, а при температуре ниже нуля со знаком плюс.
В повседневной работе станций приведение показаний барометра к температуре 0°С проводится с помощью специальной таблицы.

Поправка на приведение показаний барометра к стандартной силе тяжести. Ускорение силы тяжести, определяемое расстоянием от центра Земли, имеет наибольшее значение на полюсах, наименьшее у экватора. Кроме того, оно зависит от высоты места над уровнем моря: с высотой ускорение силы тяжести уменьшается. Соответственно будет меняться вес ртути и высота столба ртути в барометрической трубке при одном и том же давлении. Для сравнимости всех наблюдений над давлением, проведенных на различных широтах и на различных высотах над уровнем моря, их приводят к стандартной силе тяжести. За стандартное значение принято ускорение силы тяжести на широте 45° и на уровне моря. При одинаковом давлении в низких широтах (от 0° до 45°) показания ртутного барометра оказываются завышенными, а в высоких (от 45° до 90°) занижен-
ными по сравнению с широтой 45°. С поднятием вверх от уровня моря показания также будут несколько завышены. Таким образом, поправка на ускорение силы тяжести в зависимости от широты места будет положительной в высоких широтах и отрицательной в низких.

Поправка на ускорение силы тяжести в зависимости от высоты над уровнем моря будет отрицательная на всех высотах, имеющих абсолютную отметку выше уровня моря.

Для данной географической широты и высоты над уровнем моря сила тяжести с течением времени не меняется, поэтому поправка на приведение давления к стандартной силе тяжести для каждой отдельной станции всегда остается неизменной. В течение сравнительно продолжительного времени остается неизменной также и инструментальная поправка. Поэтому эти поправки (инструментальную и на силу тяжести) объединяют в одну поправку, которая называется постоянной.

Таким образом, практически, наблюдателю приходится вводить только две поправки к отсчетам по ртутному барометру: постоянную и поправку на приведение показаний барометра к температуре 0°С (температурную поправку).


5.2.2. АНЕРОИД

Наряду с ртутными барометрами для измерения атмосферного давления используются также металлические барометры-анероиды. Последние чаще всего применяются в экспедиционных условиях, так как они очень просты в обращении и весьма удобны при перевозке. По точности показаний анероиды заметно уступают ртутным барометрам.

Принцип действия анероида основан на упругой деформации приемника под влиянием изменений атмосферного давления. В качестве приемника используется металлическая анероидная коробка ( А ) (рис. 5.3).

Воздух из коробки выкачивается почти полностью. Для того, чтобы коробка не сплющивалась давлением окружающего воздуха, сильная пружина (Б) оттягивает крышку коробки, приводя ее в равновесие. При увеличении внешнего давления крышка будет немного вдавливаться внутрь коробки, при уменьшении под действием пружины будет подниматься вверх. Величина деформации коробки при изменении давления очень мала (0,3 мм при изменении давления на 80 мм рт.ст.) Но при помощи системы рычагов эти незначительные колебания крышки коробки увеличиваются от 200 до 800 раз и передаются на стрелку (В), перемещающуюся вдоль шкалы с делениями. В верхней части анероида вмонтирован дугообразный термометр для измерения температуры прибора. Весь механизм анероида помещается в металлический или пластмассовый корпус со стеклянной крышкой.

В настоящее время выпускаются также беспружинные анероиды. Роль пружины в них выполняют упругие крышки коробки. Приемник давления в них состоит из нескольких коробок (бароблок).

Во время наблюдения анероид устанавливают в горизонтальное положение и открывают крышку футляра, в котором он находится.

Наблюдения проводят в следующем порядке:

  1.  Отсчитывают температуру по дугообразному термометру с точностью до 0,1°С.
  2.  Постучав слегка пальцем по стеклу анероида и, подождав пока успокоится стрелка, проводят отсчет показания давления с точностью  до 0,1 гПа или мм рт.ст. Постукивания по анероиду необходимы для преодоления трения в передаточном механизме.

Для получения действительной величины давления на уровне станции в показания анероида вводятся три поправки: шкаловая, температурная и добавочная.

