Станционные методы метеорологических наблюдений

     Шкала Фаренгейта - температурная шкала, 1 градус которой равен 1/180 температуры кипения воды и таяния льда. При нормальном атмосферном давлении таяние льда 32°F. Она связана с температурой по шкале Цельсия t⁰C=5/9(t°F-32^o).

     Шкала Реомюра - температурная шкала, 1 градус которой равен 1/80 температуры кипения воды и таяния льда при нормальном атмосферном давлении. R°C=5/4°C.

     Наиболее  широкое распространение получили шкалы Цельсия и Кельвина. Градус шкалы Цельсия (°С) составляет 1/100 интервала между точками таяния льда (0°С) и кипения воды (100°С). Градус шкалы Кельвина (1848) (°К) определяется как 1/273,16 член, термодинамической шкалы между абсолютным нулем (-273,16°С) и тройной точкой. Связи между температурой по шкале Кельвина (Т) и по шкале Цельсия  t°K = t°C + 273,16. 

2.2.1. Измерение температуры  поверхности почвы.

       Для измерения температуры среды в срок наблюдений применяется срочный термометр (рис. 21). Пределы измерения температуры от -31 °С до +50°С или от -35°С до +41°С. Он представляет собой стеклянный сосуд (резервуар), наполненный ртутью или спиртом. К резервуару припаяна тонкая стеклянная трубочка (капилляр). Верхний конец капилляра запаян, а нижний соединен с резервуаром. Сзади капилляра расположена шкала  в виде пластинки молочного стекла с нанесенными на ней градусными делениями - цена деления 0,5°С. Термометр защищен стеклянной оболочкой. Шкала термометра своим нижним концом упирается в выступ (седло), верхняя часть шкалы закрепляется при помощи пробок [5].

     Рис.21 Срочный термометр. Основные части: 1 - резервуар, 2 - штифт, 3 – капилляр.

     

     Для определения максимальной температуры среды за промежуток времени между сроками наблюдений служит термометр ртутный максимальный. Пределы измерения температур от -35°С до +50°С или от -20°С до +70°С. Отличается от срочного тем, что в дно его резервуара впаян штифт, верхний конец которого входит в капилляр, оставляя в нем узкое кольцеобразное отверстие. При повышении температуры, расширяющаяся ртуть преодолевает суженное место и поднимается вверх. При понижении температуры объем ртути в резервуаре уменьшается, и в этот момент происходит разрыв столбика ртути в суженном месте капилляра. После разрыва столбик ртути остается на месте и показывает максимальную температуру[3, с. 68].            После снятия отсчета термометр готовят к следующим измерению: встряхивают его, держа резервуар книзу до тех пор, пока столбик ртути соединится с резервуаром.          При измерении минимальной температуры за промежуток времени между сроками наблюдений применяется термометр спиртовой минимальный. Термометр спиртовой имеет шкалу из молочного стекла с делениями через 0,5°С. Измеряет температуры в диапазоне от -75°С до +41°С. Сохранение минимальных значений обеспечивается находящимся в капилляре внутри спирта небольшого штифта из темного стекла, имеющего на своих концах круглые утолщения. Утолщения штифта меньше внутреннего диаметра капилляра, поэтому при повышении температуры спирт обтекает штифт, не смещая его. Штифтик подобран таким образом, что силы трения его о стенки капилляра больше сил расширения спирта и меньше сил поверхностного натяжения пленки. Поэтому при повышении температуры спирт, расширяясь, свободно обтекает штифт, а при понижении температуры, как только поверхностная пленка дойдет до штифтика, последний перемещается вместе со спиртом в сторону резервуара При понижении температуры штифт после соприкосновения с мениском перемещается вместе со спиртом к резервуару. Таким образом, положение конца штифта ближайшего к мениску спирта, указывает минимальную температуру.  После снятия отсчета термометр готовят к следующему измерению. Для этого поднимают его резервуаром кверху и держат до тех пор, пока штифт не опустится до мениска спирта.      Установка термометров производится в южной части метеорологической площадки. Участок поверхности земли размером 4x6 метров перекапывается, рыхлится и выравнивается. Термометры укладываются на поверхность земли в центр участка так, чтобы резервуар и оболочка термометра погружались наполовину в почву. Первым с северной стороны кладут срочный, затем минимальный и максимальный на расстоянии 5-6 см друг от друга, ориентируя резервуары на восток [8].

