Атмосферное давление. 3. Основная часть. Курсовая работа.Атмосф давление. І. атмосферное давление как одна из важных величин метеорологических наблюдений

• Название: І. атмосферное давление как одна из важных величин метеорологических наблюдений
• Анкор: Атмосферное давление
• Дата: 30.05.2022
• Размер: 7.41 Mb.
• Имя файла: 3. Основная часть. Курсовая работа.Атмосф давление.rtf
• Тип: Глава; #557089
• страница: 3 из 4

1.4 Барометрическая тенденция

Кроме абсолютного значения атмосферного давления в период наблюдения на метеорологических станциях важно знать, как оно меняется с течением времени. Изменение давления воздуха за последние 3 часа перед наблюдением называется барической тенденцией, а величина этого изменения, выраженная в миллибарах, называется величиной барической тенденции.

Значение барометрической тенденции определяется как разность атмосферного давления на уровне станции в срок наблюдения и предыдущий срок (3 часа назад).

Кроме того, на практике важно знать не только величину изменения давления, но и как оно менялось в течение 3 асовч. Вид кривой изменения давления на ленте за последние 3 часа называется характеристикой барической тенденции.

Характеристика барометрической тенденции определяется по виду кривой записи хода изменения атмосферного давления во времени на уровне станции. Для определения барической тенденции служат самопишущие приборы - барографы. Барограф состоит из двух основных частей: воспринимающей и пишущей. При регистрации хода атмосферного давления с помощью барографа должны соблюдаться следующие требования:

- барограф должен быть установлен в служебном помещении горизонтально на специальной полке;

- часовой механизм барабана заводится регулярно один раз в неделю (понедельник) после производства наблюдений и передачи оперативной телеграммы в срок, ближайший к 14 ч поясного декретного времени. В то же время производится смена диаграммных бланков;

- часовой механизм необходимо регулировать, если часы спешат или отстают более чем на 10 мин в сутки;

- уход за регистрирующей частью барографа производится в соответствии с правилами эксплуатации метеорологических самописцев.

Определение характеристики барометрической тенденции по барографу производится в следующем порядке:

- сразу после отсчета по барометру делается отметка на диаграммном бланке с помощью специальной кнопки;

- по виду записи на диаграммном бланке определяется характеристика барометрической тенденции в соответствии с типовыми видами (приложение 2), при этом учитывается запись за последние 3 часа;

- характеристика барометрической тенденции записывается в соответствующую графу книжки КМ-1 в виде цифры кода, взятой из таблицы 1 с изображением вида кривой, полученной на диаграммном бланке барографа.

Значение барометрической тенденции вычисляется как разность значений атмосферного давления на уровне станции (с учетом поправок) в срок наблюдения и предыдущий срок (3 часа тому назад) с точностью до 0,1 гПа.
1.5 Сроки и порядок производства измерений и наблюдений

До 1966 года все гидрометеорологические станции производили измерения в так называемые климатологические сроки, в 1, 7, 13 и 19 час местного среднего солнечного времени. Кроме того, многие станции вели дополнительные наблюдения в синоптические сроки по московскому декретному времени. С 1966 года на всех гидрометеорологических станциях наблюдения производятся в восемь сроков - в 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18 и 21 час по московскому декретному времени. В восемь сроков синхронных наблюдений должны определяться атмосферное давление, характеристики ветра, дальность видимости, температура и влажность воздуха, облачность.

Наблюдения над атмосферными явлениями производятся непрерывно в течение суток. Давление атмосферы измеряется по барометру. Нанесение меток (времени) на лентах барографа. Смена лент в срок, ближайший к 13 час декретного времени данного пояса. При наличии на станции недельного барографа нанесение меток времени на лентах производится один раз в сутки в срок, ближайший к 13 час декретного времени данного пояса (смена лент в тот же срок по понедельникам).

Для производства измерений установлен определенный порядок. Отступления разрешаются только в исключительных случаях, оговоренных в Наставлении (например, при появлении штормового явления наблюдения прерываются для подачи телеграммы о поступлении штормового явления). Наблюдения начинаются за 30 минут до наступления срока подготовки приборов и установок к производству измерений.

