Меню

Измерительные приборы в метеорологии

МЕТЕОРОЛОГИ́ЧЕСКИЕ ПРИБО́РЫ

  • Том 20. Москва, 2012, стр. 122

    Скопировать библиографическую ссылку:

    • Измерительные приборы в метеорологии

    • Измерительные приборы в метеорологии

    • Измерительные приборы в метеорологии

    • Измерительные приборы в метеорологии

    • Измерительные приборы в метеорологии

    МЕТЕОРОЛОГИ́ЧЕСКИЕ ПРИБО́РЫ, при­бо­ры и ус­та­нов­ки, слу­жа­щие для из­ме­ре­ния раз­лич­ных ме­тео­ро­ло­гич. ве­ли­чин: тем­пе­ра­ту­ры и влаж­но­сти воз­ду­ха и поч­вы, ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния, ко­ли­че­ст­ва ат­мо­сфер­ных осад­ков, ско­ро­сти и на­прав­ле­ния вет­ра, сол­неч­ной ра­диа­ции и др. На­бор М. п. не­обы­чай­но ши­рок – от про­стей­ших тер­мо­мет­ров до зон­ди­ру­ю­щих ла­зер­ных ус­та­но­вок. Для срав­ни­мо­сти ре­зуль­та­тов из­ме­ре­ний М. п. де­ла­ют од­но­тип­ны­ми и ус­та­нав­ли­ва­ют та­ким об­ра­зом, что­бы их по­ка­за­ния не за­ви­се­ли от слу­чай­ных осо­бен­но­стей ме­ст­но­сти (кро­ме спе­ци­аль­ных мик­ро­кли­ма­тич. ис­сле­до­ва­ний). Оп­ре­де­лён­ным стан­дарт­ным на­бо­ром М. п. обес­пе­че­ны все ме­тео­ро­ло­гич. стан­ции, где при­бо­ры ус­та­нав­ли­ва­ют­ся на пло­щад­ке под от­кры­тым не­бом, в по­ме­ще­нии стан­ции и в спе­ци­аль­ных, т. н. ме­тео­ро­ло­гич., буд­ках, где при­бо­ры для из­ме­ре­ния темп-ры и влаж­но­сти воз­ду­ха за­щи­ще­ны от дей­ст­вия сол­неч­ной ра­диа­ции, по­ры­вов вет­ра, ат­мо­сфер­ных осад­ков. Во всём ми­ре в оп­ре­де­лён­ные сро­ки (00, 03, 06, 09, 12, 15, 18, 21 час по еди­но­му грин­вич­ско­му вре­ме­ни) с при­бо­ров сни­ма­ют­ся по­ка­за­ния; ме­тео­на­блю­де­ния про­во­дят­ся так­же в ес­теств. ус­ло­ви­ях лю­бых при­род­ных зон при экс­пе­диц. ис­сле­до­ва­ни­ях и т. п. Для изу­че­ния сво­бод­ной ат­мо­сфе­ры ис­поль­зу­ют­ся аэ­ро­ло­гич. М. п. – ра­дио­зон­ды, а так­же разл. ви­ды дат­чи­ков на аэ­ро­ста­тах, воз­душ­ных зме­ях, са­мо­лё­тах, ме­тео­ро­ло­гич. ра­ке­тах, спец. ис­скуств. спут­ни­ках Зем­ли и пр. Для ис­сле­до­ва­ний по­гра­нич­но­го слоя ат­мо­сфе­ры, по­ми­мо это­го, при­ме­ня­ют­ся так­же М. п., ус­та­нов­лен­ные на раз­ных уров­нях вы­сот­ных со­ору­же­ний – ба­шен, мачт, вы­шек со­то­вой свя­зи. М. п. ис­поль­зу­ют­ся так­же для кон­тро­ля по­ка­за­те­лей темп-ры и влаж­но­сти воз­ду­ха в по­ме­ще­ни­ях (напр., в му­зе­ях).

    Основные метеорологические приборы

    Измерительные приборы в метеорологии

    Настич Надежда Валентиновна

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

    Изобретателем термометра принято считать Галилея.

