Единство метеорологических наблюдений

На сети метеорологических станций производятся систематические измерения основных величин и качественные наблюдения за метеорологическими явлениями, представляющие собой различные физические процессы в атмосфере. Эти виды работ станций объединяются в понятие метеорологические наблюдения .

Чтобы результаты наблюдений были сравнимы между собой и могли, как объективные, использоваться на практике, они должны обладать единством качества .

Единство качества метеорологических наблюдений достигается единством средств и методов производства наблюдений.

Единство средств метеорологических наблюдений достигается тем, что используемое оборудование должно отвечать требованиям ГОСТов и ТУ на их производство и эксплуатацию. Все приборы периодически проверяются в бюро поверки (или на станциях), т.е. сравниваются с эталонными (образцовыми) приборами, показания которых принимаются за истинные. Результаты такого сравнения оформляются в виде поверочных свидетельств - сертификатов, которые устанавливают годность прибора к работе и содержат значение поправок, которые надо вводить к показаниям приборов (отсчетам).

Единство методов измерений обеспечивается проведением их по единой методике, изложенной в «Наставлении», положения которого являются обязательными при производстве всех наблюдений.

В настоящее время на станциях, входящих в международную сеть, метеорологические наблюдения производятся в физически единые моменты в 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 и 21 час по среднему гринвичскому времени. Эти моменты времени называются сроками метеорологических наблюдений. Более точно под сроками понимается 10-минутный интервал времени, оканчивающийся в срочный час.

Измерение температуры воздуха и почвы

Измерение температуры воздуха производится на высоте 2 метра в однотипных метеорологических будках.

Измерение температуры почвы включает в себя измерения на оголенной поверхности почвы (снега), а также на глубинах 5, 10, 15 и 20 см (теплая половина года) и 20, 40, 80, 160, 240 и 320 см (круглый год). Программа этих наблюдений определяется для каждой станции отдельно.

Для измерения температуры воздуха и почвы применяются преимущественно стеклянно-жидкостные (ртуть, спирт) термометры.

Для измерения температуры выше -35 0 С используются ртутные (температура замерзания ртути - 38,9 0 С), а ниже -35 0 С - спиртовые термометры.

Основным термометром для измерения температуры воздуха является ртутный психрометрический со шкалами температур -35 +40 0 С или +35 -: -55 0 С, с ценой деления 0,2 0 С.

В качестве дополнительного термометра к ртутному психрометрическому служит низкоградусный спиртовый с ценой деления 0,2 0 С и шкалой, от - 71 до +21 0 С или от -81 до +11 0 С. Применять спиртовые термометры при температуре выше +25 0 С не рекомендуется, т. к. спирт частично переходит в парообразное состояние (температура кипения +78,5 0 С).

Для измерения максимальных и минимальных температур применяются ртутные максимальные термометры специальной конструкции (со шкалами от -35 до+50 0 С или от -20 до +70 0 С и ценой деления - 0,5 0 С) и спиртовые минимальные термометры (со шкалами от -41 до +21 0 С или от -75 до +30 0 С и ценой деления 0,5 0 С). Регистрация максимальной и минимальной температуры за промежуток времени между наблюдениями обеспечивается за счет особой конструкции соответствующих термометров.

В максимальном термометре в самом начале капиллярной трубки, около резервуара, сделано сужение. Оно достигается тем, что в капилляр входит конец стеклянного штифта, припаянного к внутренней стенке резервуара; в этом случае проход из резервуара в капилляр сужается. 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) (рис. 1).

Таким образом, положение конца столбика ртути относительно шкалы соответствует значению максимальной температуры. Для подготовки термометра к последующему измерению его несколько раз сильно встряхивают. Максимальный термометр устанавливается с небольшим наклоном резервуара вниз.

Рис. 1. Устройство максимального термометра.

1- резервуар, 2- штифт; 3- вакуум в капилляре над ртутью.

Минимальный термометр - спиртовой. Внутри капилляра находится маленький штифт из темного стекла с небольшими утолщениями на концах. Рабочее положение термометр - горизонтальное. Сохранение минимальных значений обеспечивается находящимся в капилляре (рис. 2) внутри спирта штифтом-указателем.

Рис. 2. Устройство минимального термометра.

1 - капилляр; 2 - штифт -указатель.

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 измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15, 20 см используются ртутные коленчатые термометры (Савинова) со шкалой от -10 0 С до +50 0 С. Для удобства установки они изогнуты под углом 135 0 и имеют различную длину от 290 до 500 мм.

При измерении температуры почвы на глубинах от 20 см до 3,2 м применяются ртутные почвенно-глубинные термометры (пределы шкал от +31- +41 0 С до -10 - -20 0 С, цена деления 0,2 0 С).

Кроме жидкостных термометров, 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 термометры 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.

Для постоянной записи температуры используют термографы, датчиками в которых являются биметаллические пластинки. Непрерывная запись температуры ведется на ленте (рис.3). Изгиб пластинки под воздействием температуры передается на перо с помощью системы рычагов. Отклонение пера пропорционально изменению температуры. Запись производится специальными чернилами на ленте, установленной на барабане, вращаемым часовым механизмом с суточным или недельным оборотом. Прибор устанавливается в отдельной будке для самописцев.

Обработка записи термографа обязательно требует параллельного измерения ртутным (спиртовым) термометром значений температуры в нескольких точках записи, т.к. такая запись представляет собой только относительное изменение температуры во времени.

Рис.3.Термограф

1 - биметаллическая пластинка; 2 - передаточные рычаги; 3 - стрелка; 4 - барабан

Все метеорологические термометры имеют поверочные свидетельства, в которых указаны величины их инструментальных поправок.

Отсчет показаний термометров всегда производят с точностью до 0,1 0 С, независимо от цены деления шкалы (0,2 или 0,5 0 С). Линии визирования должны быть перпендикулярны шкале в месте отсчета. Это достигается таким положением глаза, при котором штрихи шкалы прямые.

Отсчеты делают быстро. В первую очередь отсчитывают десятые доли градуса, а затем целые. Этим стремятся исключить или уменьшить тепловое «влияние наблюдателя» на показания термометра.

Измерение влажности воздуха

На станциях используются два метода измерения влажности воздуха:

· психрометрический метод в теплый период года и

· гигрометрический - в холодный.

Психрометрический метод основан на зависимости интенсивности испарения с водной поверхности от дефицита насыщения водяного пара соприкасающегося с ней воздуха.

На испарение воды затрачивается тепло фазового перехода. Оно берется от испаряющей массы, т. е. батиста термометра. Температура термометра за счет этого понижается.

Психрометр представляет собой пару термометров, резервуар одного из которых обвернут батистом и смочен (смоченный термометр ) - испаряющая поверхность; а другой – обыкновенный, т. е. сухой. Батист смоченного термометра испаряет и за счет этого температура термометра понижается. Испарение и понижение температуры будут тем больше, чем больше дефицит насыщения пара при прочих равных условиях. С помощью психрометрических таблиц определяют давление пара е, далее по формулам определяем другие характеристики влажности воздуха.

На метеостанциях используют психрометры двух типов: станционный психрометр без принудительного обдува и аспирационный психрометр, в котором применяется обдув резервуара смоченного термометра с постоянной скоростью.

Станционный психрометр представляет собой пару ртутных психрометрических термометров, резервуар правого термометра обвязан батистом, конец которого погружен в стаканчик с дистиллированной водой (смоченный термометр). Левый термометр - сухой (рис. 4).

Аспирационный психрометр устроен так, что позволяет производить измерения при самых различных погодных условиях без какой либо дополнительной защиты от Солнца и ветра, т.е. может использоваться в походных условиях (рис.5).

Общим недостатком всех психрометров является ограниченное их применение при температуре ниже -5+ -10 0 С. При более низких температурах влагонасыщенность воздуха становится очень малой, в результате чего даже незначительные неточности в отсчетах по термометрам приводят к значительным погрешностям при расчете самих значений влажности.

Рис.4. Аспирационный психрометр: 1 - термометры; 2 - аспиратор; 3 - трубки, защищающие резервуары термометров.

Рис. 5 Устройство стационарного психрометра

Гигрометрический метод (гигро - влажный) основан на свойстве некоторых тел менять свои линейные размеры (деформироваться) при изменении содержания в воздухе водяных паров. Такими свойствами, например, обладает обезжиренный человеческий волос и различные органические пленки.

Рис. 6. Волосной гигрометр: 1 - волос; 2 - рамка; 3 - стрелка; 4 - шкала.

Так, при изменении влажности от 0 до 100% удлинение волоса составляет около 2,5% от его длины. Это и положено в основу работы гигрометров и гигрографов. В гигрометрах деформация волоса или пленки с помощью системы рычагов передается на стрелочный указатель, а в гигрографах - на перо, с помощью которого производится запись на ленте на вращающемся барабане. Все приборы этого типа относительные. Хотя их шкалы и отградуированы в значениях относительной влажности, в отсчеты по приборам надо вводить специальные поправки, полученные по результатам параллельных наблюдений по станционному психрометру.

Волосной гигрометр в зимнее время при температурах - 10 0 С и ниже является основным прибором, т.к. более точный в иных условиях психрометр не может работать при низких температурах. Переводной график гигрометра строится заранее путем параллельных наблюдений в течение 1 - 1,5 месяца по психрометру и гигрометру до наступления устойчивых морозов. Отсчеты относительной влажности, снятые с гигрометра, переводятся в исправленные значения по переводному графику.

Оборот барабана гигрографа как и у термографа, суточный и недельный.

Измерение атмосферного давления

Определение значений атмосферного давления производится с помощью двух типов приборов ртутных барометров и барометров анероидов.

Наиболее точными стандартными приборами являются ртутные барометры: ртуть благодаря большой плотности позволяет получить 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.

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 прибора 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 (g n = 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 (рис. 7). На метеорологических станциях пользуются станционным чашечным барометром. Барометр помещается строго вертикально в специальном шкафчике с подсветом шкалы.

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 для введения температурной поправки. точность отсчёта 0,1 мбар.

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

Рис.7. Типы ртутных барометров: а - чашечный; б - сифонный; в - сифонно-чашечный

Барометр - анероид (рис. 8) на метеорологических станциях для измерения давления не используются, однако их применяют в экспедициях.

Принцип действия барометра-анероида основан на деформации металлических анероидных коробок (внутри которых воздух разряжен) под действием давления.

Линейные изменения толщины коробок преобразуются передаточным рычажным механизмом в угловые перемещения стрелки барометра-анероида относительно шкалы. Шкала градуирована в паскалях. Цена одного деления 100 Па или 1 гПа.

