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.

Температуру, относительную влажность и скорость движения воздуха измеряют на высоте один метр от пола или рабочей площад­ки при работах, выполняемых сидя, и на высоте 1,5 метра при ра­ботах выполняемых стоя.

Измерения проводят как на постоянных, так и на непостоянных рабочих местах при их минимальном и максимальном удалении, от ис­точников локального тепловыделения, охлаждения или влаговыделения.

Измерения показателей микроклимата должны производиться в начале, середине и конце холодного и теплого периода года не ме­нее 3 раз в смену (в начале, середине и конце).

В помещениях с большой плотностью рабочих мест, при отсут­ствии источников локального тепловыделения, охлаждения или влаговыделения, участки измерения температуры, относительной влажно­сти и скорости движения воздуха распределяются равномерно по всему помещению.

3.1. Измерение температуры воздуха

Для измерения температуры воздуха могут использоваться ртутные и спиртовые термометры. Однако при наличии в производственном помещении тепловых излучений показания обычных термометров не отражают истинной температуры воздуха. Учитывая это обстоятельство, ГОСТ 12.1.005-88 рекомендует использовать для измерения температуры аспирационные психрометры, тем более, что исследование метеоусловий предполагает одновременное определение и влажности воздуха. При определении температуры воздуха с использованием психрометра отсчет производят по сухому термометру.

При отсутствии в местах измерения источников лучистого тепла температуру воздуха можно измерять психрометром типа ПБУ-1 (без вентилятора), суточными и недельными термографами, электротермометрами.

Электротермометр ЭТП-М (рисунок 1) позволяет измерять температуру воздуха в диапазоне от -30°С до +120°С, с разбивкой предела измерения на три поддиапазона: I поддиапазон -30 – +20°С, II поддиапазон +20 – +70°С, III поддиапазон +70 – +120°С.

Прибор измерительного блока и подключаемого к нему датчика. В качестве датчика используется полупроводниковый термистор.

Принцип работы электротермометра основан на изменении электрического сопротивления датчика–термистора при изменении его температуры.

В электрической схеме прибора датчик – термистор включен в одно из плеч уравновешенного электрического мостика» При изменении сопротивления термистора, вследствие изменения его температуры, происходит нарушение равновесия мостика и через диагональ его протекает ток, фиксируемый микроамперметром.

Значение температуры определяется при помощи градуировочной зависимости.

Рисунок 1 – Лицевая панель электротермометра ЭТП-М

Порядок работы с прибором ЭТП-М следующий:

а) датчик подключается к прибору, который в процессе измерения должен находиться в горизонтальном положении;

б) переключателем П2 установить требуемый поддиапазон измеряемой температуры;

в) включить напряжение переключателей П3 ;

г) переключатель П1 установить в положение "Контроль";

д) ручкой "рег. напряжения" совместить стрелку миллиамперметра с максимумом шкалы (произвести уравновешивание электрического моста);

е) переключатель рода работы – П1 установить в положение "измерение";

ж) произвести отсчет по показаниям стрелки на шкале миллиамперметра;

з) определить температуру воздуха с использованием градуировочного графика (рисунок 2).

Рисунок 2 – График для определения температуры

3.2. Определение влажности воздуха

Для определения влажности воздуха применяются различного вида гигрометры и психрометры.

Гигрометры – волосяные и пленочные, основаны на способности волоса или биологической пленки вследствие их гигроскопичности увеличиваться в размере во влажной среде и уменьшаться в сухой. Увеличение или сокращение размеров волоса или пленки через систему рычагов передается стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. Недостатком гигрометров является снижение чувствительности волоса и пленки во времени, поэтому показания этих приборов должны проверяться по аспирационному психрометру.

В основе измерения влажности воздуха психрометрами заложен принцип психрометрии.

