Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Метеорологические приборы

План

Введение

1. Метеоплощадка

1.1 Метеорологические показатели, измеряющиеся на метеостанциях, и приборы, с помощью которых измеряются данные показатели

1.2 Экологические показатели

1.3 Метеорологическая площадка - требования к размещению. Устройство и оборудование метеоплощадок

1.4 Организация метеорологических наблюдений

2. Метеорологические приборы

2.1 Для измерения давления воздуха используются

2.2 Для измерения температуры воздуха используют

2.3 Для определения влажности используют

2.4 Для определения скорости и направления ветра используют

2.5 Для определения количества осадков используют

Заключение

Литература

Введение

Метеорология - наука об атмосфере, ее составе, строении, свойствах, физических и химических процессах, протекающих в атмосфере. Эти процессы оказывают большое влияние на жизнь человека.

Человеку необходимо иметь представление о погодных условиях, которые были, есть и, что особенно важно, будут сопровождать его существование на Земле. Без знания метеоусловий невозможно правильно вести сельскохозяйственные работы, строить и эксплуатировать промышленные предприятия, обеспечивать нормальное функционирование транспорта, особенно авиационного и водного.

В настоящее время, когда на Земле сложилась неблагоприятная экологическая обстановка, без знания законов метеорологии немыслимо прогнозирование загрязнения природной среды, а неучёт метеоусловий может привести к еще большему ее загрязнению. Современная урбанизация (стремление населения жить в крупных городах) приводит к возникновению новых, в том числе метеорологических, проблем: например, проветриваемость городов и местное повышение температуры воздуха в них. В свою очередь, учет метеоусловий позволяет снизить вредное воздействие загрязненного воздуха (а следовательно, воды и почвы, на которые эти вещества осаждаются из атмосферы) на организм человека.

Задачами метеорологии являются описание состояния атмосферы в данный момент времени, прогноз ее состояния на будущее, разработка экологических рекомендаций и, в конечном счете, обеспечение условий безопасного и комфортного существования человека.

Метеорологические наблюдения - это измерения метеорологических величин, а также регистрация атмосферных явлений. К метеорологическим величинам относятся: температура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, количество и высота облаков, количество осадков, потоки тепла и др. К ним присоединяются величины, непосредственно не отражающие свойств атмосферы или атмосферных процессов, но тесно связанные с ними. Таковы температура почвы и поверхностного слоя воды, испарение, высота и состояние снежного покрова, продолжительность солнечного сияния и т.п. На некоторых станциях производятся наблюдения над солнечным и земным излучением и над атмосферным электричеством.

К атмосферным явлениям относятся: гроза, метель, пыльная буря, туман, ряд оптических явлений, таких как голубой цвет неба, радуга, венцы и т.д.

Метеорологические наблюдения над состоянием атмосферы вне приземного слоя и до высот около 40 км носят название аэрологических наблюдений. Наблюдения над состоянием высоких слоев атмосферы можно назвать аэрономическими. Они отличаются от аэрологических наблюдений как по методике, так и по наблюдаемым параметрам.

Наиболее полные и точные наблюдения производятся в метеорологических и аэрологических обсерваториях. Число таких обсерваторий, однако, невелико. Кроме того, даже самые точные наблюдения, но производимые в небольшом числе пунктов, не могут дать исчерпывающего представления о состоянии всей атмосферы, поскольку атмосферные процессы протекают в разной географической обстановке по-разному. Поэтому кроме метеорологических обсерваторий наблюдения над основными метеорологическими величинами ведутся еще примерно на 3500 метеорологических и 750 аэрологических станциях, размещенных по всему земному шару. погода метеоплощадка атмосфера

1. Метеоплощадка

Метеорологические наблюдения тогда и только тогда являются сравнимыми, точными, отвечающими задачам метеослужбы, когда при установках приборов выполняются требования, наставления и инструкции, а при производстве наблюдений и обработке материалов работниками метеостанций строго придерживаются указаний перечисленных руководств. погодный метеорологический прибор атмосфера

Метеорологическая станция (метеостанция) - учреждение, в котором круглосуточно проводятся регулярные наблюдения за состоянием атмосферы и атмосферными процессами, в том числе отслеживаются изменения отдельных метеорологических элементов (температуры, давления, влажности воздуха, скорости и направления ветра, облачности и осадков и т.д.). На станции имеются метеорологическая площадка, где расположены основные метеорологические приборы, и закрытое помещение для обработки наблюдений. Метеорологические станции страны, области, района составляют метеорологическую сеть.

Кроме метеостанций, в метеосеть входят метеопосты, на которых проводятся наблюдения только за осадками и снежным покровом.

Каждая метеостанция является научной единицей обширной сети станций. Результаты наблюдений каждой станции, уже использованные в текущей оперативной работе, имеют ценность и как дневник метеорологических процессов, который может подвергнуться дальнейшей научной обработке. Наблюдения на каждой станции должны проводиться со всей тщательностью и точностью. Приборы должны быть отрегулированы, проверены. Метеостанция должна иметь необходимые для работы бланки, книжки, таблицы, инструкции.

1. 1 Метеорологические показатели, измеряющиеся на метеостанциях, и приборы, с помощью которых измеряются данные показ а тели

· Температура воздуха (текущая, минимальная и максимальная), °С, - стандартный, минимальный и максимальный термометры.

· Температура воды (текущая), °С, - стандартный термометр.

· Температура почвы (текущая), °С, - угловой термометр.

· Давление атмосферы, Па, мм рт. ст., - барометр (в том числе барометр-анероид).

· Влажность воздуха: относительная влажность, %, - гигрометр и психрометр; парциальное давление водяного пара, мВ; точка росы, °С.

· Ветер: скорость ветра (мгновенная, средняя и максимальная), м/с, - анемометр; направление ветра - в градусах дуги и румбах - флюгеры.

· Осадки: количество (толщина слоя выпавшей воды на горизонтальную поверхность), мм, - осадкомер Третьякова, плювиограф; вид (твердые, жидкие); интенсивность, мм/мин; продолжительность (начало, конец), ч и мин.

· Снежный покров: плотность, г/см 3 ; запас воды (толщина слоя воды, образующаяся при полном таянии снега), мм, - снегометр; высота, см.

· Облачность: количество - в баллах; высота нижней и верхней границ, м, - индикатор высоты облачности; форма - по Атласу облаков.

· Видимость: прозрачность атмосферы, %; метеорологическая дальность видимости (экспертная оценка), м или км.

· Солнечная радиация: продолжительность солнечного сияния, ч и мин; энергетическая освещенность, Вт/м 2 ; доза облучения, Дж/см 2 .

1.2 Экологические показатели

· Радиоактивность: воздуха - в кюри или в микрорентген в час; воды - в кюри на кубический метр; поверхности почвы - в кюри на квадратный метр; снежного покрова - в рентгенах; осадков - в рентген в секунду - радиометры и дозиметры.

· Загрязнение атмосферы: чаще всего оценивается в миллиграммах на кубический метр воздуха - хроматографы.

1.3 Метеорологическая площадка - требования к размещению. Устройство и оборуд о вание метеоплощадок

Метеорологическая площадка должна находиться на открытой местности на значительном расстоянии от леса и жилой застройки, особенно многоэтажной. Размещение приборов вдали от здания позволяет исключить ошибки измерений, связанные с переизлучением зданий или высоких предметов, правильно измерять скорость и направление ветра и обеспечить нормальный сбор осадков.

