 |
Отчет по работе должен содержать
|
|
|
|
Краткое описание метеорологической площадки.
Тема 2
Атмосферное давление
Основной единицей давления, согласно Международной системе единиц (СИ), служит паскаль (Па). Наиболее часто в метеорологии используется гектопаскаль (гПа); 1 гПа = 102Па. Другие единицы давления – миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) и миллибар (мб): 1 мб = 1 гПа; 1 мм рт. ст. = 1,33 мб = 1,33 гПа. Среднее давление на уровне моря составляет 760 мм рт. ст., или 1013,2 мб, или 1013,2 гПа. Для измерения атмосферного давления используют ртутные барометры и анероиды. Ртутные барометры являются наиболее точными приборами.
Чашечный барометр
Чашечный барометр имеет следующее устройство (рис. 2). Стеклянная трубка (1), запаянная сверху и наполненная дистиллированной ртутью, погружена нижним открытым концом в пластмассовую или металлическую чашку (2) с ртутью. Чашка сообщается снаружным воздухом через отверстие, закрываемое винтом (3). Воздух в верхней части стеклянной трубки отсутствует, поэтому под действием внешнего давления воздуха на поверхность ртути в чашке столбик ртути в трубке поднимается до определенной высоты. Вес столба ртути будет равен атмосферному давлению. Стеклянная трубка с ртутью помещается в металлическую оправу, привинченную к чашке. В верхней части этой оправы сделан сквозной продольный прорез для наблюдений за положением столбика ртути. На одной стороне прореза нанесена шкала. Для отсчета десятых долей внутри оправы находится кольцо с нониусом, перемещаемым вдоль шкалы с помощью винта (4). В средней части оправы вмонтирован термометр, по которому измеряют температуру прибора перед отсчетом высоты ртутного столба. На метеорологической станции ртутный барометр помещается в специальном шкафчике, укрепленном на стене.
|
|
|
Уровень ртути в чашке вследствие колебаний атмосферного давления может оказаться выше или ниже нуля шкалы. Для исключения ошибок в определении высоты ртутного столба из-за такого несовпадения применяется особая, так называемая компенсированная шкала с делениями меньше 1мм.
Чтобы найти высоту ртутного столба, соответствующую величине атмосферного давления, к отсчету по ртутному барометру вводится ряд поправок: инструментальная, температурная, поправки на ускорение силы тяжести в зависимости от широты места и его высоты над уровнем моря.
Поправки ртутного барометра. Атмосферное давление Р равно весу столба ртути в барометрической трубке. Но для простоты и удобства атмосферное давление характеризуют не весом, а высотой ртутного столба Н. Вес столба ртути можно представить как произведение:
Р=H∙ρ∙g ,
где ρ – плотность ртути, g – ускорение силы тяжести.
Величины ρ и g не обладают постоянством, поэтому непосредственные отсчеты, сделанные при разных температурах и ускорениях силы тяжести, несравнимы между собой. Их необходимо привести к стандартным условиям. При повышении температуры ртуть расширяется, плотность ее уменьшается, и высота ртутного столба оказывается завышеннойпо сравнению с наблюдениями при температуре 0°С, которая и принимается за «нормальную». Таким образом, температурная поправка при температурах > 0°С будет иметь знак «─», температурах < 0°С – «+». Для сравнимости наблюдений, проведенных на различных широтах и высотах над уровнем моря, их приводят к стандартной силе тяжести. За стандартное принято ускорение силы тяжести на широте 45° и на уровне моря. В низких широтах (от 0 до 45°) показания ртутного барометра оказываютсязавышенными, в высоких (от 45 до 90°) – заниженными по сравнению с широтой 45°. С поднятием вверх показания также будут несколько завышены. Таким образом, поправка на ускорение силы тяжести в зависимости от широты места будет положительной в высоких широтах и отрицательной – в низких. Поправка на ускорение силы тяжести в зависимости от высоты над уровнем моря будет иметь знак «─» на всех высотах, имеющих абсолютную отметку выше уровня моря.
|
|
|
Кроме перечисленных поправок к отсчету по ртутному барометру вводится также инструментальная поправка, которой корректируются неточности в показаниях барометра, связанные с несовершенством его изготовления, например, неточной пригонкой шкалы и т.д. Инструментальную поправку находят путем сравнения данного прибора с эталоном и помещают в паспорте, прилагаемом к прибору.