Принцип психрометрии заключается в определении показаний двух рядом расположенных термометров, резервуар одного из которых покрыт увлажненной тканью. Влага, пропитывающая ткань, испаряясь с различной скоростью в зависимости от влажности и скорости движения воздуха, отнимает тепло от термометра, поэтому показания влажного термометра оказываются ниже показаний сухого. На основании показаний сухого и влажного термометров вычисляют относительную влаж­ность воздуха.

Аспирационный психрометр Ассмана состоит из двух ртутных термометров со шкалой на 50°С. Резервуар одного из термометров обернут тонкой тканью. Оба термометра заключены в металлическую оправу, а резервуары термометров находятся в двойных металлических гильзах, что исключает влияние тепловых излучений на показания термометров. В головке прибора помещен вентилятор с часовым механизмом или электрическим приводом, просасывающий воздух мимо резервуаров термометров с постоянной скоростью (около-4 м/с).

Принудительная аспирация воздуха в процессе измерения позволяет исключить влияние подвижности воздуха в производственном помещении и тем самым повысить точность измерений.

Прибором пользуются следующим образом: при помощи пипетки увлажняют обертку влажного термометра, держа психрометр вертикаль­но головкой вверх во избежание заливания воды в гильзы и головку прибора; заводят ключом механизм прибора до отказа или включают электрический привод в сеть и помещают прибор в исследуемой точке. Через 3-5 минут во время работы вентилятора производят отсчет. Записывают показания сухого и влажного термометра, а затем по специальной таблице 2 определяют относительную влажность.

Величину абсолютной и относительной влажности воздуха можно определить посредством расчета по формулам 1 и 2.

Абсолютную влажность воздуха при использовании аспирационного психрометра вычисляют по формуле:

(1)

А –абсолютная влажность, г/м 3

F 1 – максимально возможная масса водяного пара в граммах в воздухе при температуре влажного термометра, г/м 3 ;

0,5 – постоянный психрометрический коэффициент;

t С – показание сухого термометра, °С;

t В – показание влажного термометра, °С;

В – барометрическое давление, мм. рт. ст.;

755 – среднее барометрическое давление, мм. рт. ст.

Относительную влажность воздуха определяют по формуле:

(2)

F 2 – максимально возможная масса водяного пара при температуре сухого термометра, г/м 3 .

Используемые в формулах 1 и 2 величины F 1 и F 2 определяются из таблицы 1 .

Рисунок 3 Аспирационный психрометр Ассмана

3.3. Измерение скорости движения воздуха

Для измерения скорости движения воздуха используют анемометры разных конструкций. Выбор типа анемометра определяется в зависимости от целей исследования и величины измеряемой скорости движения воздуха.

Крыльчатый анемометр АСО-3 (рисунок 4) позволяет измерять скорость движения воздуха в пределах от 1 до 10 м/с. Крыльчатый анемометр обладает большой инерцией и начинает работать при движении воздуха со скоростью около 0,5 м/с. Давление, создаваемое токами воздуха меньшей скорости, не в состоянии преодолеть сопротивление трения в оси крыльчатки. При тронувшейся крыльчатке в начале замера прибор позволяет измерять скорость от 0,2 м/с.

Крыльчатый анемометр воспринимает движение воздуха колесом с пластинками (крыльями). От вращающегося под давлением воздуха колесика движение системой зубчатых колес передается стрелкам, движущимся по градуированным циферблатам.

Прибор имеет три циферблата. Центральная большая стрелка показывает единицы и десятки, стрелки двух малых циферблатов - сотни и тысячи делений. На маленьких циферблатах учитывают только целые деления.

Измерение скорости движения воздуха производят следующим об­разом: записав исходное положение стрелок на циферблатах - тысяч, сотен, единиц, отсоединяют с помощью арретира - рычажка, находяще­гося на боковой стороне прибора, счетчик от крыльчатки. Затем по­мещают прибор в ток воздуха таким образом, чтобы ось вращения крыльчатки была параллельна направлению потока воздуха. После того, как крыльчатка наберет максимальные обороты обратным поворотом ар­ретира, включают стрелки и в этот момент отмечают время. Через 50-100 с. остановить счетчик и секундомер, записать новое положение стрелок. Разность между конечными отсчетами разделить на время измерения. Затем по градуировочному графику (рисунку 1) определить искомую скорость движения воздуха. Для этого на вертикальной оси отложить число единиц шкалы, приходящихся на одну секунду измере­ния, а на горизонтальной оси получить значение скорости в м/с.

