И продовольствия республики беларусь главное управление образования, науки и кадров

Рис. 5.2. Схема барометра-анероида.

Анероид устанавливают в горизонтальное положение. При наблюдениях по анероиду вначале отсчитывают температуру по термометру при анероиде с точностью до 0,1. После этого, слегка постучав по стеклу анероида для преодоления трения в передающей части, отсчитывают положение стрелки относительно шкалы с точностью до 0,1 единиц измерения.

В показания анероида вводятся три поправки: на шкалу, на температуру, добавочная.

Поправка на шкалу учитывает инструментальные неточности и особенности в передаточном механизме. В поверочном свидетельстве поправка на шкалу приведена через 10 мм показания прибора. Промежуточные значения поправок определяют путем интерполяции.

Поправка на температуру. При одном и том же атмосферном давлении, но разной температуре показания анероида могут быть разными, так как с изменением температуры упругость пружины и мембранной коробки не остается постоянной. Поэтому показания анероидов приводятся к температуре 0°. В поверочном свидетельстве дается величина поправки при изменении температуры на 1°(Δр´). Для приведения показаний анероидов к 0° необходимо указанную поправку умножить на температуру прибора.

Добавочная поправка учитывает остаточную деформацию коробки и пружины. Эта поправка меняется во времени. Поэтому в поправочном свидетельстве указывается дата ее определения. Добавочную поправку рекомендуется определять периодически.

Для введения добавочной поправки необходимо произвести серию (5…6) одновременных отсчетов по ртутному чашечному барометру и анероиду. Средняя разница между показаниями барометра с учетом всех поправок и анероида с двумя поправками (на температуру и шкалу) и будет добавочной поправкой к анероиду.

Рис. 5.3. Устройство барографа.

Регистрирующей частью барографа является барабан 3 с часовым механизмом внутри. На барабан надевается бумажная лента с делениями. На ленте барографа горизонтальные линии соответствуют атмосферному давлению в гПа, а вертикальные дуги – времени.

Зажим 6 позволяет отводить стрелку с пером от барабана в сроки замены ленты. Показания барографа контролируются данными ртутного барометра. Для этого в сроки наблюдений на ленте барографа делается засечка при помощи кнопки 7. Барографы в зависимости от скорости хода часового механизма бывают суточные и недельные. Обработка ленты суточного барографа осуществляется так же, как и термографа.

Изменение атмосферного давления с высотой и по горизонтали. Закономерность изменения атмосферного давления с высотой (для небольшой разности высот между двумя уровнями H  1000 м) можно определить, используя приближенную формулу Бабинэ [6]:
, (5.2)

где Н – разность высот двух уровней или превышение одного пункта над другим, м;

р₁, р₂ – давление воздуха соответственно на нижнем и верхнем уровнях, гПа;

t₁ и t₂ – измеренная температура воздуха соответственно на нижнем и верхнем уровнях С;

α – объемный коэффициент теплового расширения воздуха (α=0,00366 С^–1).

Изменение атмосферного давления с высотой характеризуется барической (барометрической) ступенью h.

Барическая ступень вычисляется по упрощенной зависимости Бабинэ, которая получена после преобразований формулы (5.2):

Для тропосферы γ = 0,65 С/100 м.

Поэтому, зная температуру воздуха t на высоте Н и градиент температуры γ, можно определить температуру воздуха на высоте уровня моря t₀.

Горизонтальным барическим градиентом (ГБГ) называют изменение давления вдоль горизонтали, направленной перпендикулярно к изобарам от высокого давления в сторону низкого, приходящееся на расстояние 100 км. Формула для вычисления ГБГ имеет следующий вид [6]:

, (5.4)
где ГБГ – горизонтальный барический градиент, гПа/100 км;

Δр – изменение давления, гПа;

Δn – расстояние по горизонтали, на котором изменяется давление, км.


Задачи лабораторной работы
1. Изучить устройство и установку приборов для измерения атмосферного давления (ртутного чашечного барометра, барометра-анероида, барографа) и правила наблюдений по ним.

2. Записать показания значений давления по ртутному чашечному барометру и барометру-анероиду с учетом поправок.

3. Определить превышение между двумя точками по давлению и температуре воздуха в этих точках, а также величину барической ступени и горизонтального барического градиента (ГБГ).

Порядок выполнения работы
Изучить устройство и принцип работы ртутного чашечного барометра, барометра-анероида и барографа [1, с. 23…35; 2, с. 73…79; 5, с.65…68]. При изучении использовать также приборы, методические указания.

