Федеральное агентство по образованию РФ

Южно  – Уральский государственный  университет

Химический  факультет

Кафедра «Экология и природопользование» 
 
 
 

Курсовая  работа 

Станционные методы метеорологических наблюдений.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Выполнил: студент гр. Х-386

Малыгин Д. А.

Проверил: к. х. н., доцент

каф. ЭкиП ЮУрГУ

Ракова О. В. 

                                                          Челябинск

                                                               2009

Содержание

 

Введение                                                                                                                  3

Глава  1. Метеонаблюдения  как основы метеорологии                                      4

Глава 2. Виды метеорологических наблюдений.                                               6

         2.1. Наблюдения за атмосферой.                                                                  6

          2.1.1. Иизмерение атмосферного давления.                                              6

           2.1.2. Наблюдения за циркуляцией атмосферы             11

          2.1.3. Наблюдения за радиационным режимом атмосферы.             16

          2.1.4. Наблюдения за водой в атмосфере.                                                23

           2.1.4.1. Испарение и способы его измерения.                                     23

           2.1.4.2. Влажность и способы её измерения.                                      24

                2.1.4.3. Наблюдение за атмосферными осадками и их измерение. 31

          2.2. Наблюдение за температурой.                                                             34

              2.2.1. Измерение температуры поверхности почвы.                            35

    2.2.2. Измерения температуры и промерзания почвы на различных        глубинах.                                                                                                      37

              2.2.3 Измерение температуры воздуха.                                                 40

Заключение                                                                                                             45

Список источников                                                                                                46 
 
 
 
 
 
 
 

 

      Введение

      Актуальность. Рост потребностей населения в точных метеопрогнозах выдвигает на передний план задачу повышения их качества и своевременности.

      В современном мире компьютерных технологий, космических спутников, по-прежнему основой в составлении метеопрогнозов служат, на первый взгляд простые, но не менее востребованные, чем например фотографии из космоса, станционные метеорологические наблюдения.

      Так, например, ни один самолет не взлетит не получив сведений о скорости ветра, а ни один человек не выйдет на улицу не прослушав информацию о погоде на предстоящий день. Следовательно, получается так, что в основе глобального мониторинга состояния погоды на земле лежат сведенья, собранные на метеостанциях по всему миру

      Цель  работы: заключается в том, чтобы  изучить методы и приборы, используемые чаще всего в метеорологических наблюдениях.

      Задачи:

1. Изучить литературный обзор по данной теме;

2. Описать основные методы и приборы;

3. Сделать выводы.

      Теоретическая значимость заключается в том, чтобы  проанализировав различные методы сделать выводы об их применении в метеорологии.

 
 
 
 
 
 
 
 

Глава  1. Метеонаблюдения как основы метеорологии.

     Метеорология  есть  наука о физических процессах, происходящих в земной атмосфере [1, с.3]. Метеорология изучает состав, плотность, температуру и влажность воздуха, лучевую энергию естественных источников освещения, движение и преобразование воздушных масс, облака, осадки, ураганы, заморозки, засухи и другие явления, происходящие в земной атмосфере, во взаимодействии с поверхностью суши и Мирового океана. Метеорология включает в себя сразу несколько разделов таких как, климатологию, изучающую динамику изменения средних характеристик атмосферы, динамическую метеорологию, изучающую физические механизмы атмосферных процессов, физическую метеорологию, занимающейся разработкой радиолокационных и космических методов исследования атмосферных явлений и синоптическую метеорологию - науку о закономерностях изменения погоды. Основной и наиболее важной задачей стоящей перед всеми этими разделами метеорологии, является прогнозирование погоды, как в целом, так и прогнозирование ее отдельных явлений, а также создание наиболее благоприятных условий для осуществления прогноза, с помощью разработки новых и совершенствования уже имеющихся средств и технологий [2, с. 5].                                        В прогнозировании погоды первым и основополагающим шагом стоит сбор метеорологической информации. Под метеорологической информацией понимается совокупность сведений о состоянии атмосферы или о состоянии отдельных метеорологических величин.       Различают два вида метеорологической информации:

1. первичную информацию о текущей погоде, непосредственно получаемую в результате метеорологических наблюдений;
2. вторичную  информацию – информацию о наблюдавшейся погоде в виде различных сводок, синоптических карт, аэрологических диаграмм, вертикальных разрезов, карт облачности, полученных по спутниковым наблюдениям.

      Правильность анализа атмосферных процессов и успешность составляемых прогнозов в значительной степени зависит от качества и своевременности поступления первичной метеорологической информации [1, с. 25].  