Требования к стандартной метеорологической площадке таковы:

· размер - 26x26 метров (площадки, на которых производятся в том числе и актинометрические наблюдения (измерение солнечной радиации), имеют размер 26x36 м)

· ориентация сторон площадки - чётко на север, юг, запад, восток (если площадка прямоугольная, то ориентация длинной стороны - с севера на юг)

· место для площадки должно быть типичным для окружающей местности радиусом 20-30 км

· расстояние до невысоких строений, отдельно стоящих деревьев должно быть не менее 10-кратной их высоты, а расстояние от сплошного леса или городской застройки - не менее 20-кратной

· расстояние до оврагов, обрывов, уреза воды - не менее 100 м

· во избежание нарушения естественного покрова на метеоплощадке разрешается ходить только по дорожкам

· все приборы на метеорологической площадке размещаются по единой схеме, которая предусматривает одинаковую ориентацию к сторонам света, определённую высоту над поверхностью земли и другие параметры

· ограда площадки и всё вспомогательное оборудование (подставки, будки, лестницы, столбы, мачты и т.п.) окрашиваются в белый цвет для предотвращения их чрезмерного нагревания солнечными лучами, что может повлиять на точность измерений

· На метеорологических станциях помимо измерений с помощью приборов (температура воздуха и земли, направление и скорость ветра, атмосферное давление, количество осадков), производятся визуальные наблюдения за облаками, дальностью видимости.

Если травяной покров на площадке летом сильно разрастается, то траву нужно скашивать или подстригать, оставляя не более 30-40 см. Скошенную траву обязательно убирать с площадки тотчас же. Снежный покров на площадке не следует трогать, весной же нужно удалять снег или ускорять его таяние путем разбрасывания или увоза снега с площадки. С крыш будок и из защитной воронки осадкомера снег счищается. Приборы на площадке должны быть так размещены, чтобы они не затеняли друг друга. Термометры должны находиться в 2 м от земли. Дверца будки должна быть обращена на север. Лестница не должна соприкасаться с будкой.

На метеоплощадках основного типа используются следующие приборы:

· термометры для измерения температуры воздуха (в том числе горизонтальные минимальные и горизонтальные максимальные) и почвы (они имеют наклон для удобства считывания показаний);

· барометры различного типа (чаще всего - барометры-анероиды для измерения давления воздуха). Они могут размещаться в помещении, а не на открытой площадке, так как давление воздуха одинаково и в помещении, и снаружи;

· психрометры и гигрометры для определения влажности атмосферы;

· анемометры для определения скорости ветра;

· флюгеры для определения направления ветра (иногда применяют анеморумбографы, совмещающие функции измерения и записи скорости и направления ветра);

· индикаторы высоты облаков (например, ИВО-1М); самопишущие приборы (термограф, гигрограф, плювиограф).

· осадкомеры и снегомеры; на метеостанциях чаще всего применяют осадкомеры Третьякова.

Кроме перечисленных показателей, на метеостанциях регистрируются облачность (степень покрытия неба облаками, тип облаков); наличие и интенсивность различных осадков (росы, инея, гололеда), а также тумана; горизонтальная видимость; продолжительность солнечного сияния; состояние поверхности почвы; высота и плотность снежного покрова. На метеостанции регистрируются также метели, шквалы, смерчи, мгла, бури, грозы, радуги.

1.4 Организация метеорологических наблюдений

Все наблюдения вписываются простым карандашом в установленные книжки или бланки сразу же после отсчета того или иного прибора. Недопустимы записи по памяти. Все исправления вносятся зачеркиванием исправляемых цифр (так, чтобы их все же можно было прочесть) и подписыванием новых сверху; подчистка цифр и текста не допускается. Особенно важна четкая запись, облегчающая как первичную обработку наблюдений на станции, так и использование их Гидрометцентрами.

При пропуске наблюдений соответствующая графа книжки должна оставаться незаполненной. Совершенно недопустимо в таких случаях вписывание каких либо вычисленных результатов с целью "восстановления" наблюдений, так как предположительные данные легко могут оказаться ошибочными и принести больший вред, чем пропуск отсчетов по приборам. О всех случаях перерывов делается пометка на странице наблюдений. Необходимо заметить, что пробелы в наблюдениях обесценивают всю работу станции, а потому непрерывность наблюдений должна явиться основным правилом для каждой метеостанции.

Отсчеты, произведенные неточно в срок, также в значительной степени обесцениваются. В таких случаях в графе, где отмечается срок наблюдений, пишется время отсчета сухого термометра в психрометрической будке.

Время, затрачиваемое на наблюдения, зависит от оборудования станции. Во всяком случае, отсчеты должны производиться достаточно быстро, но, конечно, не в ущерб точности.

За 10-15 мин, а зимой - за полчаса до срока осуществляется предварительный обход всех установок. Необходимо убедиться, исправны ли они, и подготовить некоторые приборы к предстоящим отсчетам, чтобы гарантировать точность наблюдений, убедиться, что психрометр исправен, и батист достаточно напитывается водой, что перья самописцев пишут правильно и чернил достаточно.

Кроме отсчетов по приборам и глазомерного определения видимости и облачности, записываемых в отдельные графы книжки, наблюдатель отмечает в графе "атмосферные явления" начало и конец, вид и интенсивность таких явлений, как осадки, туман, роса, иней, изморозь, гололед и другие. Для этого необходимо внимательно и непрерывно наблюдать за погодой и в промежутках между срочными наблюдениями.

Метеонаблюдения должны быть длительными и непрерывными и проводиться строго. В соответствии с международными стандартами. Измерения метеопараметров для сравнимости во всем мире проводятся одновременно (т. е. синхронно): в 00, 03, 06,09, 12, 15, 18 и 21 ч по Гринвичскому времени (времени нулевого, Гринвичского, меридиана). Это так называемые синоптические сроки. Результаты измерений немедленно передаются в службу погоды по компьютерной связи, телефону, телеграфу или радио. Там составляются синоптические карты и разрабатываются метеопрогнозы.

Некоторые метеорологические измерения проводятся в собственные сроки: количество осадков измеряется четыре раза в сутки, высота снежного покрова - один раз в сутки, плотность снега - один раз в пять-десять дней.

Станции, несущие службу погоды, после обработки наблюдений шифруют метеоданные для посылки синоптических телеграмм в Гидрометцентр. Цель шифровки - значительно сократить объем телеграммы при максимально количестве посылаемых сведений. Очевидно, что для этой цели наиболее пригодна цифровая зашифровка. В 1929 г. Международная метеорологическая конференция выработала метеокод, с помощью которого можно было описать состояние атмосферы со всеми подробностями. Этот код применялся в течение почти 20 лет, подвергаясь лишь небольшим изменениям. С 1 января 1950 года введен в действие новый международный код, значительно отличающийся от старого.

2 . Метеорологические приборы

Набор измерительных средств, использующихся для наблюдения за состоянием атмосферы и для ее исследования, необычайно широк: от простейших термометров и до зондирующих лазерных установок и специальных метеорологических спутников. Метеорологическими приборами обычно называют такие приборы, которые используются для проведения измерений на метеорологических станциях. Эти приборы сравнительно просты, они удовлетворяют требованию однотипности, позволяющему сравнивать наблюдения разных станций.

Метеорологические приборы устанавливаются на площадке станции под открытым небом. Только приборы для измерения давления (барометры) устанавливаются в помещении станции, поскольку разница между давлением воздуха под открытым небом и внутри помещения практически отсутствует.

Приборы для измерения температуры и влажности воздуха должны быть защищены от действия солнечной радиации, осадков и порывов ветра. Поэтому их помещают в будках особой конструкции, так называемых метеорологических будках. На станциях устанавливаются самопишущие приборы, дающие непрерывную регистрацию важнейших метеорологических величин (температуры и влажности воздуха, атмосферного давления и ветра). Самопишущие приборы нередко сконструированы так, что их датчики находятся на площадке или крыше здания на открытом воздухе, а регистрирующие части, связанные, с датчиками электрической передачей, внутри здания.

Теперь рассмотрим приборы, предназначенные для измерения отдельных метеорологических элементов.

2.1 Для измерения давления воздуха и с пользуются

Барометр (рис. 1) - (от греч. baros - тяжесть, вес и metreo - измеряю), прибор для измерения атмосферного давления.

