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.

Министерство образования и науки Российской Федерации

«Российский государственный гидрометеорологический университет»

в г. Туапсе

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

дисциплины «Методы и средства гидрометеорологических измерений»

по направлению (специальности) 020602 «Метеорология»

Форма обучения очная Блок дисциплин ОПДФ

Туапсе

Рабочая программа составлена на основании ГОС ВПО и учебного плана Филиала РГГМУ в г. Туапсе специальности (направления) 020602 «Метеорология» на кафедре «Метеорологии и природопользования ».

Составители рабочей программы

Доцент, к. в.н. _________________

(должность, ученое звание, степень) (подпись) ()

Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Метеорологии и природопользования»

Протокол заседания № ___от «__»___ 20__ г.

Заведующий кафедрой

(подпись) ()

Согласовано с научно-методической комиссией

Председатель научно-методической комиссии

«___»________20__г. _________________

(подпись) ()

Выписка из ГОС ВПО по направлению подготовки дипломированного специалиста 020602 «Метеорология»:

2. Требования к уровню освоения дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен

знать:

Теорию метеорологических измерений и классификацию метеорологических измерительных приборов;

Методы и средства измерения метеовеличин и параметров атмосферы;

Оборудование и методы измерения параметров атмосферных процессов;

Приборы и методы измерений;

Дистанционные метеорологические приборы;

Основные принципы устройства цифровых измерительных приборов;

Информационно-измерительные метеорологические системы и автоматические метеорологические станции;

Методы средства передачи метеорологической информации по каналам связи;

Средства и методы, используемые с МСЗ для метеорологических измерений.

уметь:

Анализировать работу датчиков и чувствительных элементов приборов и устройств;

Рассматривать порядок прохождения сигнала (метеоинформации) от датчика до потребителя;

Оценивать тенденции развития метеоприборов;

Проводить сравнительный анализ датчиков, приборов и устройств;

Анализировать достоинства и недостатки методов измерения и средств измерения.

иметь навыки:

Готовить гидрометеорологические приборы к выполнению измерений;

Осуществлять (выполнять) измерения метеорологических элементов и параметров;

Обрабатывать и оформлять результаты измерений установленным порядком;

Оформлять учетно-отчетную документацию на соответствующие гидрометеорологические приборы и оборудование.

3. Распределение учебных занятий по семестрам и тематический план дисциплины

Таблица 1

Распределение видов и часов занятий по семестрам

Таблица 2

Тематический план изучения дисциплины

	Наименование разделов	Количество часов
Аудиторных	Самостоятельных (в том числе контроль СРС*
	Практ. (сем.) занятия	Лабораторные
Раздел I	«Метеорологические измерения»
	«Основы теории измерения. Классификация методов измерения»
	«Измерение температуры»
	«Измерение параметров ветра»
	«Измерение атмосферного давления»
	«Актинометрические измерения»
	«Осадки и испарения»
Раздел II
	«Измерение высоты нижней границы облаков»
	«Измерения дальности видимости в атмосфере»
	«Дистанционные измерения параметров ветра»
Раздел III
	«Принципы устройства цифровых измерительных приборов»
	«Передача метеорологической информации по каналам связи»
	«Структура и функционирование информационно-измерительных метеорологических систем»
	«Автоматизированные и автоматические метеорологические станции»
Раздел IV
	«Метеорологические измерения экологических параметров»
	«Гидрологические измерения»
	«Измерения в океанологии»
Раздел V
	«Применение искусственных спутников Земли для метеорологических измерений»
	«Формирование метеорологических изображений на борту МСЗ»
Раздел VI
	«Направление совершенствования метеорологических датчиков»
	«Лазерные методы гидрометеорологических измерений»
	«Перспективы совершенствования автоматических метеорологических станций (комплексов) и информационно-измерительных метеорологических систем»
Итого часов