Измерение чашечным анемометром МС-13

Анемометр чашечный предназначен для измерения средней скорости воздушного потока от I до 20 м/с.

Ветроприемником анемометра служит четырехчашечная вертушка (рисунок 6). В остальном устройство и принцип работы аналогичны рассмотренному крыльчатому анемометру. Экспонирование анемометра в воздушном потоке производят в течение одной или двух минут. Ско­рость ветра определяется по градуировочному графику, приложенному к анемометру (рисунок 7).

Таблица 1 – Определение максимальной влажности в зависимости от температуры воздуха

Температура воздуха,°С		Температура воздуха,°С	Максимальное количество водяных паров,г/м 3	Температура воздуха,°С	Максимальное количество водяных паров,г/м 3

Таблица 2 – Определение относительной влажности

Показания термометра,	Разность показаний сухого и влажного термометров,

Измерения гидрометеорологических характеристик в ТЦ проводят контактными и дистанционными методами. Контактные измерения выполняют на береговых и островных гидрометеостанциях, на судах и платформах, на буйковых станциях. Дистанционные измерения выполняют на самолетах и метеорологических или специальных океанологических спутниках. Судовые измерения в ТЦ носят случайный характер и, как правило, выполняются на периферии ТЦ.[ ...]

Для измерения величины испарения используют расчетные методы, в основе которых лежит связь гидрометеорологических характеристик с суммарной величиной испарения, и приборы разной конструкции.[ ...]

По второму способу измерения течений проводятся с использованием длительной регистрации в нескольких репрезентативных точках створа и детальных эпизодических съемок течений по створу с семью-десятью вертикалями. По данным измерений, если их количество достаточно, строится зависимость измеренных по створу расходов воды от скорости в репрезентативных точках створа. Могут быть построены две или более зависимости, каждая из которых присуща определенной гидрометеорологической ситуации.[ ...]

Особую ценность получат ваши измерения, если параллельно будут выполнены гидрометеорологические измерения (см. ранее), а также гидробиологические (см. далее).[ ...]

Предусмотрено проведение также измерений, характеризующих состояние среды (мутность атмосферы, pH водной среды), наблюдение ряда гидрометеорологических величин, достаточных для интерпретации вопросов переноса, рассеивания и миграции загрязняющих веществ, солнечной радиации (включая ультрафиолетовое излучение).[ ...]

Значение [ ...]

На СПБУ "Астра" установлен комплекс гидрометеорологической аппаратуры для регистрации таких параметров, как скорость и направление ветра; температура воды и воздуха; соленость; относительная влажность; коротковолновая солнечная радиация; параметры волнения, течений, уровня моря; атмосферные осадки. Измерения производят в стандартные синоптические сроки в соответствии с нормативными требованиями.[ ...]

Каждый отбор пробы воды из потока должен быть дополнен измерением расхода по соответствующему профилю в момент отбора пробы. Поэтому целесообразно выбирать места для отбора проб, расположенные вблизи гидрометеорологического поста или водомерной рейки.[ ...]

Наблюдения за физическими характеристиками среды включают определения теплового баланса, измерения солнечной радиации, включая ультрафиолетовую радиацию, и гидрометеорологические наблюдения в объеме, необходимом для изучения баланса загрязняющих веществ и решения вопросов их переноса и миграции.[ ...]