Рис.8. Внутреннее устройство барометра-анероида

Для непрерывной записи атмосферного давления используется суточный (реже недельный) барограф. Чувствительным элементом в нем служит блок мембранных барокоробок, смещение оси которых, вследствие колебания давления, передается системой рычагов на перо. Прибор является относительным, поэтому для обработки барограмм, как у термографа и гигрографа, необходимо параллельное измерение давления барометром. В основном на станциях по виду записи барографа определяется характеристика барометрической тенденции, т. е. повышение или понижение давления.

Барометр-анероид располагается горизонтально. Футляр, в котором находится анероид, предохраняет его от резких колебаний температуры и открывается только на время измерений.

Измерение ветра

Ветер характеризуется двумя параметрами – скоростью и направлением. Эти параметры измеряются двумя различными датчиками, которые обычно конструктивно оформлены в один ветроизмерительный прибор - анеморумбометр .

Измерению подлежат средняя за 2 или 10 минут скорость ветра (зависит от типа прибора) и мгновенная скорость с осреднением 2-5 с. Направление ветра также осредняется за интервал около 2 минут. Осреднение мгновенной скорости за интервал 2-5 с достигается автоматическим датчиком ветроизмерительных приборов, коэффициент инерции которых лежит в этих пределах. Максимальное значение мгновенной скорости за какой-либо промежуток времени называется порывом.

В основу работы большинства приборов, измеряющих скорость и направление ветра, положено действие динамического давления, оказываемого воздушным потоком на расположенную в нем твердую поверхность подвижной приемной части прибора.

Приемниками скорости ветра или первичными преобразователями являются чашечные вертушки или винты с лопастями.

Для измерения направления ветра используются флюгарки, которые представляют собой ассиметричную (относительно вертикальной оси) систему из пластин и противовесов, свободно вращающуюся относительно вертикальной оси. Под действием ветра флюгарка устанавливается в плоскости ветра противовесом навстречу ему. Формы флюгарки разнообразны, но большинство имеет две лопасти (пластины) под углом друг к другу, что создает им устойчивость в воздушном потоке и повышает чувствительность.

Анеморумбометр служит для измерения средних за 10 минут скоростей ветра, мгновенных значений скорости и направления, а также максимальной за любой промежуток скорости. Прибор является дистанционным электромеханическим устройством довольно сложной конструкции. В датчике, установленном на мачте высотой 10 м, сосредоточены чувствительные элементы и первичные преобразователи скорости и направления ветра.

Рис. 9 Анеморумбометр

Измерение осадков.

Атмосферные осадки в зависимости от их фазового состояния разделяются на следующие группы:

1) жидкие - дождь и роса;

2) т в е р д ы е - снег, град, крупа, иней и гололед;

3) с м е ш а н н ы е - одновременно из первой и второй группы.

Количество осадков измеряется с точностью до 0,1 мм высоты слоя воды (если осадки твердые, то их растаивают в теплом помещении). Вид осадков определяется визуально.

Осадкомер Третьякова применяется для измерения жидких и твердых осадков. Он состоит из двух специальных сменных ведер, с калиброванным сечением отверстия 200 см 2 , высотой 40 см и планочной защиты от ветра. Осадкомер устанавливается на столбе так, чтобы верхний срез ведра был расположен на высоте 2 м.

Измерение количества осадков производится два раза в сутки независимо от того, выпадали осадки или нет. Затем вычисляется сумма осадков за сутки. Измерение состоит в том, что наблюдатель берет второе пустое ведро на станции и заменяет им стоящее на установке. Закрыв его крышкой, он приносит ведро осадкомера в помещение и измеряет количество осадков с помощью мерного стакана. Цена деления мерного стакана 2 см.

Поэтому одно деление стакана соответствует 0,1 мм осадков (2 см / 200 см = 0,01см) (рис.10).

Стакан имеет сто делений.

К результатам измерений вводят небольшие поправки на смачивание ведра и частичное испарение осадков:

Жидкие осадки до 0,5 деления - поправка+ 0,1 мм;

Жидкие осадки 0,5 деления и более - поправка+ 0,2 мм;

Твердые осадки до 0,5 деления - поправка 0,0 мм;

Твердые осадки 0,5 деления и более - поправка+ 0,1 мм.

На ряде станций производится регистрация количества и скорости выпадения (интенсивности) жидких осадков с помощью плювиографа.

Рис.10. Осадкомер Третьякова. 1-воронка, 2-диафрагма, 3-ведро, 4-колпачок, 5-носик, 6-планочная защита,7-подставка, 8-лесенка, 9-измерительный стакан

Краткая история развития метеорологии

Как и другие науки, в течение длительного периода начала своего развития, она была только описательной наукой. Существуют записи наблюдений за погодой, проводившиеся в древних цивилизациях, таких как Китай, Египет и Месопотамия.

Уже в глубокой древности зависимость земледельца и мореплавателя от погоды заставляла их постоянно следить за ее переменами, искать определенную связь между погодой и различными земными и небесными явлениями. Но это были лишь разрозненные наблюдения. В Древней Греции Геродот и Аристотель впервые пытались объяснить и систематизировать накопленные наблюдения над атмосферными явлениями.. В четвертом веке нашей эры, в книге под названием "Метеорология", Аристотель собрал информацию о многих явлениях в атмосфере и сделал попытки объяснить их. Первые приборы для измерения осадков - дождемеры - были изобретены в Китае и Корее уже за четыре века до нашей эры. В это же время начались первые, хотя и разрозненные, инструментальные наблюдения за погодой.

В Древней Руси записи о выдающихся явлениях природы - сильных засухах, градобитиях, высоких и низких стояниях вод мы находим в древних русских летописях и в записях русских «землепроходцев». В летописях давалась иногда общая характеристика погоды за целый сезон, например: «В лето 6901 (по нашему летоисчислению 1393 т.) тогда же бе зима студена, яко человецы и скоты умираху, измороша множество» (Софийская летопись).

Встречаются в летописях и характеристики отдельных явлений, например: «В лето 6809 (по нашему летоисчислению 1301 г.) буря сильна в Ростове, церкви 4 от основания выверже, а с иных верхи содрало июля 6».

С эпохи великих географических открытий (XV-XVI века) появились климатические описания открываемых стран. Проводились наблюдения над погодой, но без точных измерений метеорологических элементов; они не могли дать материала для научных обобщений.

Решающий импульс для преодоления чисто описательного характера наблюдений погоды принесло с собой изобретение Галилеем термометра (в 1597 г.). В 1643 году Торичелли изобрел барометр.

Позже появляются и другие приборы для измерения характеристик ветра, влажности и т.д. Это открыло возможность для количественного описания атмосферных явлений. Первые записи измерений метеорологических данных, таких как температура воздуха, атмосферное давление и количество осадков относятся к 1653 году. Фердинанд II в Тоскане организовал первую сеть службы погоды из расположенных в нескольких странах Европы 11 станций мониторинга (Флорентийская «академией опыта» в Италии).

Моментом начала совершенно однообразных и сравнимых между собой наблюдений было возникновение в 1780 г. Мангеймского метеорологического общества (Societas Meteorologica Palatina), объединявшее 40 метеостанций. Это общество поставило своей задачей организацию правильных метеорологических наблюдений; с этой целью оно привлекало сотрудников, рассылало проверенные инструменты, обязало своих корреспондентов производить отсчеты трижды в сутки в одни и те же сроки: 8 часов утра, 2 часа дня, 9 часов вечера (мангеймские часы), организовало наблюдения даже в отдаленных странах, например Лабрадоре, Сибири, Индии. Труды этого общества, известные под названием "Мангеймских или пфальцских эфемерид", несмотря на непродолжительное его существование (1780-92), легли в основание первых капитальных работ в области метеорологии.

Национальные сети метеорологических станций начали появляться в различных странах в начале 19 века и к середине века получили широкое распространение. Организация одновременных наблюдений в нескольких соседних странах сделала возможным составление необходимых для прогноза погоды синоптических карт. Первые такие карты Брандеса созданы в 1820 году в Германии.

В России с XVII века при московском царском дворе в «разрядные книги» регулярно записывались наблюденные явления природы. Так было положено начало наблюдениям за погодой в Москве. Научно организованные метеорологические наблюдения в России начались с первой половины XVIII века. Их ввел Петр I с 28 марта 1722 г., приказавший «иметь справедливую записку журналу, погоде и ветрам». Организация наблюдений по более широкой программе относится к 1725 г. - дате основания Академии наук, которой Петр I предложил «производить повсюду метеорологические наблюдения, а в наиболее важных местах поручить их продолжение надежным лицам». Ученые Академии наук проводили регулярные наблюдения над температурой воздуха с 1726 г. (до 1743 г. утрачены), над осадками с 1741 г. Метеорологические наблюдения над вскрытием и замерзанием Невы начались по приказу Петра Великого с 1706 г. и продолжались непрерывно 190 лет; это самый длинный ряд наблюдений, где-либо существующий.

Великая северная экспедиция (1733 г.) создала ряд метеорологических станций на Урале и в Сибири. Это была первая в мире метеорологическая сеть, проводившая наблюдения по единой программе. Сеть России входила также в Палатинское метеорологическое объединение, которое было организовано в Мангейме в 1781 г. и имело обширную сеть метеорологических станций. На территории России станции этого объединения находились в Петербурге, Москве и на Урале - Пишменский завод. В 1799 г. это общество распалось.

Большую роль в развитии метеорологии сыграла деятельность М. В. Ломоносова. Ломоносов в своих докладах в Академии наук доказывал необходимость организации сети метеорологических станций, объединенной общим руководством. Он же сформулировал основные положения, необходимые для правильного предсказания погоды. Ломоносов считал, что правильные прогнозы погоды «от истинной теории о движении жидких тел около земного шара, то есть воды и воздуха, ожидать должно». Этим он как бы указывал путь развития динамической метеорологии, на который встала сейчас синоптика. Ломоносов также дал схему образования гроз и объяснил их возникновение развитием вертикальных токов в атмосфере. Велик вклад М. В. Ломоносова и в инструментальную метеорологию. Он изобрел и построил ряд метеорологических приборов оригинальной конструкции: анемометр, морской воздушный барометр (нечувствительный к морской качке), «аэродромную» машину - геликоптер - для исследования верхних слоев атмосферы путем подъема метеорологических приборов (первый в мире предшественник метеорографа и вертолета).

Последователем Ломоносова в пропаганде и организации сети станций и Центральной обсерватории выступил В. Н. Каразин (1810 г.), основатель Харьковского университета. В 1810 г. В.Н. Каразин представил императору Александру I проект полной организации сети метеорологических наблюдений, указывая и на пользу их для науки и практической жизни. Функционировало еще несколько пунктов, где велись удовлетворительно наблюдения: Або, Астрахань, Варшава, Москва, Пышминск, Рига, Соликамск, Охотск.