Исправленная величина давления (отсчет + поправки) выражает собой вес атмосферного столба на уровне станции. Для того чтобы иметь возможность сопоставить данные по атмосферному давлению метеорологических станций, находящихся на разной абсолютной высоте, давление обычно «приводят» к уровню моря (рис. 3). «Привести давление к уровню моря» – это значит, к исправленной величине атмосферного давления на уровне станции прибавить вес воздушного столба от уровня станции до уровня моря, выраженный в единицах давления:
Р ур.м=Р ур.ст +DР
Истинное значение давления, измеренного ртутным барометром, представляет собой алгебраическую сумму отсчета по барометру и всех поправок. Для определения давления на уровне станции в отсчет по барометру вводится постоянная поправка и поправка на приведение показаний барометра к температуре 0°С (определяется по таблице на станции). Постоянная поправка (сообщается на станцию из Управления) представляет собой сумму инструментальной поправки и поправки на приведение показаний барометра к нормальной силе тяжести. Для вычисления давления на уровне моря к атмосферному давлению на уровне станции прибавляется поправка DР, которая находится из таблиц, рассчитанных для каждой станции.
Анероид
Принцип действия основан на упругой деформации приемника под влиянием изменений атмосферного давления. В качестве приемника употребляется металлическая анероидная коробка с гофрированными дном и крышкой. Воздух из коробки выкачивается почти полностью. Для того чтобы коробка не сплющивалась давлением окружающего воздуха, сильная пружина оттягивает крышку коробки, приводя ее в равновесие. При увеличении внешнего давления крышка будет немного вдавливаться внутрь коробки, при уменьшении – приподниматься вверх. Величина деформации коробки при изменении давления очень мала, но при помощи системы рычагов эти незначительные колебания крышки коробки увеличиваются и передаются на стрелку, перемещающуюся вдоль шкалы с делениями. Весь механизм анероида помещается в корпус со стеклянной крышкой. В настоящее время выпускаются беспружинные анероиды. Роль пружины в них выполняют упругие крышки коробки. Приемник давления в этих анероидах состоит из 5–6 коробок.
|
|
|
Поправки к анероиду. К отсчетам по анероиду вводятся три поправки: шкаловая, температурная и добавочная.
Шкаловая поправка. Анероидная шкала делается стандартной для всех анероидов данного типа, однако в каждом анероиде могут быть свои инструментальные неточности. Поэтому показания анероида могут отличаться от истинного давления, причем величина несовпадения будет неодинаковой в разных участках шкалы. В целях выявления этих ошибок анероиды сравниваются при различном давлении, создаваемом в искусственных условиях, с точным ртутным манометром, и таким образом получают их шкаловые поправки.
Введение температурной поправки обусловлено изменением упругих свойств коробки и пружины при изменении температуры воздуха. Так, например, при повышении температуры их упругость уменьшается, вследствие чего коробка сдавливается больше, и анероид показывает увеличение давления, хотя в действительности оно не менялось.
Добавочная поправка обусловлена постепенным изменением внутренней структуры металла пружины и коробки, следствием чего является изменение их упругости. Поправка меняется со временем, поэтому анероиды периодически проверяют на заводах гидрометприборов, где находят новую добавочную поправку путем сравнения показаний анероида с ртутным барометром. Анероид применяется в полевых условиях.
Контрольные вопросы
1. Почему барометры наполняются ртутью, а не другой жидкостью?
2. Что такое компенсированная шкала, в каких видах барометров она применяется?
3. Какой знак будет иметь поправка на силу тяжести на 22°с.ш., 58°ю.ш.?
4. Для чего показания барометра приводятся к 0°С температуры и 45° широты?
5. Что значит «привести давление к уровню моря»?
Практическое задание
|
|
|
