2.1 Ресейдегі метеорологиялық бақылаулардың ұйымдастырылуы.

Метеорологиялық зерттеулердің негізгі әдісі болып-бақылау табылады.Метеорологиялық бақылау-метеорологиялық элементтер мен жағдайларын өлшеу және сапалы бағалау.Оларға температура,ауаның ылғалдылығы,атмосфералық қысым, жел,бұлт,жауын-шашын,тұман,аяз,буланушылық,қар жамылғысының күйі,күн сәулесі ұзақтығы жатады.

Табиғат жағдайын толық бағалау үшін биіктіктері әр түрлі болатын жер бетінің беткі атмосфералық қабатын бақылауға болатын жағдайлар қажет.Оған бір түрлі құралдардың көмегімен тұрақты түрде бақыланатын пунктердің көп санынығ пайда болуымен жетуге болады.Сол себепті әр мемлекетте метеорологиялық станциялардың бөлімдері бар,солардан алынған мәліметтер біріктіріліп әлемдік халықаралық метеорологиялық орталықтарда біріктіріліп,анализ жасалынады.

Қазіргі уақытта барлық мемлекеттерде бақылау бір уақытта гринвич уақыты бойнша жүргізу қабылданған 0,3,6,9,12,15,18,21.Кейбір жеке метеорологиялық өлшемдер үшін,мысалы актинометриялық бақылау,орталық күннің уақытына байланысты жүргізіледі.Уақыттары 6 сағ 30мин,9сағ 30мин,12сағ 30мин,15сағ 30мин,18сағ 30мин.Жауын-шашынкөлемі тәулігіне 4 рет өлшенеді.Қар жамылғысының биіктігі тәулігіне 1 рет өлшенеді.Бақылаудың нәтижелері жүйелі түрде сәйкес қызметтерге беріледі.Сол жақтан ауа-райын құраушы синоптикалық карталар құрылады.

Метеорологиялық көрсеткіштер уақыты мен орнына байланысты әр түрлі тұрақтылығымен сипатталады.Мысалы атмосфералық қысым,температура,жел жылдамдығы мен бағыты,орнына байланысты өзгертілу орындары.Бұдан басқа жергілікті жерді бақылайтын орындар бар.олар метеорологиялық бекеттер.Және де басқа метеорологиялық бақылаулар обсерваторияларда жүргізіледі.

Метеорологиялық жүйелердің орналасу принципі

Метеорологиялық жүйелер мемлекеттерриторяларының кез келген нүктелерінде жергілікті жердің климаты мен табиғатына байланысты мәлімет алатындай шарттарымен байланысты орналастырылады.Жазықтық жағдайларда толық температуралық сипаттама алу үшін нүтелердің арақашықтығы 50км болу керек,таулы аудандарда 30-40км кем болады.Ал жауын –шашын кеңістік пен уақыты бойынша өзгерісте болады,сол үшін жауын бекеттерінің арақашықтығы жазықтарда 20-30км,ал таулы аудандарда 15-20км болады.Метеорологиялық станцияларды жобалауда негізінен станцияның әрекет ету радиусы алынады,ал бекеттерді құру барасында жауын-шашындарға арналған әрекет аймағы есептелінеді.

Метеорологиялық станция және бекеттердің бақылау нәтижесі жеткілікті дәрежеде нақты және біркелкі болуы керек. Бұнда бір типті, тексерілген, әр бекетте бірдей нақтыланған құрал қойылған, бір әдіс бойынша бір уақытта бақылау жүргізілген және бақылау нәтижелері бірдей қорытындыланған. Көрсетілген шарттардың өмірде қолданылуы станциялар мен бекеттердің тұрақты жұмыс істеуіне әсер етеді.

2.2 Негізгі матеорологиялық құралдардың қызметі

Метеорологиялық алаңды таңдау маңызды рөль атқарады. Метеорологиялық станция ауданның метеорологиялық жағдайларына, ауданның репрезентативті болуына байланысты орналастырылады. Алаңды терең ойыстар мен аңғарлар және басқа да рельефтің тегіс емес жерлерінде орналастыруға болмайды. Алаңды ашық және тегіс жерде орналастырылу қажет. Қасында приборлардың жұмысына ешқандай кедергі жасайтын заттар болмау тиіс (тік жартастар, биік үйлер т.б). Биік кедергілер(жеке ағаштар, құрылыстар т.б) алаң биіктігінен 10 есе арақашықтықта орналасуы тиіс. Аралығы бойынша үлкен кедергілер: -ормандар, қала жолдарындағы үйлер сызығы -алаң биіктігінен оның 20 еседен кем орналасу тиіс Барометрлер, барографтар, құрылыста орналасатын автоматты приборлардың тіркеу бөлшектерінен басқа барлық метеорологиялық приборлар алаңда орналастырылады. Станция құрылысы алаңнан үлкен қашықтықта орналаспау қажет. Станция жұмысының негізі орнатылған программа бойынша үнемі бақылаулар жүргізу, сонымен қатар бастапқы бақылаулар барысындағы нәтижелерді өңдеу болып табылады.