Рисунок 1 - Типы ртутных барометров

Барометр (рис. 1) - (от греч. baros - тяжесть, вес и metreo - измеряю), прибор для измерения атмосферного давления. Наиболее распространены: жидкостные барометры, основанные на уравновешивании атмосферного давления весом столба жидкости; деформационные барометры, принцип действия которых основан на упругих деформациях мембранной коробки; гипсотермометры, основанные на использовании зависимости точки кипения некоторых жидкостей, например воды, от внешнего давления.

Наиболее точными стандартными приборами являются ртутные барометры: ртуть благодаря большой плотности позволяет получить в барометры сравнительно небольшой столб жидкости, удобный для измерения. Ртутные барометры представляют собой два сообщающихся сосуда, наполненных ртутью; одним из них служит запаянная сверху стеклянная трубка длиной около 90 см, не содержащая воздуха. За меру атмосферного давления принимается давление столба ртути, выраженное в мм рт. ст. или в мб.

Для определения атмосферного давления в показания ртутного барометра вводят поправки: 1) инструментальную, исключающую погрешности изготовления; 2) поправку для приведения показания барометра к 0°С, т.к. показания барометра зависят от температуры (с изменением температуры меняется плотность ртути и линейные размеры деталей барометра); 3) поправку для приведения показаний барометра к нормальному ускорению свободного падения (gn = 9,80665 м/сек 2), она обусловлена тем, что показания ртутных барометров зависят от географической широты и высоты над уровнем моря места наблюдений.

В зависимости от формы сообщающихся сосудов ртутные барометры подразделяют на 3 основных типа: чашечные, сифонные и сифонно-чашечные. Практически применяют чашечные и сифонно-чашечные барометры. На метеорологических станциях пользуются станционным чашечным барометром. Он состоит из барометрической стеклянной трубки, опущенной свободным концом в чашу С. Вся барометрическая трубка заключена в латунную оправу, в верхней части которой сделана вертикальная прорезь; на краю прорези нанесена шкала для отсчёта положения мениска ртутного столба. Для точной наводки на вершину мениска и отсчёта десятых долей применяется особый визир n, снабженный нониусом и перемещаемый винтом b. Отсчёт высоты ртутного столба производят по положению ртути в стеклянной трубке, а изменение положения уровня ртути в чашке учитывается применением компенсированной шкалы так, что отсчёт по шкале получается непосредственно в миллибарах. При каждом барометре имеется небольшой ртутный термометр T для введения температурной поправки. Чашечные барометры выпускаются с пределами измерения 810--1070 мб и 680--1070 мб; точность отсчёта 0,1 мб.

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

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

Анероид (рис. 2) - (от греч. а - отрицательная частица, nerys - вода, т. е. действующий без помощи жидкости), барометр-анероид, прибор для измерения атмосферного давления. Приёмной частью анероида служит круглая металлическая коробка А с гофрированными основаниями, внутри которой создано сильное разрежение

Рисунок 2 - Анероид

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

2.2 Для измерения температуры воздуха используют

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

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

Рисунок 3 - Термометр

Для измерения максимальной температуры за некоторый промежуток времени применяется ртутный максимальный термометр (рис. 3). Цена деления его шкалы 0,5°С; пределы измерения от -35 до 50°С (или от -20 до 70°С), рабочее положение почти горизонтальное (резервуар слегка опущен). Показания максимальных значений температуры сохраняются благодаря наличию в резервуаре 1 штифта 2 и вакуума в капилляре 3 над ртутью. При повышении температуры избыток ртути из резервуара вытесняется в капилляр через узкое кольцеобразное отверстие между штифтом и стенками капилляра и остается там и при понижении температуры (так как в капилляре вакуум). Таким образом, положение конца столбика ртути относительно шкалы соответствует значению максимальной температуры. Приведение показаний термометра в соответствие с температурой в данный момент производят его встряхиванием. Для измерения минимальной температуры за некоторый промежуток времени используются спиртовые минимальные термометры. Цена деления шкалы 0,5°С; нижний предел измерений варьирует от -75 до -41°С, верхний от 21 до 41°С. Рабочее положение термометра - горизонтальное. Сохранение минимальных значений обеспечивается находящимся в капилляре 1 внутри спирта штифтом - указателем 2. Утолщения штифта меньше внутреннего диаметра капилляра; поэтому при повышении температуры спирт, поступающий из резервуара в капилляр, обтекает штифт, не смещая его. При понижении температуры штифт после соприкосновения с мениском столбика спирта перемещается вместе с ним к резервуару (так как силы поверхностного натяжения плёнки спирта больше сил трения) и остаётся в ближайшем к резервуару положении. Положение конца штифта, ближайшего к мениску спирта, указывает минимальную температуру, а мениск - температуру в настоящий момент. До установки в рабочее положение минимальный термометр приподнимают резервуаром кверху и держат, пока штифт не опустится до мениска спирта. Для определения температуры поверхности почвы пользуются ртутным термометром. Деления его шкалы 0,5°С; пределы измерения варьируются: нижний от -35 до -10°С, верхний от 60 до 85°С. Измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15 и 20 см производят ртутным коленчатым термометром (Савинова). Цена деления его шкалы 0,5°С; пределы измерения от -10 до 50°С. Вблизи резервуара термометр изогнут под углом 135°, а капилляр от резервуара до начала шкалы теплоизолирован, что уменьшает влияние на показания Т. слоя почвы, лежащего над его резервуаром. Измерения температуры почвы на глубинах до нескольких м осуществляются ртутными почвенно-глубинными термометрами, помещенными в специальных установках. Цена деления его шкалы 0,2 °С; пределы измерения варьируют: нижний -20, -10°С, а верхний 30, 40°С. Менее распространены ртутно-талиевые психрометрические термометры с пределами от -50 до 35°С и некоторые др.

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

2.3 Для о пределения влажности используют

Рисунок 4 - Психрометр

Психрометр (рис. 4) - (от греч. psychros - холодный и... метр), прибор для измерения влажности воздуха и его температуры. Состоит из двух термометров - сухого и смоченного. Сухой термометр показывает температуру воздуха, а смоченный, теплоприёмник которого обвязан влажным батистом, - его собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения, происходящего с поверхности его резервуара. Вследствие расхода теплоты на испарение показания смоченного термометра тем ниже, чем суше воздух, влажность которого измеряется.

По показаниям сухого и смоченного термометров с помощью психрометрической таблицы, номограмм или счётных линеек, рассчитанных по психрометрической формуле, определяется упругость водяного пара или относительная влажность. При отрицательных температурах ниже - 5°С, когда содержание в воздухе водяных паров очень мало, психрометр даёт ненадёжные результаты, поэтому в этом случае пользуются волосным гигрометром.

Рисунок 5 - Типы гигрометров

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

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

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100%. Волос 1 натянут на металлическую рамку 2. Изменение длины волоса передаётся стрелке 3, перемещающейся вдоль шкалы. Плёночный гигрометр имеет чувствительный элемент из органической плёнки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Изменение положения центра плёночной мембраны 1 передаётся стрелке 2. Волосной и плёночный гигрометры в зимнее время являются основными приборами для измерения влажности воздуха. Показания волосного и плёночного гигрометра периодически сравниваются с показаниями более точного прибора - психрометра, который также применяется для измерения влажности воздуха.

В электролитическом гигрометре пластинку из электроизоляционного материала (стекло, полистирол) покрывают гигроскопическим слоем электролита - хлористого лития - со связующим материалом. При изменении влажности воздуха меняется концентрация электролита, а следовательно, и его сопротивление; недостаток этого гигрометра - зависимость показаний от температуры.

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

2.4 Для определения скорости и направления ветра используют

Рисунок 6 - Анемометр

Анемометр (рис. 6) - (от анемо... и...метр), прибор для измерений скорости ветра и газовых потоков. Наиболее распространён ручной чашечный анемометр, измеряющий среднюю скорость ветра. Горизонтальная крестовина с 4 полыми полушариями (чашками), обращенными выпуклостью в одну сторону, вращается под действием ветра, т. к. давление на вогнутое полушарие больше, чем на выпуклое. Это вращение передаётся стрелкам счётчика оборотов. Число оборотов за данный отрезок времени соответствует определенной средней скорости ветра за это время. При небольшой завихренности потока средняя скорость ветра за 100 сек определяется с погрешностью до 0,1 м/сек. Для определения средней скорости потока воздуха в трубах и каналах вентиляционных систем применяют крыльчатые анемометры, приёмной частью которых служит многолопастная мельничная вертушка. Погрешность этих анемометров - до 0,05 м/сек. Мгновенные значения скорости ветра определяются другими типами анемометров, в частности анемометрами, основанными на манометрическом способе измерений, а также термоанемометрами.