2.2.2. Измерения температуры  и промерзания  почвы на различных глубинах.

     1. Термометры ртутные коленчатые (Савинова) предназначены для измерения температуры почвы на глубинах 5,10,15,20 см в пределах от -10°С до +50 °С (рис. 22). Термометры выпускаются в комплекте из четырех штук, отличающихся длинной: 290, 350, 450 и 500мм за счет разной длины под-шкальной части. Цена деления - 0,5°С. Вблизи резервуара термометр изогнут под углом 135°. Резервуар тонирован от шкалы теплоизоляционной оболочкой, что позволяет более точно измерить температуру на глубине установки резервуара[3, с.56].

      Установка термометров производится на той  же площадке, что и напочвенные термометры на расстоянии 20 см к западу от них. В ряд устанавливаются термометры по глубинам 5, 10, 15 и 20 см па расстоянии 10 см друг от друга, глубины увеличиваются в направлении с востока на запад. Резервуары термометров ориентируют на север.

      Рис.22 Термометр Савинова.

 

     2.  Термометр - щуп походный почвенный предназначен для измерения температуры в пахотном слое почвы на глубинах от 3 до 40 см. Состоит из толуолового термометра длинной 580 мм с ценой деления 1°С и оправы. Пределы измерения температуры от 0°С до 60°С

            Вверху оправы имеется  рукоятка с помощью которой термометр  погружают в грунт. Шкала термометра находится против продольного окна оправы, а его резервуар - внутри наконечника, изолированный теплоизолирующей перемычкой. Глубину погружения термометра в почву определяют по сантиметровым делениям, нанесенным на оправу термометра [4, с.224].            3. Термометры почвенно-вытяжные применяются для определения температуры почвы па глубинах от 20 до 320 см. Выпускаются и комплектах из пяти или восьми и одинаковых устройств (сборок). Сборка состоит из двух одинаковых частей (шест с термометром и винипластовая труба). Термометр ртутный с ценой деления 0,2°С, помещается в винипластовую оправу с металлическим колпачком. В оправу вокруг резервуара термометра насыпаются медные шарики обеспечивающие его контакт с металлическим колпачком [2, с.74].

            Оправа с термометром  укреплена на деревянном шесте  на другом конце которого надет колпачок с кольцом. Деревянный шест вместе с  термометром опускается в эбонитовую трубу, закрытую внизу колпачком. Труба  закапывается в землю на нужную глубину. Установка вытяжных термометров производится в юго-восточной части метеоплощадки на расстоянии 50 см друг от друга, глубина установки термометров увеличивается с востока на запад. Выступающие над почвой части эбонитовых труб для обеспечения устойчивости укрепляются проволочными стяжками (рис. 23).

      Рис.23 Размещение установки из почвенно-вытяжных термометров на метеорологической площадке.

 

            Вместо коленчатых и вытяжных термометров на станциях часто применяют дистанционные электрические термометры, позволяющие измерять температуру почвы на разных глубинах непосредственно из служебного помещения.            4. Мерзлотомер служит для определения глубины промерзания почвы[7].

Основная  часть прибора водонепроницаемая, закрытая с нижнего конца пластмассовая труба вертикально устанавливается на некоторой глубине в почве (в зависимости от глубины промерзания почвы данного района). Внутрь трубы помещается резиновая трубка.  На трубе и трубке нанесены шкалы с ценой деления 1 см Труба устанавливается в почву закрытым концом вниз так, чтобы нуль шкалы совпадал с поверхностью почвы. Резиновая трубка закрывается пробками, в которых закреплен шнур проходящий через всю трубу. Верхний конец трубки прикрепляется к колпачку с кольцом при помощи шнура и находится на уровне поверхности земли [2, с.89]. 