    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.

    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.

    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, 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.

    Прибор, предназначенный для непрерывной регистрации количества и интенсивности выпадающих жидких осадков с привязкой ко времени (начало осадков, окончание и т.д.)

    Флю́гер — метеорологический прибор для измерения направления (иногда и скорости) ветра. В России до XVIII века употреблялись слова прапор, прапорица. Флюгер в российских письменных источниках упоминался в форме «флюгель» в Уставе морском 1720 года. Измеряется в м/с.

    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 восьми румбам, 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.

    Метеоприборы для наблюдения и измерения погоды

    Измерительные приборы в метеорологии

    Прогноз погоды формируется исходя из характерных явлений природы, изменения температуры воздуха, силы и скорости ветра. Самые обыкновенные и частые явления природы это облака, солнце, дождь и просто хорошая погода, гораздо реже природные явления образуют стихию. Для исследования явлений природы и составления предстоящих прогнозов погоды используются метеорологические станции с самых разных частей земного шара.

    Описание основных метеоприборов для прогноза погоды:

    Измерительные приборы в метеорологии

    Термометр — привычный прибор для измерения температуры воздуха и воды.

    Термометры бывают жидкостными, принцип измерения температуры по изменению объема жидкости, находящейся в корпусе. Механические термометры, где в зависимости от температуры меняется металлическая пружинка. Электронные термометры, работающие по принципу изменения сопротивления проводника при колебаниях температуры. также существуют оптические и инфракрасные термометры, основанные на принципах бесконтактного измерения температуры за счет изменения уровня светимости, спектра и других параметров. подробнее

    Измерительные приборы в метеорологии

    Гигрометр — прибор для измерения влажности воздуха.

    Классический гигрометр основан на взаимодействии с обычного волоса с окружающей средой. В зависимости от влажности длина волоса меняется, он растягивается или сжимается, позволяя измерять влажность воздуха от 30% до 100%. Электронные гигрометры более удобные в быту, но значительно менее точные в измерениях. подробнее

    Измерительные приборы в метеорологии

    Барометр — прибор для измерения атмосферного давления.

    Существуют жидкостные барометры, основанные на свойствах изменения ртутного столба (часто используются на метеостанциях для более точного измерения атмосферного давления). В быту получили распространиение механические барометры, принцип измерения которого лежит в небольшой гофрированной коробочке из тонких металлических стенок, в которой создается разрежение за счет действия атмосферного давления. Затем передаточная система действует на стрелку, которая двигается по шкале погоды. подробнее

    Измерительные приборы в метеорологии

    Анемометр — прибор для измерения силы и скорости ветра.

    Прибор внешне напоминающий флюгер состоит из двух чашечек, которые толкает ветер, приводя во вращение. От скорости вращения, замерянное от числа оборотов за определенные промежутки времени рассчитывается скорость ветра. подробнее

    Измерительные приборы в метеорологии

    Облакомер — прибор для определения высоты нижней границы облаков.

    Современные прибор состоит из направленного лазерного, либо другого источника когерентного света, направленного вертикально вверх, который измеряет расстояние до нижней границы облаков. подробнее

    Измерительные приборы в метеорологии

    Термограф — регистратор изменения температуры воздуха и воды.

    Прибор, задача которого непрерывно регистрировать и записывать температуру воздуха, воды, влажность и другие метеорологические параметры. Самый частый вид термографа имеет изогнутую биметаллическую пластину, которая изгибается при изменении температуры. перемещение части пластинки соединяется со стрелкой, которая чертит кривую на разграфленной ленте. подробнее

    Измерительные приборы в метеорологии

    Флюгер — прибор для измерения направления ветра.

    Верхняя часть прибора имеет металлический, деревянные или пластиковый флажок, который поворачивается от действия на него ветра. По изменению угла поворота измеряется направление ветра. подробнее

    Измерительные приборы в метеорологии

    МетеоЗонд — устройство находящееся в атмосфере для измерения ее параметров.