Рисунок 7 - Флюгер

Флюгер (рис. 7) - (от нем. Flugel или голл. vieugel - крыло), прибор для определения направления и измерения скорости ветра. Направление ветра (см. рис.) определяется по положению двухлопастной флюгарки, состоящей из 2 пластин 1, расположенных углом, и противовеса 2. Флюгарка, будучи укреплена на металлической трубке 3, свободно вращается на стальном стержне. Под действием ветра она устанавливается по направлению ветра так, что противовес направлен навстречу ему. На стержень надета муфта 4 со штифтами, ориентированными соответственно основным румбам. По положению противовеса относительно этих штифтов и определяют направление ветра.

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

2.5 Для определени я количества осадков используют

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

Рисунок 8 - Плювиограф

Плювиограф - прибор для непрерывной регистрации количества, продолжительности и интенсивности выпадающих жидких осадков. Он состоит из приемника и регистрирующей части, заключенной в металлический шкаф высотой 1,3 м.

Приемный сосуд сечением 500 кв. см, находящийся в верхней части шкафа, имеет конусообразное дно с несколькими отверстиями для стока воды. Осадки через воронку 1 и сливную трубку 2 попадают в цилиндрическую камеру 3, в которой помещен полый металлический поплавок 4. На верхней части вертикального стержня 5, соединенного с поплавком, укреплена стрелка 6 с насаженным на ее конце пером. Для регистрации осадков рядом с поплавковой камерой на стержне устанавливается барабан 7 с суточным оборотом. На барабан надевается лента, разграфленная таким образом, что промежутки между вертикальными линиями соответствуют 10 мин времени, а между горизонтальными - 0,1 мм осадков. Сбоку поплавковой камеры имеется отверстие с трубкой 8, в которую вставляется стеклянный сифон 9 с металлическим наконечником, плотно соединенным с трубкой специальной муфтой 10. При выпадении осадков вода через сливные отверстия, воронку и сливную трубку попадает в поплавковую камеру и поднимает поплавок. Вместе с поплавком поднимается и стержень со стрелкой. При этом перо чертит на ленте кривую (так как одновременно происходит вращение барабана), крутизна которой тем больше, чем больше интенсивность осадков. Когда сумма осадков достигнет 10 мм, уровень воды в сифонной трубке и поплавковой камере становится одинаковым, и происходит самопроизвольный слив воды из камеры через сифон в ведро, стоящее на дне шкафа. При этом перо должно прочертить на ленте вертикальную прямую линию сверху вниз до нулевой отметки ленты. При отсутствии осадков перо чертит горизонтальную линию.

Снегомер - плотномер, прибор для измерения плотности снежного покрова. Основная часть снегомера - полый цилиндр определённого сечения с пилообразным краем, который при измерении погружают отвесно в снег до соприкосновения с подстилающей поверхностью, а затем вырезанный столбик снега вынимают вместе с цилиндром. Если взятую пробу снега взвешивают, то снегомер называют весовым, если растапливают и определяют объём образовавшейся воды, то - объёмным. Плотность снежного покрова находят, вычисляя отношение массы взятой пробы к её объёму. Начинают применять гамма-снегомеры, основанные на измерении ослабления снегом гамма-излучения от источника, помещенного на некоторой глубине в снежный покров.

Заключение

Принципы работы ряда метеорологических приборов были предложены еще в XVII--XIX вв. Конец XIX и начало XX в. характеризуются унификацией основных метеорологических приборов и созданием национальных и международной метеорологических сетей станций. С середины 40-х гг. XX в. в метеорологическом приборостроении наблюдается быстрый прогресс. Конструируются новые приборы с использованием достижений современной физики и техники: термо- и фотоэлементов, полупроводников, радиосвязи и радиолокации, лазеров, различных химических реакций, звуковой локации. Особенно нужно отметить применение в метеорологических целях радиолокации, радиометрической и спектрометрической аппаратуры, установленной на метеорологических искусственных спутниках Земли (МИСЗ), а также развитие лазерных методов зондирования атмосферы. На экране радиолокатора (радара) можно обнаружить скопления облаков, области осадков, грозы, атмосферные вихри в тропиках (ураганы и тайфуны) в значительном отдалении от наблюдателя и прослеживать их перемещение и эволюцию. Аппаратура, устанавливаемая на МИСЗ, позволяет видеть облака и облачные системы сверху днем и ночью, прослеживать изменение температуры с высотой, измерять ветер над океанами и т.п. Применение лазеров позволяет с большой точностью определять малые примеси естественного и антропогенного происхождения, оптические свойства безоблачной атмосферы и облаков, скорость их движения и др. Широкое использование электроники (и, в частности, персональных компьютеров) существенным образом автоматизирует обработку измерений, упрощает и ускоряет получение конечных результатов. Успешно осуществляется создание полуавтоматических и полностью автоматических метеорологических станций, передающих свои наблюдения в течение более или менее длительного времени без вмешательства человека.

Литература

1. Моргунов В.К. Основы метеорологии, климатологии. Метеорологические приборы и методы наблюдений. Новосибирск, 2005.

2. Стернзат М.С. Метеорологические приборы и наблюдения. Санкт-Петербург, 1968.

3. Хромов С.П. Метеорология и климатология. Москва, 2004.

4. www.pogoda.ru.net

5. www.ecoera.ucoz.ru

6. www.meteoclubsgu.ucoz.ru

7. www.propogodu.ru

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Метеорологические и гидрологические условия, система течений моря Лаптевых, данные об особенностях плавания в районе запланированных работ. Состав работ и применяемое оборудование для данных навигационно-геодезического обеспечения района исследования.

дипломная работа , добавлен 11.09.2011


Приборы для измерение расхода открытых потоков. Интеграционные измерения с движущегося судна. Измерение расходов воды с использованием физических эффектов. Градуирование вертушек в полевых условиях. Измерение расхода воды гидрометрической вертушкой.

курсовая работа , добавлен 16.09.2015


Топографическая съёмка в условиях городской застройки участка в Санкт-Петербурге. Инженерные изыскания для проектирования методом крупномасштабной съёмки с использованием геодезических приборов и программных продуктов; требования нормативных документов.

дипломная работа , добавлен 17.12.2011


Комплексы оборудования для проведения восстающих. Функциональные особенности комплекса оборудования для проходки стволов буровзрывным и комбайновым способом. Оборудование для проведения стволов бурением, его устройство и предъявляемые требования.

реферат , добавлен 25.08.2013


Обоснование требований к аэрофотосъемке. Выбор метода фототопографической съемки. Технические характеристики фотограмметрических приборов, используемых при выполнении фототопографических камеральных работ. Основные требования к выполнению полевых работ.

курсовая работа , добавлен 19.08.2014


Создание новых методов и средств контроля метрологических характеристик оптико-электронных приборов. Основные требования к техническим и метрологическим характеристикам стендов для поверки и калибровки геодезических приборов. Погрешности измерения.

Назначение, схемы и устройство. Эксплуатация талевых систем. Буровые лебедки. Назначение, устройство и конструктивные схемы. Конструкции роторов и их элементов. Буровые насосы и оборудование циркуляционной системы. Вертлюги и буровые рукава. Трансмиссии.

курсовая работа , добавлен 11.10.2005


Причины создания части геодезических приборов – компенсаторов, их современное применение в приборах, устройство и принцип работы. Необходимость применения компенсаторов угла наклона и основные элементы жидкостного уровня. Поверки и исследования нивелиров.

