Рабочая учебная программа дисциплины «Методы и средства гидрометеорологических измерений. Принципы сетевых метеорологических измерений Методы измерений метеорологических величин

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

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

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

Измерения гидрометеорологических характеристик в ТЦ проводят контактными и дистанционными методами. Контактные измерения выполняют на береговых и островных гидрометеостанциях, на судах и платформах, на буйковых станциях. Дистанционные измерения выполняют на самолетах и метеорологических или специальных океанологических спутниках. Судовые измерения в ТЦ носят случайный характер и, как правило, выполняются на периферии ТЦ.[ ...]

Для измерения величины испарения используют расчетные методы, в основе которых лежит связь гидрометеорологических характеристик с суммарной величиной испарения, и приборы разной конструкции.[ ...]

По второму способу измерения течений проводятся с использованием длительной регистрации в нескольких репрезентативных точках створа и детальных эпизодических съемок течений по створу с семью-десятью вертикалями. По данным измерений, если их количество достаточно, строится зависимость измеренных по створу расходов воды от скорости в репрезентативных точках створа. Могут быть построены две или более зависимости, каждая из которых присуща определенной гидрометеорологической ситуации.[ ...]

Особую ценность получат ваши измерения, если параллельно будут выполнены гидрометеорологические измерения (см. ранее), а также гидробиологические (см. далее).[ ...]

Предусмотрено проведение также измерений, характеризующих состояние среды (мутность атмосферы, pH водной среды), наблюдение ряда гидрометеорологических величин, достаточных для интерпретации вопросов переноса, рассеивания и миграции загрязняющих веществ, солнечной радиации (включая ультрафиолетовое излучение).[ ...]

Значение [ ...]

На СПБУ "Астра" установлен комплекс гидрометеорологической аппаратуры для регистрации таких параметров, как скорость и направление ветра; температура воды и воздуха; соленость; относительная влажность; коротковолновая солнечная радиация; параметры волнения, течений, уровня моря; атмосферные осадки. Измерения производят в стандартные синоптические сроки в соответствии с нормативными требованиями.[ ...]

Каждый отбор пробы воды из потока должен быть дополнен измерением расхода по соответствующему профилю в момент отбора пробы. Поэтому целесообразно выбирать места для отбора проб, расположенные вблизи гидрометеорологического поста или водомерной рейки.[ ...]

Наблюдения за физическими характеристиками среды включают определения теплового баланса, измерения солнечной радиации, включая ультрафиолетовую радиацию, и гидрометеорологические наблюдения в объеме, необходимом для изучения баланса загрязняющих веществ и решения вопросов их переноса и миграции.[ ...]

Гигрометр является прибором, служащим для определения абсолютной или относительной влажности воздуха - наиболее существенной характеристики климата. На гидрометеорологических станциях часто применяют гигрометры, чувствительным элементом которого служит человеческий волос или органическая (животная) пленка. Они обладают свойством изменять длину в зависимости от содержания водяного пара в воздухе. Для автоматической непрерывной записи влажности воздуха используют самопишущие приборы - гигрографы. Для измерений атмосферных жидких и твердых осадков используют прибор осадкомер (дождемер). Он состоит из сосуда, в который собираются осадки, и приспособлений, предотвращающих выдувание из него осадков. Осадкомер устанавливают так, чтобы приемная поверхность сосуда (ведра) находилась на высоте 2 м над почвой. К прибору прилагается мерный стакан с делениями, по которым измеряют количество выпавших осадков (в мм), количество безапелляционных осадков определяют после того, как они растают.[ ...]

На территории СССР действует густая сеть метеорологических станций, которые ведут научные наблюдения за состоянием атмосферы и гидросферы. Метеорологическая станция - это постоянное или временное место с известными координатами, где производятся научные наблюдения и измерения. Они подразделяются на метеорологические, агрометеорологические, аэрологические, гидрометеорологические станции, а также на разряды - первый, второй и третий. Все станции имеют однотипную аппа-ратуру и ведут наблюдения в установленные сроки и по единой программе. С 1 января 1966 г. установлены основные климатологические сроки наблюдений на всех метеорологических станциях СССР по декретному московскому времени.[ ...]