4.1. Теоретический курс

Таблица 3

Теоретический курс

Раздел, тема учебной дисциплины, содержание темы		Количество часов
ЧЕТВЕРТЫЙ СЕМЕСТР Раздел I . «Метеорологические измерения» Тема 1. «Основы теории измерения. Классификация методов измерения» 1.1. Основные положения теории измерения 1.2. Классификация метеорологического измерения приборов Тема 2. «Измерение температуры» 2.1. Методы измерения температуры 2.2. Приборы и устройства измерения температуры Тема 3. «Измерение влажности» 3.1. Методы измерения влажности 3.2. Приборы и устройства измерения влажности Тема 4. «Измерение параметров ветра» 4.1. Методы и способы измерения параметров ветра, ротоанемометры. 4.2.Приборы и устройства измерения параметров ветра Тема 5. «Измерение атмосферного давления» 5.1. Физические принципы измерения атмосферного давления 5.2. Приборы измерения атмосферного давления Тема 6. «Актинометрические измерения» 6.1. Физические основы актинометрических измерений 6.2. Приборы для проведения актинометрических измерений Тема 7. «Осадки и испарения» 7.1. Классификация методов измерения осадков и испарений 7.2. Приборы и устройства измерения осадков Раздел II. «Дистанционные метеорологические измерения» Тема 8. «Измерение высоты нижней границы облаков» 8.1. Методы измерения высоты нижней границы облаков 8.2. Приборы и устройства измерения нижней границы облаков ПЯТЫЙ СЕМЕСТР Тема 9. «Измерения дальности видимости в атмосфере» 9.1. Методические основы способ измерения дальности видимости в атмосфере 9.2. Приборы измерения метеорологической оптической дальности 9.3. Импульсные фотометры трансмисометры ФИ-1, ФИ-2 Тема 10. «Дистанционные измерения параметров ветра» 10.1. Дистанционные анеморумбометры 10.2. Импульсно-фазовый метод измерения параметров ветра М-63 Раздел III. «Информационно-измерительные метеорологические системы» Тема 11. «Принципы устройства цифровых измерительных приборов» 11.1. Элементарная база цифровой электроники 11.2. Цифроаналоговые, аналого-цифровые преобразователи, микропроцессоры Тема 12. «Передача метеорологической информации по каналам связи» 12.1. Организация связи для передачи метеоинформации 12.2. Факсимильная аппаратура передачи метеоинформации Тема 13. «Структура и функционирование информационно-измерительных метеорологических систем» 13.1. Назначение, состав, решаемые задачи и работа типовой ИИМС 13.2. Специализация ИИМС для авиации (КРАМС, АМИСС) Тема 14. «Автоматизированные и автоматические метеорологические станции» 14.1. Структура и функционирование основных устройств АМС Раздел IV. «Гидрометеорологические измерения в смежных научно-производственных направлениях» Тема 15. «Метеорологические измерения экологических параметров» 15.1. Параметры важные для здоровья и жизни человека 15.2. Приборы и комплексы измерения экологических параметров Тема 16. «Гидрологические измерения» 16.1. Структура гидрологических измерений и их особенности 16.1.1 Структура основных гидрологических параметров 16.1.2. Основные особенности выполнения гидрологических измерений 16.1.3. Водно-технические изыскания для различных типов использования водоемов 16.2. Приборы, устройства и сооружения для проведения гидрологических измерений Тема 17. «Измерения в океанологии» 17.1. Структура океанологических измерений 17.1.1. Структура океанологических измерений и их особенности 17.1.2. Организация промерных работ и эхолотирование дна 17.2. Особенности устройства приборов применяемых в океанологии и специальные измерения 17.2.1. Особенности устройства специальных океанологических приборов 17.2.2. Организация разведки ледовой остановки, аэрокосмические съемки ШЕСТОЙ СЕМЕСТР Раздел V. «Гидрометеорологические измерения параметров атмосферы из космоса» Тема 18. «Применение искусственных спутников Земли для метеорологических измерений» 18.1. Метеорологические измерения выполняемые с МСЗ 18.2. Характеристика орбит МСЗ для метеоизмерений из космоса Тема 19. «Формирование метеорологических изображений на борту МСЗ» 19.1. Устройства формирования видеоизображения на борту МСЗ 19.2. Обработка метеорологической информации бортовыми системами МСЗ Раздел VI. «Перспективы развития метеорологической измерительной техники» 20.1. Тенденции совершенствования существующих датчиков метеовеличин. Техника и технология. 20.2. Интеллектуальные датчики метеорологических величин 20.3. Совершенствование обработки сигналов от датчиков метеовеличин Тема 21. «Лазерные методы гидрометеорологических измерений» 21.1. Физические принципы работы квантовых генераторов (лазеров) 21.2. Классификация лазеров и обособленности их применения для гидрометеорологических измерений 21.3. Комбинированное рассеивание света (КРС) при лазерном зондировании атмосферы 21.4. Метод КРС при измерении метеовеличин в атмосфере (прямая и обратная задача) Тема 22. «Перспективы совершенствования автоматических метеорологических станций (комплексов) и информационно-измерительных метеорологических систем» 22.1. Факторы определяющие необходимость совершенствования АМС (АМК) и ИИМС 22.2. Тенденции совершенствования структуры ИИМС 22.3. Новое поколение автоматических метеорологических станций и комплексов	Объем в часах
Ауди-торных
	Исследование терморезисторов	Раздел I Тема 2	Отчет и защита
	Исследование полупроводниковых термодатчиков	Раздел I Тема 2	Отчет и защита
	Исследование психрометра	Раздел I Тема 3	Отчет и защита
	Исследование анемометра МС-13 и АРИ-49	Раздел I Тема 4	Отчет и защита
	Исследование деформационного барометра	Раздел I Тема 5	Отчет и защита
	Исследование актинометрических приборов	Раздел I Тема 6	Отчет и защита
	Исследование осадкомеров и дисдрометров	Раздел I Тема 7	Отчет и защита
	Исследование прибора ИВО-1М	Раздел II Тема 8	Отчет и защита
	Исследование трансмиссометра ФИ-1, ФИ-3	Раздел II Тема 9	Отчет и защита
	Исследование анеморумбометра М-49 (М-63)	Раздел II Тема 10	Отчет и защита
	Исследование метеорологических цифровых приборов (термометры)	Раздел III Тема 11	Отчет и защита
	Исследование факсимильных методов передачи метеорологических карт	Раздел III Тема 12	Отчет и защита
	Исследование структуры и функционирования КРАМС (АМИС)	Раздел III Тема 13	Отчет и защита
	Исследование структуры и обмена информации АМС (АМК)	Раздел III Тема 14	Отчет и защита
	Приборы и устройства для экологических измерений	Раздел IV Тема 15	Отчет и защита
	Приборы и устройства для гидрологических измерений	Раздел IV Тема 16	Отчет и защита
	Приборы для океанических измерений	Раздел IV Тема 17	Отчет и защита
	Приборы для дистанционных метеорологических измерений из космоса	Раздел V Тема 18	Отчет и защита
	Устройство формирования видеоизображения	Раздел V Тема 19	Отчет и защита
	Устройство и работа современных метеорологических датчиков	Раздел VI Тема 20	Отчет и защита
	Устройство и физические принципы работы полупроводниковых лазеров в метеорологии	Раздел VI Тема 21	Отчет и защита
	Устройство и структурная схема АМС (АМК)	Раздел VI Тема 22	Отчет и защита