курсовая работа , добавлен 26.03.2011


Операции в скважинах. Методы электрического и радиоактивного каротажа. Измерение тепловых свойств стенок скважины. Измерительная аппаратура и спуско-подъемное оборудование. Устройства для регулировки, контроля и стабилизации питания скважинных приборов.

презентация , добавлен 10.02.2013


Состав комплекта аэрофотосъемочного оборудования. Устройство фоторегистратора АРФА-7. Работа с гиростабилизирующей установкой. Техническая характеристика АФА-ТЭ, интерференционный метод получения изображения. Оптическая система аэрофотоаппарата.

1 из 15

Презентация на тему: Метеорологические приборы

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

Метеорологические приборы предназначены для работы в естественных условиях в любых климатических зонах. Поэтому они должны безотказно работать, сохраняя стабильность показаний в большом диапазоне температур, при большой влажности, выпадении осадков, и не должны бояться больших ветровых нагрузок, пыли. Для сравнения результатов измерений, производимых на различных метеостанциях, метеорологические приборы делают однотипными и устанавливают так, чтобы их показания не зависели от случайных местных условий.

№ слайда 3

Описание слайда:

Термометр метеорологический Термометр метеорологический максимальный. Ртутный стеклянный термометр для определения максимальной температуры за отрезок времени. Изготавливается по ГОСТ 112-78. Внесен в Государственный реестр средств измерений и имеет сертификат "об утверждении типа средств измерений". Технические характеристики: Марка ТМ-1, Диапазон измерения температуры -35...+50 ºC, Цена деления шкалы - 0,5 ºC, Термом. Жидкость 18.0±1 Конструкция Стеклянный термометр с вложенной шкальной пластиной из листового стекла молочного цвета. Имеет специальное устройство, препятствующее спаданию ртутного столбика при охлаждении, что позволяет зафиксировать максимальную температуру за определенный промежуток времени.

№ слайда 4

Описание слайда:

Психро метр Психро метр (др.-греч. Ψυχρός - холодный) тж. Гигрометр психро метрический - прибор для измерения влажности воздуха и его температуры. Простейший психрометр состоит из двух спиртовых термометров, один - обычный сухой термометр, а второй имеет устройство увлажнения. Термометры имеют точную градуировку с ценой деления 0,2-0,1 градуса. Термодатчик влажного термометра обернут хлопчатобумажной тканью, которая находится в сосуде с водой. Вследствие испарения влаги, увлажнённый термометр охлаждается. Для определения относительной влажности, снимают показания с сухого и влажного термометров, а далее используют психрометрическую таблицу. Обычно входными величинами в психрометрической таблице являются показания сухого термометра и разница температур сухого и влажного термометров. Современные психрометры можно разделить на три категории: станционные, аспирационные и дистанционные. В станционных психрометрах термометры закреплены на специальном штативе в метеорологической будке.

№ слайда 5

Описание слайда:

Гигрометр Прибор для измерения влажности воздуха. Существует несколько типов Г., действие которых основано на различных принципах: весовой, волосной, плёночный и др. Плёночный Гигрометр имеет чувствительный элемент из органической плёнки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Изменение положения центра плёночной мембраны 1 передаётся стрелке 2. Плёночный Гигрометр в зимнее время является основными приборами для измерения влажности воздуха.

№ слайда 6

Описание слайда:

Гигрограф Гигрограф (др.-греч. ὑγρός - влажный и γράφω - пишу) -прибор для непрерывной регистрации относительной влажности воздуха. Чувствительным элементом гигрографа служит пучок обезжиренных человеческих волос или органическая плёнка. Запись происходит на разграфленной ленте, надетой на барабан, вращаемый часовым механизмом. В зависимости от продолжительности оборота барабана гигрографы бывают суточные и недельные.

№ слайда 7

Описание слайда:

Барометр Барометр - прибор для измерения атмосферного давления. Наиболее распространены: жидкостные барометры, основанные на уравновешивании атмосферного давления весом столба жидкости; деформационные барометры, принцип действия которых основан на упругих деформациях мембранной коробки. Наиболее точными стандартными приборами являются ртутные барометры: ртуть благодаря большой плотности позволяет получить в барометре сравнительно небольшой столб жидкости, удобный для измерения. Ртутные барометры представляют собой два сообщающихся сосуда, наполненных ртутью; одним из них служит запаянная сверху стеклянная трубка длиной около 90 см, не содержащая воздуха. За меру атмосферного давления принимается давление столба ртути, выраженное в мм рт. ст. или в мбар.

№ слайда 8

Описание слайда:

Анероид (от греч. а - отрицательная частица, nērys - вода, т. е. действующий без помощи жидкости) Барометр-анероид, прибор для измерения атмосферного давления. Приёмной частью анероида служит круглая металлическая коробка с гофрированными основаниями, внутри которой создано сильное разрежение. При повышении атмосферного давления коробка сжимается и тянет прикрепленную к ней пружину; при понижении давления пружина разгибается и верхнее основание коробки поднимается. Перемещение конца пружины передаётся стрелке, перемещающейся по шкале. К шкале прикреплен дугообразный термометр, который служит для внесения поправки в показания на температуру.

№ слайда 9

Описание слайда:

Актинометр Актинометр (от греч. ακτίς - луч и μέτρον - мера) - измерительный прибор, который служит для измерения интенсивности электромагнитного излучения, преимущественно видимого и ультрафиолетового света. В метеорологии применяется для измерения прямой солнечной радиации. Актинометром названы также приборы, измеряющие количество лучистой теплоты, испускаемой в небесное пространство.

№ слайда 10

Описание слайда:

Альбедометр Альбедометр - прибор для измерения альбедо. Работает на принципе интегрального шарового фотометра. Альбедо земной поверхности измеряют проходным альбедометром - два соединенных пиранометра, приемная поверхность одного из которых повернута к земле и воспринимает рассеянный свет, второго - к небу и регистрирует падающее излучение. Используют и один пиранометр, приемная поверхность которого поворачивается то вверх, то вниз.

№ слайда 11

Описание слайда:

Анемометр Анемометр - прибор для измерения скорости ветра. По конструкции приемной части различают два основных вида анемометров: а) чашечные - для измерения средней скорости ветра любого направления в пределах 1-20 м/с; б) крыльчатые - для измерения средней скорости направленного воздушного потока от 0,3 до 5 м/с. Крыльчатые анемометры применяются в основном в трубках и каналах вентиляционных систем. Трёхмерный ультразвуковой анемометр Принцип действия анемометров ультразвукового типа - в измерении скорости звука, которая изменяется в зависимости от направления ветра. Различают двумерные ультразвуковые анемометры, трехмерные ультразвуковые анемометры и термоанемометры. Двумерный анемометр способен измерять скорость и направление горизонтального ветра. Трехмерный анемометр проводит измерение первичных физических параметров - времен проходов импульсов, а затем пересчитывает их в три компоненты направления ветра. Термоанемометр, помимо трех компонент направления ветра, способен измерять еще и температуру воздуха ультразвуковым методом.

№ слайда 12

Описание слайда:

Гипсотермометр (от греч. hýpsos - высота) прибор для измерения атмосферного давления по температуре кипящей жидкости. Кипение жидкости наступает, когда упругость образующегося в ней пара достигает величины внешнего давления. Измерив температуру пара кипящей жидкости, по специальным таблицам находят величину атмосферного давления. Гипсотермометр состоит из специального термометра 1, позволяющего отсчитывать температуру с точностью 0,01°, и кипятильника, который состоит из металлического сосуда 3 с дистиллированной водой и раздвижной трубки 2 с двойными стенками. Термометр помещается внутри этой трубки и омывается парами кипящей воды. Выпускаются гипсотермометры, у которых деления на шкале термометра нанесены в единицах давления (мм рт. ст. или мб).