Для исследования крупномасштабных пульсаций гидрофизических характеристик в океане обычно пользуются стандартной аппаратурой длительного действия, в частности потенциометрами ЭПП-09 с соответствующими датчиками температур и скоростей потоков, построенных для производства гидрометеорологических измерений на расстоянии.[ ...]

В нашей стране биосферные заповедники организованы в Белоруссии (Березинский заповедник), на Кавказе (Кавказский заповедник), в Туркмении (станция Репетек), в Киргизии (район озера Сары-Челек), на Дальнем Востоке (Сихотэ-Алинский заповедник) и в центральной части Европейской территории СССР (Центральночерноземный и Приокско-террасный заповедники). Комплексная программа наблюдений в биосферных заповедниках включает измерения загрязнений на фоновом уровне, изучение реакции биоты на эти загрязнения, а также необходимые сопутствующие гидрометеорологические наблюдения и является таким образом составной частью экологического мониторинга. Данная программа детально описана в п. 5.3.[ ...]

Поэтому одной из важнейших проблем при создании систем экологического мониторинга становится разработка мощной, эффективной, многоцелевой и многоаспектной информационной автоматизированной системы, источниками информации для которой становятся: картографирование, в том числе данные о географическом положении региона, функциональном использовании территорий; информация о структуре энергопроизводства и энергопотребления региона, источниках антропогенного загрязнения среды; данные, поступающие со стационарных постов экологического контроля, гидрометеорологических измерений; результаты пробоотборного анализа среды, аэрокосмического зондирования, медико-биологических и социальных исследований и др. Назначением такой системы является не только накопление и визуализация данных мониторинга, но и создание единого информационного пространства и предоставление широких возможностей системного анализа информации для эффективного управления качеством окружающей среды и обеспечения безопасности жизнедеятельности населения.

Видимость наряду с высотой облаков является тем важнейшим элементом, по которому устанавливается минимум метеоусловий, позволяющих производить взлет и посадку, ориентировку экипажа в полете и выполнение специальных работ авиаций. Если видимость во время полета хорошая, летчик легко ориентируется в воздухе, видит все препятствия, поэтому нет опасности столкновения с ними. Полет при плохой видимости значительно усложняется, так как летчик вынужден пилотировать самолет только по приборам..

Видимость в атмосфере представляет собой сложное психофизическое явление, обусловленное, главным образом, ослаблением светового потока частицами воздуха, а также жидкими и твердыми частицами, находящимися в атмосфере во взвешенном состоянии.

Ослабление светового потока в атмосфере характеризуется коэффициентом ослабления.

Видимость в атмосфере определяется не только коэффициентом ослабления, но также индивидуальной способностью восприятия и интерпретации, характеристиками источника света.

Международной комиссией по освещению (МКО) и Международной электротехнической комиссией (МЭК) установлены и рекомендованы четыре следующих фотометрических параметра:

• а) световой поток (p) - величина, получаемая на основе потока излучения путем оценки этого излучения в соответствии с его воздействием на стандартного фотометрического наблюдателя, который определен Международной светотехнической комиссией (МСК);
• б) сила света (интенсивность света) (i)- световой поток, приходящийся на единицу телесного угла;
• в) яркость (фотометрическая яркость) (x) - сила света, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности в заданном направлении
• г) освещенность (E) - световой поток, приходящийся на единицу площади;

Понятие «видимость» широко применяется в метеорологии в двух совершенно определенных значениях. Во-первых, это одна из метеовеличин, характеризующая воздушные массы (арктическую, полярную, тропическую) и используемая в синоптической метеорологии и климатологии. В этом случае видимость является показателем оптического состояния атмосферы. Во вторых, это оперативный параметр, соответствующий определенным критериям или специальным применениям. В этом случае видимость выражается в виде расстояния, на котором видны конкретные маркеры или огни.

Мера видимости, используемая в метеорологии, в том числе и при метеорологическом обеспечении авиации, должна быть свободна от влияния не метеорологических условий и связана с субъективными представлениями о видимости и расстоянием, на котором обычные объекты могут наблюдаться и распознаваться.