4.4. Курсовой проект (работа)

28. Анализ возможностей и особенности применения измерения нижней границы облаков оптическими световыми локаторами.

29. Анализ возможностей и особенности применения измерения нижней границы облаков лазерными приборами.

30. Анализ возможностей и особенности применения метеорологической дальности видимости (МДВ) поляризационными оптическими приборами.

31. Анализ возможностей и особенности применения метеорологической оптической дальности (МОД) трансмисометрами РДВ -3 и ФИ-1.

32. Анализ возможностей и особенности применения МОД трансмисометрами ФИ-2, «Пеленг-СФ».

33. Анализ возможностей и особенности применения метеорологической дальности видимости лазерными приборами прямого и обратного рассеивания.

34. Анализ возможностей и особенности применения полетной дальности видимости.

35. Анализ возможностей и особенности применения комплексных радиотехнических аэродромных метеорологических станций (КРАМС)

4.5. Самостоятельная работа студентов

Таблица 6

Программа самостоятельной работы студентов

Номера разделов и тем дис- циплины	(Вопросы согласно темы и задания по курсовой работе)	Сроки выполнения	Формы конт-роля	Объём, часов
	Изучение основной и дополнительной литературы в библиотеке, в сети интернет, оформление краткого реферата в электронном виде по теме курсовой работы.
	Работа над содержанием глав курсовой работы	В течение недели после тематической лекции	Контрольные задания, тест по теме
	Написание введения и заключения	В течение недели после тематической лекции	Контрольные задания, тест по теме
Раздел III	Оформление курсовой работы и подготовка к защите	В течение недели после тематической лекции	Контрольные задания, тест по теме

5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Основная литература:

1. , Романова и установки для метеорологических измерений на аэродромах. Л.: Гидрометеоиздат, 1981г. 295 с.

2. , Брылев оборудование аэродромов и его эксплуатация. С-Пб.: Гидрометеоиздат, 2003г. 592с.

3. , Ларин, методы и технические средства наблюдений. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 327 с.

4. , Сторожук средства гидрометеорологической службы. СПб-2005г. 283с.

5. Качурин метеорологических измерений. Л.: Гидрометеоиздат, 1985г. 456 с.

6. Стернзат приборы и измерения. Л.: Гидрометеоиздат, 1978г. 490с.

Дополнительная литература:

1. Качурин измерения аэрофизических величин. М.: Высшая школа, 1967г. 490 с.

2. Ресурсы Интернет.

3. Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам. Л.: Гидрометеоиздат, 1971.

4. Фатеев метеорологических приборов. Л.: Гидрометеоиздат, 1975.

5. Янишевский наблюдений. Л.:Гидрометиздат, 1957.

По дисциплине «Методы и средства гидрометеорологических измерений» учебным планом предусмотрены следующие виды учебных занятий: лекции, практические (семинарские), лабораторные.