Шкала анероидов делается по стандарту, но каждый отдельный прибор может иметь свои неточности в передаточном механизме, которые вызовут несовпадение показаний с действительным давлением. Это и вызывает необходимость введения шкаловых поправок.

Шкаловую поправку получают путем сравнения (по всей шкале) показаний анероида с показаниями точного ртутного барометра.

Температурная поправка вводится потому, что температура влияет на упругие свойства коробки и пружины. При повышении температуры их упругость уменьшается, в силу чего коробка сжимается сильнее, и анероид дает завышенные показания; при понижении температуры получается обратное явление. При введении поправки показания анероида приводят к температуре 0°С. Температурная поправка дается в виде коэффициента и указывает, насколько следует изменить показание анероида на каждый градус отсчитанной температуры.


Для уменьшения температурного коэффициента при изготовлении анероида его компенсируют на температуру. Компенсация достигается тем, что в анероидной коробке оставляется некоторое количество газа, упругость которого при нагревании прибора возрастает и тем самым компенсирует сжатие коробки. При охлаждении прибора происходит обратное явления.

Добавочная поправка вызывается постепенным изменением упругих свойств анероидной коробки. Эта поправка со временем, вследствие все большего изменения структуры материала коробки и износа передаточных рычагов, меняется. Для уточнения величины добавочной поправки проводят системати-
ческое сравнение показаний анероида с показаниями ртутного барометра.

5.2.3. БАРОГРАФ

Для непрерывной регистрации атмосферного давления применяется барограф (рис. 5.4).

Этот прибор, так же как термограф и гигрограф, состоит из трех основных частей: приемника, передающего механизма и регистрирующей части.


Приемной частью барографа служит система анероидных коробок, скрепленных между собой винтовыми соединениями в виде столбика. Для того чтобы коробки, из которых воздух выкачивается почти полностью, не сплющивались внешним давлением, внутри каждой из них помещена пружина в виде рессоры. Роль пружины могут выполнять также стенки самих коробок при специальном их изготовлении. Верхняя коробка соединяется с рычагом передающего механизма. Величина деформации коробок очень мала, но при передаче на перо она увеличивается с помощью рычагов в 80 раз. Для уменьшения влияния температуры на показания барографа в его нижней части вмонтирован биметаллический компенсатор, изготовленный путем сварки стальной и медной пластинок. Нижний конец столбика свинченных анероидных коробок упирается в компенсатор. При повышении температуры упругость пружин внутри коробок ослабевает, и барограф должен показать величину давления больше действительного. Но этого не произойдет, так как при повышении температуры биметаллическая пластинка прогнется немного кверху, вследствие разных коэффициентов расширения меди и стали. Вместе с ней поднимается и весь столбик коробок. Таким образом, уменьшение длины столбика коробок, происшедшее вследствие повышения температуры, компенсируется действием компенсатора. Иногда вместо биметаллического компенсатора в анероидных коробках оставляют немного газа, который также оказывает компенсирующее действие.

Регистрирующая часть барографа представляет собой барабан с часовым механизмом внутри. На барабан накладывается бумажная лента, на которой нанесены горизонтальные и дугообразные деления сверху вниз. Горизонтальные линии (изобары) соответствуют атмосферному давлению в гПа или
в мм рт.ст. дугообразные интервалам времени. Если самописец недельный, то дугообразные деления на ленте проводятся через
2 часа. В суточных барографах дугообразные деления проводятся через 15 минут. Все  части  барографа  помещены  в  пластмассовом футляре с откидной остекленной крышкой. В дне футляра имеется отверстие, в котором находится четырехгранный винт. Вращая этот винт при помощи специального ключа, прилагаемого к прибору, можно переместить весь столбик анероидных коробок по высоте и установить перо на нужном делении ленты.

Устанавливается барограф рядом с ртутным барометром на полочке, прикрепленной к стене на высоте 130140 см от поверхности пола. Показания барографа нужно систематически сравнивать с данными ртутного барометра.

