Файл: Савкин Л.С. Метеорология и стрельба артиллерии.pdf

Гл а в а 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТЕОЭЛЕМЕНТОВ

ИИХ ОБРАБОТКА

1.НАЗЕМНЫЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ

НАБЛЮДЕНИЯ

Наземные метеорологические наблюдения в артилле­ рии включают определение температуры воздуха, направ­ ления и скорости ветра, давления атмосферы и бариче­ ской тенденции.

Результаты измерения наземной температуры воз­ духа используются при составлении метеобюллетеня, а также для проверки годности аппаратуры зондирования атмосферы. Результаты измерения давления атмосферы, направления и скорости ветра используются для состав­ ления метеобюллетеня. Характеристика изменения дав­ ления— б а р и ч е с к а я т е н д е н ц и я — дает представ­ ление об изменении погоды в ближайшие часы.

Для измерения температуры, ветра и давления имеют­ ся специальные приборы наземных метеорологических наблюдений.

Приборами для измерения температуры воздуха в ме­

вследствие теплообмена через некоторое время воспри­ нимает его температуру. Ртуть в наибольшей степени отвечает требуемым качествам, ибо ее объем изменяется практически пропорционально изменению температуры окружающего воздуха. Следовательно, ошибки измере-

92

нмй будут незначительными. Именно этим свойством объ­

ничивающий ее использование во всех случаях измерения температуры: она замерзает при температуре ниже

—36° С.

Для измерения температуры воздуха от —36° и ниже используются с п и р т о в ы е т е р м о м е т р ы . Их резер­ вуары заполняются спиртом (с примесью краски для удобства снятия отсчетов), температура замерзания ко­ торого равна —117°С. Спирт расширяется не пропор­ ционально изменению температуры, поэтому градуиров­ ка шкал для таких термометров представляет опреде­ ленные трудности. Кроме того, при высоких температу­ рах спирт начинает испаряться, уровень жидкости пони­ жается, что сказывается на точности измерений.

Основной частью жидкостного термометра является капиллярная трубка с резервуаром, наполненным жид­ костью. При нагревании объем жидкости увеличивается п ее уровень в капиллярной трубке повышается; при охлаждении объем жидкости уменьшается и ее уровень в трубке понижается.

Главное требование при измерении температуры воз­ духа с помощью термометра: измерить именно темпера­ туру воздуха. Жидкость непосредственно соприкасается со стенками трубки и воспринимает тепло от нее. Кроме

сделан. Чтобы избежать этого, необходимо выдерживать термометр некоторое время на воздухе при одновремен­ ной тщательной защите от различных тепловых воздей­ ствий, и прежде всего от солнечных лучей. Необходимо отметить, что на показания термометра влияет также и тепло, исходящее от близко расположенных предметов, в частности от самого наблюдателя.

Измеряя температуру воздуха, надо быть уверенным, что измерена температура достаточно большого объема воздуха. С этой целью термометр устанавливается так, чтобы было обеспечено продувание (искусственное или естественное) воздуха вокруг резервуара термометра, исключающее измерение температуры застоявшегося

93

возле резервуара термометра воздуха. Для обеспечения циркуляции воздуха термометр помещают на откры­ том, хорошо продуваемом ветром воздухе (естественная вентиляция) либо создают циркуляцию воздуха с по­ мощью вентиляторов.

Наконец, результат измерения должен быть пред­ ставительным, т. е. характеризовать температуру доста­ точно большого района местности. Это достигается раз­ мещением термометра на высоте около двух метров над землей. На такой высоте обеспечивается достаточно хо­ рошее перемешивание воздуха ветром, вследствие чего тепловое влияние местных предметов сглаживается, и температура воздуха по горизонтали изменяется незна­ чительно.

Основными приборами измерения наземной темпера­ туры воздуха в метеорологических подразделениях слу­ жат:

—вентиляционный психрометр;

—низкоградуспый спиртовой термометр;

—термометр-праща.

В е н т и л я ц и о н н ы й п с и х р о м е т р (рис. 29,а) состоит из двух одинаковых ртутных термометров, ме­ таллической оправы и вентилятора, расположенного в верхней части прибора. Наличие двух термометров не­ обходимо для определения влажности воздуха.

Металлическая оправа вентиляционного психрометра служит защитой резервуаров термометров от нагревания прямыми солнечными лучами. Другое назначение ме­ таллической оправы — служить воздушной магистралью, через которую с помощью вентилятора прогоняется воз­ дух, осуществляя искусственную вентиляцию.

Во избежание ошибок при измерении нельзя снимать показания термометров непосредственно после установки психрометра, поскольку требуется определенное время для того, чтобы прибор принял температуру окружаю­ щего воздуха.