Лекции являются одним из основных методов обучения и должны решать следующие задачи:

· изложение важнейшего материала программы курса, освещающего основные моменты;

· формирование у студентов потребности к самостоятельной работе над учебной и научной литературой .

Методика чтения лекций зависит от этапа изучения предмета и уровня общей подготовки обучающихся, форма ее проведения - от характера темы и содержания материала.

Главной задачей каждой лекции является раскрытие сущности темы и анализ ее главных положений. Рекомендуется на первой лекции довести до внимания студентов структуру курса и его разделы, а в дальнейшем указывать начало каждого раздела, суть и его задачи, а, закончив изложение, подводить итог по этому разделу, чтобы связать его со следующим.

Практическое занятие - форма организации учебного процесса, направленная на закрепление теоретических знаний путем обсуждения первоисточников и решения конкретных задач.

Цели лабораторного практикума достигаются наилучшим образом в том случае, если выполнению эксперимента предшествует определенная подготовительная внеаудиторная работа. Поэтому преподаватель должен стимулировать целенаправленную домашнюю подготовку.

Перед началом очередного занятия преподаватель должен удостовериться в готовности студентов к выполнению лабораторной работы путем короткого собеседования и проверки наличия у студентов заготовленных протоколов проведения работы.

Кроме того, в сети интернет можно найти соответствующую информацию по многим темам курса. Недопустимо заниматься плагиатом. Студент должен собирать теоретическую и фактологическую информацию и применять ее к решению конкретной проблемы.

Главной целью семинаров является обсуждение наиболее сложных теоретических вопросов курса, их методологическая и методическая проработка. В связи с этим студент должен быть готов к коллективному обсуждению теоретических и методических вопросов курса, что достигается путем самостоятельного изучения пройденного материала.

Главной целью лабораторных работ является установление тесных взаимосвязей теоретического курса с практикой. При подготовке к выполнению лабораторных работ студент должен изучить теоретический материал по теме лабораторной работы и подготовить отчет по лабораторной работе.

6. Формы и методика текущего, промежуточного и итогового контроля

В соответствие с положением филиала РГГМУ в г. Туапсе «О модульной системе обучения», утвержденной ученым советом филиала 3 июля 2007 г., протокол № 15.

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.

РД 52.04.651-2003

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Первичная обработка результатов судовых измерений метеорологических,
актинометрических и оптических величин

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

Предисловие

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

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

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

4 ЗАРЕГИСТРИРОВАН ЦКБ ГМП за номером 52.04.651-2003

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

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

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

Введение

Введение

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

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

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

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

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

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

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

1 Область применения

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

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

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

2 Нормативные ссылки

В настоящих методических указаниях использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 112-78 Термометры метеорологические, стеклянные. Технические условия

ГОСТ 4401-81 Атмосфера стандартная. Параметры

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

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

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

3 Термины и определения

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

4 Сокращения

В настоящих методических указаниях приняты следующие сокращения:

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

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

КСМАП - комплекс судовых метеорологических и актинометрических программ.

НИС - научно-исследовательское судно.

НИСП - научно-исследовательское судно погоды.

ПАП - первичный актинометрический преобразователь.

ПИП - первичный измерительный преобразователь.

ПЭВМ - персональная электронная вычислительная машина.

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

СРБ - составляющие радиационного баланса.

СГМС - судовая гидрометеорологическая станция.

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

5 Общие положения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

- технический контроль результатов измерений и наблюдений;

- критический контроль результатов измерений и наблюдений;

- подготовка оперативных сообщений;

- формирование отчетной документации.

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

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

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

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

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

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

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

6 Первичная обработка результатов измерений атмосферного давления и барической тенденции

6.1 Атмосферное давление

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Примеры

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

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

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

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

6.2 Барическая тенденция

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

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

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

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

7 Первичная обработка результатов измерений скорости и направления ветра

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

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

7.1.2 Расчет скорости истинного ветра и его направления осуществляют по формулам

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

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

- курс судна, целые градусы;

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

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

________________

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

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

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

а) =0 или , тогда =0;

б) =0, а , тогда ;

в) =0, а , тогда .

Примечания

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

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

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

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

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

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

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


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

Дел./с	Скорость , м/с

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

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

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

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

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

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

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

При .

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

8 Первичная обработка результатов измерений температуры воздуха, воды

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

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

Или по формуле

Где - температура воздуха, воды, °С;

- температура смоченного термометра, °С;

(или ) - -й отсчет по термометру, °С.

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

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

8.2 Обработка результатов измерений температуры воздуха, воды по электрическим термометрам

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

9 Методы расчета величин, характеризующих влажность воздуха

9.1 Перечень величин, характеризующих влажность воздуха

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


Таблица 2 - Перечень измеряемых или рассчитываемых величин характеризующих влажность воздуха

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

9.2 Методы расчета парциального давления водяного пара

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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