В сроки наблюдений по записи недельного барографа определяют барическую тенденцию, т.е. величину, знак и характеристику изменения давления за последние три часа. Она вычисляется как разность между давлением на станции в срок наблюдения и в предыдущий срок (три часа назад). Если давление в срок наблюдения больше, чем в предыдущий срок, то барическая тенденция считается положительной (+), если меньше, то отрицательной (). Барическая тенденция вычисляется с точностью до десятых долей гПа. Если давление по барографу не изменялось за время между сроками, то величина барической тенденции записывается 0,0. Характеристика барической тенденции определяется по виду кривой записи барографа за последние 3 часа до срока наблюдения.

5.3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Оборудование: чашечный барометр, анероид, аспирационный

                          психрометр.

5.3.1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

  1.  Ознакомиться с устройством чашечного барометра и начертить его схему.
  2.  Сделать отсчет по чашечному барометру, установленному в шкафчике:
    •  сделать отсчет по термометру при барометре с точностью до 0,1°С;
    •  слегка постучать по верхней части защитного цилиндра для того, чтобы мениск ртути принял нормальное положение;
    •  установить глаз на уровне вершины мениска ртути и, вращая винт нониуса, опустить визирное кольцо с нониусом до касания его нижнего среза с вершиной мениска, причем по краям должны оставаться просветы;
    •  сделать отсчет целых делений по шкале (нижнему срезу нониуса) и десятых долей по совпадению одного из делений нониуса с каким-либо делением шкалы.
  3.  Обработать полученный отсчет путем введения температурной и постоянной комплексной поправок.
  4.  Перевести измеренное давление в другую систему единиц.

Результаты наблюдений записать по прилагаемой форме:

Темпе-
ратура
воздуха

Термометр

при барометре

Отсчет по барометру

Поправка

Исправленное

давление

отсчет

поправ-
ка

испр.

велич.

темпе-
ратур-ная

посто-
янная

на уровне стации

в гПа

в мм рт.ст.

Барическая ступень у поверхности Земли

Давление станции, приведенное к уровню моря

  1.  Рассчитать величину барической ступени у поверхности Земли
    (формула 5.3).
  2.  Привести полученные показания барометра к уровню моря по формулам 5.1 и 5.4.
  3.  Рассчитать давление QNH.

Результаты расчета записать по прилагаемой форме:

, гПа

, м

, м

м

QNH, гПа

  1.  Ознакомиться с устройством анероида и начертить его схему.
  2.  Определить с помощью анероида превышение 4-го этажа учебного корпуса над первым.

Работу выполнить в следующей последовательности:

  •  подняться на четвертый этаж;
    •  открыть крышку футляра;
    •  отсчитать по термометру при барометре-анероиде температуру прибора с точностью до 0,1°С;
    •  постучав слегка пальцем по стеклу анероида, сделать отсчет давления с точностью до 0,1 гПа или мм рт.ст.;
    •  спуститься на первый этаж и через 3-5 минут сделать отсчеты по термометру и шкале анероида;
    •  результаты наблюдений записать по прилагаемой форме.

Температуру воздуха на улице определить по сухому термометру аспирационного психрометра.

  1.  По формуле Бабине (3.2) определить превышение 4-го этажа над первым и результат записать в указанную выше таблицу.

Определение превышения 4-го этажа учебного корпуса

над первым

Место

наблюдения

Температура

воздуха

Анероид

Превышение

Термометр

при анероиде

Давление

отсчет

поправ-

ка

испр.

величи-

на

Отсчет

Поправки

Испр.

вели-
чина

шкало-
вая

темпе-
ратур-
ная

доба-
вочная

1-й этаж

4-й этаж

  1.  Ознакомиться с принципом действия барографа и начертить его схему.
  2.  Определить и записать давление и барическую тенденцию по ленте недельного барографа за указанный преподавателем срок наблюдения.