    Метеозонд представляет собой небольшой беспилотный воздушный шар (аэростат), к которому прикреплена аппаратура измеряющая метеоусловия и параметры, находясь непосредственно на заданной высоте в воздухе. подробнее

    Измерительные приборы в метеорологии

    МетеоСпутник — устройство находящееся на орбите для метеонаблюдений.

    Это искусственный спутник, которые выводится ракетоносителем на орбиту Земли, где вращаясь по орбите измеряет многие метеорологические данные Земли, которые обрабатываются и используются для составления прогноза погоды на метеорологической карте. подробнее

    Измерительные приборы в метеорологии

    Метеорологическая станция — учреждение, в задачи которого входит наблюдение за погодой, регистрация метеорологических изменений и составление прогноза и синоптической карты погоды.

    На площадке метеорологической станции располагаются все необходимые приборы для измерения погодных условий. подробнее

    Учебная МЕТЕОСТАНЦИЯ
    оренбургского государственного университета

    Измерительные приборы

    Психрометрическая будка

    Психрометрическая будка сконструирована таким образом, чтобы резервуары термометров и других приборов находились на уровне двух метров — в приземном слое воздуха. Дверца будки всегда обращена на север. Как вы думаете, почему?

    Будка служит для защиты приборов от осадков, сильного ветра и солнечной радиации. Она выкрашена в белый цвет и имеет специальные жалюзи. Стоит отметить, что как на обычной метеостанции, так и на нашей всегда имеются две будки. В одной находятся термометры, психрометр, гигрометр, а в другой — гигрограф и термограф, это приборы-самописцы (на лентах которых в течение суток в автоматическом режиме происходит запись изменения температуры и относительной влажности воздуха).

    Измерительные приборы в метеорологии

    Внутреннее устройство психрометрической будки

    Измерительные приборы в метеорологии

    Психрометрическая будка с самописцами — гигрографом и термографом

    Термометры для измерения температуры почвы

    На специальном участке — так называемом «участке без растительного покрова» — производятся наблюдения за температурой поверхности почвы и на различных глубинах.

    Срочный, минимальный и максимальный термометры служат для измерения температуры поверхности почвы. Зимой эти термометры кладутся на снег.

    Измерительные приборы в метеорологии

    Максимальный, минимальный и срочный напочвенные термометры (на поверхности снега и почвы)

    Измерительные приборы в метеорологии

    В метеорологии измеряют не только температуру поверхности почвы (температуру подстилающей поверхности), но и температуру почвы на глубине. Для этого существуют специальные приборы — термометры Савинова и вытяжные термометры.

    Измерительные приборы в метеорологии

    Опускаемый настил для «подступа» к термометрам

    Измерительные приборы в метеорологии

    Почвенные термометры Савинова

    Наблюдения по термометрам Савинова производятся только в теплое время из-за их хрупкости, они устанавливаются на глубинах 5, 10, 15 и 20 см. Установку термометров, как и других приборов, ведет по специальным ГОСТам и «Наставлению:» наш незаменимый инженер по метеорологическим приборам Григорий Михайлович Жиляев. Заметим, что все приборы ежегодно поверяются в Центре метрологии и стандартизации. И, если показания приборов отклоняются от эталонных, то вводятся поправки. Все термометры на площадке ориентированы по сторонам света (по линии восток — запад).

    Снегомер, мерзлотомер

    Измерительные приборы в метеорологии

    Мерзлотомер для определения глубины промерзания почвы

    Измерительные приборы в метеорологии

    На каждой метеостанции постоянно установлены на зимний период снегомерные рейки. У нас на площадке их четыре, три — для снегомерной съемки и одна — у мерзлотомера.

    Измерительные приборы в метеорологии

    Снегомер предназначен для измерения высоты и массы вырезаемого столбика пробы снега. Он состоит из безмена (взвешивающей части) и металлического цилиндра для отбора пробы снега и определения его объема. Плотность снега определяется отношением массы к объему.