Существуют следующие характеристики, определяющие дальность видимости:

метеорологическая дальность видимости (МДВ), метеорологическая оптическая дальность (МОД), дальность видимости на взлетной посадочной полосе ВПП.

Термин «дальность видимости на ВПП» во вех документах определяется одинаково: «Дальность видимости на ВПП». Расстояние в пределах которого пилот воздушного судна, находящегося на осевой линии ВПП, может видеть маркировочные знаки на поверхности ВПП или огни, которые ограничивает ВПП или обозначают ее осевую линию»

Дальность видимости объектов может изменяться в широких пределах: от нескольких метров в сильном тумане или в метели до нескольких десятков километров в прозрачном воздухе, пришедшем из Арктики..

Метеорологическая дальность видимости (МДВ) - наибольшее расстояние, с которого можно обнаружить днем на фоне неба или дымки черный объект размером более 15 угловых минут, ночью - опознать световые ориентиры, МДВ измеряется в м и км.

Видимость различных объектов зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются:

• - размеры, форма и цвет наблюдаемого объекта;
• - цвет и яркость фона, на котором проецируется объект. Если цвет и яркость фона и объекта совпадают, объект не будет виден. Чем более контрастно различаются их цвета, тем лучше виден объект;
• - освещенность предмета и фона. При хорошей освещенности предмет будет виден лучше, чем при плохой;
• - выпуклость поверхности Земли и наличие естественных и искусственных препятствий ограничивают видимость предметов, их влияние существенно зависит от высот предмета и полета над поверхностью Земли;
• - свойства глаз наблюдателя, их чувствительность к восприятию контраста цветов, острота зрения и др.;
• - прозрачность атмосферы - степень ее замутненности, наличие в ней пыли, дыма и мельчайших взвешенных капелек воды (осадков).

Видимость определяется как на земле, так и с самолетов.

Обеспечение полетов современной скоростной авиации особенно на малых высотах и при снижении на посадку, требует определения горизонтальной, наклонной и вертикальной дальностей видимости.

Горизонтальная дальность видимости (ГДВ) - это видимость в горизонтальном направлении. Она может определяться как у поверхности земли, так и на высоте полета.

Наклонная дальность видимости - это видимость земных предметов с высоты полета в наклонной плоскости под некоторым углом к горизонту.

Вертикальная дальность видимости - это видимость в вертикальном направлении. Она зависит в основном от тех же факторов, что и ГДВ, но, кроме того, и от наличия облачности и слоев с ухудшенной видимостью под инверсиями.

Различные явления погоды (туман, осадки, пыльные бури, метели и др.) ухудшают горизонтальную, наклонную и вертикальную дальности видимости не в одинаковой степени. Так, сквозь тонкие облака и тонкий слои тумана сверху (в вертикальном направлении) могут хорошо просматриваться земные ориентиры. В то же время наклонная, а тем более горизонтальная дальность видимости в этом случае будет невелика. В прозрачном воздухе ГДВ будет меньше наклонной, так как на последнюю меньше влияют выпуклость земной поверхности и высота искусственных и естественных препятствий.

При наблюдении за мелкими объектами с малой высоты полета вертикальная видимость будет больше наклонной из-за малых угловых размеров объектов. Так, при высоте полета 8 - 10 км угловые размеры таких объектов, как железные и шоссейные дороги, здания, мосты, реки и небольшие населенные пункты, настолько малы, что их можно различить при ясной погоде, только пролетая над ними. Если же эти объекты оказываются в стороне от траектории полета, то они не видны. Такая ограниченная видимость объектов (ориентиров) затрудняет ориентировку при полете на малой высоте даже в ясную погоду.

Для решения ряда практических задач по метеорологическому обеспечению полетов ГДВ на аэродроме определяется инструментально или визуально по выбранным ориентирам (огням).

Известно, что результаты визуальных методов определения МДВ зависят от субъективных данных каждого наблюдателя и являются в связи с этим неточными, особенно ночью, когда нет достаточного количества ориентиров.

Более точными и не зависящими от субъективных данных наблюдателя являются инструментальные измерения видимости .

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

Таблица 2 – Определение относительной влажности