ГЛАВА ІІ. ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Результаты систематических измерений метеорологических элементов служат основой для составления прогнозов погоды, используются в научных исследованиях при изучении, процессов, происходящих в атмосфере, а также непосредственно в различных отраслях народного хозяйства. Многообразные запросы народного хозяйства страны призвана удовлетворить специальная высокоорганизованная и широко разветвленная гидрометеорологическая служба.
2.1 Общие сведения о метеорологических приборах. Основные требования к ним

Метеорологическими приборами называют приборы и установки, с помощью которых измеряют и регистрируют значения метеорологических элементов. Каждый прибор состоит из ряда элементов (звеньев). У многих приборов число элементов достаточно велико. Мы рассмотрим наиболее простую схему, когда прибор состоит из трех элементов (рис. 2.1).



Рис.2.1. Схема прибора

Первичный (чувствительный) элемент воспринимает определенное физическое воздействие окружающей среды (например, температуру воздуха или давление атмосферы) и преобразует его в другую физическую величину, которая через передающее звено (преобразователь) передается в приемную (указывающую) часть прибора.

Передающее звено может выполнять различные функции — от передачи механических перемещений первичного элемента в приемную часть до сложных преобразований, как количественных (например, умножение), так и качественных (например, преобразование угловых величин в электрический ток или напряжение).

Почти все приборы, применяемые на метеорологических станциях, являются измерительными. Воспринимая на входе некоторую физическую величину, характеризующую состояние атмосферы (например, давление), они на выходе выдают значение этой величины в принятых для ее измерения единицах (рис. 2.2).



Рис.2.2.Схема измерительного прибора

Некоторые метеорологические приборы выдают измеряемую величину не в принятых для данного элемента единицах, а в каких-либо условных. В таких случаях конечный результат получается не непосредственно по показаниям прибора, а после производства некоторых вычислений.

Для метеорологических измерений широко используются приборы дистанционного действия, которые позволяют производить измерения на расстоянии до нескольких тысяч метров от точки замера. В месте (точке) замера находится датчик дистанционного прибора, подключаемый через линии связи к приемной части.

В дистанционном приборе процесс измерения складывается из большого числа операций преобразования промежуточных величин. Поэтому он содержит и большее число звеньев. Датчик с помощью первичного (чувствительного) элемента воспринимает измеряемую величину и преобразует ее в некоторый физический параметр. Преобразователь датчика преобразует этот параметр в другой параметр, пригодный для передачи по линии связи в приемное устройство. Преобразователь приемного устройства преобразует полученную от датчика величину в форму, пригодную для восприятия указывающим устройством, по которому производится отсчет. В зависимости от назначения дистанционного прибора, его принципа действия и конструкции в датчике и в приемнике может быть различное число преобразователей.

К метеорологическим приборам предъявляется ряд специфических требований. Из них некоторые являются обязательными для большинства метеорологических приборов. Почти все метеорологические приборы предназначены для работы в естественных условиях в любых климатических зонах. Поэтому они должны безотказно работать при температуре от —60 до +45°, влажности до 100%, выпадении жидких и твердых осадков, тумане и так далее. В связи с этим приборы должны иметь очень хорошие антикоррозийные покрытия; детали, не допускающие покрытий, должны быть изготовлены из антикоррозийных материалов. Приборы не должны бояться больших ветровых нагрузок, пыли.

С помощью метеорологических приборов производится большое число измерений, поэтому желательно, чтобы конструкция прибора обеспечивала простоту производства измерений и получение правильных результатов непосредственно в искомых величинах (без каких-либо дополнительных вычислений и операций). Для сравнимости результатов измерений метеорологических элементов, производимых на большом числе станций, необходимо, чтобы применялись однотипные приборы. Измерение метеорологических элементов необходимо производить с определенной точностью, в ряде случаев — с достаточно высокой. Точность измерений снижается за счет погрешностей.

Погрешности можно разделить на систематические и случайные. При многократном измерении одним прибором (по определенному методу) одной и той же величины систематическая ошибка остается постоянной или изменяется по определенному закону, поэтому она может быть выявлена и исключена.

Систематические погрешности исключаются введением поправок на показания приборов, а также путем правильно выбранной методики и условий измерения.

Случайные погрешности — неопределенные как по величине, так и по природе своего возникновения. Они обусловлены причинами, зависящими от качества измерительных приборов и внешних условий. Частичного исключения случайной погрешности можно достичь многократными измерениями.