Описание слайда:

Электрометр Механические электрометры в настоящее время применяются почти исключительно в учебных целях. В науке и технике они широко применялись ещё в первой трети 20 века (в частности, в исследованиях радиоактивности и космических лучей с помощью электрометров измерялась скорость потери заряда, вызванная ионизацией воздуха ионизирующими излучениями). Современные электрометры являются электронными вольтметрами с очень высоким входным сопротивлением, достигающим 1014 ом.

№ слайда 15

Описание слайда:

Флюгер Флю гер (нидерл. Vleugel) метеорологический прибор для измерения направления (иногда и скорости) ветра. Флюгер представляет собой металлический флаг, расположенный на вертикальной оси и поворачивающийся под воздействием ветра. Противовес флага направлен в сторону, откуда дует ветер. Направление ветра может определяться по горизонтальным штифтам, ориентированным по восьмирумбам, а на современных флюгерах - с помощью электронного прибора (энкодера).

Настич Надежда Валентиновна

Термометр

Термо́метр - прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометров:

жидкостные;

механические;

электронные;

оптические;

• инфракрасные.

Психрометр

Психро́метр - прибор для измерения влажности воздуха и его температуры . Простейший психрометр состоит из двух спиртовых термометров . Один термометр - сухой, а второй имеет устройство увлажнения. Спиртовая колба влажного термометра обёрнута батистовой лентой, конец которой находится в сосуде с водой. Вследствие испарения влаги увлажнённый термометр охлаждается.

Барометр

Баро́метр - прибор для измерения атмосферного давления . Ртутный барометр был изобретён итальянским математиком и физиком Эванджелистой Торричелли в 1644 году , это была тарелка с налитой в неё ртутью и пробиркой (колбой), поставленной отверстием вниз. Когда атмосферное давление повышалось, ртуть поднималась в пробирке, когда же оно понижалось - ртуть опускалась.

В быту обычно используются механические барометры. В анероиде жидкости нет. В переводе греческого «анероид» - «без воды». Он показывает атмосферное давление, действующее на гофрированную тонкостенную металлическую коробку, в которой создано разрежение.

Анемометр

Анемо́метр, ветроме́р - прибор для измерения скорости движения газов, воздуха в системах, например, вентиляции. В метеорологии применяется для измерения скорости ветра .

По принципу действия различают механические анемометры, тепловые анемометры, ультразвуковые анемометры.

Наиболее распространённый тип анемометра - это чашечный анемометр. Изобретён доктором Джоном Томасом Ромни Робинсоном , работавшем в обсерватории Армы, в 1846 году. Состоит из четырёх полусферических чашек, симметрично насаженных на крестообразные спицы ротора, вращающегося на вертикальной оси.

Ветер любого направления вращает ротор со скоростью, пропорциональной скорости ветра.

Осадкомер

Осадкомер, дождемер, плювиометр или плювиограф - прибор для измерения атмосферных жидких и твёрдых осадков .

Устройство осадкомера Третьякова

Комплект осадкомера состоит из двух металлических сосудов для сбора и сохранения выпадающих осадков, одной крышки к ним, тагана для установки осадкомерных сосудов, ветровой защиты и двух измерительных стаканов.

Плювиограф

Прибор, предназначенный для непрерывной регистрации количества и интенсивности выпадающих жидких осадков с привязкой ко времени (начало осадков, окончание и т.д.), а на современных флюгерах - с помощью электронного прибора .

Флюгер часто служит декоративным элементом - для украшения дома. Флюгер может использоваться и для защиты дымовой трубы от задувания.

Наблюдения на метеорологических станциях в основном имеют характер измерений и ведутся с помощью специальных измерительных приборов; лишь немногие метеорологические элементы количественно оцениваются без приборов (степень облачности, дальность видимости и некоторые другие). Каче­ственные оценки, например определение характера облаков и осадков, производятся без приборов.

Для сетевых приборов необходима однотипность, облегчаю­щая работу сети и обеспечивающая сравнимость наблюдений.

Метеорологические приборы устанавливаются на площадке станции под открытым небом. Только приборы для измерения атмосферного давления (барометры) устанавливаются в закры­том помещении станции, так как разница между давлением воз­духа под открытым небом и внутри помещения ничтожно мала (практически отсутствует).

Приборы для определения температуры и влажности воздуха защищают от действия солнечной радиации, от осадков и поры­вов ветра, и для этого их помещают в будках особой конструк­ции. Отсчеты по приборам делаются наблюдателем в установ­ленные сроки наблюдений. На станциях устанавливаются также самопишущие приборы, дающие непрерывную автоматическую регистрацию важнейших метеорологических элементов (особенно температуры и влажности воздуха, атмосферного давления и ветра). Самопишущие приборы нередко конструируют так, что их приемные части, помещенные на площадке или на крыше здания, имеют электрическую передачу к пишущим частям, установленным внутри здания.

Принципы ряда метеорологических приборов были пред­ложены еще в XVII-XIX веках. В настоящее время в метеоро­логическом приборостроении наблюдается быстрый прогресс. Создаются новые конструкции приборов с использованием воз­можностей современной техники: термо- и фотоэлементов, полу­проводников, радиосвязи и радиолокации, различных химиче­ских реакций и т. п. Особенно нужно отметить применение в последние годы в метеорологических целях радиолокации. На экране радиолокатора (радара) можно обнаружить скопления облаков, области осадков, грозы и даже большие атмосферные вихри (тропические циклоны) в значительном отдалении от на­блюдателя и прослеживать их эволюцию и перемещение.

Как упоминалось выше, достигнуты большие успехи в конструировании автоматических станций, передающих свои наблю­дения в течение более или менее длительного времени без вме­шательства человека.

Методы аэрологических наблюдений

Наиболее простым видом аэрологических наблюдений яв­ляется ветровое зондирование , т. е. наблюдения над ветром в свободной атмосфере с помощью шаров-пилотов . Так называ­ются небольшие резиновые шары, наполняемые водородом и выпускаемые в свободный полет. Наблюдая в теодолиты за по­летом шара-пилота, можно установить скорость и направление ветра на тех высотах, на которых летит шар. В настоящее время при аэрологических наблюдениях над ветром все шире применя­ются методы радиообнаружения, т. е. радиопеленгация радио­зондов и радиолокация (радиоветровое зондирование), обеспе­чивающие получение сведений о ветре при наличии облачного покрова. Наблюдения над ветром, помимо их научной роли, имеют непосредственное значение для обслуживания действий авиации. Такое, же значение имеет и описываемое ниже темпера­турное зондирование.

Температурным зондированием называются регулярные (обычно два раза в сутки) выпуски в высокие слои атмосферы шаров-зондов с резиновыми оболочками достаточно большого размера, к которым прикреплены автоматические приборы для регистрации температуры, давления и влажности воздуха. До тридцатых годов эти приборы - метеорографы - давали только запись наблюдаемых величин на ленте самописца. На той или иной высоте шар, раздуваясь, лопался, а прибор спускался на землю на втором, дополнительном шаре или на парашюте. Од­нако возвращение прибора в место выпуска зависело при этом от случая, и не могло быть речи о срочном использовании на­блюдений. С 1930 г. распространился метод радиозондирования (впервые примененный в СССР). Прикрепленный к шару при­бор - радиозонд, находясь еще в полете, посылает радиосиг­налы, по которым можно определить значения метеорологиче­ских элементов в высоких слоях.

Метод радиозондирования создал переворот в методах аэрологических наблюдений и во всей современной метеороло­гии. Радиозондовые наблюдения можно без всякого промедле­ния использовать для службы погоды, что особенно повышает их ценность. Благодаря радиозондированию несравнимо возро­сли наши знания о слоях атмосферы до высоты 30-40 км. Од­нако точность показаний современных радиозондов еще недо­статочно велика.

Радиозондирование вытеснило другие методы температур­ного зондирования - подъем метеорографов на змеях, привяз­ных аэростатах, самолетах и пр. Самолет остается, однако важным средством для специальных сложных наблюдений, тре­бующих участия наблюдателя, например для изучения физиче­ского строения облаков, для актинометрических и атмосферно-электрических наблюдений. Для тех же целей применяются аэростаты, а изредка стратостаты с герметически закрытыми гондолами. Последний рекорд высоты подъема на стратостате в США близок к 35 км.