Гигрометр является прибором, служащим для определения абсолютной или относительной влажности воздуха - наиболее существенной характеристики климата. На гидрометеорологических станциях часто применяют гигрометры, чувствительным элементом которого служит человеческий волос или органическая (животная) пленка. Они обладают свойством изменять длину в зависимости от содержания водяного пара в воздухе. Для автоматической непрерывной записи влажности воздуха используют самопишущие приборы - гигрографы. Для измерений атмосферных жидких и твердых осадков используют прибор осадкомер (дождемер). Он состоит из сосуда, в который собираются осадки, и приспособлений, предотвращающих выдувание из него осадков. Осадкомер устанавливают так, чтобы приемная поверхность сосуда (ведра) находилась на высоте 2 м над почвой. К прибору прилагается мерный стакан с делениями, по которым измеряют количество выпавших осадков (в мм), количество безапелляционных осадков определяют после того, как они растают.[ ...]

На территории СССР действует густая сеть метеорологических станций, которые ведут научные наблюдения за состоянием атмосферы и гидросферы. Метеорологическая станция - это постоянное или временное место с известными координатами, где производятся научные наблюдения и измерения. Они подразделяются на метеорологические, агрометеорологические, аэрологические, гидрометеорологические станции, а также на разряды - первый, второй и третий. Все станции имеют однотипную аппа-ратуру и ведут наблюдения в установленные сроки и по единой программе. С 1 января 1966 г. установлены основные климатологические сроки наблюдений на всех метеорологических станциях СССР по декретному московскому времени.[ ...]

Для исследования крупномасштабных пульсаций гидрофизических характеристик в океане обычно пользуются стандартной аппаратурой длительного действия, в частности потенциометрами ЭПП-09 с соответствующими датчиками температур и скоростей потоков, построенных для производства гидрометеорологических измерений на расстоянии.[ ...]

В нашей стране биосферные заповедники организованы в Белоруссии (Березинский заповедник), на Кавказе (Кавказский заповедник), в Туркмении (станция Репетек), в Киргизии (район озера Сары-Челек), на Дальнем Востоке (Сихотэ-Алинский заповедник) и в центральной части Европейской территории СССР (Центральночерноземный и Приокско-террасный заповедники). Комплексная программа наблюдений в биосферных заповедниках включает измерения загрязнений на фоновом уровне, изучение реакции биоты на эти загрязнения, а также необходимые сопутствующие гидрометеорологические наблюдения и является таким образом составной частью экологического мониторинга. Данная программа детально описана в п. 5.3.[ ...]

Поэтому одной из важнейших проблем при создании систем экологического мониторинга становится разработка мощной, эффективной, многоцелевой и многоаспектной информационной автоматизированной системы, источниками информации для которой становятся: картографирование, в том числе данные о географическом положении региона, функциональном использовании территорий; информация о структуре энергопроизводства и энергопотребления региона, источниках антропогенного загрязнения среды; данные, поступающие со стационарных постов экологического контроля, гидрометеорологических измерений; результаты пробоотборного анализа среды, аэрокосмического зондирования, медико-биологических и социальных исследований и др. Назначением такой системы является не только накопление и визуализация данных мониторинга, но и создание единого информационного пространства и предоставление широких возможностей системного анализа информации для эффективного управления качеством окружающей среды и обеспечения безопасности жизнедеятельности населения.

Метеорологические величины

Метеорологическими величинами являются:
температура, давление, влажность, скорость и направление ветра, количество осадков, высота нижней границы облаков, мощность (толщина) облачного слоя и.т.д.