В 20-х годах министерством народного просвещения сделано распоряжение о производстве при всех учебных заведениях России метеорологических наблюдений по примеру Виленского университета, где подобные наблюдения были организованы ранее. Однако распоряжение министерства осталось без действия, и только в 1832 г., после его повторения, началось устройство станций и производство наблюдений.

В 30ые годы по инициативе академика Купфера, при материальном содействии горного департамента основаны магнитно-метеорологические обсерватории в СПб., Екатеринбурге, Барнауле, Нерчинске, Богословске, Златоусте, Лугани; тогда же устроены подобные же обсерватории в Москве, Казани, Тифлисе, Пекине и на острове Ситхе.

В 1849 г. была организована Главная физическая (теперь геофизическая им. А. И. Воейкова) обсерватория в Петербурге. Главная физическая обсерватория организовала наблюдения на сети станций по единой методике. Наблюдения эти тщательно проверялись, обрабатывались и печатались. Летописи Главной физической обсерватории приобрели мировую славу и были приняты в качестве образца другими странами.

Вскоре после своего учреждения Главная физическая обсерватория фактически сосредоточила в своих руках руководство всеми наблюдениями и обработку доставляемых станциями материалов; но при ограниченности своего личного состава и отпускаемых на нее средств она не могла за первое время своего существования значительно расширить число станций. В 1856 году было введено новшество, существенно повлиявшее на точность и быстроту предсказаний погоды - данные о погоде с метеорологических станций стали поступать по телеграфу в единый центр.

13 января (1 января по старому стилю) 1872 года в Главной Геофизической Обсерватории Санкт - Петербурга начался регулярный выпуск ежедневных бюллетеней погоды. Этот день ныне принят в качестве официальной даты начала работы службы погоды в России. Для первой сводки погоды, получившей название "Ежедневный метеорологический бюллетень" были использованы и полученные по телеграфу данные о погоде не только из регионов России, но и с двух зарубежных метеорологических станций. Число метеостанций в России составляло: в 1820-1835 гг. число станций было около 30; в 1870 г. - 47; В 1880 г. - 114; в 1890 г. - 4 21; в 1894 г. - 624.

Большая часть станций русской метеорологической сети устроена и содержится на средства отдельных правительственных или частных учреждений, как-то: учебных заведений, земств, железнодорожных и фабричных администраций и т. п.; только сравнительно небольшое число станций снабжено инструментами, полученными бесплатно от Главной физической обсерватории. Контингент наблюдателей состоит из преподавателей учебных заведений, духовных лиц, мелких служащих при учреждениях и т. п., отдающих бесплатно свое время наблюдениям.

К началу 20 века Россия заняла первое место в мире по точности предсказания погоды, имея самую обширную сеть метеорологических станций.

На основании большого ряда проведенных наблюдений, полученных с сети метеорологических станций, были написаны классические работы: К. С. Веселовским «О климате России» (1857 г.), Г. И. Вильдом «Температура воздуха в Российской империи» (1881 -1882 гг.) и др. В середине XIX века вышла работа М. Ф. Спасского «О климате Москвы» (1847 г.), объясняющая особенности климата результатом борьбы различных масс воздуха и намного опередившая по методам изучения метеорологическую науку за рубежом. В конце XIX и начале XX века протекала деятельность основоположника отечественной климатологии крупнейшего метеоролога А. И. Воейкова (1842- 1916 гг.). Классическая работа А. И. Воейкова «Климаты земного шара, в особенности России» (1884 г.) впервые дала физическое объяснение климатов земного шара. Эта работа не потеряла своего значения и сейчас. А. И. Воейков посвятил ряд исследований сельскохозяйственной метеорологии, основоположником которой он является совместно с П. И. Броуновым (Л852-1927 гг.), а также микроклиматологии, курортной климатологии и т. п. П. И. Броунов был организатором специальной сети сельскохозяйственных метеорологических станций.

Сеть отечественных метеорологических станций непрерывно росла и развивалась. Особенно большое развитие получили местные сети: Новороссийская (организатор А. В. Клоссовский), Киевская-Приднепровская (организатор П. И. Броунов), Харьковская (организатор Н. Д. Пильчиков) и др. Серьезных успехов достигли отдельные отрасли метеорологии. В области аэрологии необходимо отметить первый научный полет на аэростате Я. Д. Захарова (1804 г.), массовые исследования атмосферы с помощью аэростатов, проведенные М. А. Рыкачевым и М. М. Поморцевым при участии в них Д. И. Менделеева.

Во второй половине XIX века Д.И.Менделеев много работал в области метеорологии. Его особенно интересовали высокие слои атмосферы. Он считал, что для правильного предсказания погоды совершенно необходимо изучать высокие слои атмосферы, где, по его мнению, «делается погода». Менделеев первым указал на возможность изучения верхних слоев атмосферы путем подъема приборов на шарах, наполненных водородом. Ему также принадлежит идея постройки стратостата с герметической гондолой. Кроме того, Менделеев работал над вопросами переноса водяного пара, над изучением связи объема газа с давлением и температурой и изобрел дифференциальный газовый барометр большой точности, над идеей Северного морского пути. Под Санкт-Петербургом В. В. Кузнецовым и С. И. Савиновым был организован в самом конце XIX века подъем метеорографов на воздушных змеях. Большие работы проводились в области актинометрии. Были созданы новые актинометрические приборы О. Д. Хвольсоном (1889 г.) и В. А. Михельсоном (1905 г.). В области теоретической и практической актинометрии успешно работали С. И. Савинов и Н. Н. Калитин. Важные теоретические работы в области синоптики были выполнены еще на рубеже XX века М. А. Рыкачевым, Б. И. Срезневским и П. И. Броуновым, например, о связи поля давления со скоростью ветра и о типах путей движения циклонов, о физических основах развития и движения циклонов, об изаллобарическом методе предсказания погоды и т. д. В начале XX века работы Б. П. Мультановского положили начало активной разработке вопросов долгосрочных прогнозов погоды. В. Н. Оболенский добился немалых успехов в области изучения атмосферного электричества. Труды А. И. Воейкова, Г. Н. Высоцкого, А. П. Тольского способствовали развитию лесной метеорологии. В 1929 г. был создан Гидрометеорологический комитет при СНК СССР, объединивший изучение атмосферы и вод всей территории СССР, позже он был преобразован в Главное управление гидрометеорологической службы при Совете Министров СССР. В Ленинграде в Главной геофизической обсерватории (ГГО) сформировался центр отечественной климатологии, следующий традициям А. И. Воейкова. Главная геофизическая обсерватория обеспечила народное хозяйство однородными данными за многолетний период по отдельным метеорологическим элементам, климатическим атласом и справочниками; здесь же сложилась передовая школа по изучению:

динамической метеорологии.

теории циклогенеза,

предвычисления поля давления и температуры воздуха.

изучению микроклимата полезащитных полос, орошаемых земель, по изучению заморозков и др.

Выпуск первого радиозонда 30 января 1930 г. явился подлинным переворотом в аэрологии. Эти исследования продолжаются и в наше время в Центральной аэрологической обсерватории в Долгопрудном, под Москвой. Здесь создан ряд новых приборов (радиозонд А-22), новая методика исследований атмосферы, изучения турбулентности и т. д. Отсюда были совершены рекордные полеты советских аэростатов, изучавших распределение метеорологических элементов в высоких слоях атмосферы, трансформацию воздушных масс и т. д.

В советское время было создано учение о воздушных массах и фронтах, создана методика прогноза погоды и разрешены другие вопросы, стоявшие перед синоптической метеорологией.

Дальнейшему улучшению прогнозов погоды (как краткосрочных, так «и долгосрочных) посвящена деятельность Центрального института прогнозов (ЦИП). Мировое значение имеют созданные ландшафтная классификация климатов Л. С. Берга, динамическая климатология Б. П. Алисова, комплексный метод характеристики климата по Е. Е. Федорову.

В 1930 года была создана сеть аэрологических станций и началось составление первых высотных карт. С 1960 года при составлении прогнозов погоды стали использовать информацию, получаемую со спутников. Вскоре синоптики стали использовать метеорологические локаторы и обрабатывать данные с помощью ЭВМ, что значительно сократило время и улучшило вероятность прогноза погоды.

В современном мире существует глобальная система мониторинга, находящаяся в ведении Всемирной метеорологической организации (ВМО), которая является межправительственной организацией ООН. Эта система включает в себя около 10 000 наземных станций, 1000 станций измерения аэрологических станций на суше и на кораблях, 100 дрейфующих станций и 600 буйков, 10 метеорологических спутников находящихся на полярной и геостационарной орбитах. Глобальная система собирает данные на добровольной основе с более чем 7300 судов, а также с около 3000 коммерческих самолетов, проводящих более 70 000 ежедневных наблюдений. Используются данные полученные с сотен метеорологических радиолокаторов национальных служб погоды, объединенных региональной сетью РЛС (например, как в странах Западной Европы).

К концу ХХ столетия мировое метеорологическое сообщество достигло выдающихся успехов. К таким успехам можно отнести:

· научные достижения в понимании глобальных атмосферных процессов и динамики атмосферы, в математическом описании поступающей от Солнца радиации, переноса, отражения, поглощения коротковолнового и длинноволнового излучения, процессов конденсации и испарения, таяния/замерзания осадков, механизмов перемешивания воздушных масс, включая конвекцию и турбулентность, процессов взаимодействия с сушей и океаном;

· разработку в ряде стран глобальных, региональных и мезомасштабных гидродинамических численных моделей общей циркуляции атмосферы, позволяющих прогнозировать поля метеорологических элементов на 5-7 суток с приемлемой для многих потребителей точностью;

· создание в крупных метеорологических центрах, оснащенных мощной вычислительной техникой уникальных технологий, позволяющих внедрить эти модели в оперативную практику;

· создание и организацию непрерывного функционирования глобальных международных систем наблюдений, телесвязи и обработки данных, позволяющих осуществлять наблюдение за погодой, передачу данных наблюдений в метеорологические центры и распространение продукции в прогностические центры Национальных метеорологических служб.

Атмосферные процессы не имеют государственных границ, поэтому для их изучения необходимо тесное сотрудничество ученых всех стран. Международное сотрудничество в области метеорологии началось во второй половине 19 века. В 1873 году в Вене состоялся Первый Международный метеорологический конгресс, принявший решение о унификации метеорологических приборов и наблюдений и обмене информацией. Этот конгресс заложил основы будущей Всемирной метеорологической организации (ВМО). Второй Международный метеорологический конгресс одобрил решение о проведении Международного полярного года (1882-1883), первого комплексного исследования полярных территорий. В 1932-33 годах эти работы были продолжены (Второй Международный полярный год). В этот год особое внимание уделялось исследованию Арктики, которая в то время рассматривалась как «кухня погоды». Впервые для исследования верхних слоев атмосферы был использован изобретенный П.А. Молчановым радиозонд.

Необходимость стандартизации наблюдений, обмена метеорологической информацией, унификации форм оперативного обслуживания метеорологической информацией и прогнозами привели после Второй мировой войны к официальному созданию Всемирной метеорологической организацией (ВМО) - специализированного межправительственного агентства Организации объединенных наций. Высшим органом этой организации является Конгресс, который собирается раз в четыре года и Исполнительный совет, состоящий из 26 директоров национальных метеорологических или гидрометеорологических служб. ВМО представляет собой комплексную систему, состоящую из национальных средств и услуг, которые принадлежат отдельным странам, являющимися членами ВМО. Члены ВМО берут на себя соответственно своим возможностям обязательства по согласованной схеме с тем, чтобы все страны могли получать выгоды от объединенных усилий. В рамках ВМО создана международная прогностическая индустрия, состоящая из мировых (ММЦ) и региональных (РМЦ) метеорологических центров оборудованных современными средствами и технологиями за счет стран, взявших на себя добровольные обязательства по функционированию таких центров. Продукция мировых и региональных метеорологических центров в виде численных анализов и прогнозов метеорологических полей представляется для использования всем членам ВМО через их национальные метеорологические центры (НМЦ).

Важнейшими задачами ВМО являются поддержание на должном уровне функционирования Всемирной службы погоды (ВСП), у истоков которой стояли два знаменитых метеоролога - В.А..Бугаев (СССР) и Г.Векслер (США), а также Всемирной климатической программы, которая изучает изменения климата под воздействием естественных и антропогенных факторов и возможные последствия этих изменений для жизни на Земле. Под эгидой ВМО и на основе международного сотрудничества реализуются крупные международные программы, направленные на изучение особенностей формирования погоды в различных регионах Земного шара. Так, в 1957-58 года была реализована программа Международного геофизического года. В этот период комплексными исследованиями была охвачена вся планета, многие из начатых тогда исследований продолжались в последующие десятилетия. Реализация этой программы поставила целый ряд проблем, которые были синтезированы в крупнейшем международном проекте – Программе исследований глобальных атмосферных процессов (ПИГАП, 1978-1979 гг.). В эту программу входили крупнейшие подпрограммы – Тропический, Полярный, Комплексный энергетический, Муссонный эксперименты. При реализации этой программы были задействованы новейшие системы сбора и обработки информации, полярноорбитальные и геостационарные спутники, самолеты-лаборатории, аэростаты, дрейфующие и стационарные буи, более 30 научно-исследовательских судов

Во второй половине 20 века огромное значение приобрели проблемы загрязнения атмосферы и распространения примесей как естественного, так и антропогенного происхождения. Во многих станах были созданы специальные службы контроля за состоянием атмосферного воздуха, В России эта служба была создана под руководством Е.К.Федорова и Ю.А.Израэля (Росгидромет).

Всю совокупность деятельности метеоpологических служб стран мира, включающей в настоящее вpемя также значительные объёмы информации, поступающей из космоса, со специализиpованных спутников, можно pассматpивать как глобальный монитоpинг погоды и в целом состояния атмосфеpы. Данные этого монитоpинга являются неоценимой инфоpмацией для экологии, а сама система монитоpинга - пpообpазом систем глобального монитоpинга за состоянием отдельных сфеp Земли - гидpосфеpы, биосфеpы и т.д.

В Саратовском национальном исследовательском государственном университете имени Н.Г. Чернышевского на кафедре метеорологии и климатологии, помимо очного, реализуется программа заочного обучения по направлению Прикладная гидрометеорология.

Выставка «Петербург – метеорологическая столица России»

1 июля 2019 г. в Планетарии Санкт-Петербурга состоялось открытие выставки «Петербург – метеорологическая столица России». Выставка посвящена 185 – летию Гидрометслужбы России, 170 – летию Главной физической обсерватории (Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова), 85 – летию Авиационной метеорологической станции «Шоссейная» (Пулково), ныне АМЦ «Пулково», подразделению Северо-Западного филиала ФГБУ «Авиаметтелеком Рогидромета» На выставке представлены уникальные метеорологические приборы из музея ГГО,

Небесная метеорология. К 185-летию Росгидромета (“АиФ на Мурмане” 11/07/2019)

Мало кто знает, что прогнозы погоды важны не только на земле, но и в небе. Без них полёты самолётов станут рискованной авантюрой. Для этого в каждом аэропорту есть своя метеорологическая служба. В этом году у российской метеослужбы юбилей – 185 лет. В 2019 году Гидрометеорологической службе России, одной из старейших в мире, исполнилось 185 лет. История службы чрезвычайно богата и

Посещение Северо-Западного филиала генеральным директором ФГБУ «Авиаметтелеком Росгидромета»

20-21 июня Северо-Западный филиал ФГБУ «Авиаметтелеком Росгидромета» посетили генеральный директор Никитов Артемий Владимирович, заместитель генерального директора Поляков Александр Викторович. В рамках визита Артемий Владимирович, Александр Викторович посетили АМЦ «Пулково» – рабочие места синоптиков отдела «Метеорологические прогнозы», техников-метеорологов отдела «Метеонаблюдений и информации», инженеров по эксплуатации и ремонту гидрометеорологических приборов, систем и оборудования. Ознакомились с технологиями работы авиаметперсонала, практическими мероприятиями, проводимыми в

Архив новостей

Август 2019

Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
« Июл
			1	2	3	4
5	6	7	8	9	10	11
12	13	14	15	16	17	18
19	20	21	22	23	24	25
26	27	28	29	30	31

РД 52.04.651-2003

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Первичная обработка результатов судовых измерений метеорологических,
актинометрических и оптических величин

Дата введения 2004-08-01*
_______________________
* См. ярлык "Примечания"

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН государственным учреждением "Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова" (ГУ ГГО) Росгидромета, Гидрометеорологическим научно-исследовательским центром Российской Федерации (Гидрометцентр России)

2 РАЗРАБОТЧИКИ В.Ю.Окоренков (руководитель разработки), Р.Г.Тимановская (ответственный исполнитель разработки), Г.П.Резников, В.В.Рудометкина (ГУ ГГО), Р.С.Фахрутдинов (Гидрометцентр России)

3 УТВЕРЖДЕН Руководителем Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет)

4 ЗАРЕГИСТРИРОВАН ЦКБ ГМП за номером 52.04.651-2003

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 Дополнения и возможные уточнения приводимых в настоящих методических указаниях методов обработки и расчетов возможны только с разрешения разработчика настоящих методических указаний

7 При реализации в программном обеспечении полностью или частично приводимых в настоящих методических указаниях расчетных соотношений разработчики данных указаний в обязательном порядке должны привлекаться к участию в разработке программного продукта на стадии его аттестации

Введение

Введение

В 1986 г. на НИС и НИСП Росгидромета был внедрен разработанный в ГУ ГГО комплекс программ (КСМАП) для ЭВМ типа ЕС и СМ по обработке результатов судовых метеорологических и актинометрических наблюдений. Он позволял на всех судах, где производились гидрометеорологические наблюдения штатными наблюдателями, унифицировать и автоматизировать процесс первичной обработки, контроля и архивации результатов этих наблюдений .

Унификация первичной обработки означала, что все результаты метеорологических и актинометрических измерений и наблюдений, производимых на судах разных ведомств, обрабатывались по единым методикам и алгоритмам. Это позволяло получать сопоставимые во времени и пространстве надежные данные о состоянии приводного слоя атмосферы и оптического состояния вертикального столба атмосферы над поверхностью океана.

В последние годы парк ЕС и СМ ЭВМ заменен на ПЭВМ. Это обстоятельство обусловило необходимость разработки КСМАП применительно к ПЭВМ. С другой стороны, появилась возможность разработки КСМАП силами УГМС для ПЭВМ разной конфигурации.

Накопленный опыт по разработке и эксплуатации КСМАП для ЕС и СМ ЭВМ показал, что и в случае использования ПЭВМ программное обеспечение процедур первичной обработки результатов судовых наблюдений и расчета ряда характеристик приводного слоя атмосферы, составляющих один или несколько автономных блоков в системе КСМАП, должно также базироваться на единых методах и алгоритмах обработки. Это является одним из требований наставления . Кроме того, в этих методах должны быть приведены в соответствие с существующими государственными и отраслевыми стандартами термины и обозначения геофизических величин с целью ликвидации разночтения и понимания их по разным литературным источникам.

С учетом сказанного возникла необходимость уточнения методов первичной обработки, контроля и архивации результатов судовых наблюдений и измерений, на базе которых разрабатывался КСМАП, с целью их использования как при ручной обработке данных, так и при разработке соответствующего программного обеспечения для ПЭВМ разной конфигурации.

Поскольку разработкой программного обеспечения, как правило, занимаются программисты, а не гидрометеорологи, было признано целесообразным обобщить все существующие методы первичной обработки, оформив их в виде руководящего документа, что, с одной стороны, значительно упростит работу с ними, а с другой - позволит на местах (в УГМС) самостоятельно разрабатывать программное обеспечение первичной обработки, контроля и архивации судовой гидрометеорологической, актинометрической информации для ПЭВМ.

Регламентирование использования единых методов первичной обработки результатов метеорологических и актинометрических измерений позволит на судах разных ведомств получать сопоставимые во времени и пространстве данные наблюдений, выполняемых в том числе по программе комплексного мониторинга состояния Мирового океана. В результате будет обеспечена сопоставимость получаемых данных с данными судовых наблюдений, архивированными во ВНИИГМИ-МЦД ранее.

1 Область применения

Настоящие методические указания устанавливают основные правила, методы и приемы первичной обработки результатов метеорологических, актинометрических и оптических измерений и наблюдений, производимых на судах Российской Федерации, осуществляющих или планирующих осуществлять сбор гидрометеорологической информации о состоянии приводного слоя атмосферы и поверхности океана, оптическом состоянии вертикального столба атмосферы над водной поверхностью, а также о ряде астрономических величин (необходимых для обработки результатов актинометрических измерений), которые позволяют проводить обработку результатов измерений только по данным судовых наблюдений, не прибегая к извлечению необходимой для расчетов информации из астрономических ежегодников.

Настоящие методические указания регламентируют процедуры расчетов результатов судовых метеорологических, актинометрических и оптических измерений и наблюдений с целью получения достоверной и сравнимой во времени и пространстве гидрометеорологической, актинометрической и оптической информации для передачи ее потребителям или на архивное хранение.

Настоящие методические указания обязательны при обработке на судах или в НИУ и УГМС Росгидромета результатов неавтоматизированных судовых метеорологических, актинометрических, оптических измерений и наблюдений.

2 Нормативные ссылки

В настоящих методических указаниях использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 112-78 Термометры метеорологические, стеклянные. Технические условия

ГОСТ 4401-81 Атмосфера стандартная. Параметры

ОСТ 52.04.10-83 Актинометрия. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин

ГОСТ 8.524-85 Таблицы психрометрические. Построение, содержание, расчетные соотношения

ГОСТ 8.567-99 Измерение времени и частоты. Термины и определения

3 Термины и определения

В настоящих методических указаниях применяемые термины, обозначения гидрометеорологических, актинометрических и оптических величин соответствуют представленным в действующих РД , журналах КГМ-15 и УКГМ-15А .
________________
* См. раздел Библиография, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

4 Сокращения

В настоящих методических указаниях приняты следующие сокращения:

ВНИИГМИ-МЦД - Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных.

ГУ ГГО - государственное учреждение "Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова".

КСМАП - комплекс судовых метеорологических и актинометрических программ.

НИС - научно-исследовательское судно.

НИСП - научно-исследовательское судно погоды.

ПАП - первичный актинометрический преобразователь.

ПИП - первичный измерительный преобразователь.

ПЭВМ - персональная электронная вычислительная машина.

Росгидромет - Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

СРБ - составляющие радиационного баланса.

СГМС - судовая гидрометеорологическая станция.

УГМС - межрегиональное территориальное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

5 Общие положения

5.1 Методическое и метрологическое сопровождение функционирования любой гидрометеорологической наблюдательной сети, в том числе и морской, направлено на обеспечение единства измерений. Под единством измерений понимают получение данных измерений о состоянии природной среды с известной погрешностью (точностью). Последнее определяет достоверность измеряемых величин.

Применительно к морской судовой наблюдательной сети обеспечение получения достоверных гидрометеорологических, актинометрических или оптических данных с каждого судна имеет большое значение для мониторинга состояния Мирового океана, предоставления потребителям надежной гидрометеорологической, геофизической информации о состоянии приводного слоя атмосферы, поверхности океана, вертикального столба атмосферы над океаном и т.д.

Собираемая судами указанная выше информация пополняет банк гидрометеорологических и геофизических данных, используемых при гидрометеорологическом обеспечении морских отраслей экономики и другой деятельности на море, а также для научных климатических и других исследований.

Единство измерений - это комплексное решение многих вопросов, связанных с использованием для измерений конкретных величин единых средств измерения, своевременным и качественным их метрологическим обеспечением, соблюдением методик выполнения измерений и наблюдений и методов первичной обработки и контроля результатов измерений, усвоением гидрометеорологической информации, собираемой с разных наблюдательных платформ на морской акватории и т.д.

Часть перечисленных вопросов на сегодняшний день решена и реализована в ряде руководящих документов, регламентирующих функционирование судовой гидрометеорологической сети как подсистемы общегосударственной наблюдательной сети России.

В частности, в наставлении регламентированы требования к организации и обеспечению гидрометеорологических и актинометрических наблюдений на судах, в наставлениях - средства измерений основных гидрометеорологических, актинометрических величин и методики выполнения измерений с помощью этих средств и т.д. В то же время многие вопросы требуют полного или частичного решения. Это, прежде всего, касается вопросов унификации методов первичной обработки гидрометеорологических и актинометрических измерений и наблюдений. Суда в последние годы постепенно оснащаются дистанционными измерительными комплексами. Данные измерений любых величин по ним, как правило, представляются в единицах промежуточных величин. В связи с этим возникает необходимость решать задачу перевода данных измерений из этих единиц в единицы измеряемых физических величин.

Первичная обработка результатов измерений и наблюдений подразумевает преобразование показаний средств измерений и визуальных оценок в значения величин (измеряемых или оцениваемых) и их характеристик в принятых единицах измерений, подготовку преобразованных данных измерений для передачи оперативных сообщений в соответствующие прогностические центры и центры сбора информации для хранения.

5.2 Первичная обработка результатов судовых гидрометеорологических, актинометрических и оптических измерений и наблюдений в конкретный срок состоит из ряда последовательных операций:

- занесение результатов измерений и наблюдений в журналы (книжки) УКГМ-15А, КГМ-15 или непосредственно в ПЭВМ;

- представление результатов измерений и наблюдений в единицах измеряемых, наблюдаемых величин или в соответствующих цифрах кода;

- технический контроль результатов измерений и наблюдений;

- критический контроль результатов измерений и наблюдений;

- подготовка оперативных сообщений;

- формирование отчетной документации.

5.3 Результаты измерений и наблюдений заносят в журналы КГМ-15, УКГМ-15А в соответствии с требованиями, представленными в или в самих журналах.

5.4 Данные измерений и наблюдений переводят в единицы измеряемых, наблюдаемых величин в соответствии с разделами 6-14 настоящих методических указаний, а в цифры кода - в соответствии с .

5.5 Технический и критический контроль результатов метеорологических измерений и наблюдений осуществляют в соответствии с требованиями .

5.6 Формирование отчетной документации отчетных форм осуществляют в соответствии с требованиями .

5.7 Форматы величин, используемых в разных формулах (форматы значений величин), соответствуют представленным в указанных в подразделе 5.3 журналах; форматы выходных данных после расчетов по методам, рассматриваемым в настоящих методических указаниях, округление рассчитываемых величин соответствуют форматам, представленным в наставлениях .

5.8 Контроль за выполнением требований настоящих методических указаний возлагается на методистов-метеорологов, судовых инспекторов УГМС.

Примечание - При наличии на судне ПЭВМ все операции, указанные в подразделах 5.3-5.6, выполняются на ней автоматически (если имеется соответствующее программное обеспечение). Общая формула для перевода результатов измерений, представленных в единицах промежуточных величин, в единицы измеряемой величины приведена в приложении А.

6 Первичная обработка результатов измерений атмосферного давления и барической тенденции

6.1 Атмосферное давление

6.1.1 В настоящее время и в ближайшем будущем измерения атмосферного давления производят и будут производить по безртутным барометрам, барометрам-анероидам непосредственно в принятых единицах измеряемой величины - гектопаскалях (гПа) или миллиметрах ртутного столба (мм рт.ст.).

6.1.2 В соответствии с требованиями , данные измерений атмосферного давления (отсчеты по барометру) должны быть приведены к уровню моря и температуре воздуха 0 °С. Если отсчеты по барометру выражены в гектопаскалях, то такое приведение осуществляют по формуле

А если они выражены в миллиметрах ртутного столба, то по формуле

Где - атмосферное давление, приведенное к уровню моря и температуре воздуха 0 °С, гПа;

- отсчет по прибору (барометру, барометру-анероиду), гПа или мм рт.ст.;

- поправка шкалы к отсчету по прибору, гПа или мм рт.ст. Информация о поправках шкалы (если таковые имеются) приводится в свидетельстве о поверке к прибору в виде таблицы, необходимую поправку рассчитывают методом интерполяции;

- температурная поправка для приведения атмосферного давления к температуре 0 °С, которую рассчитывают по формуле, указанной в свидетельстве о поверке, по температуре воздуха , измеренной вблизи прибора, гПа или мм рт.ст.;

- поправка на приведение атмосферного давления к уровню моря, которую рассчитывают по формуле

(=0,133 гПа/м или 0,1 мм рт.ст./м (соответствует изменению атмосферного давления на 1 м высоты),

- высота установки прибора над уровнем моря для измерения атмосферного давления (отсчитывается от положения максимальной ватерлинии ), м. Информация о высоте установки прибора имеется в журналах УКГМ-15А, КГМ-15 ,

Разность уровней "закрытого" моря (типа Каспийского) и Мирового океана, м. Эту разность берут со знаком "плюс", если уровень "закрытого" моря выше уровня Мирового океана, и со знаком "минус", если этот уровень ниже уровня Мирового океана (информация о высоте уровня "закрытого" моря имеется в журнале КГМ-15 или в УГМС. Для открытых морей и акватории океанов =0);

1,3332 - численный коэффициент перевода миллиметров ртутного столба в гектопаскали: 1 мм рт.ст.=1,3332 гПа.

6.1.3 При расчете значений по формулам (1) и (2) следует помнить, что:

- все поправки рассчитывают с округлением до 0,1 гПа или до 0,1 мм рт.ст. и берут для расчетов со своим знаком;

- все слагаемые в правой части должны быть выражены в одних единицах измерения (гПа или мм рт.ст.).

6.1.4 Приведем примеры обработки результатов измерений атмосферного давления при плавании судна в океане и в Каспийском море.

Примеры

1 Плавание судна проходит в океане. Атмосферное давление измеряют по анероиду N 392890 (извлечение из свидетельства о поверке представлено в таблице 5 наставления ), установленному на высоте =10,1 м над максимальной ватерлинией. Отсчет по анероиду =741,9 мм рт.ст., отсчет по термометру в рубке =12,4 °С; значение мм рт.cт. (=0). Из свидетельства о поверке следует, что =-0,6 мм рт.ст., а =0,3 мм рт.ст.

По формуле (2) рассчитывают значение атмосферного давления, приведенное к температуре 0 °С и уровню моря: =990,1 гПа (округление до десятых долей гектопаскаля осуществляют в соответствии с требованиями ).

2 Исходные данные те же, что и в примере 1, но плавание проходит в Каспийском море, уровень которого на начало 1994 г. был на 26,8 м ниже уровня Мирового океана. По формуле (3) определяют, что мм рт.ст.

Значение , рассчитанное по формуле (2), оказалось равным 986,5 гПа.

6.2 Барическая тенденция

6.2.1 Барическая тенденция описывается двумя параметрами - ее величиной , отражающей количественное изменение атмосферного давления за 3 ч, предшествующие сроку наблюдения , ч, и характеристикой , описывающей качественное изменение атмосферного давления за эти 3 ч . По данным судовых наблюдений барическую тенденцию рассчитывают по формуле

Где - атмосферное давление, измеренное в срок и приведенное по формуле (1) или (2) к уровню моря и температуре воздуха 0 °С, гПа;

- атмосферное давление, измеренное в срок минус 3 ч () и приведенное по формуле (1) или (2) к уровню моря и температуре 0 °С, гПа.

6.2.2 Характеристику барической тенденции не рассчитывают, а представляют в цифрах кода : кодирование осуществляют по значению и визуальной оценке характера изменения давления за 3 ч, фиксируемого на диаграммном бланке барографа , идентифицируя его с одним из типичных видов хода давления, приведенных в кодовой таблице .

7 Первичная обработка результатов измерений скорости и направления ветра

7.1 Метод расчета скорости и направления истинного ветра по данным измерений скорости кажущегося ветра и его направления

7.1.1 В соответствии с , на судне скорость и направление истинного ветра не измеряют, а рассчитывают по данным измерений на судне (по анеморумбометрам или другим приборам и способам) скорости и направления кажущегося ветра и данным о скорости и компасном курсе судна.

7.1.2 Расчет скорости истинного ветра и его направления осуществляют по формулам

Где - скорость хода судна, уз. Для расчетов берут с округлением до 0,1 уз;

- скорость кажущегося ветра, м/с. Для расчетов берут с округлением до 0,01 м/с;

- курс судна, целые градусы;

- направление кажущегося ветра, отсчитываемое от компасного курса судна по часовой стрелке, целые градусы;

- угол между кажущимся и истинным ветром, отсчитываемый по часовой стрелке, целые градусы. Рассчитывают по формуле

________________

* В значение предлагается рассчитывать через , который при определенных значениях , и не всегда имеет однозначное решение (что проиллюстрировано в приложении Б), а это усложняет расчеты. По этой причине в настоящих методических указаниях предлагается уточненный метод расчета .

Если <180°, то значение рассчитывают по формуле (6), в которой берут со знаком "плюс"; если 180°, то значение рассчитывают по формуле (6), в которой берут со знаком "минус".

При расчете скорости и направления истинного ветра по формулам (5) и (6) необходимо учитывать следующие ситуации:

а) =0 или , тогда =0;

б) =0, а , тогда ;

в) =0, а , тогда .

Примечания

1 Если направление кажущегося ветра определялось по отношению к географическому меридиану (например, по ветровому конусу или судовому компасу ), то в формулах (5) и (6) следует рассчитывать из соотношения: .

2 Если угол <0, то для расчета по формуле (6) значение .

3 Если рассчитанное значение направления истинного ветра оказалось отрицательным (<0), то окончательное значение ; если >360°, то окончательное значение .

4 Если на судне скорость ветра измеряют по анемометру интегрирующего типа*, используя показания по его шкале, отнесенные к интервалу времени от включения до выключения анемометра, расчет скорости кажущегося ветра для определения скорости истинного ветра (м/с) осуществляют в соответствии с подразделом 7.2.
________________
* Анемометр такого типа, по существу, является счетчиком количества оборотов ветроприемника за конкретный интервал времени.

5 В формулах (5)-(7) значения скорости ветра и хода судна округляют до 0,1 м/с и 0,1 уз соответственно, а направления ветра и курса судна - до 1°.

7.2 Метод расчета скорости ветра (кажущегося или истинного), измеряемой анемометрами, снабженными шкалой

При измерении на судне скорости ветра по анемометрам, снабженным шкалой с делениями, или определяют по изменению показаний анемометра (дел.) за интервал времени (с), измеренный секундомером, т.е. по промежуточной величине (дел./с). В свидетельстве о поверке анемометра приводится таблица перевода в метры за секунду (таблица 1).


Таблица 1 - Извлечение из свидетельства о поверке к ручному анемометру N 424875

Дел./с	Скорость , м/с

7.2.1 Если связь между анемометра и скоростью ветра по данным из свидетельства о поверке окажется линейной, то скорость ветра или (м/с), определяют по формуле

Где - скорость ветра из свидетельства о поверке к анемометру, соответствующая значению дел./с, м/с. Извлечение из одного такого свидетельства приведено в таблице 1;

- скорость ветра из свидетельства о поверке, соответствующая значению =10 дел./с, м/с;

- отсчет по шкале анемометра перед измерением скорости кажущегося (истинного) ветра до момента включения анемометра, дел.;

- отсчет по шкале анемометра через промежуток времени (с), оканчивающийся в момент выключения анемометра, дел.;

0,1 - коэффициент учитывает то, что разность скоростей ветра в первой скобке делится на 10, с/дел.

7.2.2 Если связь между анемометра и скоростью ветра нелинейная, то значение скорости ветра определяют методом интерполяции по формуле

При .

В формуле (9) единицы используемых величин те же, что и в формуле (8).

8 Первичная обработка результатов измерений температуры воздуха, воды

8.1 Обработка результатов измерений по жидкостным термометрам температуры воздуха, воды и температуры смоченного термометра

Жидкостные термометры проградуированы, как правило, в единицах измеряемой величины, т.е. в градусах Цельсия (°С) , поэтому обработка результатов измерений сводится к введению поправок из свидетельств о поверке в отсчеты по термометрам. В итоге обработку осуществляют по формуле

Или по формуле

Где - температура воздуха, воды, °С;

- температура смоченного термометра, °С;

(или ) - -й отсчет по термометру, °С.

Для расчетов берут с округлением до 0,1 °С;

(или ) - поправка для -го отсчета из свидетельства о поверке, °С. Для расчетов берут с округлением до 0,1 °С (со своим знаком).

8.2 Обработка результатов измерений температуры воздуха, воды по электрическим термометрам

Как правило, если для измерений используют неавтоматические измерительные комплексы, температуру по электрическим термометрам отсчитывают в единицах промежуточных величин по показаниям электроизмерительных приборов . В этих случаях обработку результатов измерений температуры осуществляют по формуле A.1 (приложение А) с округлением до 0,1 °С.

9 Методы расчета величин, характеризующих влажность воздуха

9.1 Перечень величин, характеризующих влажность воздуха

В таблице 2 приведены величины, характеризующие влажность воздуха. Их измеряют непосредственно или рассчитывают по результатам измерений температуры воздуха и температуры смоченного термометра либо по результатам измерений температуры воздуха и одной из этих величин.


Таблица 2 - Перечень измеряемых или рассчитываемых величин характеризующих влажность воздуха

Наименование, условное обозначение и единицы величин
	по Психрометрическим таблицам
Точка росы , °С	Точка росы , °С	Температура воздуха, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, достигает состояния насыщения при данном давлении водяного пара и неизменном атмосферном давлении
Парциальное давление водяного пара , гПа	Упругость водяного пара , гПа	Давление водяного пара, содержащегося в воздухе
Давление насыщенного водяного пара , над поверхностью воды, гПа	Максимальная упругость водяного пара (упругость насыщения) над водой , гПа	Давление водяного пара, находящегося в состоянии термодинамического равновесия с жидкой фазой химически чистой воды, при плоской поверхности границ раздела фаз в однокомпонентной системе*
Давление насыщенного водяного пара над поверхностью льда, гПа	Максимальная упругость водяного пара (упругость насыщения) надо льдом, гПа	Давление водяного пара, находящегося в состоянии термодинамического равновесия с твердой фазой химически чистой воды, при плоской поверхности границ раздела фаз в однокомпонентной системе*
Дефицит насыщения , гПа	Дефицит влажности , гПа	Разность между давлением насыщенного пара и парциальным давлением водяного пара при данной температуре
Относительная влажность воздуха , %	Относительная влажность воздуха ,%	Отношение парциального давления водяного пара , содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного водяного пара при одинаковых температуре и атмосферном давлении
* Иными словами, вне смеси водяного пара с другими парами и газами. Значение парциального давления насыщенного водяного пара , смешанного с газами, например воздухом, несколько отличается при тех же условиях от значения его в однокомпонентной системе, что учитывается в прецезионных измерениях, но игнорируется в метеорологических наблюдениях.

9.2 Методы расчета парциального давления водяного пара

9.2.1 Парциальное давление водяного пара рассчитывают по температуре воздуха , температуре смоченного термометра и атмосферному давлению , используя основную психрометрическую формулу, представленную в ГОСТ 8.524 .

9.2.1.1 Если на резервуаре смоченного термометра вода* (как правило, при температуре смоченного термометра >0 °С), то расчет осуществляют по формуле

_________________
* Информация об агрегатном состоянии воды на резервуаре смоченного термометра (вода или лед) должна быть в журнале УКГМ-15А в графе "Индекс смоченного термометра" .

где - парциальное давление водяного пара, гПа. Рассчитывают с округлением до 0,01 гПа;

- давление насыщенного водяного пара, содержащегося в воздухе, гПа. Рассчитывают по формуле (14) с округлением до 0,01 гПа;

- температура смоченного термометра, когда на резервуаре термометра вода, °С. При расчете берут с округлением до 0,1 °С;

- коэффициент, учитывающий агрегатное состояние конденсированной фазы воды на резервуаре смоченного термометра: если вода в жидком состоянии, то =1;

- психрометрический коэффициент для атмосферного воздуха стандартного состава, (°С) (по ГОСТ 4401). Значение коэффициента для конкретного экземпляра аспирационного психрометра приводится в его паспорте; при отсутствии в паспорте такой информации при расчетах принимают (°С) для психрометров типа М-36 и МВ-4 с номинальным значением скорости вентиляции 2 м/с (по ГОСТ 8.524) и с термометрами типа ТМ-6 (по ГОСТ 112);

- атмосферное давление, определяемое из соотношения: , где - давление, измеренное на уровне установки прибора (барометра) с учетом внесения поправки шкалы , гПа. При расчете берут с округлением до 0,1 гПа;

- температура воздуха (по сухому термометру), °С. При расчете берут с округлением до 0,1 °С;

- коэффициент, учитывающий зависимость от температуры удельной теплоты фазового перехода конденсированной фазы воды в пар и других величин, входящих в выражение для психрометрического коэффициента, (°С). При расчете принимают =0,00115 (°С) (по

Факультет заочного обучения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по дисциплине

“МЕТОДЫ И СРЕДСТВА

для высших учебных заведений

Квалификация (степень)

Бакалавр

Санкт–Петербург

П Р Е Д И С Л О В И Е

первой части второй части

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

свои

ЛИТЕРАТУРА

Основная

.

Дополнительная

.

УКАЗАНИЯ ПО РАЗДЕЛАМ

Введение

цели измерений.

Л и т е р а т у р а

Раздел 1.1.

Вопросы для самопроверки

Измерение температуры

Этот раздел начинается с изучения тепловой инерции термометров – общего свойства для всех термометров, имеющих термометрическое тело. Изучите вывод уравнения, описывающего тепловую инерцию. Запомните определение коэффициента тепловой инерции термометра. Для выполнения контрольной работы преобразуйте формулу для коэффициента тепловой инерции ртутного термометра, имеющего шарообразный резервуар, к виду:

где λ – коэффициент тепловой инерции термометра, T 0 – температура термометра в начальный момент времени, θ – температура окружающей среды, ΔТ – допустимая погрешность в определении температуры.

Далее переходите к изучению основных типов термометров. Изучаются термометры сопротивления, термоэлектрические термометры, деформационные термометры, акустические термометры и радиационные термометры. Изучение каждого типа термометров проводится в следующем порядке – сначала изучается принцип действия, затем чувствительность и способы её увеличения, затем – специфические погрешности прибора и способы их устранения или уменьшения.

Л и т е р а т у р а

Вопросы для самопроверки

1. Чем обусловлена тепловая инерция термометров?

2. Какие типы термометров являются безинерционными?

3. Какие методы измерения температуры Вы знаете:

4. Предложите метод измерения температуры поверхности земли с искусственного спутника.

5. Почему в радиационных термометрах используется ИК диапазон?

6. Выведите уравнения чувствительности уравновешенного термометра сопротивления.

Измерение влажности воздуха

Перед началом изучения этого раздела повторите все параметры, характеризующие содержание в воздухе водяного пара. Далее составьте список основных методов измерения влажности и приступайте к их изучению. При изучении психрометрического метода измерения влажности обратите внимание на зависимость психрометрического коэффициента от скорости ветра. Рассмотрите схему конденсационного гигрометра (рис. 2.5. ). Свяжите эту схему с общей схемой следящей системы (рис.1.13 ). Далее изучите деформационный гигрометр, приведите примеры его использования. Электрохимический, сорбционный и радиационный гигрометр изучаются студентами ФЗО без вывода формул чувствительности. Рассмотрите принцип действия, достоинства и недостатки конденсаторного гигрометра (разд.2.8 ).

Л и т е р а т у р а

Лекции по теме «Измерение влажности».

Вопросы для самопроверки

1. Какими параметрами характеризуется содержание водяного пара в воздухе?

2. Почему температура смоченного термометра, как правило, меньше температуры сухого термометра?

3. Что такое идеальный психрометр? Как его изготовить?

4. Объясните принцип действия конденсационного гигрометра. Какие величины необходимо измерить для определения влажности с его помощью?

5. Какой из изученных Вами методов измерения влажности является самым чувствительным?

6. Объясните принцип действия конденсаторного гигрометра, перечислите его достоинства и недостатки.

7. Какие методы измерения влажности применяются в оперативной работе на метеорологической сети?

Измерение параметров ветра

При изучении методов измерения скорости ветра важно понять, что известные Вам ротоанемометры не являются единственными приборами для измерения скорости ветра. Тем не менее, изучение этого раздела начинается с изучения теории ротоанемометра. Этот раздел содержит самый сложный во всем курсе математический вывод! Внимательно ознакомьтесь с выводом уравнения движения ротоанемометра для установившегося и для неустановившегося состояния. Обратите внимание на такие понятия, как пороговая скорость и путь синхронизации ротоанемометра. Далее изучаются три типа ротоанемометров – индукционный, импульсный (контактный) и фотоэлектрический. Обратите внимание, что существуют две конструкции индукционных ротоанемометров: дистанционный и ручной анемометр АРИ-49.

Из других способов измерения скорости ветра студенты изучают акустический метод и лазерный доплеровский измеритель скорости.

При изучении методов измерения направления ветра главное внимание уделяется флюгарке – основному датчику направления ветра. Обратите внимание на методы дистанционной передачи информации об угле поворота флюгарки – использование сельсинов (автосинов), и фазоимпульсный метод.

Л и т е р а т у р а

Лекции по теме «Измерение влажности воздуха».

Вопросы для самопроверки

1. Выведите уравнение ротоанемометра для установившегося и неустановившегося состояния.

2. Почему ротоанемометр дает завышенные показания средней скорости ветра?

3. Какой тип модуляции используется в индукционном ротоанемометре? А в контактном?

4. Какая величина характеризует инерцию ротоанемометра?

5. Укажите безинерционные способы измерения скорости ветра.

6. В чем состоит принцип лазерного доплеровского анемометра?

7. Укажите достоинства и недостатки лазерного доплеровского анемометра. В каких случаях его целесообразно использовать?

Актинометрические измерения

Изучение раздела начинается с перечисления актинометрических величин, подлежащих измерению и обоснованию выбора калориметрического метода измерения. Уясните для себя смысл актинометрических величин – прямой солнечной радиации, рассеянной радиации и радиационного баланса. Далее переходите к изучению приборов для измерения этих величин. Для измерения прямой солнечной радиации применяются два прибора – компенсационный пиргелиометр и термоэлектрический актинометр. Обратите внимание, что пиргелиометр является абсолютным, а актинометр – относительным прибором. Для измерения рассеянной радиации применяется пиранометр. При изучении пиранометра обратите внимание на зависимость переводного множителя от зенитного угла Солнца.

Далее изучите измерение радиационного баланса. Выведите уравнение балансомера и поясните, как устраняется ветровая погрешность балансомера. При изучении теории балансомера обратите внимание, какие из радиационных потоков, указанных на рис. 5.9 в книге отсутствуют в ночное время суток и при облачной погоде.

Л и т е р а т у р а

Лекции по теме «Актинометрические измерения».

Вопросы для самопроверки

1. Чем обусловлен выбор калориметрического метода для актинометрических измерений?

2. Что такое абсолютные и относительные приборы? К какому типу относится каждый из изученных Вами актинометрических приборов?

3. Что такое переводной множитель для актинометрических приборов? Какова его размерность?

4. В какой области длин волн рассеянная радиация имеет максимум?

5. Почему при изготовлении балансомера его толщина выбрана малой?

6. Как измерить рассеянную радиацию в условиях ясной погоды?

Факсимильная аппаратура.

После измерения всех метеопараметров на метеостанциях составляются специальные телеграммы, которые передаются в единый центр. На территории России этот центр находится в Москве. Здесь составляются карты погоды, затем эти карты передаются всем потребителям с помощью факсимильных аппаратов. Студенты должны изучить основные блоки факсимильной аппаратуры и знать принцип её работы. Изучите основные характеристики и параметры, которыми оценивается эффективность работ факсимильной аппаратуры. Изучается также схема основных блоков приемного и передающего факсимильного аппаратов. При этом изучаются лишь основные блоки, универсальные для всех факсимильных аппаратов, без привязки к какому-нибудь одному типу.

Л и т е р а т у р а

Разд.9.1, 9.2.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое разрешающая способность факсимильных аппаратов?

2. Как связаны между собой разрешающая способность и скорость передачи?

3. Что такое синхронизация и фазирование в факсимильных аппаратах?

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Общие указания

Рекомендуется выполнять задания контрольной работы после проработки соответствующих разделов рекомендованной литературы или после прослушивания лекций-вебинаров. При выполнении работ студент обязан дать четкие, ясные ответы на все поставленные вопросы и решить все поставленные задачи. Необходимо максимально иллюстрировать свою работу рисунками, графиками и схемами. Каждое утверждение должно быть доказано, каждая величина, указанная в формулах должна быть пояснена в тексте. Не допускается прямое переписывание текста учебников. При выполнении контрольной работы желательно ссылаться на примеры из Вашего собственного опыта работы. Очень желательно привести Ваше мнение о работе приборов, которые Вы описываете в тексте контрольных работ.

Объем контрольной работы составляет 20 – 25 страниц рукописного текста с учетом рисунков. Контрольные работы присылаются в Университет во время учебного года или сдаются в ФЗО перед сессией.

Задание 1

Поясните смысл понятия «коэффициент тепловой инерции термометра». Выведите формулы (1) и (2), приведенные в разделе 2 на с. 7 настоящего «Методического Указания».

Задание 2

Радиус шарообразного резервуара ртутного термометра равен R, температура окружающей среды равна θ, начальная температура термометра равна T o , а погрешность измерений не должна превышать ΔT. Пользуясь формулами (1) и (2), рассчитайте коэффициент тепловой инерции термометра и время его выдержки в окружающей среде перед снятием показаний. Варианты задачи сведены в таблицу 1. Требуемый вариант определяется начальной буквой фамилии студента. Так, например, вариант первый должны выполнять студенты, фамилии которых начинаются с букв от А до Д, вариант второй – от Е до К и т.д.

Таблица 1

Исходные параметры	В а р и а н т ы
А - Д	Е - К	Л - П	Р - Ф	Х - Я
R, мм	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
θ, К
T o , К
ΔT, К	0,1	0,2	0,1	0,2	0,1

Задание 3

Опишите принцип действия уравновешенного и неуравновешенного термометров сопротивления. Приведите соответствующие схемы с пояснениями. Что Вы понимаете под чувствительностью этих приборов? Перечислите погрешности уравновешенного и неуравновешенного термометров сопротивления и способы уменьшения этих погрешностей.

Задание 4

Опишите принцип действия психрометра. Как Вы понимаете термин «идеальный психрометр»? Как изготовить психрометр, близкий по своим свойствам к идеальному?

Задание 5

Какими параметрами характеризуется эффективность работы ротоанемометров? Что следует понимать под чувствительностью ротоанемометра? Каким параметром характеризуется инерция ротоанемометра? Приведите примеры ротоанемометров, использующихся в метеорологических приборах.

Задание 6

Опишите устройство и принцип действия актинометра, пиранометра и балансомера. Дайте определение понятию «радиационный баланс».

Задание 7

Опишите устройство светолокационного измерителя высоты облачности ИВО-1м. Нарисуйте блок-схему прибора ИВО-1м с пояснением функции каждого блока прибора.

Задание 8

Опишите устройство прибора ФИ-1 для измерения метеорологической дальности видимости. Какие особенности прибора ФИ-1 позволяют вести измерения в дневное время суток? Почему дневной свет, попадающий на фотоприемник ФИ-1, не мешает измерениям?

Для чего в импульсном фотометре используются два отражателя? При каких погодных условиях используется дальний или ближний отражатель?

Задание 9

Что Вы понимаете под термином «информационно-измерительная метеорологическая система»? Какие особенности станции КРАМС позволяют отнести её к ИИМС? Изобразите блок-схему станции КРАМС (КРАМС-М, или КРАМС-2 илиКРАМС-4) и поясните её, следуя книге и .

Задание 10

Какие особенности лазеров делают их особенно привлекательным инструментом для метеорологических измерений? Какие атмосферные параметры можно измерить с помощью лазеров? Какие физические явления являются основой этих измерений? Укажите трудности практической реализации лазерных измерений.

КУРСОВЫЕ РАБОТЫ

Тема курсовой работы согласовывается с преподавателем. При этом студент получает от преподавателя указания по выполнению работы. Готовая курсовая работа сдается на кафедру во время сессии.