    Измерительные приборы в метеорологии

    Снегомерные рейки — переносная и стационарная

    Приборы для измерения скорости ветра

    На любой метеостанции обязательно есть высокая мачта. На ней находится ветроизмерительный прибор — флюгер Вильда. На метеостанциях флюгеры бывают двух видов: один с тяжелой доской, другой — с легкой. Два флюгера с разными досками позволяют измерять различные скорости ветра. С легкой доской флюгер может измерять скорость до 20 м/с, с тяжелой — до 40 м/с. Так как в Оренбурге довольно редко ветер превышает двадцатиметровую отметку (среднегодовая скорость составляет примерно 4 м/с), у нас на станции размещен только флюгер с легкой доской.

    Измерительные приборы в метеорологии

    Флюгер Вильда на 10-метровой мачте

    Флюгер (в переводе с немецкого — «крыло») довольно прост в эксплуатации. Его устанавливают в северной части метеоплощадки. На фото ветер имеет южное направление (дует с юга), для определения мы смотрим, куда указывает противовес (шарик на противоположном конце флюгарки), а скорость — 2-3 м/с (определяем по тому, к какому из штифтов отклонилась доска).

    «Наставлением гидрометеорологическим станциям и постам» (эта книга — основной документ на метеостанциях, устанавливающий правила и методику их функционирования) рекомендуется использовать наблюдения по флюгеру Вильда в случае выхода из строя других приборов по ветру (например, электрического анеморумбометра М-63М-1, который запланирован к установке у нас на станции на следующий год). Пока же на станции установлен только флюгер, так что сбои в электроснабжении нам не страшны!

    Скорость ветра определяют еще и другим прибором — ручным анемометром. Ручной анемометр замеряет число оборотов чашечек вокруг оси за заданное время, что равно определенному расстоянию, после чего рассчитывается средняя скорость ветра делением расстояния на время.

    Измерители осадков и атмосферного давления

    На нашей метеостанции проводятся также наблюдения за количеством атмосферных осадков по осадкомеру. Сборником осадков является осадкомерное цилиндрическое ведро, куда попадают осадки. Оно защищено от ветра и, следовательно, падения специальными пластинами. Дважды в сутки осадки сливают в измерительный дождемерный стакан, цена деления которого составляет 1 мм слоя осадков. Если количество осадков составит 50 мм за период не более 12 часов, то этот факт считается опасным метеоявлением, которое «может представлять угрозу жизни или здоровью граждан» (Федеральный закон от 2 февраля 2006 г. № 21-ФЗ).

    Измерительные приборы в метеорологии

    Измерительный дождемерный стакан

    Атмосферное давление определяем по барометру-анероиду и барографу, которые размещены в помещении станции.

    Измерение температуры и влажности воздуха

    Температуру воздуха, в том числе максимальную и минимальную, определяем по термометрам, размещенным в психрометрической будке. По показаниям сухого и смоченного термометров с использованием специальных психрометрических таблиц находим характеристики влажности воздуха (относительную и абсолютную влажность, точку росы, дефицит насыщения). Так, например, если по сухому температура 7,2 °С, а по смоченному — 6,5 °С, то точка росы — 5,6 °С, абсолютная влажность — 9,1 гПа, относительная — 90 %, а дефицит насыщения — 1,1 гПа.

    Измерительные приборы в метеорологии

    Психрометрические таблицы

    Для определения показателей влажности воздуха также используется аспирационный психрометр Ассмана, который можно переносить, т. е. брать с собой, проводя в полевых условиях изучение микроклимата. Например, мы думаем, что удастся обнаружить с помощью психрометров наличие «острова тепла» над центральной частью города, который, как известно, способствует формированию «городского бриза», влияющего на повышение уровня загрязнения воздуха этой перегретой, особенно летом, части города.

    Измерительные приборы в метеорологии

    Аспирационный психрометр Ассмана

    Измерительные приборы в метеорологии

    Наблюдение облаков

    Форма облаков определяется визуально и сверяется с фото по международному атласу облаков.

