15. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЙ

3.1.ТРЕБОВАНИЯ К МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИМ

ПРИБОРАМ И МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДКЕ

Средства измерений,применяемые для определения

значений метеорологических величин,называются метео ­

рологическими.Каждый измерительный прибор состоит из

нескольких элементов,последовательно преобразующих

измеряемую величину в сигнал,воспринимаемый зритель ­

но или регистрирующим устройством.

Среда,в которой проводятся метеорологические изме ­

рения,характеризуется многими физическими величинами,

поэтому измерительный прибор находится под воздействи ­

ем не только измеряемой величины,но и других величин,

что может повлиять на результат измерений.Устранение

побочных влияний достигается введением дополнительных

устройств,нейтрализующих эти влияния,или приведением

показаний прибора к нормальным,единым для данного ви ­

да измерений,условиям.

Метеорологические приборы используются на всей тер ­

ритории нашей страны,включая удаленные,труднодоступ ­

ные пункты.Поэтому ко всем метеорологическим прибо ­

рам,предназначенным для работы в естественных условиях

(за небольшим исключением),предъявляются требования

безотказной работы во всех климатических зона*(тем ­

пература от ~~60 до +50 °С,высокая влажность воздуха,вы ­

падение жидких и твердых осадков,наличие тумана,запы-

I,-3.1.Требования к метеорологическим 223

ленность воздуха,большие ветровые нагрузки).Кроме то-

\ го,требуется высокая надежность приборов при длитель-

(ной эксплуатации,возможность их перевозки всеми видами

;*транспорта.Приборы должны сохранять в течение дли-

i тельного времени (не менее года)свои характеристики,ио-

I треблять возможно меньше энергии,а в ряде случаев -

[ иметь автономные источники питания.

\ Для обеспечения единства и достоверности измерений

I все метеорологические приборы с определенной периодич-

|ностью поверяются.Поверка состоит в определении попра ­

вок к отсчетам по шкале прибора или переводного коэффи-

I циента прибора путем сравнения его показаний с показа-

'ниями образцового измерительного средства.По результа-

\ там поверки оформляется поверочное свидетельство,в ко-

!тором даются заключение о пригодности прибора для ис-

;пользования,поправки и переводные коэффициенты.

\ Поверка приборов входит в обязанности метрологиче-

\ ских подразделений (служба средств измерений -ССИ)

I Гидрометслужбы.

J Каждая метеорологическая станция имеет метеорологи-

\ ческую площадку для размещения приборов и служебное

г помещение,расположенное не далее 300 м от площадки.

\ Площадка прямоугольная,размером 26 х 26 м,с ориен ­

тацией сторон север-юг,восток-запад.Площадки,на кото ­

рых проводятся также и актинометрические наблюдения,

,имеют размеры 26 х 36 м с ориентацией длинной стороны с

i севера на юг.Место для площадки по физико-географи-

;• ческим характеристикам должно быть типичным для окру-

\ жающей местности радиусом 20-30 км с тем,чтобы на-

|блюдения были репрезентативными.Расстояние от пло-

;щадки до невысоких строений,групп деревьев должно

быть не менее !0-кратной их высоты,а от сплошного леса и

оплошной городской застройки -не менее 20-кратной.

•"лощадка должна находиться от оврагов,обрывов на рас-

'.:оянии десятков метров,а от уреза воды -не менее 100 м.

•~:Q избежание нарушения естественного покрова на метео-

.ющадке разрешается ходить к приборам только по до-

• 1жкам.Для определения высотного положения приборов,

в частности барометра,в районе площадки имеется репер..Глава 3-МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Для обеспечения единства измерений приборы на пло ­

щадке размещаются строго по схеме согласно «Наставле ­

нию...».Приборы устанавливаются в определенном поряд ­

ке и ориентации по отношению к странам света и на опре ­

деленной высоте над поверхностью земли.Ограда площад ­

ки и все вспомогательное оборудование (подставки,будки,

лестницы,столбы,мачты и т.п.)окрашиваются в белый

цвет для предотвращения их чрезмерного нагревания

солнечными лучами,что может повлиять'на точность

измерений.

3.2.Измерение температуры

'3.2.1.ПРИНЦИПЫ ИЗМЕРЕНИЯ,

ВИДЫ ТЕРМОМЕТРОВ

На метеорологических станциях измеряют темпера ­

туру воздуха,почвы,снега,воды.Для получения сопоста ­

вимых численных значений температуры используются

температурные шкалы,построение которых основано на

реперных (опорных)точках.В большинстве практических

шкал реперными точками являются точка таяния льда

и точка кипения воды при нормальном атмосферном

давлении.