Для исключения систематических погрешностей метеорологических измерений, обусловленных неточностью показаний приборов, все метеорологические приборы подвергаются поверке. Поверка метеорологических приборов осуществляется поверочными органами Гидрометслужбы, задачей которых является обеспечение государственного надзора за правильностью и надежностью показаний гидрометеорологических приборов, выпускамых промышленностью и применяемых на сети гидрометеорологических станций.

По результатам поверки определяются поправки прибора или дается его градуировка, а также оценивается годность прибора. Поправкой называют величину, которую нужно прибавить (алгебраически) к показаниям прибора, чтобы получить истинную величину измеряемого элемента.

На поверенные приборы выдается поверочное свидетельство установленного образца. Поверочное свидетельство содержит в себе поправки прибора или результаты его градуировки, которые используются при работе с прибором. Для некоторых приборов эти данные заносятся в архивный журнал, хранящийся в Бюро поверки, чтобы в случае необходимости поверочное свидетельство могло быть восстановлено. Приборы, признанные годными, клеймятся государственным поверочным клеймом и индексом бюро поверки, поверившего прибор.
2.2 Приборы измерения атмосферного давления и принцип их работы

Для измерения атмосферного давления применяются следующие приборы:

— барометр станционный чашечный ртутный СР-А (для диапазона 810—1070 гПа, характерных равнинам) или СР-Б (для диапазона 680—1070 гПа, наблюдаемых на высокогорных станциях);

— барометр-анероид БАММ-1;

— барограф метеорологический М-22А.

2.2.1.Чашечный ртутный барометр

Чашечный ртутный барометр состоит из стеклянной, заполненной ртутью калиброванной трубки. Верхний конец трубки 1 запаян, а нижний открытый конец погружен в чашку 2 со ртутью (рис. 2.3). Чашка прибора состоит из трех частей, соединяемых резьбой, средняя из которых имеет внутри диафрагму с отверстиями. Диафрагма затрудняет колебания ртути в чашке и тем самым предохраняет трубку от попадания в нее воздуха.

В верхней части чашки имеется отверстие, через которое чашка сообщается с наружным воздухом. Отверстие в необходимых случаях закрывается винтом 3. Воздух в верхней части стеклянной трубки отсутствует, поэтому под действием атмосферного давления на поверхность ртути в чашке столбик



Рис. 2.3. Часть ртути поднимается в трубке до определенной высоты.
Масса столба ртути равна величине атмосферного давления.

Стеклянная трубка барометра защищена металлической оправой, на которой нанесена шкала в паскалях (или в миллибарах). В верхней части оправы имеется продольный прорез для наблюдений за положением столбика ртути в трубке. Для точного отсчета положения мениска ртути (десятых долей внутри оправы) находится кольцо с нониусом, перемещаемым вдоль шкалы с помощью винта 4. Шкала для определения десятых долей называется компенсированной шкалой. Вся шкала предохраняется от загрязнений стеклянным кожухом. Для учета влияния температуры окружающей среды на показания барометра в средней части оправы вмонтирован термометр, по показанию которого вводится температурная поправка.

При производстве измерений по станционному барометру должны соблюдаться следующие условия:

— барометр должен быть установлен в служебном помещении метеорологической станции в барометрическом шкафчике, укрепленном на капитальной стене;

— барометр должен висеть свободно, не касаясь чашкой стенок шкафчика;

— температура воздуха в помещении станции должна поддерживаться близкой к нормальной (от 15° до 20°С); недопустима температура ниже –5°С и выше 45°С;

— для освещения трубки и шкалы барометра следует пользоваться электрической лампочкой мощностью не более 25 Вт, которая устанавливается за барометрическим шкафчиком.

Запрещается пользоваться спичками и свечами. — под чашкой барометра следует установить керамический или стеклянный сосуд для сбора ртути, которая может вытекать из барометра в случае его неисправности.

Измерения по барометру производятся после выполнения подготовительных работ в следующем порядке:

1. Снимают отсчет температуры прибора с точностью до 0,1°С.

2. Слегка постукивают по оправе прибора для преодоления сил трения столба ртути со стенками трубки и для придания мениску ртути правильной (выпуклой) формы.