2.2.3 Измерение температуры воздуха.

     На  метеорологических станциях измеряют средние значения температуры (период осреднения несколько минут) небольшого слоя воздуха (толщиной 10-20 см), середина которого расположена на высоте 2 м от поверхности земли.

      Термометры  устанавливает в защитной психрометрической будке (рис. 24). Стенки и дверца будки сделаны из двойных жалюзи. В такую будку не проникают прямые солнечные лучи, и в то же время воздух свободно циркулирует в ней. Будка помещается на подставке высотой 175 см с тем, чтобы резервуары срочных психрометрических термометров были на 2 м от поверхности земли.

      Рис.24 Психрометрическая будка.

     Внутренние  размеры будки: высота 525 мм, ширина 160 мм, глубина 290 мм. Внутри будки; вертикально укреплен железный штатив, на который крепятся два психрометрических термометра (сухой - слева, смоченный - справа), а между ними помещен волосной гигрометр. В нижней части штатива закрепляются в горизонтальном положении максимальный и минимальный термометры на высоте 2 м от поверхности земли [12, с.39].   Будка ориентируется дверцей на север с тем, чтобы прямые солнечные лучи при измерении не попадали на термометры. В установленный срок наблюдений температура измеряется по сухому психометрическому термометру. По максимальному и минимальному термометрам определяют соответственно максимальную и минимальную температуру воздуха между сроками наблюдений.           Для измерения температуры воздуха в полевых условиях применяется термометр-пращ. Это ртутный термометр, имеющий толстостенный капилляр, на который нанесена шкала с делениями через 0,5°С. Хранится термометр в футляре со шнуром длиной 50см. Верхний конец термометра имеет металлический колпачок, который одновременно является и крышкой футляра, когда в него помешен термометр. Один конец шнура крепится к ушку 5 на колпачке термометра, а другой конец - за вращающееся колесико  на нижнем конце футляра. Перед измерением наблюдатель вынимает термометр из футляра и берет его в правую руку колесиком вверх, а в левую руку термометр. Вытянув затем правую руку с футляром отпустив термометр, начинает вращать его на шнуре по горизонтальному кругу над головой 20 - 30 раз со скоростью вращения 1-2 об/с. Такое вращение термометра способствует перемешиванию воздушных слоев, что увеличивает точность измерения температуры воздуха [7].     Порядок снятия отсчетов по термометрам:              а) показания но всем термометрам, независимо от того как разделена их шкала, снимаются с точностью до 0,1 °С;

б) в  ртутных термометрах отсчитывается  крайнее положение вершины мениска, а в спиртовых по положению низшей точки вогнутой поверхности мениска;

в) при  положительных температурах отсчет берут от 0 °С вверх, а при и  отрицательных от 0 °С вниз;

г) глаз наблюдателя при отсчетах направляем прямо против столбика жидкости в капилляре:

д) запись измеренной температуры в журнал производится с учетом поправок, которые выписываются из поправочного сертификата, прилагаемого к термометру [3, с.104].

     Срочные измерения температуры не всегда являются достаточными, зачастую необходимо знать непрерывный ход изменений температуры Длянепрерывной записи температуры воздуха в метеорологии применяются самописцы. Конструкции самописцев включают в основном деформационные термометры. Чувствительным элементом таких термометров является биметаллическая пластина. При изменении температуры биметаллическая пластина изгибается вследствие различного расширения составляющих её металлов (например, инвара и стали). Если один конец пластины закрепить неподвижно, то при изменении температуры ее свободный конец будет перемешаться. Эти перемещения пропорциональны изменению температуры, потому деформационные термометры имеют равномерную шкалу.

     Термограф - служит для непрерывной записи изменений температуры воздуха (рис. 25).