5.3.2. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Что называется атмосферным давлением, единицы его измерения и их соотношение?
  2.  Как перевести давление из миллиметров ртутного столба в гектопаскали и наоборот?
  3.  Что называется барической тенденцией, и какой физический смысл знака барической тенденции?
  4.  Каким образом на карту погоды наносятся давление и барическая тенденция?
  5.  Какой принцип измерения давления с помощью ртутного барометра?
  6.  Какие поправки вводятся в показания ртутного барометра, и какие погрешности исключаются этими поправками?
  7.  Почему барометры наполняются ртутью, а не другой жидкостью?
  8.  С какой точностью проводится измерение атмосферного давления?
  9.  Какой принцип измерения давления с помощью барометра-анероида?
  10.  Какие поправки вводятся в показания барометра-анероида, и какие погрешности исключаются этими поправками?
  11.  Что называется барической ступенью и чему она равна у поверхности земли?
  12.  По каким формулам проводится приведение давления к уровню моря?
  13.  Что называется давлением QNH?
  14.  Что является приемной и регистрирующей частями барографа?
  15.  Где устанавливаются ртутный барометр и барограф?

5.3.3. Отчет по лабораторной работе

должен содержать:

  1.  Порядок выполнения работы.
  2.  Краткое описание и схемы чашечного барометра, анероида и барографа.
  3.  Результаты отсчетов и расчетов.
  4.  Контрольные вопросы и ответы на них.


СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АМО

−

Аэродромный метеорологический орган

АМСГ

−

Авиационная метеорологическая станция гражданская

АМЦ

−

Авиационный метеорологический центр

БПРМ

−

Ближний приводной радиомаркер

вмо

−

Всемирная метеорологическая организация

ВПП

−

Взлетно-посадочная полоса

ДВ

−

Дальность видимости

ИВО

−

Измеритель высоты облаков

МРЛ

−

Метеорологический радиолокатор

ОВД

−

Обслуживание воздушного движения

ОГ

−

Оперативная группа

СА

−

Стандартная атмосфера

BKN

−

Значительная облачность (broken)

CAVOK

−

индикатор благоприятной погоды [Ceiling (cloud) and visibility o’key]

CB

−

Кучево-дождевые облака

FEW

−

Несколько, немного (few)

ICAO

−

Международная организация гражданской авиации (international civil aviation organization)

METAR

−

Кодовая форма ВМО для передачи регулярных сводок о фактической погоде (meteorological aviation routine weather report)

MET REPORT

−

Местная регулярная сводка о фактической погоде

MOR

–

Метеорологическая оптическая дальность видимости (Meteorological optical range)

OVC

–

Сплошная облачность (overcast)

QFE

−

кодовое обозначение давления на уровне аэродрома или порога ВПП (question field elevation − field elevation pressure )

QNH

−

Кодовое обозначение давления, приведенного к среднему уровню моря по условиям стандартной атмосферы (question normal height − sea level pressure )

RVR

−

Дальность видимости на ВПП (runway visual range)

SКС

−

Ясно, чистое небо (sky clear)

SКТ

−

Отдельная облачность (scattered)


SPECI

−

Кодовая форма ВМО для передачи специальных метеорологических сводок о фактической погоде (aviation selected special weather report)

SPECIAL

−

Местная специальная сводка о фактической погоде

TCU

−

Мощно-кучевые облака (towering cumulus)

UTC 

−

Всемирное скоординированное время (universal time coordinated)

VIS

−

Видимость в авиационных целях (visibility)


Список использованной литературы

  1.  Атлас облаков. Л: Гидрометеоиздат, 1979.
  2.  Атмосфера стандартная. Параметры ГОСТ 4401-81. − М: Стандарты, 1981.
  3.  Лещенко Г.П. Авиационная метеорология. Методические указания для выполнения лабораторных работ. Кировоград: высшее летное училище ГА, 1981, −48 с.
  4.  Лещенко Г.П. Авиационная метеорология. Кировоград: высшее летное училище ГА, 1991.
  5.  Лещенко Г.П., Перцель Г.В., Иванова Е.Г. Метеорологическое обеспечение полетов: Учебное пособие. – Кировоград: ГЛАУ, 2003. – 180 с.
  6.  Метеорологическое обеспечение международной аэронави-
    гации. Междун    ародные стандарты и рекомендуемая практика. Приложение 3 к Конвенции о Международной гражданской авиации. − Монреаль: IСAO, издание пятнадцатое, июль, 2004.
  7.  Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. ч.1, Л: Гидрометеоиздат, 1969.
  8.  Правила метеорологічного забезпечення авіації. − Київ: Наказ Державної служби України з нагляду за забезпеченням безпеки авіації, Міністерства охорони навколишнього природного середовища України, Міністерства оборони України від
    14 листопада 2005, № 851/409/661.
  9.  Психрометрические таблицы. Л: Гидрометеоиздат, 1972.
  10.  Сборник международных метеорологических авиационных кодов. – М.: Роскомгидромет, 1992. – 109 с.
  11.  Скляров В.М. Метеорология и метеорологические наблюдения. Л: Гидрометеоиздат, 1960.
  12.  Стернзат М.С. Метеорологические приборы и измерения. Л: Гидрометеоиздат, 1978.