Приведенные темы являются обзорными, при выполнении которых студент должен составить возможно полное описание способов измерения соответствующей метеорологической величины, пользуясь литературой и сведениями, почерпнутыми из Интернета (рекомендуется использовать поисковые системы, вводя в строку поиска название исследуемой величины). Обязательны ссылки на литературные источники. Описание составляйте своими словами, избегая прямого «скачивания», что сразу же будет замечено при проверке. В конце работы должно быть приведено ваше собственное суждение о том, каковы достоинства и недостатки описанных методов измерения, в каких условиях целесообразно их применять. Сравните инерцию и чувствительность методов измерения. Желательно даже сравнить сложность и стоимость соответствующих приборов. Если вы работаете с приборами, измеряющими ту или иную метеорологическую величину, приведите ваше впечатление о работе приборов.

В конце работы обязательно приводится список используемой литературы.

Примечание. При обнаружении дословного сходства сданных работ (или дословного сходства с одной из работ, сданных в предыдущие годы), такие работы не зачитываются и возвращаются для полной переделки.

1. Сравнение различных способов измерения температуры.
2. Сравнение различных способов измерения влажности воздуха.
3. Сравнение различных способов измерения скорости ветра.
4. Сравнение различных способов измерения направления ветра. Способы дистанционной передачи информации о направлении флюгарки.
5. Сравнение различных способов измерения атмосферного давления.
6. Сравнение различных способов измерения актинометрических величин.
7. Сравнение различных способов измерения высоты нижней границы облачности.
8. Сравнение различных способов измерения метеорологической дальности видимости.
9. Сравнение различных способов измерения содержания озона в атмосфере.
10. Сравнение различных способов измерения параметров атмосферных аэрозолей.
11. Измерение радиоактивного фона и радиоактивного заражения местности.
12. Измерение количества осадков. Автоматизация процесса измерения осадков.
13. Особенности измерения стандартных метеорологических величин в районе расположения метеорологической станции, где работает студент.
14. Особенности эксплуатации метеорологического измерительного прибора (по согласованию с преподавателем), с которым работает студент.
15. Информативный подход к проблеме измерения метеорологических параметров.
16. Передача метеорологической информации по каналам связи. Скорость передачи, проблема искажения сигналов.
17. Цифровые метеорологические измерительные приборы. Принципы конструирования цифровых приборов.
18. Соотношение тепловой инерции и чувствительности термометрических датчиков.
19. Измерение параметров атмосферного электричества. Электричество «хорошей погоды», грозовое электричество. Приборы и методы измерения.
20. Радиолокационное зондирование атмосферы. Использование радиолокаторов для измерения метеорологических величин.
21. Лазерное зондирование атмосферы. Лидары и их возможности для измерения метеопараметров.
22. Измерения атмосферных параметров с помощью искусственных спутников Земли.

ДИПЛОМНЫЕ РАБОТЫ

Перед выполнением дипломной работы студент обязан проконсультироваться с преподавателем, получить его согласие на руководство. Далее согласовывается тема работы, о чем студент должен поставить в известность деканат. При выполнении работы обязательны периодические консультации с преподавателем (например, с использованием Интернета). Для окончательного редактирования текста работы студент обязан заблаговременно прибыть в Университет. Срок прибытия согласовывается с руководителем.

1. Измерение метеорологической дальности видимости методом обратного рассеяния светового пучка.
2. Проблема инерции и чувствительности термометрических датчиков, поиск оптимального соотношения.
3. Проблема конденсационных следов за самолетами и снижения радиационных потоков.
4. Проблема взаимосвязи космических лучей и погоды на Земле.
5. Экологические проблемы, приборы контроля экологических параметров.
6. Грозовое электричество, проблема поиска причин возникновения электризации.
7. Встречные темы (например, поиск оптимальных путей организации измерений на вашей метеорологической станции).

	Стр.
Предисловие
Общие указания
Литература
Указания по разделам
Введение
1.Основные понятия метеорологических измерений. Классификация метеорологических измерительных приборов.
2. Измерение температуры
3.Измерение влажности воздуха
4.Измерение параметров ветра
6.Измерение атмосферного давления
7.Актинометрические измерения
7. Дистанционные метеорологические приборы
8. Основные принципы устройства цифровых измерительных приборов. Основы теории информации.
9. Метеорологические измерения экологических параметров
10. Информационно-измерительные метеорологические системы. Автоматические метеорологические станции.
11. Использование искусственных спутников Земли для метеорологических измерений
12. Передача метеорологической информации по каналам связи. Факсимильная аппаратура.
13. Перспективы развития метеорологической измерительной техники
Контрольная работа
Курсовые работы
Примерный перечень тем курсовых работ
Дипломные работы
Примерный перечень тем дипломных работ

Учебное издание

Редактор И. Г. Максимова.

ЛР № 203209 от 30.12.96.

Подписано в печать …….. Формат 60 90 1 / 16 Бумага кн.-жур. Печать офсетная.

Печ. л. …….. Уч.-изд. л. ……….. Тираж …….. Зак. ………..

195196, СПб, Малоохтинский пр. 98. РГГМУ.

Отпечатано ………….

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет заочного обучения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по дисциплине

“МЕТОДЫ И СРЕДСТВА

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ”

для высших учебных заведений

Направление подготовки 280400 – Прикладная гидрометеорология

Профиль подготовки – Прикладная метеорология

Квалификация (степень)

Бакалавр

Санкт–Петербург

Одобрено Ученым советом метеорологического факультета

Методические указания по дисциплине "Методы и средства гидрометеорологических измерений". Специальность – метеорология. – СПб.: Изд. РГГМУ, 2013. – 26 с.

Методические указания составлены в соответствии с программой дисциплины "Методы и средства гидрометеорологических измерений". Даются рекомендации по изучению дисциплины. Приводятся вопросы для самопроверки, рекомендуемая литература, контрольные работы.

Составитель: Н.О. Григоров, доц., РГГМУ.

Ответственный редактор А.Д. Кузнецов, проф., РГГМУ

Ó Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ), 2013.

П Р Е Д И С Л О В И Е

В настоящем курсе изучаются основные принципы устройства гидрометеорологических измерительных приборов и информационно-измерительных систем. Перед изучении курса студенты должны ознакомиться с программой, имеющейся на факультете.

Курс можно разделить на две части. В первой части описываются только методы измерений основных метеорологических параметров – температуры, относительной влажности, атмосферного давления, параметров ветра и актинометрических параметров. Во второй части курса студенты изучают метеорологические измерительные приборы, которые используются в настоящее время в России, знакомятся с измерением специальных метеорологических величин (высоты нижней границы облачности, метеорологической дальности видимости и т. д.) и информационно-измерительными метеорологическими системами – автоматическими станциями. В последнем разделе курса студенты получают сведения о перспективах развития метеорологической измерительной техники.

В ходе изучения курса студент обязан ознакомиться с литературой (см ниже) и выполнить контрольную работу, которая сдается в ФЗО перед сессией. Во время сессии на III курсе студенты слушают лекции, в которых излагаются основные теоретические сведения, выполняют лабораторные работы и сдают зачет. После этого сдается итоговый экзамен по всему курсу.

Студенты допускаются до экзамена только после выполнения всех лабораторных и контрольных работ и сдачи зачетов по обеим частям курса.

Студенты также выполняют курсовую работу по курсу «Методы и средства гидрометеорологических измерений». За курсовую работу ставится зачет с оценкой.

Студенты, обучавшиеся в гидрометеорологических техникумах и имевшие хорошие оценки по профилирующим предметам, могут быть освобождены от выполнения лабораторных работ в ходе сессии. Этот вопрос решается руководителем цикла индивидуально для каждого студента. Выполнение контрольной работы и сдача экзаменов обязательна для всех студентов.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

При изучении курса студентам рекомендуется добиваться полного понимания материала. Помните, что непонимание лишь одного уравнения, элемента схемы или смысла какой-либо физической величины приводит к непониманию работы всего прибора. Если это требуется, повторите соответствующие разделы физики, математики или электроники, которые являются базовыми науками для изучаемого курса.

Когда Вы выполняете контрольную работу, избегайте прямого списывания с учебников и учебных пособий. Описывайте материал своими словами. Пусть стиль Вашего изложения будет менее литературным. Излагайте, однако, свои мысли. Такая работа скорее будет зачтена, чем ксерокопии целых книжных разделов. Объем контрольной работы примерно составляет одну школьную тетрадь 12 – 18 листов. Допускается использование e-mail, если у Вас имеется такая возможность. Адрес, по которому можно присылать работы, сообщается преподавателем на установочной лекции.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Григоров Н.О., Саенко А.Г., Восканян К.Л. Методы и средства гидрометеорологических измерений. Метеорологические приборы. Учебник по курсу. РГГМУ, С-Пб, 2012. – 306 с.

2. Стернзат М.С. Метеорологические приборы и измерения. - Л.; Гидрометеоиздат, 1978, 392с.

3. Григоров Н.О., Симакина Т.Е. Задачник по дисциплине «Методы и средства гидрометеорологических измерений». Изд. РГГМУ, С-Пб, 2006. – 41с.

4. Григоров Н.О. Презентации лекций по курсу «Методы и средства гидрометеорологических измерений». http://gmi.rshu.ru

5. Григоров Н.О. Лекции-вебинары по курсу «Методы и средства гидрометеорологических измерений» (в записи). http://fzo.rshu.ru/ (раздел «Лекции онлайн).

Дополнительная

6. Качурин Л.Г. Методы метеорологических измерений. - Л.; Гидрометеоиздат, 1985, 456с.

7. Городецкий О.А., Гуральник И.И., Ларин В.В. Метеорология, методы и технические средства наблюдений. - Л.; Гидрометеоиздат, 1984, 327с.

8. Ямпольский В.С. Основы автоматики и электронно-вычислительной техники. – М.: Просвещение, 1991. – 223 с.

УКАЗАНИЯ ПО РАЗДЕЛАМ

Введение

Основное внимание следует обратить на изучение атмосферных параметров, подлежащих измерениям. Уясните для себя смысл всех метеорологических величин и обоснование необходимости их измерения. Обратите внимание на цели измерений. В зависимости от поставленных целей (предсказание погоды, обеспечение работы аэропорта и т.д.) изменяются требования к измерительным приборам. Желательно дополнить материалы, приведенные в книгах, сведениями из Вашего опыта работы в метеослужбе.

Л и т е р а т у р а

Предисловие, введение, краткая история метеорологических измерений.

Раздел 1.1.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите основные метеорологические величины, подлежащие измерению на метеорологических станциях и постах.

2. Что такое цели измерения? Почему цель измерения определяет применяемые приборы?

3. Какие метеорологические параметры необходимо измерять для обеспечения посадки летательных аппаратов?

4. Для чего организована метеорологическая измерительная сеть?

5. Приведите примеры метеорологических измерительных приборов, которыми Вы пользуетесь в своей работе.

Часть 1. Методы измерения основных метеорологических параметров.

Основные понятия метеорологических измерений. Классификация