Наблюдения по ртутному чашечному барометру проводят в приведенной ниже последовательности.

1. Отсчитывают температуру по термометру при барометре с точностью до 0,1.

2. Постучав по защитной оправе барометра, устанавливают нониус с помощью кремальеры на верхнюю часть мениска.

3. Отсчитывают показания барометра с точностью до 0,1 гПа.

4. Вводят поправки в показания барометра:

– инструментальную (принимают по поверочному свидетельству барометра);

– поправку на температуру (приложение 5, в зависимости от температуры прибора);

– поправку на ускорение силы тяжести, зависящую от широты (приложение 6) и высоты над уровнем моря (приложение 7) В высоких широтах (45…70) поправка будет положительной, а в низких (20…45) – отрицательной (приложение 6). Поправка на высоту будет отрицательной на всех высотах (приложение 7).
Наблюдения по барометру-анероиду
1. Барометр-анероид устанавливают горизонтально на столе и открывают футляр.

2. Отсчитывают температуру по термометру при анероиде с точностью до 0,1.

3. Слегка постучав по стеклу анероида, отсчитывают положение стрелки относительно шкалы с точностью до 0,1 деления.

4. В снятый отсчет вводят следующие поправки:

– на шкалу (берется из поверочного свидетельства анероида);

– на температуру (принимается из поверочного свидетельства в расчете изменения температуры на 1(Δр´) и приводится к 0);

– добавочная (определяется как разность между показаниями ртутного барометра и анероида в срок наблюдений).

5. Вычисляют атмосферное давление по исходным данным, представленным в приложении 8 для ртутного чашечного барометра и барометра-анероида.

2. Вычислить барическую ступень у поверхности Земли при давлении 1000 гПа и температуре воздуха – 30С; 0С; 20С.

3. На метеорологической станции, высотой 300 м, давление равно 980 гПа, а температура – 6С. Определить давление на уровне моря.

4. Вычислить горизонтальный барический градиент (ГБГ), если на синоптической карте на двух станциях, расположенных на расстоянии 400 км, проходят изобары 995 и 990 гПа.

2. Что называется нормальным (стандартным) давлением?

3. Какие существуют единицы измерения атмосферного давления? Их соотношение.

4. Какие приборы применяются для измерения атмосферного давления?

5. Устройство и принцип работы приборов для измерения атмосферного давления.

6. Правила наблюдений по ртутному барометру.

7. Какие поправки вводятся в отсчет по ртутному барометру?

8. Какие поправки вводятся в отсчет по барометру-анероиду?

Направление ветра определяется в той части горизонта, откуда дует ветер, и выражается в метеорологических румбах или в градусах. В настоящее время принята 16-румбовая система определения направления ветра. В табл. 6.1 представлены белорусские и международные названия румбов и приведены соответствующие им значения направления ветра в угловых градусах.

Направление ветра в градусах начинают отсчитывать с севера по часовой стрелке.

Скорость ветра измеряется в метрах в секунду (м/с), в километрах в час (км/ч) или в баллах.

Скорость и направление ветра – очень изменчивые характеристики физического состояния атмосферы. Поэтому среднюю скорость ветра принято определять за десятиминутный, а направление – за двухминутный интервал времени. При этом отмечается максимальный порыв ветра (максимальная скорость). Кроме этого определяется изменчивость скорости и направление ветра или его порывистость. Порывистость оценивается качественно: по направлению – постоянный или переменный, а по скорости – ровный или порывистый.

Для измерения направления и скорости ветра используются флюгер, ручной чашечный анемометр и анеморумбометр.

Флюгер является наиболее простым по устройству и широко распространенным прибором для измерения направления и скорости ветра. Указателем направления ветра у флюгера служит двухлопастная флюгарка 1 с противовесом 2 и восемь штифтов 3, ввинченных в муфту 4, причем четыре штифта длинные и четыре короткие (рис. 6.1).


Рис. 6.1. Флюгер.
Длинные штифты соответствуют направлению С, Ю, З, В, короткие– СЗ, СВ, ЮЗ, ЮВ. Один штифт, обозначенный буквой С, должен быть направлен строго на север. Под действием ветра флюгарка вращается вокруг вертикальной оси. Направление ветра определяют по положению противовеса флюгарки относительно штифтов.