Рассмотрим основные метеорологические величины, характеризующие состояние воздуха, атмосферных процессов и радиационного режима, уделяя особое внимание единицам, точности измерения и обработки.
Используя понятие о точности измерений как наименьшем значении, которое можно определить с уверенностью в правильности получаемых результатов. Основанием для такой уверенности служит оценка погрешностей.
Температура (t,T) является характеристикой теплового состояния тел. При метеорологических наблюдениях она выражается в градусах Цельсия (t°C). Для оценок термодинамического состояния системы используется термодинамическая температурная шкала Кельвина (T, K). Обе шкалы характеризуют эквивалентное изменение теплового состояния тел при изменении температуры на равное количество градусов, но имеют различные значения начала отсчета, соответствующие нулю шкалы. Переход от шкалы Цельсия к шкале Кельвина прост: T K=273,15+t°C. Следует различать используемые в метеорологии значения температуры, характеризующие тепловое состояния среды(температура воздуха, почвы, воды), и температуры, зависящей от дополнительных условий формирования теплового баланса резервуара термометра, например смоченного в психрометре, радиационно-эффективной; либо температуры, являющейся фиктивной и не измеряемой (виртуальная, потенциальная и т. п.).
В настоящее время в практической метеорологии при стандартных сетевых измерениях температура определяется с точностью до 0,1°C. Исключением является измерения температуры с помощью дистанционной метеорологической станции (ДМС) и регистрации термографом, где точность составляет 1°C.
Атмосферное давление (р). За единицу атмосферного давления принимается такое равномерно распределенное давление, при котором на единицу поверхности приходиться единица силы. Единицей давления является паскаль (Па). 1Па=1Н/м 2 .
Атмосферное давление удобнее выражать в гектопаскалях (гПа). Гектопаскаль эквивалентен миллибару,однако последний (как и миллиметр ртутного столба) является внесистемной единицей и в современной литературе не употребляется. Атмосферное давление определяется с точностью до 0,1гПа.
Влажность воздуха, характеризуется парциальным давлением водяного пара (e), выражается в тех же единицах, что и атмосферное давление с точностью до 0,1гПа. В этих же единицах выражается дефицит влажности.
Относительная влажность воздуха (f) - отношение фактической влажности насыщения при той же температуре. Вычисляется до целых процентов. Большей точности определения относительной влажности не могут обеспечить и ее прямые измерения с помощью гигрометров.
Абсолютная влажность воздуха (a), плотность водяного пара, выражается с точностью до 0,1 г/м 3 .
Удельная влажность (q) - массовая доля водяного пара - отношение плотности водяного пара p к плотности влажного воздуха r в этом же объеме. Отношение смеси (m) - отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха в том же объеме. Удельная влажность и отношение смеси определяются с точностью до 0,0001.
Скорость ветра (u) измеряется с помощью анеморумбометра с точностью до 1м/с и до 0,1м/с с помощью ручных анемометров.
Направление ветра по анеморумбометру определяется в углах геодезического азимута с точностью до 5°. Направление ветра по флюгеру определяется с точностью до румба.
Осадки измеряются с точностью до 0,1 мм слоя воды.
Количество облаков - определяется в баллах с точностью до 1 балла, а в долях единицы - 0,1.
Метеорологическая дальность видимости оценивается в баллах или в километрах до (0,1 км).
Продолжительность солнечного сияния по гелиографу или иным самописцам определяется с точностью до 5 минут.
Время начала и конца атмосферных явлений фиксируется наблюдателем с точностью до целых минут.
Единицей измерения мгновенных значений радиационных потоков, т.е. их поверхностной плотности, является ватт на квадратный метр (Вт/м 2) . При актинометрических измерениях радиационные потоки определяются с точностью до 10Вт/м 2) . Часовая и суточная сумма радиационных потоков выражаются мегаджоулях на квадратный метр (МДж/м 2). Стандартные актинометрические измерения обеспечивают определение часовых и суточных потоков определяются с точностью до целых, а годовые - до десятков МДж/м 2 .
Для вычисления высоты Солнца над горизонтом h или зенитного расстояния Z время наблюдения фиксируется с точностью до 1 минуты. Высота, зенитное расстояние и часовой угол Солнца вычисляются или измеряются с точностью до 0,1° . Важно помнить, что азимут светила в актинометрии, как и астрономии, отсчитывается от максимальной точки стояния светила, то есть в Северном полушарии он отличается от геодезического на 180°, так как отсчитывается также по часовой стрелке, но от направления юга. Оптические характеристики атмосферы - коэффициент прозрачности, фактор мутности, оптическая толщина и оптическая плотность вычисляются с точностью до 0,01 .

По учебнику "Физическая метеорология"
Б.А. Семениченко

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