Метеорологическая служба

Метеорология изучает физические явления и процессы, протекающие в земной атмосфере. Основным методом исследования, применяемым в метеорологии, является наблюдение. Выбор метода обусловлен самим существом науки, требующей изучения атмосферных явлений в естественной обстановке.

Метеорологические наблюдения - это измерения и качественные оценки метеорологических элементов и явлений. К ним относятся: температура и влажность воздуха, атмосферное давление, ветер, облачность, осадки, туманы, метели, грозы, видимость. Сюда также присоединяются и некоторые величины, непосредственно не отражающие свойств атмосферы или атмосферных процессов, то тесно связанные с ними: температура почвы и воды, испарение, высота и состояние снежного покрова, продолжительность солнечного сияния и т.д.

25

Метеорологические приборы

        приборы и установки для измерения и регистрации значений метеорологических элементов (См. Метеорологические элементы). М. п. предназначены для работы в естественных условиях в любых климатических зонах. Поэтому они должны безотказно работать, сохраняя стабильность показаний в большом диапазоне температур, при большой влажности, выпадении осадков, и не должны бояться больших ветровых нагрузок, пыли. Для сравнения результатов измерений, производимых на различных метеостанциях, М. п. делают однотипными и устанавливают так, чтобы их показания не зависели от случайных местных условий.

         Для измерения (регистрации) температуры воздуха и почвы применяют Термометры метеорологические различных типов и термографы. Влажность воздуха измеряют Психрометрами, Гигрометрами, гигрографами, атмосферное давление — Барометрами, Анероидами,барографами, Гипсотермометрами. Для измерения скорости и направления ветра применяют Анемометры, анемографы, анеморумбометры, анеморумбографы, Флюгеры. Количество и интенсивность осадков определяют при помощи дождемеров, Осадкомеров, плювиографов. Интенсивность солнечной радиации, излучение земной поверхности и атмосферы измеряют Пиргелиометрами, Пиргеометрами,Актинометрами, Пиранометрами, пиранографами, Альбедометрами, Балансомерами, а продолжительность солнечного сияния регистрируютГелиографами. Запас воды в снежном покрове измеряют Снегомером, росу — росографом, испарение — испарителем (См. Испаритель), видимость — нефелометром и измерителем видимости, элементы атмосферного электричества — Электрометрами и т. д. Всё большее значение приобретают дистанционные и автоматические М. п. для измерения одного или нескольких метеорологических элементов.

Измерение температуры воздуха

Понятие "температура воздуха" нуждается в некоторых пояснениях. В первую очередь речь идет о температуре воздуха у земной поверхности, под которой понимается температура, измеренная в метеорологической будке, причем резервуары термометров помещаются на высоте 2 м над поверхностью почвы. Только при специальных исследованиях состояния приземного слоя воздуха термометры помещаются на различных уровнях - более низких и более высоких. На судах термометры также могут помещаться на других уровнях.  Будка нужна для защиты термометра от прямой солнечной радиации, а также от эффективного излучения земной поверхности и окружающих предметов (зданий, деревьев). Только в таких условиях может произойти выравнивание температуры самого измерительного прибора - термометра - с температурой окружающего воздуха. Термометр, открытый для солнечной радиации, нагревается сильнее, чем окружающий воздух, поэтому температуру, которую он показывает, нельзя отождествлять с температурой воздуха. Выражение температура "на солнце" не имеет никакого отношения к истинной температуре воздуха, не имеет метеорологического значения и означает температуру резервуара, содержащего термометрическое тело.  Будку делают из дерева и окрашивают в белый цвет, чтобы она максимально отражала солнечные лучи и как можно меньше нагревалась. Будка должна обеспечивать и вентиляцию: мимо резервуаров термометров должен проходить воздух, не застаиваясь в будке. Для этого стенки будки делают в виде жалюзи, состоящих из отдельных планок. Планки расположены так, что лучи солнца не проникают в глубь будки, но воздух свободно циркулирует в ней. При прохождении воздуха между планками крупные турбулентные вихри дробятся и пульсации температуры внутри будки уменьшаются.

Величины измерения влажности газа

Для обозначения содержащейся в воздухе влаги используются следующие величины:

абсолютная влажность воздуха 

масса водяного пара, содержащаяся в единице объёма воздуха, то есть плотность содержащегося в воздухе водяного пара, [г/м³]; в атмосфере колеблется от 0,1-1,0 г/м³ (зимой над материками) до 30 г/м³ и более (в экваториальной зоне);

максимальная влажность воздуха (граница насыщения) 

количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе при определённой температуре в термодинамическом равновесии (максимальное значение влажности воздуха при заданной температуре), [г/м³ ]. При повышении температуры воздуха его максимальная влажность увеличивается;

давление пара 

давление, которое оказывает водяной пар, содержащийся в воздухе (давление водяного пара как часть атмосферного давления). Единица измерения — Па.

дефицит влажности 

разница между давлением насыщенного пара и давлением пара [Па], то есть между максимальной и абсолютной влажностью воздуха [г/м³];

относительная влажность воздуха 

отношение давления пара к давлению насыщенного пара, то есть абсолютной влажности воздуха к максимальной [% относительной влажности];

точка росы 

температура газа, при которой газ насыщается водяным паром °C. Относительная влажность газа при этом составляет 100 %. С дальнейшим притоком водяного пара или при охлаждении воздуха (газа) появляется конденсат. Таким образом, хотя роса и не выпадает при температуре −10 или −50 °C, выпадает изморозь, иней,лёд или снег, точка росы в −10 или −50 °C существует и соответствует 2,361 и 0,063 г воды на 1м³ воздуха или другого газа под давлением одна атмосфера;

удельная влажность 

масса водяного пара в граммах на килограмм увлажнённого воздуха [г/кг], то есть отношение масс водяного пара и увлажнённого воздуха;

температура мокрого термометра 

температура, при которой газ насыщается водяным паром при постоянной энтальпии воздуха. Относительная влажность газа при этом составляет 100 %, влагосодержание увеличивается, а энтальпия равна начальной.

соотношение компонентов смеси (содержание водяного пара) 

масса водяного пара в граммах на килограмм сухого воздуха [г/кг], то есть соотношение масс водяного пара и сухого воздуха.

Приборы для измерения скорости ветра. Чашечные анемометры. Скорость ветра обычно измеряют при помощи чашечного анемометра. Этот прибор состоит из трех или более конусообразных чашек, вертикально прикрепленных к концам металлических стержней, которые радиально-симметрично отходят от вертикальной оси. Ветер действует с наибольшей силой на вогнутые поверхности чашек и заставляет ось поворачиваться. В некоторых типах чашечных анемометров свободному вращению чашек препятствует система пружин, по величине деформации которых и определяется скорость ветра.

В анемометрах со свободно вращающимися чашками скорость вращения, примерно пропорциональная скорости ветра, измеряется электрическим счетчиком, который сигнализирует, когда определенный объем воздуха обтекает анемометр. Электрический сигнал включает световой сигнал и записывающее устройство на метеостанции. Часто чашечный анемометр механически соединяют с магнето, и напряжение или частоту генерируемого электДля измерения направления ветра используются разнообразные инструменты, подобные ветроуказателю и флюгеру. Оба этих инструмента работают, двигаясь при малейшем дуновении ветра. Таким же образом флюгер показывает преимущественное направление ветра — его хвостовая часть направлена в сторону, в которую дует ветер.

Современные инструменты, используемые для измерения скорости и направления, называются, соответственно,анемометром и флюгером. Эти типы инструментов используются в энергетической промышленности на основе энергии ветра, и оба служат для оценки ресурсов ветра и помощи в управлении турбинами.

рического тока соотносят со скоростью ветра.

 для измерения атмосферного давления используя АЦП микроконтроллера ATmega8 (не зря же мы так нудно разбирались с АЦП в статье – Аналого-цифровой преобразователь МК ATmega8). В первую очередь чтобы измерить давление нужен какой-нибудь датчик. Свой выбор я остановил на датчике абсолютного давления MPX4115А фирмы Motorola.  В зависимости от давления он выдает на выходе напряжение от 0.2 до 4.8В, что соответствует давлению от 15кПа до 115кПа. Наверное, главный недостаток это цена датчика. Мне он достался за честные глаза, но цена его где то в районе 15-18дол. Внешний вид его можно увидеть на фото, нумерация ножек начинается от метки (слева на фото, скол на ножке).

1 – Выходное напряжение (которое связано с давлением)

2 – Земля

3 – Напряжение питания (4.85…5.35В)

37) Расход воды (в водотоке) — объём воды, протекающей через поперечное сечение водотока за единицу времени. Измеряется в расходных единицах (м³/с). В промышленности расход воды (жидкости) измеряется расходомерами.

В общем случае, методология измерения расхода воды в реках и трубопроводах основана на упрощенной форме уравнения непрерывности, для несжимаемых жидкостей:

• Q — расход воды [м³/c]

• A площадь поперечного сечения водотока (трубы или части русла реки, заполненного водой) [м²]

•  средняя скорость потока [м/с]

Основные характеристики речного стока:

1. Объем стока - объем воды, стекающей с водосбора или выпускаемой из водохранилища за определенный период времени. 

W = Q_ср*T( м³)

2) Модуль стока (в водотоке) — количество воды, стекающей с определенной площади бассейна (площади водосбора) в единицу времени. Измеряется в м³/(с × км²) или в л/(с × км²) (для малых величин).

Вычисляется делением расхода воды на площадь водосбора.

Вычисляется по следующей формуле:

,

где Q — расход воды, л/с; а F — площадь водосбора, км².

3) СЛОЙ СТОКА - количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо промежуток времени, выраженное в виде слоя (в мм), равномерно распределенного по площади водосбора; вычисляется путем деления объема стока на площадь водосбора. Выражается в мм. 

H = W/F*10³

38) Речными наносами называются твердые минеральные частицы, переносимые потоком и формирующие русловые и пойменные отложения. Речные наносы образуются из продуктов выветривания, денудации и эрозии горных пород и почв. Водная эрозия, разрушение земной поверхности под действием текучих вод, представляет собой наиболее активный процесс, обогащающий реки наносами. Она подразделяется на склоновую и русловую. Склоновая эрозия — размыв и смыв почв и горных пород снеговыми и дождевыми водами, стекающими по склону. Русловая эрозия — размыв водными потоками, протекающими в руслах, коренных пород дна и берегов русла и склонов долин. В процессе склоновой эрозии текущая вода разрушает связность частиц почв и горных пород и смывает (сносит) их в понижения — ложбины стока, которые и являются основными путями выноса продуктов эрозии с водосбора. Вместе со снеговыми и дождевыми водами материал смыва с водосбора поступает в следующие за ложбинами звенья временно действующей гидрографической сети — лощины, суходолы. В них процессы эрозии усиливаются и также осуществляется размыв, перенос и в конечном итоге вынос продуктов размыва в реки.  Очевидно, что не все продукты эрозии попадают в реки. Значительная часть их задерживается по пути стока поверхностных вод и заполняет углубления земной поверхности. Тем не менее, та часть продуктов эрозии поверхности бассейна, которая достигает русел рек, является существенным источником формирования речных наносов. 

Речные наносы в зависимости от характера движения в потоке обычно подразделяют на взвешенные и влекомые. 

Влекомыми наносами называются те, которые перемещаются в придонном слое потока. Твердые частицы, лежащие на дне, подвергаются силе гидродинамического, или лобового, давления. 

Взвешенные наносы — мелкие минеральные частицы (продукты водной и ветровой эрозииводосборов и русел, а также абразии берегов водоёмов), переносимые водным потоком вовзвешенном состоянии.

39) Русловы́е проце́ссы — совокупность явлений и процессов, происходящих под воздействием комплекса различных природных и антропогенных факторов, и выражающихся в изменениях формы и параметров речных русел. Русловые процессы иногда неточно называются руслово́й проце́сс. Формы ру́словый проце́сс и ру́словые проце́ссы — устаревшие.

РУСЛОВЫЕ ДЕФОРМАЦИИ - изменение размеров и положения в пространстве речного русла и отдельных русловых образований, связанное с переотложением наносов.

Транспорти́рующая спосо́бность пото́ка — количество наносов определённой гидравлической крупности за единицу времени, которое способен перемещать водоток через поперечное сечение без изменения типа русловых процессов.

Транспортирующая способность потока является одной из составляющих руслоформирующего критерия: относительной транспортирующей способности потока.

Основной причиной образования русловых разветвлений является возникновение в русле осерёдков, которые впоследствии покрываются растительностью и иногда превращаются в пойменные острова. Их образование определяется разделением потока на несколько динамических осей, возникающих при значительной распластанности русла, блужданием динамической оси потока, сопровождающейся отторжением побочней от берегов, развитием обсыхающих в межень крупных гряд — макроформ руслового рельефа посередине русла

40)Термический режим - закономерные изменения теплового состояния объекта во времени, обусловленные климатическими условиями водосборного бассейна.

Движущийся силы:

1. Теплообмен на гр.раздела.

2. Турбулентность перемешивание водной массы.

3. Теплопроводность сквозь лед и снег.

Процессы: нагревание или охлаждение воды.

Особенности изменения температуры воды по поперечному сечению русла:

1)Летом температура воды у берегов выше чем на середине реки, а осенью наоборот.

2)Летом днем температура воды на поверхности выше, чем у дна, ночью температура у дна выше.

3)Более низкие температуры наблюдается у поверхности воды.

41)Ледовый режим рек района чрезвычайно разнообразен. Здесь имеют место реки, на которых наблюдается ежегодно длительный ледостав, и вместе с тем реки, где вообще никаких ледовых явлений не бывает. Ледостав ежегодно (с декабря по март) наблюдается только на реках северной части района. На горных реках Средней Азии ледостав обычно не наблюдается. Ледовый режим этих рек характеризуется обилием шуги, причем ход ее чаще всего происходит в январе и феврале. С образованием в руслах рек значительного количества внутриводного льда связано большое распространение зажорных явлений, что в ряде случаев вызывает затруднения в работе гидроэлектростанций (р. Чирчик и др.). 

ЛЕДОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ – элементы ледового режима рек, озер и водохранилищ, характеристики состояния водных объектов с точки зрения ледового режима, фазы возникновения, развития и исчезновения различных видов льда. Обычно к ледовым явлениям относят также ледяные образования, представляющие собой формы существования льда в водных объектах.  

42) Химический состав природных вод разнообразен.

В подавляющем большинстве случаев солевой состав природных вод определяется катионами Са²⁺, Мg²⁺, Nа⁺, К⁺ и анионами НСO₃^-, Сl^- , SO₄^2-. Эти ионы называются главными ионами воды или макрокомпонентами; они определяют химический тип воды. Остальные ионы присутствуют в значительно меньших количествах и называются микрокомпонентами; они не определяют химический тип воды.

В природных водах присутствуют также растворенные газы. В основном это газы, которые диффундируют в воды из атмосферы воздуха, такие как кислород, углекислый газ, азот. Но в то же время в подземных водах или водах нецентрализованных источников водоснабжения, в минеральных и термальных водах могут присутствовать сер водород, радиоактивный газ радон, а также инертные и другие газы.

Микроэлементы – это микроэлементы, встречающиеся в малых количествах и не обусловливающие тип вод, но сильно влияющие на специфику состава вод.