Указатель скорости ветра состоит из железной доски 5 размером 1530 см, свободно качающейся над флюгаркой около горизонтальной оси 6, закрепленной на металлическом стержне 7, и восьми штифтов, ввинченных в дугу 8, которая также соединена с осью 6 металлическим стержнем 9. Для уравновешивания дуги на другом конце оси навинчен груз 10. Нумерация штифтов начинается с отвесного штифта, имеющего нулевой номер. Для удобства отсчета четные штифты (0, 2, 4, 6) делают длиннее нечетных (1, 3, 5, 7). Различают флюгеры с легкой доской (200 г) и с тяжелой (800 г).

Под воздействием ветра флюгарка устанавливается в его направлении, а доска – всегда перпендикулярно направлению ветра и отклоняется на угол, который зависит от скорости ветра, и ставится рядом с соответствующим штифтом. При помощи флюгера с легкой доской можно измерять скорость ветра до 20 м/с, а с тяжелой – до 40 м/с.

Флюгер устанавливают на металлической мачте высотой 10…12 м от поверхности земли с условием, чтобы окружающие его здания, деревья и другие предметы были на значительном расстоянии и не оказали влияние на его показания. Он ориентируется длинным штифтом с буквой С (N) на север. Ночью он освещается электрическими лампочками.

При определении направления ветра наблюдатель должен стоять рядом с мачтой; на протяжении 2 мин наблюдатель за положением флюгарки и отмечать среднее ее местоположение в отношении штифтов, что указывают стороны света.

Для определения скорости ветра наблюдатель должен отойти от мачты и стать в направлении, перпендикулярным положению флюгарки. На протяжении 2 мин необходимо следить за колебанием доски и определить ее среднее положение за этот промежуток времени в отношении штифтов.

В книгу наблюдений записывают направление ветра и номер штифта, около которого или между которыми отмечено среднее положение доски. После этого скорость ветра переводят в метры в секунду, используя табл. 6.2 [2].
Т а б л и ц а 6.2. Определение скорости ветра по положению доски флюгера, м/с

Доска	Положение доски около штифта
	0	0–1	1	1–2	2	2–3	3	3–4	4	4–5	5	5–6	6	6–7	7
Легкая	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	12	14	17	20
Тяжелая	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20	24	28	34	40

По флюгеру определяется также характер ветра. Направление ветра считается постоянным, если на протяжении наблюдений противовес колеблется в пределах одного румба. В других случаях ветер считается переменным. Ветер называют ровным, если доска колеблется на протяжении 2 мин около одного штифта, или между двумя соседними. Если амплитуда колебаний более двух штифтов, ветер характеризуется как порывистый.

Рис. 6.2. Ручной чашечный анемометр.

Рис. 6.3. Анеморумбометр.

Принцип действия анеморумбометра основан на преобразовании направления и скорости ветра в электрические величины. В комплект прибора входит датчик 1, измерительный пульт 2 и блок питания 3. Датчик состоит из обтекаемого корпуса, вращающегося вокруг вертикальной неподвижной стойки. В конце корпуса находится флюгарка 5, а в начале – четырехлопастный винт 4 с горизонтальной плоскостью вращения, которая с помощью флюгарки устанавливается всегда перпендикулярно направлению воздушного потока. Внизу вертикальной стойки находится ориентир для установки датчика относительно сторон света и штепсельный разъем для подключения соединительного кабеля.

Измерительный пульт – настольный прибор, на лицевой стороне которого размещены указатель мгновенной скорости 6, указатель средней скорости 7 и указатель направления ветра 8.

Блок питания состоит из двух батарей аккумуляторов, вольтметра для измерения напряжения аккумуляторов и тумблера. Блок питания подключается к сети переменного тока.

Датчик анеморумбометра устанавливают на высокой мачте, а измерительный пульт и блок питания – в служебном помещении на столе. Датчик и измерительный пульт соединены между собой многожильным кабелем длиной 150 м, а измерительный пульт и блок питания – проводом длиной 2 м.

Для измерения направления ветра на 2 мин нажимают кнопку 9 и на глаз определяют среднее положение стрелки за это время. Максимальную скорость ветра, зафиксированную прибором между сроками наблюдений, отсчитывают по шкале 6 указателя. После этого, нажав кнопку 10, сбрасывают ее и отсчитывают еще максимальную скорость за 2-минутный интервал. Осредненную за 10-минутный интервал скорость ветра измеряют по шкале 7. Отсчеты скорости ветра производят с точностью до 1 м/с. Осреднение скорости ветра и регистрация максимальных значений осуществляются автоматически. Пределы измерения скорости ветра – от 1,5 до 60 м/с.