    Измерительные приборы в метеорологии

    Розовые облака (сентябрь 2008 г.)

    Измерительные приборы в метеорологии

    Перистые облака или Cirrus

    В наши планы входит разработка программы наблюдений перламутровых и серебристых облаков — этих уникальных и загадочных «небесных украшений».

    Измерительные приборы в метеорологии

    Перламутровые (стратосферные) облака — наблюдались над всей Европой.
    3 февраля 2008 г. (фото с сайта Meteoweb)

    Измерительные приборы в метеорологии

    Схематический рисунок наиболее типичных форм облаков

    Гелиограф

    Продолжительность солнечного сияния определяется по гелиографу, стеклянный шар которого собирает солнечные лучи в фокус, и при перемещении луча на ленте появляется линия прожога. По длине линии в часах и считают продолжительность сияния. В Оренбурге за год получается величина более двух тысяч часов, почти как в Крыму!

    Измерительные приборы в метеорологии

    Ленты с участками прожога

    Исследование промерзания почвы и твердых атмосферных осадков

    Помимо стандартной программы работ, на нашей метеостанции осуществляются также некоторые уникальные наблюдения. К ним относятся измерения глубины промерзания почвы (по мерзлотомеру) — об этом уже было рассказано, заметим лишь, что отсчеты по мерзлотомеру начинают проводить после даты перехода среднесуточной температуры воздуха через ноль градусов (осенью 2008 года это произошло 6 ноября). Кроме того, мы проводим наблюдения за отложениями слоя льда (на специальном гололедном станке), инеем и изморозью (по ледоскопу). Отложение измеряется по толщине слоя льда на проводах, а также по объему воды, получившейся от таяния отложения.

    В программу работ также включены исследования твердых атмосферных осадков (их классификация в соответствии с указаниями Международной комиссии по льду и снегу, выяснение причин многообразия и наличия необычных форм).

    Измерительные приборы в метеорологии

    Классификация твердых атмосферных осадков Международной комиссии по льду и снегу

    Остальные измерения

    Проводим наблюдения и за опасными атмосферными явлениями: шквалами, грозами, метелями, туманами, мглой и смогом, пыльными бурями.

    Проводим наблюдения за оптическими явлениями: разнообразием гало — противосолнцем, паргелиями (это ложные солнца), глорией, гало Бугера, или белой радугой, «восточной зарей», или «тенью Земли», мечтаем увидеть зеленый луч, изумрудной вспышкой озаряющий небо после заката. Вот и лунную радугу (о существовании которой мы знаем еще из книги Аристотеля «Метеорологика») теоретически увидеть можно, но нам пока не удавалось.

    За горизонтальной дальностью видимости мы наблюдаем по ориентирам, расстояния до которых известны, т. к. заранее определены.

    Все наблюдения и измерения производятся в строгом соответствии с принятыми международными и отечественными нормами, установленными Всемирной метеорологической организацией и Росгидрометом.

    Для автоматизированной обработки и логического контроля текущих данных метеорологических наблюдений, выпуска бюллетеня метеорологических наблюдений разрабатывается оригинальный комплекс пpогpаммного обеспечения «МС-ОГУ».

    Программа регулярных наблюдений даст бесценные архивные и оперативные данные, позволяющие комплексно, во взаимосвязи одних показателей с другими, решать широкий круг научных и прикладных задач.

    Хотелось бы обратить внимание на то, что учебная метеостанция может стать немаловажным звеном в российском МЧС в части обнаружения и предупреждения опасных и неблагоприятных погодных явлений (ураганных ветров и шквалов, сильных ливней и града, гололеда и др.), то есть являться надежным «часовым погоды», несущим вахту в северной части города Оренбурга. Такие предупреждения позволят снизить не только экономический ущерб от особо опасных метеоявлений, но и сберечь здоровье людей.

    Данные МС нужны климатологам для изучения мезоклимата Оренбурга, оценки динамики климатических условий полумиллионного города. По этим данным могут разрабатываться рекомендации градостроителям и, конечно, службам жизнеобеспечения города.

    Источник