Негізгі метеорологиялық приборлардың қызметі Барограф Атмосфералық қысым барлық метеорологиялық станцияларда, жергілікті синоптикалық карталар құрастыру үшін өлшенеді. Атмосфералық қысымның өлшем бірліктері ретінде миллиметр сынап бағанасы(мм.рт.ст), миллибар(мб) және Паскаль(Па). Миллиметр сн.бғ.-бұл сынап бағанасының барометрде 1 мм-ге көтеріліп түсуіне сәйкес атмосфералық қысымның өзгеруі. Миллибар – CGS(Centimetre-Gram-Secondsystem) жүйесінің бірлігі, 1 мб бұл 1000дин. тең және см2 әсер ететін қысым. Паскаль(Па) – Халықаралық СИ жүйесінің бірлігі. Бір паскаль – 1 ньютон(Н) күші бар қысым, 1м2 (1Па=1Н/м2) келеді. Бірліктер арасындағы қатынас: 1мб-0.75мм.сн.бғ., 1мм.сн.бғ.-1.33мб, 1мб-100Па немесе 1 гПа. Теңіз деңдейіндегі орташа қысым 760мм.сн.бғ. тең немесе 1013,3 гПа. Бұл көрсеткіш стандартты немесе «қалыпты».

Атмосфералық қысымды анықтау приборларды қызметіне байланысты әртүрлі модельдер шығарылады, бірақ олардың барлығы 3 негізгі түрге жіктеледі:сынап барометрі немесе манометрлер, анеройдтар жәнегипсотермометрлер. Ең нақтысы сынап барометрлері болып табылады. Олар метеорологиялық станцияларда атмосфералық қысымды өлшеу үшін қолданылады. Атмосфералық қысым ауытқуларын үнемі тіркеу үшін барографтар қолданылады.

4. Сурет. Барограф: 1-анероид қораптары; 2-қауырсын; 3-қағаз лента; 4- сағат механизімінің қозғалысын өткізетін барабан.

Барографтар келесідей бөлшектерден тұрады:

1.Анеройдтық жәшік блогтары, қысым қабылдаушылары

2.Температура компенсаторы

3.Тасымалдаушы механизмі

4.Қауырсынмен сағат механизмі бар барабаннан тұратын тіркеу бөлшектері

5.Негізгі және ашылатын қақпақшадан тұратын корпус

Атмосфералық қысымнан өзгерген андроидтық қобдиша комплектісіндегі мембрандардың сандық деформациясы. Диаграммалық бланк бойымен қауырсын қозғалысындағы тасымалдаушы механизм көмегімен қалпына келтіріледі. Барабанға тағылған диаграмма бланкының айналуы сағат механизмімен жүзеге асырылады. Ол барабан ішінде орнатылған және онымен бірге центрлік осьті айналады.

Барограф сағат механизміне байланысты тәуліктік М-22АС немесе апталық М-22АН түрінде шығарылады.

Негізгі техникалық сипаттамала:

Барограф 100 гПа (мбар) диапазонындағы атмосфералық қысымдардың өзгеруін тіркеуді камтамасыз етеді. Ол 780-нен 1060гПа(мбар) аралығында 10-нан t-45C температура жағдайында өлшейді. Барограф 950-ден 1050гПа(мбар) қысым мәнін реттелген түрде шығарады. Барографтың негізгі қателігі 2000С температура және 1,5 гПа(мбар) аспайтын атмосфералық қысым өзгеруінің жазбасы кезінде байқалады. Қосымша қателік t-1C кезінде 0,1 гПа аспайды(мбар).

Термометр

Температура – бізге біршама сезілетін метеорологиялық көрсеткіш. Ауа-райы ол алдымен біз үішн «жылы» немесе «суық». Ауа температурасы ретінде термометр көрсететін температура алынады. Ол жерден 2 метр биіктікте және күн сәулесінен қорғалып орнатылады. Термометрлер метеоалаңдардың бір бөлімшелеріне қойылады. Метеоалаң – метеостанциядан жиырма метр қашықтықтағы жер бедері өзгертілмеген тегіс алаң. Бөлімше ақ түске боялады және оның қабырғаларынан ауа оңай өтетіндей, ал күн сәулесі иүлдем өте алмайтындай қойылады. Бөлімше жанында тұрақты түрде баспалдақ тұрады.

Екі термометр қажетті, яғни, қазіргі уақыттағы температураны көрсетеді. Олар вертикальді орналасады. Ондағы дөңгелек мата қиығымен оралған. Ал артқы жағы су құйылған ыдысқа түседі. Термометрлер сәйкесінше құрғақ және сулы болып аталады. Негізінен ртутті термометрлер қолданылады. Бірақ өте төменгі температуралар кезінде ртутті термометрлерді спирттімен алмастырады (ртутті -39ᵒC-де қатады). Құрғақ термометр көрсететін температура қазіргі уақыттағы темпаратура болып табылады.

5-сурет. Термометр: 1- резервуар; 2- капиллярлы труба; 3- шкальді пластина; 4- қабыршақ; 5- қалпақ.

Психрометр

Құрғақ және сулы термометрлер жұбы белгілі бір құралды таныстырады. Ол ылғалдылықты өлшейтін құрал психрометр деп аталады. Сондықтан сәйкесінше бөлімше де психрометрлік деп аталады. Судың булануы үшін жылулық кетеді. Және сулы термометр, шарт бойынша құрғаққа қарағанда төменгі температураны көрсетеді. Егер ауа құрғақ болса, булану тез жүреді. Оған көп жылу кетеді және термометрлердегі көрсеткіш үлкен айырмашылық жасайды. Ал ылғалды ауа кезінде су ақырын буланады, сәйкесінше көрсеткіштердегі айырмашылық та аз болады. Ылғалдылық 100%-ға жеткен кезде, буланушылық жоқ, термометрлердегі көрсеткіш бірдей болады. Арнайы кестелер бойынша бақылаушы абсолютті ылғалдылықты, яғни қатысты ылғалдылықты, ылғалдылық дефицитін, бу шамасын анықтайды. Қатысты ылғалдылық 100% болғанда ылғалдылық дефициті нөлге тең болады.

6-сурет. Аспанның аспирационды психрометрі (ГОСТ 6353-51): 1- сынапты термометр (ылғалды); 2- сынапты термометр (құрғақ); 3- оправа, 4- заводті механизм және вентилятор; 5- ылғалды термометрдегі батисті сулайтын пипетка.

Ауаның абсолютті ылғалдылығын адам сезінбейді. Ал, қатысты ылғалдылықты үш жағдайда сезінеді: егер ол оптимальдідан қатты ерекшеленсе (60-70%), егер ауа тым құрғақ болса (40% және одан төмен), егер тым ылғалды (90-100%). Құрғақ ауа жағдайында аяз бен аптап ыстық қатты сезіле қойылмайды.

Бұлттылық

Бұлттылық – нақты бір орында (пункт немесе территория) тұрып бақыланған және белгілі бір уақыттағы бұлттардың шоғыры.

Бұлттылық – климат пен ауа-райын анықтайтын негізгі факторлардың бірі. Оның экранды эффектісінің арқасында ол Жер бетін салқындатады, маусымдық және тәуліктік температураның ауытқуын төмендетеді.

Бұлттардық саны – аспанның бұлтпен жабылу деңгейі (белгілі бір уақытта немесе біршама уақыт аралығындағы орташа көрсеткіш). Ол 10 баллдық шкала немесе пайыздық көрсеткіш бойынша сипатталады. Заманауи бұлттылықтың 10 баллдық шкаласы бірінші Теңіздік Халықаралық Метеорологиялық Конференцияда қабылданған (Брюссель, 1853 г.).

Метеорологиялық станциялардағы бақылаулар бойынша жалпы бұлт саны және төмегі ярустағы бұлт саны анықталады. Бұл сандар ауа-райы күнделігіне бөлшек түрінде жазылады. Мысалы, 10\4.

Авиациялық метеорологияда 8-октантты шкала қолданылады. Ол визуальді бақылау кезінде тиімді: аспан сегіз бөлікке бөлінеді (яғни, ортасынан, содан соң тағы ортасынан және тағы), бұлттылық октант ретінде көрсетіледі. Авиациялық метеорологияда (METAR, SPECI, TAF) бұлт саны және төменгі шекара биіктігі қабат бойынша көрсетіледі (ең төменнен жоғарығы). Мұнда сан градациясы қолданылады:

FEW - байқалмайтын (әр жерде) - 1-2 октант (1-3 балл);

SCT - шашылған (жеке жеке) - 3-4 октант (4-5 балл);

BKN - байқалатын (бөлінген) - 5-7 октант (6-9 балл);

OVC - толығымен - 8 октант (10 балл);

SKC - анық - 0 балл (0 октант);

NSC – байқалатын бұлттылық жоқ (төменгі шекара биіктігі 1500 м және одан жоғары кез келген бұлт саны, шоғырлы-жаңбырлы және қуатты-жаңбырлы бұлттардың болмауы);

CLR - 3000 м төмен бұлт жоқ [4].

Осадкомер

Жауын-шашын көрсеткіші – бұл жаңбырдың, қардың және т.б. нәтижесінде пайда болған су қабатының қалыңдағы (егер су ақпаса, буланбаса). Миллиметрмен өлшенеді. Құрал цилиндрлі шелек тәрізді болады және ол ағашқа орнатылады. Бақылаудың әр кезінде жиналған су өлшемі бар цилиндрге құйылады. Ол 0,1 мм дәлдікпен өлшейді. Егер қар, бұршақ және т.б. түссе, оны алдымен бақылау орталығына апарып ерітеді. Кейіннен суды стаканға құйып өлшейді. Жазда, әсіресе ыстық күндері, жауыннан кейін болған суды бірден құйып алу керек, әйтпесе, буланып кетуі мүмкін.

Осадкомер шелегінің жанында гүл тәрізді темір пласина орналасады. Олар шелектегі суды желден қорғайды.

7- сурет. Осадкомер: 1-сүзгіш, 2-диафрагма, 3-шелек, 4-қалпақ, 5-мұрынша, 6-тосқауылдық қорғаныш,7-тіреуіш, 8-баспалдақ, 9-өлшеу стаканы.

«СИМПА» автоматтандырылған метеорологиялық кешені

«СИМПА» автоматтандырылған метеорологиялық кешені және оның модификациясы (АМК-03/1, АМК-03П, АМК-03П/1, РМК-01, БМК-01) автоматты өлшеулер және комьютерде атмосфераның негізгі метеорологиялық көрсеткіштерін тіркеу үшін тағайындалған:

- ауа температурасы;

- желдің горизонтальді бағыты мен жылдамдығы;

- желдің вертикальді жылдамдығы;

- ауаның қатысты ылғалдылығы;

- атмосфералық қысым.

СИМПА компьютерде жедел түрде желдің жылдамдығы туралы ақпарат береді. ППУ-25 метеорологиялық көрсеткіштердің орташа мәнін көрсетеді.

СИМПА-ның метеорологиялық сипаттамасы тек орташа мәндер кезінде қалпына келеді.

8- сурет. «СИМПА» автоматтандырылған метеорологиялық кешенінің құрамды блок жүйесі бірігуінің құрылымды кескіні.

СИМПА-ны жасау кезінде құрастырудың модульді принципі қолданылады. Негізгі модуль ретінде саналатындар:

• ДСВ-16- бірінші алынған ауа температурасы мәндерін және желдің жылдамдығының үш реттік ортогональді кешенін өлшейтін акустикалық термоанемометр (6-сурет).

• ДДВ-12- атмосфералық қысым, температура, ауа ылғалдылығы датчигі (8-сурет).

• ДСВ-15- бірінші реттік температура мәндерін және желдің жылдамдығының үш реттік ортогональді кешенін және атмосфералық қысым мен ауа ылғалдылығын өлшейтін метеорологиялық көрсеткіштер датчигі (7-сурет).

• ППУ-25- автоматты санау және метеорологиялық көрсеткіштердің орташа мәндері индикациясын өлшеу үшін қолданатын пульт (10-сурет).

• БПН-52- өнімнің құрамды бөліктерінің қуат көзі, 220 B, 50 Гц және алғашқы мәліметтерді компьютерге енгізеді (9-сурет).

9- сурет. ДСВ-16 10-сурет. ДСВ-15

11-сурет. ДДВ-12 12-Сурет. БПН-52

13-Сурет ППУ-25

СИМПА-ның комплектіне компьютерде құрылғының бірінші реттік тіркеуін жасап, екінші реттік өлшемдердің математикалық өңдеуін және автоматты нітижесін сақтайтын «МЕТЕО 3.0» Windows-қосымшасы кіреді (11-сурет).

14-сурет. Автоматты метеорологиялық «СИМПА» комплексінің «МЕТЕО 3.0» қосымшасының бастапқы беті.

Технико-экономикалық басымдылықтары.

