Тема 1: измерение атмосферного давления.

Атмосферное давление, измеряемое на тысячах наземных метеорологических станций, - основной метеорологический элемент, применяемый в численных методах краткосрочных прогнозов погоды. Рост атмосферного давления или его понижение свидетельствует о приближении антициклонов, циклонов, атмосферных фронтов.

Атмосферное давление – это сила, с которой давит на единицу поверхности земли (см^2,, м²) столб воздуха, простирающийся от земной поверхности до верхней границы атмосферы (мм.рт.ст., мбар).

Давление воздуха, измеряемое высотой ртутного столба в 760 мм и основанием в 1 см² при t⁰C = 0⁰C, на широте 45⁰ и на уровне моря, называется нормальным атмосферным давлением.

С 1980 года в качестве международной единицы измерения атмосферного давления принят паскаль (Па) – давление, вызываемое силой в 1 ньютон на площадь 1м², точнее не сам паскаль, а его производная – гектопаскаль (гПа): 1 Па = 1Н/м²; 1 гПа = 100 Па = 0,75 мм.рт.ст.

Поскольку для измерения атмосферного давления до сих пор применяют приборы, шкалы которых проградуированы в миллиметрах, то укажем соотношение между старыми и новыми единицами:

1 мм рт.ст. = 1,33 гПа = 1,33 мбар.

Изменение давления с высотой характеризуется барической ступенью.

Она вычисляется по формуле: h = 8000 / P (1+ qt);

где - P – величина давления, мб ( 1 мб = 0,75 мм рт.ст); q – коэффициент температурного расширения воздуха – 0,003366 = 0,004; t – температура воздуха между нижней и верхней точками, ^оС. t = t ₁ + t₂ /2;

Определение барического нивелирования

Цель нивелирования - нахождение превышения на местности одной точки над другой и построение изогипс, т.е. топографических карт.

h = 16000 (P₁ – P₂ ) /(P₁ + P₂ ) (1+ qt) (превышение между двумя точками ( ^.)

где - P₁ и P₂ - давление в мм рт.ст. в нижней и верхней точках;

По данной формуле можно определить:

- превышение между двумя ( ^. );

- величину Р на заданной высоте, зная Р и t ^оС. на нижней ( ^.) и изменение

t ^оС и Р с высотой;

- привести атмосферное давление на любой высоте к уровню моря, зная Р и t ^оС на этой высоте и изменение t ^оС с высотой.

Приборы и методы измерения атмосферного давления.

При измерении атмосферного давления применяют четыре вида приборов: жидкостные барометры, действующие на основании законов гидростатики; деформационные барометры (анероиды), действие которых основано на упругих свойствах приемной части прибора; газовые барометры, основанные на упругих свойствах газа; термобарометры - приборы, действие которых основано на зависимости точки кипения жидкости от внешнего давления.

Наиболее применимы в метеорологии из жидкостных барометров – ртутный чашечный, из деформационных – барометр-анероид и барограф.

Ртутные барометры могут быть 3 систем: чашечные, сифонно-чашечные, сифонные. Принцип их действия: если стеклянную трубку, длинной около 90 см., запаянную с одного конца, наполнить ртутью затем прикрыв отверстие опрокинуть и погрузить незапаяным концом в ртуть, налитую в чашечку, то после открытия отверстия трубки ртуть вытечет в чашечку частично.

В трубке останется столб ртути. Давление этого столба ртути и давление оставшегося внутри трубки воздуха уравновешивают атмосферное давление, оказываемое на поверхность ртути в чашке. След высоты столба ртути и будет показывать величину атмосферного давления.

Чашечный станционный барометр (практикум Виткевич, стр. 187). Устройство: стеклянная барометрическая трубка с ртутью (1), укреплена на крышке чашки с ртутью (2) и заключена в металлическую оправу – футляр (3). В верхней части трубки сделаны сквозные прорези, через которые наблюдается мениск ртути. В нижней части находится термометр. На крышке чашки, есть винт (6) который надо открывать, чтобы ртуть сообщалась с наружным воздухом. Измерение высоты ртутного столба производился по шкале, нанесенной по краю прорези вверху с помощью нониуса (4) это линейка с делениями внутри стеклянной трубки. Она перемещается с помощью винта – кремальеры (5).

Измерение: 1 – отсчет t⁰;

2 – нулевое деление нониуса с помощью кремальеры подвести к мениску ртути. Глаз наблюдателя должен быть на одной высоте с мениском ртути;

3 – снимаем показания с основной шкалы + показания нониуса деления, который совпадает с делением основной шкалы, записываем;

4 - вводятся поправки: а) инструментальная (берется из поверочного свидетельства); б) на распределение силы тяжести ( норма – на широте 45°, если широта меньше 45°, то длинна столба ртути уменьшается, поправка отрицательная; если широта больше 45°, то длинна столба ртути увеличивается, поправка положительная, стр. 190 табл. 1); в) на температуру – стр. 191 табл. 2.

5 – перевод давления из мм. в мб. – по таблице стр. 192 1мб = 0,75 мм. рт. ст.

1 мм. рт. ст. = 1,33 мб.

Шкала с пределами измерений от 680 или 810 до 1110 мб. В старых барометрах шкала дана в мм. перевод : цена деления если в мб = 0,735 мм. если в мм. = цена делений 0,98 мм.

Чашечный барометр устанавливается в помещении МС подальше от отопительных приборов или наружной входной двери, стена на которую подвешивается барометр должна быть капитальной, шкафчик, высота от пола 70-75 см.