3. С помощью винта кремальеры подводят нижний срез нониуса до касания с верхней точкой мениска ртути и отсчитывают показания барометра с точностью до 0,1 деления шкалы. После отсчета нониус до следующего измерения не смещают (для контроля).

При определении давления по барометру с миллиметровой шкалой расчет значения давления производится в миллиметрах ртутного столба. Значение в миллиметрах переводится в гектопаскали после введения всех поправок [6, с. 111-112].

С увеличением высоты над уровнем моря сила тяжести уменьшается, поэтому поправка всегда имеет знак минус. Для вычисления атмосферного давления на уровне моря к атмосферному давлению на уровне станции прибавляется поправка, которая находится по таблицам, рассчитанным для каждой станции. Результат записывается в книжку КМ-1.

Для исключения искажения в показаниях ртутного барометра к отсчету вводится ряд поправок: инструментальная, температурная и поправки на ускорение силы тяжести в зависимости от широты места и высоты над уровнем моря.

Инструментальная поправка вводится для учета неточностей в показаниях барометра из-за изменения физических свойств кожуха, неточной пригонки шкалы, изменения радиуса трубки и так далее. Инструментальную поправку определяют путем поверки данного прибора с эталоном в барокамере и вписывают в паспорт (сертификат) прибора.

Температурная поправка приводится либо к температуре воздуха 0ºС, либо к 20ºС, в зависимости от климатических условий. Известно, что при повышении температуры ртуть расширяется, плотность ее уменьшается, и высота ртутного столба оказывается завышенной по сравнению с наблюдениями при заданных температурах. В итоге, температурная поправка при температуре, к примеру, выше нуля будет иметь знак минус, а при температурах ниже нуля – плюс.

Поправки на ускорение силы тяжести. Ускорение силы тяжести, определяемое расстоянием от центра Земли, имеет наибольшее значение на полюсах, наименьшее – на экваторе. Кроме того, оно уменьшается с удалением вверх от уровня моря. Для сравнения величин атмосферного давления, полученных на разных широтах и на различных высотах над уровнем моря, их приводят к стандартной силе тяжести. За стандартное значение принято ускорение силы тяжести на широте 45º и на уровне моря [7, c. 100].

Следовательно, в низких широтах (от 0 до 45º), показания ртутного барометра оказываются завышенными, а в высоких – (от 45º до 90º) заниженными по сравнению с широтой 45º. По мере поднятия выше над уровнем моря показания также будут несколько завышены. Таким образом, поправка на ускорение силы тяжести в низких широтах будет отрицательной, а в высоких широтах – положительной. На всех высотах выше уровня моря поправка на ускорение силы тяжести будет отрицательной.

2.2.2 Горный барометр

Обычный станционный барометр не пригоден для измерения давления на высокогорных станциях, где давление атмосферы может оказаться меньше нижнего предела шкалы барометра. На таких метеорологических станциях давление атмосферы измеряют с помощью горных барометров. Горный барометр чашечный с компенсированной шкалой отличается от обычного чашечного станционного барометра укороченной барометрической трубкой и соответственно укороченной оправой. Пределы шкалы горного барометра от 500 до 870 мб. Однако в зависимости от эксплуатационных требований горные барометры изготовляются и с другими пределами [7, с.93].

2.2.3 Барометр инспекторский сифонно-чашечный

Барометр инспекторский сифонно-чашечный ввиду его прочности и постоянства инструментальной поправки более других ртутных барометров пригоден для перевозки, поэтому он широко используется в качестве инспекторского барометра (рис. 2.4). Он состоит из стального резервуара 15 для ртути, в крышку которого вставлены две стеклянные трубки. Правая барометрическая 14 — длинная (около 86 см) с запаянным верхним концом, левая трубка 1 — короткая. В верхнем конце трубки 1 укреплен металлический кран 2, который открывается при наблюдениях для сообщения барометра с окружащим воздухом. Чашка 15 барометра имеет диафрагму 20 и эластичное дно в виде мешка 16 из лайки. На чашку навинчивается цилиндр 17, через дно которого в резьбовом отверстии проходит винт со свободно вращающимся диском 19. Вращая винт, поднимают или опускают дно мешка 16, тем самым меняя уровни ртути в обоих коленах барометра.