Учебное издание

Измерение температуры, влажности воздуха
и атмосферного давления.
Учебное пособие для высших учебных

заведений

Авторы. Г.П. Лещенко, Г.В. Перцель, С.Н. Коренной

Технический редактор: В.П. Будулатий

Компьютерная верстка: В.В. Флакей

Подписано к печати  05.02.2007

Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Усл. печ. листов 3,95. Учет. изд. 4,25

Зак. № 016/2007. Тираж 400 экз.

Издательство ГЛАУ. г. Кировоград,

ул. Добровольского, 1

тел. 294-437

Рис. 5.4. Устройство барографа

Рис. 5.3. Схема анероида

ис. 5.2. Шкафчик

Рис. 1.1. План размещения оборудования и приборов

     на стандартной метеорологической площадке

Рис. 3.1. Психрометрический

              термометр

Рис. 3.3. Термометр минимальный:

          1 капилляр;   2 штифт;

          3 мениск спирта

Рис. 3.2. Термометр максимальный:

          1 штифт;   2 резервуар;

          3 капилляр

Рис. 3.4. Механизм термографа

              1 перо;     9   ось стрелки;

              2 плата;     10, 12 кронштейны;

              3 ось барабана;   13 винт;

              4 подкладное колесо; 14 биметаллическая пластинка;

              5 стрелка пера;   15 кнопка;

              6 рамка шарнира пера; 16 рукоятка;

              7 тяга;     17 ось шарнира стрелки

              8, 11 рычаги;

Рис. 3.5. Общий вид психрометрической будки

Рис. 4.1. Станционный психрометр

Рис. 4.2. Аспирационный психрометр

Рис. 4.3. Волосной гигрометр

Рис. 4.4. Пленочный гигрометр

Рис. 4.5. Волосной гигрограф

Рис. 5.1. Барометр чашечный станционный

Рис. 1.2. Схема размещения датчиков метеорологических

              приборов на аэродроме




1. Связь личностных особенностей и времени общения
2. 2 Характеристика электросталеплавильного цеха
3. Стратегическое и корпоративное управление 2014г
4. Экология популяций и природопользование
5. модуль ПМ.01 Организация и управление торговосбытовой деятельностью Разработала
6. Сдаем экзамены
7. Контрольная работа- Психическое заражение и подражание
8. Исследование структуры данных Собирая данные исследователь руководствуется определенными гипотезами
9. принципиальная схема включения человека в цепь электрического тока 2
10. Лекция 26 Статистические оценки параметров распределения.html
11. Групповой полет летательных аппаратов алгоритм обработки информации относительного движения
12. С водой смешивается в любых отношениях хорошо растворяется в органических растворителях
13. Контрольная работа по общей теории статистики имеет для заочной подготовки студентов большое значение
14. Эволюция концепции маркетинга.html
15. СевероКавказский федеральный университет Управление воспитательной работы ПОЛОЖЕНИЕ о выставк
16. Индо-Гангская равнина
17. то вдаль Лететь оказалось очень приятно и легко
18. тема збору інформації що включає в себе прецизійний багатоканальний АЦП 32 8и бітні робочі регістри загальн
19. Тюменский государственный университет Филиал в г
20. неприхотливым для восприятия аудиторией

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе