Методы и средства измерения метеорологической дальности видимости. Гидрометеорологические измерения Метод расчета скорости и направления истинного ветра по данным измерений скорости кажущегося ветра и его направления
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
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
Факультет заочного обучения
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по дисциплине
“МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
для высших учебных заведений
Квалификация (степень)
Бакалавр
Санкт–Петербург
П Р Е Д И С Л О В И Е
первой части второй части
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
свои
ЛИТЕРАТУРА
Основная
.
Дополнительная
.
УКАЗАНИЯ ПО РАЗДЕЛАМ
Введение
цели измерений.
Л и т е р а т у р а
Раздел 1.1.
Вопросы для самопроверки
Измерение температуры
Этот раздел начинается с изучения тепловой инерции термометров – общего свойства для всех термометров, имеющих термометрическое тело. Изучите вывод уравнения, описывающего тепловую инерцию. Запомните определение коэффициента тепловой инерции термометра. Для выполнения контрольной работы преобразуйте формулу для коэффициента тепловой инерции ртутного термометра, имеющего шарообразный резервуар, к виду:
где λ – коэффициент тепловой инерции термометра, T 0 – температура термометра в начальный момент времени, θ – температура окружающей среды, ΔТ – допустимая погрешность в определении температуры.
Далее переходите к изучению основных типов термометров. Изучаются термометры сопротивления, термоэлектрические термометры, деформационные термометры, акустические термометры и радиационные термометры. Изучение каждого типа термометров проводится в следующем порядке – сначала изучается принцип действия, затем чувствительность и способы её увеличения, затем – специфические погрешности прибора и способы их устранения или уменьшения.
Л и т е р а т у р а
Вопросы для самопроверки
1. Чем обусловлена тепловая инерция термометров?
2. Какие типы термометров являются безинерционными?
3. Какие методы измерения температуры Вы знаете:
4. Предложите метод измерения температуры поверхности земли с искусственного спутника.
5. Почему в радиационных термометрах используется ИК диапазон?
6. Выведите уравнения чувствительности уравновешенного термометра сопротивления.
Измерение влажности воздуха
Перед началом изучения этого раздела повторите все параметры, характеризующие содержание в воздухе водяного пара. Далее составьте список основных методов измерения влажности и приступайте к их изучению. При изучении психрометрического метода измерения влажности обратите внимание на зависимость психрометрического коэффициента от скорости ветра. Рассмотрите схему конденсационного гигрометра (рис. 2.5. ). Свяжите эту схему с общей схемой следящей системы (рис.1.13 ). Далее изучите деформационный гигрометр, приведите примеры его использования. Электрохимический, сорбционный и радиационный гигрометр изучаются студентами ФЗО без вывода формул чувствительности. Рассмотрите принцип действия, достоинства и недостатки конденсаторного гигрометра (разд.2.8 ).
Л и т е р а т у р а
Лекции по теме «Измерение влажности».
Вопросы для самопроверки
1. Какими параметрами характеризуется содержание водяного пара в воздухе?
2. Почему температура смоченного термометра, как правило, меньше температуры сухого термометра?
3. Что такое идеальный психрометр? Как его изготовить?
4. Объясните принцип действия конденсационного гигрометра. Какие величины необходимо измерить для определения влажности с его помощью?
5. Какой из изученных Вами методов измерения влажности является самым чувствительным?
6. Объясните принцип действия конденсаторного гигрометра, перечислите его достоинства и недостатки.
7. Какие методы измерения влажности применяются в оперативной работе на метеорологической сети?
Измерение параметров ветра
При изучении методов измерения скорости ветра важно понять, что известные Вам ротоанемометры не являются единственными приборами для измерения скорости ветра. Тем не менее, изучение этого раздела начинается с изучения теории ротоанемометра. Этот раздел содержит самый сложный во всем курсе математический вывод! Внимательно ознакомьтесь с выводом уравнения движения ротоанемометра для установившегося и для неустановившегося состояния. Обратите внимание на такие понятия, как пороговая скорость и путь синхронизации ротоанемометра. Далее изучаются три типа ротоанемометров – индукционный, импульсный (контактный) и фотоэлектрический. Обратите внимание, что существуют две конструкции индукционных ротоанемометров: дистанционный и ручной анемометр АРИ-49.
Из других способов измерения скорости ветра студенты изучают акустический метод и лазерный доплеровский измеритель скорости.
При изучении методов измерения направления ветра главное внимание уделяется флюгарке – основному датчику направления ветра. Обратите внимание на методы дистанционной передачи информации об угле поворота флюгарки – использование сельсинов (автосинов), и фазоимпульсный метод.
Л и т е р а т у р а
Лекции по теме «Измерение влажности воздуха».
Вопросы для самопроверки
1. Выведите уравнение ротоанемометра для установившегося и неустановившегося состояния.
2. Почему ротоанемометр дает завышенные показания средней скорости ветра?
3. Какой тип модуляции используется в индукционном ротоанемометре? А в контактном?
4. Какая величина характеризует инерцию ротоанемометра?
5. Укажите безинерционные способы измерения скорости ветра.
6. В чем состоит принцип лазерного доплеровского анемометра?
7. Укажите достоинства и недостатки лазерного доплеровского анемометра. В каких случаях его целесообразно использовать?
Актинометрические измерения
Изучение раздела начинается с перечисления актинометрических величин, подлежащих измерению и обоснованию выбора калориметрического метода измерения. Уясните для себя смысл актинометрических величин – прямой солнечной радиации, рассеянной радиации и радиационного баланса. Далее переходите к изучению приборов для измерения этих величин. Для измерения прямой солнечной радиации применяются два прибора – компенсационный пиргелиометр и термоэлектрический актинометр. Обратите внимание, что пиргелиометр является абсолютным, а актинометр – относительным прибором. Для измерения рассеянной радиации применяется пиранометр. При изучении пиранометра обратите внимание на зависимость переводного множителя от зенитного угла Солнца.
Далее изучите измерение радиационного баланса. Выведите уравнение балансомера и поясните, как устраняется ветровая погрешность балансомера. При изучении теории балансомера обратите внимание, какие из радиационных потоков, указанных на рис. 5.9 в книге отсутствуют в ночное время суток и при облачной погоде.
Л и т е р а т у р а
Лекции по теме «Актинометрические измерения».
Вопросы для самопроверки
1. Чем обусловлен выбор калориметрического метода для актинометрических измерений?
2. Что такое абсолютные и относительные приборы? К какому типу относится каждый из изученных Вами актинометрических приборов?
3. Что такое переводной множитель для актинометрических приборов? Какова его размерность?
4. В какой области длин волн рассеянная радиация имеет максимум?
5. Почему при изготовлении балансомера его толщина выбрана малой?
6. Как измерить рассеянную радиацию в условиях ясной погоды?
Факсимильная аппаратура.
После измерения всех метеопараметров на метеостанциях составляются специальные телеграммы, которые передаются в единый центр. На территории России этот центр находится в Москве. Здесь составляются карты погоды, затем эти карты передаются всем потребителям с помощью факсимильных аппаратов. Студенты должны изучить основные блоки факсимильной аппаратуры и знать принцип её работы. Изучите основные характеристики и параметры, которыми оценивается эффективность работ факсимильной аппаратуры. Изучается также схема основных блоков приемного и передающего факсимильного аппаратов. При этом изучаются лишь основные блоки, универсальные для всех факсимильных аппаратов, без привязки к какому-нибудь одному типу.
Л и т е р а т у р а
Разд.9.1, 9.2.
Вопросы для самопроверки
1. Что такое разрешающая способность факсимильных аппаратов?
2. Как связаны между собой разрешающая способность и скорость передачи?
3. Что такое синхронизация и фазирование в факсимильных аппаратах?
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Общие указания
Рекомендуется выполнять задания контрольной работы после проработки соответствующих разделов рекомендованной литературы или после прослушивания лекций-вебинаров. При выполнении работ студент обязан дать четкие, ясные ответы на все поставленные вопросы и решить все поставленные задачи. Необходимо максимально иллюстрировать свою работу рисунками, графиками и схемами. Каждое утверждение должно быть доказано, каждая величина, указанная в формулах должна быть пояснена в тексте. Не допускается прямое переписывание текста учебников. При выполнении контрольной работы желательно ссылаться на примеры из Вашего собственного опыта работы. Очень желательно привести Ваше мнение о работе приборов, которые Вы описываете в тексте контрольных работ.
Объем контрольной работы составляет 20 – 25 страниц рукописного текста с учетом рисунков. Контрольные работы присылаются в Университет во время учебного года или сдаются в ФЗО перед сессией.
Задание 1
Поясните смысл понятия «коэффициент тепловой инерции термометра». Выведите формулы (1) и (2), приведенные в разделе 2 на с. 7 настоящего «Методического Указания».
Задание 2
Радиус шарообразного резервуара ртутного термометра равен R, температура окружающей среды равна θ, начальная температура термометра равна T o , а погрешность измерений не должна превышать ΔT. Пользуясь формулами (1) и (2), рассчитайте коэффициент тепловой инерции термометра и время его выдержки в окружающей среде перед снятием показаний. Варианты задачи сведены в таблицу 1. Требуемый вариант определяется начальной буквой фамилии студента. Так, например, вариант первый должны выполнять студенты, фамилии которых начинаются с букв от А до Д, вариант второй – от Е до К и т.д.
Таблица 1
| Исходные параметры | В а р и а н т ы | ||||
| А - Д | Е - К | Л - П | Р - Ф | Х - Я | |
| R, мм | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 |
| θ, К | |||||
| T o , К | |||||
| ΔT, К | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,2 | 0,1 |
Задание 3
Опишите принцип действия уравновешенного и неуравновешенного термометров сопротивления. Приведите соответствующие схемы с пояснениями. Что Вы понимаете под чувствительностью этих приборов? Перечислите погрешности уравновешенного и неуравновешенного термометров сопротивления и способы уменьшения этих погрешностей.
Задание 4
Опишите принцип действия психрометра. Как Вы понимаете термин «идеальный психрометр»? Как изготовить психрометр, близкий по своим свойствам к идеальному?
Задание 5
Какими параметрами характеризуется эффективность работы ротоанемометров? Что следует понимать под чувствительностью ротоанемометра? Каким параметром характеризуется инерция ротоанемометра? Приведите примеры ротоанемометров, использующихся в метеорологических приборах.
Задание 6
Опишите устройство и принцип действия актинометра, пиранометра и балансомера. Дайте определение понятию «радиационный баланс».
Задание 7
Опишите устройство светолокационного измерителя высоты облачности ИВО-1м. Нарисуйте блок-схему прибора ИВО-1м с пояснением функции каждого блока прибора.
Задание 8
Опишите устройство прибора ФИ-1 для измерения метеорологической дальности видимости. Какие особенности прибора ФИ-1 позволяют вести измерения в дневное время суток? Почему дневной свет, попадающий на фотоприемник ФИ-1, не мешает измерениям?
Для чего в импульсном фотометре используются два отражателя? При каких погодных условиях используется дальний или ближний отражатель?
Задание 9
Что Вы понимаете под термином «информационно-измерительная метеорологическая система»? Какие особенности станции КРАМС позволяют отнести её к ИИМС? Изобразите блок-схему станции КРАМС (КРАМС-М, или КРАМС-2 илиКРАМС-4) и поясните её, следуя книге и .
Задание 10
Какие особенности лазеров делают их особенно привлекательным инструментом для метеорологических измерений? Какие атмосферные параметры можно измерить с помощью лазеров? Какие физические явления являются основой этих измерений? Укажите трудности практической реализации лазерных измерений.
КУРСОВЫЕ РАБОТЫ
Тема курсовой работы согласовывается с преподавателем. При этом студент получает от преподавателя указания по выполнению работы. Готовая курсовая работа сдается на кафедру во время сессии.
Приведенные темы являются обзорными, при выполнении которых студент должен составить возможно полное описание способов измерения соответствующей метеорологической величины, пользуясь литературой и сведениями, почерпнутыми из Интернета (рекомендуется использовать поисковые системы, вводя в строку поиска название исследуемой величины). Обязательны ссылки на литературные источники. Описание составляйте своими словами, избегая прямого «скачивания», что сразу же будет замечено при проверке. В конце работы должно быть приведено ваше собственное суждение о том, каковы достоинства и недостатки описанных методов измерения, в каких условиях целесообразно их применять. Сравните инерцию и чувствительность методов измерения. Желательно даже сравнить сложность и стоимость соответствующих приборов. Если вы работаете с приборами, измеряющими ту или иную метеорологическую величину, приведите ваше впечатление о работе приборов.
В конце работы обязательно приводится список используемой литературы.
Примечание. При обнаружении дословного сходства сданных работ (или дословного сходства с одной из работ, сданных в предыдущие годы), такие работы не зачитываются и возвращаются для полной переделки.
- Сравнение различных способов измерения температуры.
- Сравнение различных способов измерения влажности воздуха.
- Сравнение различных способов измерения скорости ветра.
- Сравнение различных способов измерения направления ветра. Способы дистанционной передачи информации о направлении флюгарки.
- Сравнение различных способов измерения атмосферного давления.
- Сравнение различных способов измерения актинометрических величин.
- Сравнение различных способов измерения высоты нижней границы облачности.
- Сравнение различных способов измерения метеорологической дальности видимости.
- Сравнение различных способов измерения содержания озона в атмосфере.
- Сравнение различных способов измерения параметров атмосферных аэрозолей.
- Измерение радиоактивного фона и радиоактивного заражения местности.
- Измерение количества осадков. Автоматизация процесса измерения осадков.
- Особенности измерения стандартных метеорологических величин в районе расположения метеорологической станции, где работает студент.
- Особенности эксплуатации метеорологического измерительного прибора (по согласованию с преподавателем), с которым работает студент.
- Информативный подход к проблеме измерения метеорологических параметров.
- Передача метеорологической информации по каналам связи. Скорость передачи, проблема искажения сигналов.
- Цифровые метеорологические измерительные приборы. Принципы конструирования цифровых приборов.
- Соотношение тепловой инерции и чувствительности термометрических датчиков.
- Измерение параметров атмосферного электричества. Электричество «хорошей погоды», грозовое электричество. Приборы и методы измерения.
- Радиолокационное зондирование атмосферы. Использование радиолокаторов для измерения метеорологических величин.
- Лазерное зондирование атмосферы. Лидары и их возможности для измерения метеопараметров.
- Измерения атмосферных параметров с помощью искусственных спутников Земли.
ДИПЛОМНЫЕ РАБОТЫ
Перед выполнением дипломной работы студент обязан проконсультироваться с преподавателем, получить его согласие на руководство. Далее согласовывается тема работы, о чем студент должен поставить в известность деканат. При выполнении работы обязательны периодические консультации с преподавателем (например, с использованием Интернета). Для окончательного редактирования текста работы студент обязан заблаговременно прибыть в Университет. Срок прибытия согласовывается с руководителем.
- Измерение метеорологической дальности видимости методом обратного рассеяния светового пучка.
- Проблема инерции и чувствительности термометрических датчиков, поиск оптимального соотношения.
- Проблема конденсационных следов за самолетами и снижения радиационных потоков.
- Проблема взаимосвязи космических лучей и погоды на Земле.
- Экологические проблемы, приборы контроля экологических параметров.
- Грозовое электричество, проблема поиска причин возникновения электризации.
- Встречные темы (например, поиск оптимальных путей организации измерений на вашей метеорологической станции).
| Стр. | |
| Предисловие | |
| Общие указания | |
| Литература | |
| Указания по разделам | |
| Введение | |
| 1.Основные понятия метеорологических измерений. Классификация метеорологических измерительных приборов. | |
| 2. Измерение температуры | |
| 3.Измерение влажности воздуха | |
| 4.Измерение параметров ветра | |
| 6.Измерение атмосферного давления | |
| 7.Актинометрические измерения | |
| 7. Дистанционные метеорологические приборы | |
| 8. Основные принципы устройства цифровых измерительных приборов. Основы теории информации. | |
| 9. Метеорологические измерения экологических параметров | |
| 10. Информационно-измерительные метеорологические системы. Автоматические метеорологические станции. | |
| 11. Использование искусственных спутников Земли для метеорологических измерений | |
| 12. Передача метеорологической информации по каналам связи. Факсимильная аппаратура. | |
| 13. Перспективы развития метеорологической измерительной техники | |
| Контрольная работа | |
| Курсовые работы | |
| Примерный перечень тем курсовых работ | |
| Дипломные работы | |
| Примерный перечень тем дипломных работ |
Учебное издание
Редактор И. Г. Максимова.
ЛР № 203209 от 30.12.96.
Подписано в печать …….. Формат 60 90 1 / 16 Бумага кн.-жур. Печать офсетная.
Печ. л. …….. Уч.-изд. л. ……….. Тираж …….. Зак. ………..
195196, СПб, Малоохтинский пр. 98. РГГМУ.
Отпечатано ………….
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет заочного обучения
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по дисциплине
“МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ”
для высших учебных заведений
Направление подготовки 280400 – Прикладная гидрометеорология
Профиль подготовки – Прикладная метеорология
Квалификация (степень)
Бакалавр
Санкт–Петербург
Одобрено Ученым советом метеорологического факультета
Методические указания по дисциплине "Методы и средства гидрометеорологических измерений". Специальность – метеорология. – СПб.: Изд. РГГМУ, 2013. – 26 с.
Методические указания составлены в соответствии с программой дисциплины "Методы и средства гидрометеорологических измерений". Даются рекомендации по изучению дисциплины. Приводятся вопросы для самопроверки, рекомендуемая литература, контрольные работы.
Составитель: Н.О. Григоров, доц., РГГМУ.
Ответственный редактор А.Д. Кузнецов, проф., РГГМУ
Ó Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ), 2013.
П Р Е Д И С Л О В И Е
В настоящем курсе изучаются основные принципы устройства гидрометеорологических измерительных приборов и информационно-измерительных систем. Перед изучении курса студенты должны ознакомиться с программой, имеющейся на факультете.
Курс можно разделить на две части. В первой части описываются только методы измерений основных метеорологических параметров – температуры, относительной влажности, атмосферного давления, параметров ветра и актинометрических параметров. Во второй части курса студенты изучают метеорологические измерительные приборы, которые используются в настоящее время в России, знакомятся с измерением специальных метеорологических величин (высоты нижней границы облачности, метеорологической дальности видимости и т. д.) и информационно-измерительными метеорологическими системами – автоматическими станциями. В последнем разделе курса студенты получают сведения о перспективах развития метеорологической измерительной техники.
В ходе изучения курса студент обязан ознакомиться с литературой (см ниже) и выполнить контрольную работу, которая сдается в ФЗО перед сессией. Во время сессии на III курсе студенты слушают лекции, в которых излагаются основные теоретические сведения, выполняют лабораторные работы и сдают зачет. После этого сдается итоговый экзамен по всему курсу.
Студенты допускаются до экзамена только после выполнения всех лабораторных и контрольных работ и сдачи зачетов по обеим частям курса.
Студенты также выполняют курсовую работу по курсу «Методы и средства гидрометеорологических измерений». За курсовую работу ставится зачет с оценкой.
Студенты, обучавшиеся в гидрометеорологических техникумах и имевшие хорошие оценки по профилирующим предметам, могут быть освобождены от выполнения лабораторных работ в ходе сессии. Этот вопрос решается руководителем цикла индивидуально для каждого студента. Выполнение контрольной работы и сдача экзаменов обязательна для всех студентов.
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
При изучении курса студентам рекомендуется добиваться полного понимания материала. Помните, что непонимание лишь одного уравнения, элемента схемы или смысла какой-либо физической величины приводит к непониманию работы всего прибора. Если это требуется, повторите соответствующие разделы физики, математики или электроники, которые являются базовыми науками для изучаемого курса.
Когда Вы выполняете контрольную работу, избегайте прямого списывания с учебников и учебных пособий. Описывайте материал своими словами. Пусть стиль Вашего изложения будет менее литературным. Излагайте, однако, свои мысли. Такая работа скорее будет зачтена, чем ксерокопии целых книжных разделов. Объем контрольной работы примерно составляет одну школьную тетрадь 12 – 18 листов. Допускается использование e-mail, если у Вас имеется такая возможность. Адрес, по которому можно присылать работы, сообщается преподавателем на установочной лекции.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Григоров Н.О., Саенко А.Г., Восканян К.Л. Методы и средства гидрометеорологических измерений. Метеорологические приборы. Учебник по курсу. РГГМУ, С-Пб, 2012. – 306 с.
2. Стернзат М.С. Метеорологические приборы и измерения. - Л.; Гидрометеоиздат, 1978, 392с.
3. Григоров Н.О., Симакина Т.Е. Задачник по дисциплине «Методы и средства гидрометеорологических измерений». Изд. РГГМУ, С-Пб, 2006. – 41с.
4. Григоров Н.О. Презентации лекций по курсу «Методы и средства гидрометеорологических измерений». http://gmi.rshu.ru
5. Григоров Н.О. Лекции-вебинары по курсу «Методы и средства гидрометеорологических измерений» (в записи). http://fzo.rshu.ru/ (раздел «Лекции онлайн).
Дополнительная
6. Качурин Л.Г. Методы метеорологических измерений. - Л.; Гидрометеоиздат, 1985, 456с.
7. Городецкий О.А., Гуральник И.И., Ларин В.В. Метеорология, методы и технические средства наблюдений. - Л.; Гидрометеоиздат, 1984, 327с.
8. Ямпольский В.С. Основы автоматики и электронно-вычислительной техники. – М.: Просвещение, 1991. – 223 с.
УКАЗАНИЯ ПО РАЗДЕЛАМ
Введение
Основное внимание следует обратить на изучение атмосферных параметров, подлежащих измерениям. Уясните для себя смысл всех метеорологических величин и обоснование необходимости их измерения. Обратите внимание на цели измерений. В зависимости от поставленных целей (предсказание погоды, обеспечение работы аэропорта и т.д.) изменяются требования к измерительным приборам. Желательно дополнить материалы, приведенные в книгах, сведениями из Вашего опыта работы в метеослужбе.
Л и т е р а т у р а
Предисловие, введение, краткая история метеорологических измерений.
Раздел 1.1.
Вопросы для самопроверки
1. Перечислите основные метеорологические величины, подлежащие измерению на метеорологических станциях и постах.
2. Что такое цели измерения? Почему цель измерения определяет применяемые приборы?
3. Какие метеорологические параметры необходимо измерять для обеспечения посадки летательных аппаратов?
4. Для чего организована метеорологическая измерительная сеть?
5. Приведите примеры метеорологических измерительных приборов, которыми Вы пользуетесь в своей работе.
Часть 1. Методы измерения основных метеорологических параметров.
Основные понятия метеорологических измерений. Классификация
Температуру, относительную влажность и скорость движения воздуха измеряют на высоте один метр от пола или рабочей площадки при работах, выполняемых сидя, и на высоте 1,5 метра при работах выполняемых стоя.
Измерения проводят как на постоянных, так и на непостоянных рабочих местах при их минимальном и максимальном удалении, от источников локального тепловыделения, охлаждения или влаговыделения.
Измерения показателей микроклимата должны производиться в начале, середине и конце холодного и теплого периода года не менее 3 раз в смену (в начале, середине и конце).
В помещениях с большой плотностью рабочих мест, при отсутствии источников локального тепловыделения, охлаждения или влаговыделения, участки измерения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха распределяются равномерно по всему помещению.
3.1. Измерение температуры воздуха
Для измерения температуры воздуха могут использоваться ртутные и спиртовые термометры. Однако при наличии в производственном помещении тепловых излучений показания обычных термометров не отражают истинной температуры воздуха. Учитывая это обстоятельство, ГОСТ 12.1.005-88 рекомендует использовать для измерения температуры аспирационные психрометры, тем более, что исследование метеоусловий предполагает одновременное определение и влажности воздуха. При определении температуры воздуха с использованием психрометра отсчет производят по сухому термометру.
При отсутствии в местах измерения источников лучистого тепла температуру воздуха можно измерять психрометром типа ПБУ-1 (без вентилятора), суточными и недельными термографами, электротермометрами.
Электротермометр ЭТП-М (рисунок 1) позволяет измерять температуру воздуха в диапазоне от -30°С до +120°С, с разбивкой предела измерения на три поддиапазона: I поддиапазон -30 – +20°С, II поддиапазон +20 – +70°С, III поддиапазон +70 – +120°С.
Прибор измерительного блока и подключаемого к нему датчика. В качестве датчика используется полупроводниковый термистор.
Принцип работы электротермометра основан на изменении электрического сопротивления датчика–термистора при изменении его температуры.
В электрической схеме прибора датчик – термистор включен в одно из плеч уравновешенного электрического мостика» При изменении сопротивления термистора, вследствие изменения его температуры, происходит нарушение равновесия мостика и через диагональ его протекает ток, фиксируемый микроамперметром.
Значение температуры определяется при помощи градуировочной зависимости.
Рисунок 1 – Лицевая панель электротермометра ЭТП-М
Порядок работы с прибором ЭТП-М следующий:
а) датчик подключается к прибору, который в процессе измерения должен находиться в горизонтальном положении;
б) переключателем П2 установить требуемый поддиапазон измеряемой температуры;
в) включить напряжение переключателей П3 ;
г) переключатель П1 установить в положение "Контроль";
д) ручкой "рег. напряжения" совместить стрелку миллиамперметра с максимумом шкалы (произвести уравновешивание электрического моста);
е) переключатель рода работы – П1 установить в положение "измерение";
ж) произвести отсчет по показаниям стрелки на шкале миллиамперметра;
з) определить температуру воздуха с использованием градуировочного графика (рисунок 2).
Рисунок 2 – График для определения температуры
3.2. Определение влажности воздуха
Для определения влажности воздуха применяются различного вида гигрометры и психрометры.
Гигрометры – волосяные и пленочные, основаны на способности волоса или биологической пленки вследствие их гигроскопичности увеличиваться в размере во влажной среде и уменьшаться в сухой. Увеличение или сокращение размеров волоса или пленки через систему рычагов передается стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. Недостатком гигрометров является снижение чувствительности волоса и пленки во времени, поэтому показания этих приборов должны проверяться по аспирационному психрометру.
В основе измерения влажности воздуха психрометрами заложен принцип психрометрии.
Принцип психрометрии заключается в определении показаний двух рядом расположенных термометров, резервуар одного из которых покрыт увлажненной тканью. Влага, пропитывающая ткань, испаряясь с различной скоростью в зависимости от влажности и скорости движения воздуха, отнимает тепло от термометра, поэтому показания влажного термометра оказываются ниже показаний сухого. На основании показаний сухого и влажного термометров вычисляют относительную влажность воздуха.
Аспирационный психрометр Ассмана состоит из двух ртутных термометров со шкалой на 50°С. Резервуар одного из термометров обернут тонкой тканью. Оба термометра заключены в металлическую оправу, а резервуары термометров находятся в двойных металлических гильзах, что исключает влияние тепловых излучений на показания термометров. В головке прибора помещен вентилятор с часовым механизмом или электрическим приводом, просасывающий воздух мимо резервуаров термометров с постоянной скоростью (около-4 м/с).
Принудительная аспирация воздуха в процессе измерения позволяет исключить влияние подвижности воздуха в производственном помещении и тем самым повысить точность измерений.
Прибором пользуются следующим образом: при помощи пипетки увлажняют обертку влажного термометра, держа психрометр вертикально головкой вверх во избежание заливания воды в гильзы и головку прибора; заводят ключом механизм прибора до отказа или включают электрический привод в сеть и помещают прибор в исследуемой точке. Через 3-5 минут во время работы вентилятора производят отсчет. Записывают показания сухого и влажного термометра, а затем по специальной таблице 2 определяют относительную влажность.
Величину абсолютной и относительной влажности воздуха можно определить посредством расчета по формулам 1 и 2.
Абсолютную влажность воздуха при использовании аспирационного психрометра вычисляют по формуле:
(1)
А –абсолютная влажность, г/м 3
F 1 – максимально возможная масса водяного пара в граммах в воздухе при температуре влажного термометра, г/м 3 ;
0,5 – постоянный психрометрический коэффициент;
t С – показание сухого термометра, °С;
t В – показание влажного термометра, °С;
В – барометрическое давление, мм. рт. ст.;
755 – среднее барометрическое давление, мм. рт. ст.
Относительную влажность воздуха определяют по формуле:
(2)
F 2 – максимально возможная масса водяного пара при температуре сухого термометра, г/м 3 .
Используемые в формулах 1 и 2 величины F 1 и F 2 определяются из таблицы 1 .
Рисунок 3 Аспирационный психрометр Ассмана
3.3. Измерение скорости движения воздуха
Для измерения скорости движения воздуха используют анемометры разных конструкций. Выбор типа анемометра определяется в зависимости от целей исследования и величины измеряемой скорости движения воздуха.
Крыльчатый анемометр АСО-3 (рисунок 4) позволяет измерять скорость движения воздуха в пределах от 1 до 10 м/с. Крыльчатый анемометр обладает большой инерцией и начинает работать при движении воздуха со скоростью около 0,5 м/с. Давление, создаваемое токами воздуха меньшей скорости, не в состоянии преодолеть сопротивление трения в оси крыльчатки. При тронувшейся крыльчатке в начале замера прибор позволяет измерять скорость от 0,2 м/с.
Крыльчатый анемометр воспринимает движение воздуха колесом с пластинками (крыльями). От вращающегося под давлением воздуха колесика движение системой зубчатых колес передается стрелкам, движущимся по градуированным циферблатам.
Прибор имеет три циферблата. Центральная большая стрелка показывает единицы и десятки, стрелки двух малых циферблатов - сотни и тысячи делений. На маленьких циферблатах учитывают только целые деления.
Измерение скорости движения воздуха производят следующим образом: записав исходное положение стрелок на циферблатах - тысяч, сотен, единиц, отсоединяют с помощью арретира - рычажка, находящегося на боковой стороне прибора, счетчик от крыльчатки. Затем помещают прибор в ток воздуха таким образом, чтобы ось вращения крыльчатки была параллельна направлению потока воздуха. После того, как крыльчатка наберет максимальные обороты обратным поворотом арретира, включают стрелки и в этот момент отмечают время. Через 50-100 с. остановить счетчик и секундомер, записать новое положение стрелок. Разность между конечными отсчетами разделить на время измерения. Затем по градуировочному графику (рисунку 1) определить искомую скорость движения воздуха. Для этого на вертикальной оси отложить число единиц шкалы, приходящихся на одну секунду измерения, а на горизонтальной оси получить значение скорости в м/с.
Измерение чашечным анемометром МС-13
Анемометр чашечный предназначен для измерения средней скорости воздушного потока от I до 20 м/с.
Ветроприемником анемометра служит четырехчашечная вертушка (рисунок 6). В остальном устройство и принцип работы аналогичны рассмотренному крыльчатому анемометру. Экспонирование анемометра в воздушном потоке производят в течение одной или двух минут. Скорость ветра определяется по градуировочному графику, приложенному к анемометру (рисунок 7).
Таблица 1 – Определение максимальной влажности в зависимости от температуры воздуха
|
Температура воздуха,°С |
Температура воздуха,°С |
Максимальное количество водяных паров,г/м 3 |
Температура воздуха,°С |
Максимальное количество водяных паров,г/м 3 |
|
Таблица 2 – Определение относительной влажности
|
Показания термометра, |
Разность показаний сухого и влажного термометров, |
|||||||
В Саратовском национальном исследовательском государственном университете имени Н.Г. Чернышевского на кафедре метеорологии и климатологии, помимо очного, реализуется программа заочного обучения по направлению Прикладная гидрометеорология.
Выставка «Петербург – метеорологическая столица России»
1 июля 2019 г. в Планетарии Санкт-Петербурга состоялось открытие выставки «Петербург – метеорологическая столица России». Выставка посвящена 185 – летию Гидрометслужбы России, 170 – летию Главной физической обсерватории (Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова), 85 – летию Авиационной метеорологической станции «Шоссейная» (Пулково), ныне АМЦ «Пулково», подразделению Северо-Западного филиала ФГБУ «Авиаметтелеком Рогидромета» На выставке представлены уникальные метеорологические приборы из музея ГГО,
Небесная метеорология. К 185-летию Росгидромета (“АиФ на Мурмане” 11/07/2019)
Мало кто знает, что прогнозы погоды важны не только на земле, но и в небе. Без них полёты самолётов станут рискованной авантюрой. Для этого в каждом аэропорту есть своя метеорологическая служба. В этом году у российской метеослужбы юбилей – 185 лет. В 2019 году Гидрометеорологической службе России, одной из старейших в мире, исполнилось 185 лет. История службы чрезвычайно богата и
Посещение Северо-Западного филиала генеральным директором ФГБУ «Авиаметтелеком Росгидромета»
20-21 июня Северо-Западный филиал ФГБУ «Авиаметтелеком Росгидромета» посетили генеральный директор Никитов Артемий Владимирович, заместитель генерального директора Поляков Александр Викторович. В рамках визита Артемий Владимирович, Александр Викторович посетили АМЦ «Пулково» – рабочие места синоптиков отдела «Метеорологические прогнозы», техников-метеорологов отдела «Метеонаблюдений и информации», инженеров по эксплуатации и ремонту гидрометеорологических приборов, систем и оборудования. Ознакомились с технологиями работы авиаметперсонала, практическими мероприятиями, проводимыми в
Архив новостей
| Пн | Вт | Ср | Чт | Пт | Сб | Вс |
|---|---|---|---|---|---|---|
| « Июл | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |||
| 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
| 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | |
Загрузка...