Ауаның температурасы мен желдің сипаттамасын СИМПА-да қолайсыз сыртқы климаттық факторлардың ықпалында, өлшеулердің ақпараттың жоғары дәрежедегі анықтамасын алуға мүмкіндік беретін ультрадыбысты тәсіл қолданған.

Метеорологиялық көрсеткіштердегі механикалық датчиктердің жоқ болуы (винтт және тастандық анемометрлар, сұйық термометр психрометр, түкті гигрометр мен т.б) СИМПА-ның тасымалдағыш сипаттамасын жақсартты, конденсациялық жауындардың қозғалысына әрекетсіздігімен және техникалық қызметі арасындағы арақашықтықты үлкейтті.

Ультрадыбыстық әдістің қолданылуы сонымен қатар аздаған инертті өлшеуді қамтамасыз етті (10-13 c көп емес) метеорологиялық өлшеулердің турбуленттік өзгерістерін жоғары сезімталдығын және температураның өзгеруіндегі күн радиациясы нәтижелеріне әсер етуін төмендетті.

Кедергі тұрақтандырғыш стандартты RS-485 цифрлық кодының бірінші реттік датчик ақпаратты өшірілген компьютер операторының қайта құрылған RS-232 стандартында жүзеге асады.

«МЕТЕО» СИМПА компьютерінің бағдарламалық құрылғысының қолданылуы мүмкіндік береді:

• Спецификалық мақсатта (жер бетіндегі физикалық атмосфераның байланысы, ауаның атмосфералық болжауы және т.б) негізгі масштабта екінші реттік метеорологиялық алаңда есептеулерді жүргізуге;

• Қосымша функционалдық жұмыс режимінің құрылғыларымен қамтамасыз ету (автоматты тәулік бойы режимінің оператордың қатысынсыз өлшенуі, диалогты режимде жұмыс істеу, функционалды жүйенің аппаратты бөлігі жағдайының өз тесттілік режимі, автоматты градуировка режимі);

• Негізгі метеорологиялық параметрлердің ұзақ уақыт аралығындағы автоматты жаңа ақпараттың жинақталуымен жергілікті жердегі мәліметтер базасын жүргізілуін құру мен қамтамасыз ету.

Қолдану аясы:

• Жергілікті жердегі атмосфераның тұрақты және автоматты бақылау;

• Атмосфералық ауаның экологиялық мониторингі;

• Технологиялық көлемдер мен орындардағы ауа жағдайын бақылау;

• Атмосферадағы физикалық процестердің ғылыми зерттелуі.

Өлшенетін және есептелінетін жағдайлары

Жел жылдамдығының векторы:

• Жылдамдықтың орташа және бірден көрсеткіштері;

• Бағыттың орташа және бірден көрсеткіштері;

• Бағыт пен жылдамдықтың дисперсиясы;

• Бағыт пен жылдамдықтың дисперсия вариациясы;

• Бағыт пен жылдамдықтың шыңдық қалдығы.

Ауаның температурасы:

• Бірден және орташа көрсеткіштер;

• Орташа көрсеткіштің дисперсиясы мен уақыты;

• Бақылау кезіндегі минимум және максимум көрсеткіштері.

Атмосфералық қысым:

• Орташа көрсеткіштер;

• Бақылау кезіндегі минимум және максимум көрсеткіштер.

Ауаның ылғалдылығы:

• Ылғалдылықтың орташа көрсеткіші;

• Су буының серпімділігі;

• Ылғалдылықтың жетіспеушілігі;

• Шық нүктесінің температурасы;

• Бақылау уақытындағы минимум және максимум көрсеткіштері;

Атмосфераның турбуленттілік параметрлері:

• Температура мен жел жылдамдығының флуктуациясының қарқындылығы;

• Жылу мен импульстің

• Жел жылдамдығы мен температура флуктуациясының тән сипаттамалары;

• Жел жылдамдығы мен температура флуктуациясының құрылымдық тұрақтылығы.

Басымдылықтары:

• Оператордың қатысуынсыз автоматты тәулік бойы өлшеу;

• Ультрадыбысты әдістің қолданылуы температура мен жел жылдамдығын өлшеу барысында және нәтижесінде инертті өлшеу (10-13 көп емес);

• Кез келген шынайы климат жағдайын, соның ішінде атмосфералық жауын шашынды өлшеу мүмкіндігі;

• Атмосфералық турбуленттіліктің стандартты параметрлерін автоматты анықтау;

• Барлық өлшенетін көрсеткіштер, кестелер мен графикты (диаграмма, гистограмма т.б) алуғамүмкіндік береді.