В последние годы начали практиковать выпуски шаров без людей не только с радиозондами, но и с более сложными автоматическими приборами для разного рода наблюдений. Та­кие шары большого диаметра с оболочкой из полиэтилена (трансокеанские зонды) достигают со значительным грузом при­боров высот порядка 30-40 км. Они могут лететь на опреде­ленной заданной высоте (точнее, на заданной изобарической по­верхности, т. е. в слое с одним и тем же атмосферным давле­нием) , находясь при этом в воздухе много дней подряд и передавая радиосигналы. Определение траекторий полета таких шаров имеет значение для изучения переноса воздуха в высоких слоях атмосферы, особенно над океанами и в низких широтах, где сеть аэрологических станций недостаточна.

Для исследования еще более высоких слоев атмосферы производят выпуски метеорологических и геофизических ракет с приборами, показания которых передаются по радио. Потолок подъема ракет в настоящее время стал уже неограниченным.

В 1957-1958 гг. в СССР, а затем в США удалось запустить, первые спутники Земли с автоматическими приборами в выс­шие слои атмосферы. Теперь уже большое количество таких спутников вращается вокруг Земли, причем орбиты некоторых из них достигают высот в десятки тысяч километров. С 1960 г. регулярно запускаются так называемые метеорологические спутники, предназначенные для исследования нижележащих слоев атмосферы. Они фотографируют и передают телевизион­ным путем распределение облачности по Земному шару, а так­же измеряют поступающую от земной поверхности радиацию.

Кроме того, важным методом исследования высших слоев являются наблюдения над распространением радиоволн.

Эпоха великих открытий и изобретений, отметившая начало нового периода истории человечества, произвела революцию и в естественных науках. Открытие новых стран принесло сведения об огромном количестве физических фактов, неизвестных ранее, начиная с опытного доказательства шарообразности земли и понятия о разнообразии ее климатов. Мореплавание этой эпохи нуждалось в большом развитии астрономии, оптики, знаний правил навигации, свойств магнитной стрелки, знания ветров и морских течений всех океанов. В то время как развитие торгового капитализма служило импульсом ко все более далеким путешествиям и поиском новых морских путей, переход от старого ремесленного производства к мануфактуре требовал создания новой техники.

Этот период был назван веком Ренессанса, но его достижения вышли далеко за рамки возрождения античных наук - он ознаменовался настоящей научной революцией. В XVII в. были заложены основы нового математического метода анализа бесконечно малых, открыты многие основные законы механики и физики, изобретены зрительная труба, микроскоп, барометр, термометр и другие физические приборы. Используя их, быстро начала развиваться экспериментальная наука. Возвещая ее возникновение, Леонардо да Винчи, один из самых блестящих представителей новой эпохи, сказал, что «…мне кажется, что те науки пусты и полны ошибок, которые не кончаются в очевидном опыте, т.е. если их начало или середина, или конец не проходят через одно из пяти чувств». Вмешательство Бога в явления природы было признано невозможным и несуществующим. Наука вышла из-под гнета церкви. Вместе с церковными авторитетами был предан забвению и Аристотель - с середины XVII в. Его творения почти не переиздавались и не упоминались естествоиспытателями.

В XVII в. наука как бы начала создаваться заново. То, что новая наука

должна была завоевать право на существование, вызывало у ученых того времени огромный энтузиазм. Так, Леонардо да Винчи был не только великим художником, механиком и инженером, он был конструктором ряда физических приборов, одним из основателей атмосферной оптики, и то, что он написал о дальности видимости окрашенных объектов сохраняет свой интерес до сих пор. Паскаль - философ, провозгласивший, что мысль человека позволит ему покорить могучие силы природы, выдающийся математик и создатель гидростатики - первый доказал экспериментально убывание атмосферного давления с высотой. Декарт и Локк, Ньютон и Лейбниц - великие умы XVII в., прославившиеся своими философскими и математическими исследованиями - внесли большие вклады в физику, в частности, в науку об атмосфере, которая тогда почти не отделялась от физики.

Во главе этого переворота стояла Италия, где жил и творил Галилей и его ученики Торричелли, Маджиотти и Нарди, Вивиани и Кастелли. Другие страны тоже внесли большой вклад в метеорологию того времени; достаточно вспомнить Ф. Бэкона, Э. Мариотта, Р. Бойля, Хр. Гюйгенса, О. Герике - целый ряд выдающихся мыслителей.

Глашатаем нового научного метода был Ф. Бэкон (1561 - 1626 гг.) -«родоначальник английского материализма и всей опытной науки нашего времени», по выражению Карла Маркса. Бэкон отверг домыслы схоластической «науки», которая, как он справедливо говорил, пренебрегала естествознанием, чуждалась опыта, была скована суеверием и преклонялась перед авторитетами и догматами веры, неустанно говорившей о непознаваемости Бога и его творений. Бэкон провозгласил, что науку поведет вперед союз опыта и рассудка, очищающего опыт и извлекающего из него законы природы, истолкованные последней.

В «Новом Органоне» Бэкона мы находи описание термометра, что дало некоторым даже повод считать Бэкона изобретателем этого прибора. Перу Бэкона принадлежали и соображения об общей системе ветров земного шара, но они не нашли отзыва в творениях авторов XVII - XVIII вв., писавших на ту же тему. Собственные опытные работы Бэкона по сравнению с его философскими исследованиями имеют, тем не менее, второстепенное значение.

Для экспериментальной науки первой половины XVII в., в том числе и для метеорологии, более всего сделал Галилей. То, что он дал метеорологии, прежде казалось второстепенным по сравнению, например, с вкладом Торричелли в эту науку. Теперь мы знаем, однако, что кроме высказанного им впервые представления о весе и давлении воздуха, Галилею принадлежит идея первых метеорологических приборов - термометра, барометра, дождемера. Создание их заложило фундамент всей современной метеорологии.

Рис. 1. Типы ртутных барометров: а -- чашечный, б -- сифонный, в -- сифонно-чашечный.

Рис. 2. Станционный чашечный барометр; К -- кольцо, на котором подвешивается барометр.

Метеорологическая будка

Назначение. Будка служит для предохранения метеорологических приборов (термометров, гигрометра) от дождя, ветра и солнечных лучей.

Материалы:

• - деревянные бруски 50 x 50 мм длиной до 2,5 м,6 шт.;
• - фанерные пластины шириной 50--80 мм, длиной до 450 мм, 50 шт.;
• - петли для форточек, 2 шт.;
• - доски не толще 20 мм для изготовления дна и крыши будки;
• - белая краска, масляная или эмалевая;
• - материал для лесенки.

Изготовление. Из брусков сбивается корпус. Угловые бруски должны образовывать высокие ноги будки. В брусках делаются неглубокие пропилы под углом 45°, в них вставляются фанерные пластины так, чтобы они образовали боковые стенки и через противоположные стенки будки не были видны просветы. Рама передней стенки (дверки) делается из реек и навешивается на петлях. Задняя стенка будки и дверка монтируются из фанерных пластин так же, как боковые стенки. Из досок сбиваются дно и крыша. Крыша должна свешиваться с каждой стороны будки не менее чем на 50 мм, она устанавливается наклонно. Будка красится в белый цвет.

Установка. Будка устанавливается так, чтобы ее дно было на высоте 2 м от поверхности земли. Возле нее из любого материала сооружается постоянная лесенка такой высоты, чтобы лицо наблюдателя, стоящего на ней, было на высоте середины будки.

Эклиметр

Назначение. Измерение вертикальных углов, в том числе высоты небесных светил.

Материалы:

• - металлическийтранспортир;
• - нитка с грузиком.

Изготовление. Края основания транспортира изгибаются под прямым углом, на отогнутых частях пробиваются небольшие визирные отверстия на одинаковом расстоянии от горизонтального диаметра транспортира. Изменяется оцифровка шкалы транспортира: 0° ставится там, где обычно стоит 90°, а на местах 0° и 180° пишется 90°. Конец нити закрепляется в центре транспортира, другой конец нити с грузиком свободно свешивается.