     Термограф состоит из пластмассового корпуса. На основание корпуса крепится плата  на которой смонтирован весь механизм термографа. Биметаллическая пластина смонтирована на кронштейне который крепится к другому кронштейну. На данном кронштейне собран рычажный механизм, связывающий пластину со стрелкой, несущей на своем конце перо [7].

     Рычажный  механизм состоит из рычага, соединенного со свободным концом пластины, тяги, рычага, закрепленного на оси связанной  со стрелкой.

Рис.25 Термограф. Основные части: 1- биметаллическая пластина, 2 - рычаг с пером, 3 - барабан, 4- винт, 5 - зажимная пружина.

 

     При изменении температуры воздуха  биметаллическая пластина деформируется и перемещает стрелку с пером вдоль барабана, на который одета бумажная лента. Барабан вращается на оси от завода часового механизма, который помещен внутри барабана.

     Часовые механизмы могут быть двух видов: суточные (продолжительность одного оборота барабана 16 ч) и недельные (продолжительность одного оборота 176 ч).

     Лента термографа размечена прямыми горизонтальными  линиями с ценой деления 1°С и вертикальными дугообразными линиями с ценой деления 15 мин для суточного и 1 ч для недельного завода часового механизма.

      Обработка ленты самописца производится после снятия её с барабана. Обработка ведется следующим образом:

а) для  каждого часа по записи определяют значения температуры с точностью до 0,1 записывают в нижней части ленты у соответствующих часовых ординат

б) с  помощью таблиц поправок производится вычисление поправок, их записывают во вторую строку на ленте термографа;

в) исправленные значения температуры для каждого  часа записываются в нижнюю строку на ленте термографа [2, с. 67]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

1. Была изучена литература, касающаяся метеонаблюбений, производимых на станциях и в полевых условиях.
2. Были изучены методы и приброры для проведения метеорологических наблюдений.
3. Вывод:

      С течением времени метеорология, как  и все науки, претерпевает колоссальные изменения. Существенно меняются взгляды и подходы к различным природным явлениям, происходящим как на Земле, так над Землей. Шагнувший на более высокую ступень развития технический прогресс дает возможность исследовать погоду более детально, с тех мест и позиций, которые ранее были не доступны человеку. Но, не смотря на все это, так и не отпала потребность синоптиков в достоверной и надежной информации, получаемой при помощи достаточно простых метеонаблюдений, на основании которых строятся все метеорологические прогнозы, так широко используемые во многих сферах деятельности человека.  
 
 
 
 
 
 

                          

Список  источников:

1. Зверев А. С. Синоптическая метеорология. Гидромеоиздат издании 2-ое и дополненное 1987 – 700 с.;
2. Полякова Л. С., Кашарин Д. В.. Метеорология и климатология – Новочеркасск,  2004 – 106 с ;
3. Костин С. И.. Метеорология и климатология – Гидрометеоиздат, 1985 – 205 с.;
4. Лосев Л. П., Журина Л. Л.. Агрометеорология – М. Колос, 2001 – 300 с;
5. http://zemnoyklimat.ru/category/meteonablyudeniya/
6. http://ru.wikipedia.org/
7. http://old.sgu.ru/ie/geo/meteo/R2.htm/
8. http://meteo.infospace.ru/wcarch/html/
9. Криволуцкий А. Е.. Голубая планета – М. Изд. – во Мысль 1984 – 420 с;
10. http://www.krugosvet.ru/METEOROLOGIYA_I_KLIMATOLOGIYA.html
11. http://meteo-geofak.narod.ru
12. Ткаченко Н. Н., Турянская Н. И. Методическое пособие по метеорологии и климатологии  - Новочеркасск 1995. – 150 с.
13. Атмосфера. Справочник  - Л.: Гидрометеоиздат. 1991. - 502 с.;
14. Динамическая метеорология. ч.1. - ЛЕНРЕДИЗДАТ ЦУЕГМС СССР. 1987. – 358 с.;
15. Белов П. Н..,Практические методы численного прогноза погоды. – Гидрометеоиздат. 1978. – 345 с.