     В России, как и по всему миру, существует обширная сеть метеорологических наблюдений, которая включает приземные наблюдения на метеорологических станциях, постах, обсерваториях; аэрологические наблюдения с помощью радиозондов, метеорологических и геофизических ракет; радиолокационные наблюдения атмосферы; наблюдения на морях и океанах со специально оборудованных судов; спутниковые наблюдения и другие. Наземная метеорологическая сеть в нашей стране максимального развития достигла к началу 80-х годов прошлого столетия. Начавшиеся в конце 80-х годов кризисные процессы и неудавшаяся перестройка вызвали ощутимое сокращение метеорологической сети. Так с 1987 по 1989 год число метеостанций сократилось на 15 %, а постов на 20 %, на начало 1995 г. уменьшение составило 22 % и 30 % соответственно по сравнению с количеством станций и постов в 1987 году.    Метеорологические исследования опираются на новейшие технические средства, новые приборы с использованием камер искусственного климата, авиации, спутниковой информации, парка ЭВМ [2, с. 7].     Российская Федерация является членом Всемирной метеорологической организации (ВМО), учрежденной при Организации Объединенных Наций в 1950 г. Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) принимает активное участие в работе ВМО, в том числе в деятельности Всемирной службы погоды (ВСП) [13, с. 45]. Главными потребителями метеорологической информации являются авиация и морской флот. Сведения о метеорологическом режиме необходимы и широко используются при проектировании и эксплуатации сооружений самого различного назначения — аэродромов, зданий, шоссейных и железных дорог, газопроводов, линий электропередач, портов, гидроэлектростанций, водохранилищ, мелиоративных каналов и т.д.     Однако на первом месте по зависимости от погодных условий и климата стоит сельское хозяйство. На продуктивность полей большое влияние оказывает влажность почвы и воздуха, количество осадков, света, тепла. Выбор наиболее подходящих сроков сева, внесения удобрений, проведения оросительных и мелиоративных работ в значительной степени определяется метеорологическими условиями.       В конце XIX века сформировалась даже самостоятельная отрасль метеорологии — агрометеорология, изучающая метеорологические, климатические и гидрологические условия в их взаимодействии с объектами и процессами сельскохозяйственного производства. В настоящее время наиболее оперативную и полную информацию можно получить только используя систему космического наблюдения и спутниковую связь, интегрированную в международные информационные сети, в том числе Интернет [4, с. 15].

Глава 2. Виды метеорологических наблюдений.

2.1. Наблюдения за атмосферой.

     Одним из основных объектов изучения метеорологии является атмосфера. Атмосфера — это газообразная оболочка Земли. Она состоит из смеси газов, называемой воздухом, в которой находятся во взвешенном состоянии жидкие и твердые частицы. Под метеонаблюдениями за атмосферой чаще всего понимают измерение и контроль атмосферного давления. Атмосферное давление — это сила, с которой давит на единицу площади земной поверхности столб воздуха, простирающийся от поверхности земли до верхней границы атмосферы [5].  

          2.1.1. Иизмерение атмосферного давления.

     Атмосферное давление в метеорологии принято измерять высотой ртутного столба в трубке барометра. Давление атмосферы удерживает столб ртути в трубке на определенной высоте. На уровне моря эта высота составляет около 760 мм.           Для измерения давления в единицах силы в 1930 г. была введена международная единица давления — бар, равная 1 млн. дин на площадь 1 см². В практике использовалась тысячная часть бара — миллибар.    С 1980 г. в качестве международной единицы для измерения атмосферного давления принят Паскаль — давление, вызываемое силой в 1 Н на площадь 1 м²:

    1Па = 1H/ м² = 10ˉ⁵бар = 0,01мб.

    Для практических целей используется гектопаскаль:

1гПа = 100 Па = 1 мб = 0,75 мм рт. ст.

    Ускорение свободного падения на Земном шаре увеличивается от экватора к полюсам и уменьшается с высотой. Чтобы исключить зависимость измеренного атмосферного давления от этих факторов, его приводят к ускорению свободного падения на широте 45° и на уровне моря.

    Давление, соответствующее массе ртутного столба высотой 760 мм, имеющего температуру 0 °С и находящегося на широте 45° и на уровне моря, называют нормальным атмосферным давлением. Оно округленно составляет 1013 гПа [2, с. 38] .

   Для измерения атмосферного давления существуют различные виды батометров.            1. Барометр чашечный стационарный (рис.1 а) служит для измерения атмосферного давления в стационарных условиях.

   Рис.1 Барометр чашечный станционный. Основные части: 1 - кольцо, 2 -нониус, 3 - защитное стекло , 4 - оправа, 5 - рукоятка кремальеры, 6 -барометрическая трубка, 7 - термометр, 8 - винт, 9 - чашка.

    

    2. Барометр - анероид (от греч. а — отрицательная частица, nērys — вода, т. е. действующий без помощи жидкости), барометр-анероид, прибор для измерения атмосферного давления. Приёмной частью 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 барометра на температуру.     Для получения истинного значения давления показания барометра -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 барометра - анероида составляет 1—2 мбар. Вследствие своей портативности Анероид широко применяются в экспедициях, а также как высотомеры. В последнем случае шкалу анероида градуируют в м [7].

    Рис.2 Барометр – анероид. Основные части: А - гофрированная коробка, В – стрелка, С – шкала.

                                                                                 

    

     3. Барограф (греч. baros — тяжесть, вес и grapho — пишу) — самопишущий прибор для непрерывной записи атмосферного давления. Применяется на метеорологических станциях, а также на самолётах и аэростатах для регистрации высоты (по изменению давления).     В зависимости от принципа действия приёмной части барографы разделяют на анероидные барографы и ртутные, весовые и поплавковые.  Распространены на практике анероидные барографы (рис.3), приёмная часть которых состоит из нескольких анероидных коробок, скрепленных вместе. При изменении атмосферного давления коробки сжимаются или растягиваются, в результате чего их крышка перемещается вверх или вниз. Это перемещение передаётся перу, которое чертит кривую на разграфленной ленте. 1 мм записи по вертикали соответствует около 1 мбар (1 мбар=100 н/м²).               По времени полного оборота барабана барографы подразделяются на суточные и недельные. Работа барографа контролируется сравнением его с ртутным барометром. Барограф с повышенной чувствительностью называется микробарографом, изменение давления в 0,1 мбар соответствует 1-3 мм вертикального перемещения пера.                                                            Полученные данные о состоянии атмосферы прибор выдает в качестве барограммы - ленты барографа, на которой записано в виде непрерывной кривой изменение атмосферного давления за определенный промежуток времени (сутки, неделю) [7].