Работа с прибором. Сквозь два визирных отверстия наводим прибор на нужный объект (небесное светило или предмет на Земле) и читаем вертикальный угол по нити. Нельзя смотреть на Солнце даже сквозь маленькие отверстия; чтобы определить высоту Солнца, нужно найти такое положение, чтобы солнечный луч проходил через оба визирных отверстия.

Гигрометр

Назначение. Определение относительной влажности воздуха без помощи таблиц.

Материалы:

• - дощечка 200 x 160 мм;
• - рейки 20 x 20 мм длиной до 400 мм, 3--4 шт.;
• - 5--7 светлых человеческих волос длиной 300--350 мм;
• - гирька или иной грузик весом 5--7 г;
• - легкая металлическая стрелка длиной 200--250 мм;
• - проволока, мелкие гвозди.

Волосы нужны женские, они тоньше. Прежде чем срезать 5--7 волосков, нужно тщательно вымыть голову шампунем для жирных волос (даже если волосы нежирные). На стрелке должен быть противовес, чтобы стрелка, будучи посажена на горизонтальную ось, была в безразличном равновесии.

Изготовление. Дощечка служит основанием прибора. На ней монтируется П-образная рамка высотой 250--300, шириной 150--200 мм. На высоте около 50 мм от основания горизонтально крепится перекладина. На ней посередине устанавливается ось стрелки, это может быть гвоздик. Стрелка должна быть надета на него втулкой. Втулка должна вращаться на оси свободно. Внешняя поверхность втулки не должна быть скользкой (на нее можно надеть короткий отрезок тонкой резиновой трубки). К середине верхней перекладины рамки крепятся волосы, к другому концу пучка волос подвешивается грузик. Волосы должны касаться боковой поверхности втулки, нужно сделать ими один полный оборот. Из картона или любого другого материала выкраивается дугообразная шкала и прикрепляется к рамке. Нулевое деление шкалы (полная сухость воздуха) можно с известной долей условности нанести там, где остановится стрелка прибора, на 3--4 минуты положенного в духовку. Максимальную влажность (100%) отметьте по показанию стрелки прибора, помещенного в закрытое полиэтиленовой пленкой ведро, на дно которого налит кипяток. Промежуток между 0% и 100% разделите на 10 равных частей и подпишите десятки процентов. Хорошо, если удастся проконтролировать показания гигрометра, сверив его с психрометром на метеостанции.

Установка. Прибор удобно держать в метеорологической будке; если хотите знать влажность воздуха в помещении, поставьте его в комнате.

Экваториальные солнечные часы

Назначение. Определение истинного солнечного времени.

Материалы:

• - квадратная доска со стороной от 200 до 400мм;
• - деревянная или металлическая палочка, можно взять гвоздь 120мм;
• - циркуль;
• - транспортир;
• - масляные краски двух цветов.

Изготовление. Доска -- основание часов окрашивается одним цветом. По основанию краской другого цвета вычерчивается циферблат -- круг, разделенный на 24 части (по 15°). Сверху пишется 0, внизу 12, слева 18, справа 6. В центре часов укрепляется гномон -- деревянный или металлический штырь; нужно, чтобы он был строго перпендикулярен циферблату. Установка. Часы ставятся на любой высоте в месте как можно более открытом, не защищенном от солнечных лучей строениями, деревьями. Основание часов (низ циферблата) располагается в направлении восток--запад. Верхняя часть циферблата поднимается так, чтобы угол между плоскостью циферблата и горизонтальной плоскостью составил 90° минус угол, соответствующий географической широте места. Работа с прибором. Время читается по циферблату по тени, отбрасываемой гномоном. Часы будут работать с конца марта по 20--23 сентября.

Часы показывают истинное солнечное время, не забывайте, что оно отличается от того, по которому мы живем, в некоторых местах довольно значительно. Если хотите, чтобы часы работали и зимой, сделайте так, чтобы гномон прошел насквозь дощечки-основания, он будет служить опорой в ее наклонном положении, а на нижней стороне основания начертите второй циферблат; только на нем цифра 6 будет слева, а 18 -- справа. -- Прим. ред.

Назначение. Определение направления и силы ветра.

Материалы:

• - деревянный брусок;
• - жесть или тонкая фанера;
• - толстая проволока, 5--7 мм;
• - пластилин или оконная замазка;
• - масляная краска;
• - мелкие гвозди.

Изготовление. Корпус флюгера делается из деревянного бруска длиной 110--120 мм, которому придается форма усеченной пирамиды с основаниями 50 x 50 мм и 70 x 70 мм. К противоположным боковым граням пирамиды прибиваются два жестяных или фанерных крыла в виде трапеций высотой около 400мм, с основаниями 50 мм и 200мм; жестяные крылья лучше, они не коробятся от сырости.

В центре бруска просверливается (не насквозь!) отверстие диаметром немного больше диаметра того штыря, на котором будет вращаться флюгер. Внутрь отверстия, в самом его конце, хорошо бы вставить что-то твердое, чтобы при вращении флюгера отверстие не рассверливалось. В торцевую часть флюгера, со стороны противоположной крыльям, вгоняется проволока так, чтобы она выступала на 150--250 мм, а на ее конец надевается шарик из пластилина или оконной замазки. Вес шарика подбирается так, чтобы он уравновешивал крылья, чтобы флюгер не перевешивался назад или вперед. Хорошо, если удастся вместо пластилина или замазки подобрать и хорошо закрепить на проволоке другой, более надежный противовес. Выгибается из проволоки и вставляется вертикально в верхнюю поверхность бруска флюгера, над осью его вращения, прямоугольная рамка высотой 350мм. и шириной 200мм. Рамка должна быть расположена перпендикулярно продольной оси флюгера. На рамку навешивается на петельках (проволочных колечках) жестяная или фанерная дощечка весом 200г и размером 150 x 300 мм. Дощечка должна свободно качаться, но не должна смещаться из стороны в сторону. К одной из боковых стоек рамки прикрепляется фанерная или жестяная шкала силы ветра в баллах. Все деревянные и фанерные детали (а по желанию и остальные) красятся масляной краской.

Установка. Согласно стандарту, флюгер устанавливается на вкопанном в землю столбе или на вышке над крышей здания на высоте 10 м над уровнем земли. Соблюсти это требование довольно сложно, придется исходить из возможностей, учитывая при этом и видимость прибора с высоты человеческого роста. Ось флюгера нужно установить вертикально на столбе, по сторонам которого должны быть штыри, указывающие восемь направлений: С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ. Из них только на одном, направленном на север, должна быть закреплена хорошо видная буква С.

Работа с прибором. Направление ветра -- это направление, откуда дует ветер, поэтому оно читается по положению противовеса, а не крыльев флюгера. Сила ветра в баллах читается по степени отклонения доски флюгера. Если доска колеблется -- принимается во внимание ее среднее положение; когда наблюдаются отдельные сильные порывы ветра, указывают и максимальную силу ветра. Так, запись «ЮЗ 3 (5)» означает: ветер юго-западный, 3 балла, порывами до 5 баллов.

Метеорологические станции

Волосной гигрометр: 1 -- волос; 2 -- рамка; 3 -- стрелка; 4 -- шкала.

Плёночный гигрометр: 1 -- мембрана; 2 -- стрелка; 3 -- шкала.

Метеорологические приборы, которые использовал Р.Гук в середине XVII века: барометр (а ), анемометр (б ) и компас (в ) определяли давление, скорость и направление ветра как функции времени, разумеется если были часы. Для того чтобы разобраться в причинах и свойствах движения атмосферного воздуха, были нужны многочисленные и достаточно точные измерения, а следовательно, достаточно дешевые и точные приборы. Изображение: «Квант»

Внутреннее устройство анероида.

Расположение метеорологических станций на Земле

Снимки с космических метеорологических станций