Первый термометр,изобретение которого приписывает ­

ся Галилею (1598 г.),шкалы не имел.Впоследствии в ме ­

теорологии получили распространение различные шкалы,

которые предложили Фаренгейт (1715 г.),Реомюр (1736 г.),

Цельсий (1748 г.),Кельвин (1848 г.).

Градус температурной шкалы Фаренгейта (F)составляет

1/180 интервала между точками таяния льда и кипения во ­

ды,которым присвоены значения 32 и 212 ° соответственно;

градус температурной шкалы Реомюра (R)-1/80 интервала

между точками таяния льда и кипения воды,которым при-

своены значения соответственно 0 и 80 °;градус темпера ­

турной шкалы Цельсия (°С)составляет 1/100 интервала

между точками таяния льда и кипения воды,которым при ­

своены значения соответственно 0 и 100 °.

3.2.Измерение температуры 225

По шкале Кельвина точке плавления льда соответствует

температура 273,15 °К.Связь между температурой по шка ­

ле Кельвина (Т)и температурой по шкале Цельсия (С)име ­

ет вид:

/с =Г-273,15.

В практической метеорологии в нашей стране и боль ­

шинстве стран Европы пользуются шкалой Цельсия,а в

США,Англии и ряде других стран -шкалой Фаренгейта.

Переход от одной шкалы к другой делается по формулам:

>S-|«g-32);<?=f((S*32).

Шкала Реомюра к настоящему времени вышла из упот ­

ребления.

Принцип действия любого термометра основан на зако ­

номерной зависимости некоторого выбранного физическо ­

го свойства чувствительного элемента от температуры.На

метеорологической сети находят применение следующие

виды термометров:

1)жидкостные -действие их основано на изменении

объема жидкости при изменении температуры;

2)деформационные -действие основано на изменении

линейных размеров твердых тел с изменением температуры;

3)электрические:

а)термометры сопротивления -действие основано на

изменении электропороводности тел с изменением темпе ­

ратуры;

б)термоэлектрические -действие основано на измене ­

нии электродвижущей силы при изменении разности тем ­

ператур спаев;

в)термотранзисторные термометры -действие основано

на зависимости напряжения эмиттер-база транзистора от

температуры.

Важными свойствами термометра являются его терми ­

ческая инерция и чувствительность.Любой термометр по ­

казывает температуру своего чувствительного элемента.

При изменении температуры среды помещенный в нее тер ­

мометр должен принять температуру этой среды,но на это.226 Глава 3.МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

требуется определенное время,поэтому происходит отста ­

вание показаний термометра от температуры среды,кото ­

рое характеризуется коэффициентом инерции термометра.

Коэффициент термической инерции термометра -это

время,за которое первоначальная разность температур

термометра и среды уменьшается в е раз (е -основание на ­

турального логарифма).То есть коэффициент инерции вы ­

ражает скорость,с которой показания термометра прибли ­

жаются к температуре среды.

Величина коэффициента инерции прямо пропорцио ­

нальна массе чувствительного элемента термометра,его

удельной теплоемкости и обратно пропорциональна его

поверхности и коэффициенту внешнего теплообмена,кото ­

рый зависит от теплоемкости,вязкости окружающей среды

и ее движения относительно термоприемника.Так,психро ­

метрический термометр,имеющий температуру (-10 °С),

принесенный в помещение с температурой (20 °С)при ско ­

рости вентиляции I м/с,будет показывать температуру воз ­

духа с необходимой точностью только через 25 мин.

Чувствительность термометра -это величина одного

градуса на шкале термометра в миллиметрах Чувствитель ­

ность жидкостных термометров (см ниже)зависит от ко ­

эффициента объемного расширения жидкости и термомет ­

рического стекла,от объема резервуара и поперечного се ­

чения капилляра термометра

Цена деления — это количество градусов,приходящееся

на наименьшее деление шкалы термометра

Длина градусного деления на шкале термометра тем

больше,чем больше объем резервуара и меньше сечение

капилляра Однако при чрезмерно малом сечении капилля ­

ра на перемещение в нем жидкости может оказывать влия ­

ние сила трения о стенки капилляра,а резервуар большого

объема ведет к увеличению термической инерции,и сам

может оказывать влияние на температур)окружающей его

среды Поэтому при конструировании термометров исходят

из компромиссного решения,стремясь получить требуемую

чувствительность при допустимой инерции.

Жидкостные термометры.Это наиболее распростра ­

ненный тип термометров,применяемых в метеорологии.