Как правило, в зимнее время температурные показа­ ния снимают через 30, а в летнее — через 10 мин после установки прибора. Резервуары термометров должны находиться на высоте 1,5—2 м над поверхностью земли.

После установки психрометра заводится вентилятор. Через четыре минуты после заводки вентилятора сни­ мают отсчет, причем в этот момент вентилятор должен

94

вводят поправку из поверочного свидетельства, и исправ­ ленные значения принимают за наземную температуру воздуха, записывая в специальном бланке.

Шкалы вентиляционных психрометров могут иметь пределы от —31 - ---- 35° С до +41 -г- +50° С. Цена наи­ меньшего деления шкалы равна 0,2° С. Полная проверка психрометра производится один раз в три года в бюро проверок Гидрометеослужбы. Работа вентилятора про­ веряется не реже двух раз в месяц.

В зимних условиях при температуре воздуха ниже —36°С, когда невозможно применять ртутные термомет­ ры, используется с п и р т о в о й т е р м о м е т р . Шкалы спиртовых термометров обычно наносятся в пределах от —80 до +25° С. Цена наименьшего деления шкалы

0,5° С.

Для измерения температуры спиртовым термометром его следует установить в специальном креплении, причем наблюдатель должен располагаться с подветренной сто­ роны, прибор в руки не брать и при снятии отсчета ста­ раться не дышать. Глаз наблюдателя должен находиться на уровне столбика спирта. Как и при работе с вентиля­ ционным психрометром, сначала считывают десятые до­ ли, а затем целые градусы. В отсчет вводят поправку из поверочного свидетельства и получают наземную тем­ пературу воздуха.

Т е р м о м е т р - п р а щ а — это обыкновенный ртутный или спиртовой термометр, у которого конец, противопо­ ложный резервуару, заделан в металлическую оправу, оканчивающуюся ушком для крепления шнура (бечев­ ки) . Длина шнура около 75 см.

Термометр-праща не имеет устройства, защищающего трубку и жидкость от воздействия прямых лучей солн­ ца, и вентилятора. Вследствие этого показания пращевого термометра уступают по точности измерениям, по­ лученным с помощью вентиляционного психрометра. В целях уменьшения влияния нагрева от солнечных лу­ чей и для измерения температуры в достаточно большом объеме воздуха термометр вращают. В результате такой искусственной вентиляции термометр быстрее приобре­ тает температуру окружающего воздуха. Именно за та­ кой способ вентиляции он и получил название пращевого термометра.

96

Для измерения температуры наблюдатель должен встать лицом против ветра, взять термометр в одну ру­ ку, продеть средний палец другой руки в петлю на кон­ це шнура и поднять руки над головой, натягивая шнур. Затем, оттолкнув термометр, вращением руки заставить термометр описывать горизонтальные круги над головой. Вращать термометр следует достаточно быстро: со ско­ ростью около 100 оборотов в минуту в течение 1—2 мин. Затем наблюдатель выставляет вверх указательный па­ лец руки, вращающей термометр, в результате чего шнур наматывается на палец. После того как вращение замед­ лилось, необходимо поймать термометр за колпачок и произвести отсчет значения температуры (с точностью до 0,1°С). Затем процедура измерения температуры воз­ духа повторяется, но термометр вращают меньшее вре­ м я— примерно одну минуту. Если измерения отличаются друг от друга не более чем на 0,5° С, то во второй отсчет вводят поправку из поверочного свидетельства и получают значение наземной температуры. Если же разница в от­ счетах получается больше 0,5° С, то измерения повторяют.

При снятии отсчета термометр следует брать за ко­ нец, противоположный резервуару. Правила снятия от­ счета аналогичны описанным выше. Спиртовые и пращевые термометры проверяются один раз в шесть лет.

Рассмотрим основные приборы, используемые при из­ мерении скорости и направления наземного ветра.

В метеорологических подразделениях для измерения наземного ветра используют в е т р о ме р , а н е м о м е т р и а н е м о р у м б о м е т р .

Процесс измерения ветра в е т р о м е р о м (рис. 29,6) основан на зависимости давления потока воздуха на приемник ветра от скорости и направления потока. На флюгарку ветромера (рис. 30), поставленную под уг­ лом а к направлению ветра (положение 0.41), действует сила давления Р. Под действием этой силы флюгарка поворачивается на оси О и устанавливается в плоскости ветра противовесом навстречу ветру (положение ОАг). Условие равновесия флюгарки определяется равенством сил давления ветра на обе стороны флюгарки (Pi = P2). Противовес флюгарки при условии ее равновесного поло­ жения указывает направление, откуда дует ветер.

Флюгарка, разворачиваясь в плоскости ветра, уста­ навливает приемник скорости ветра ветромера (рис. 31)

Рис. 30. Схема действия флюгарки (вид сверху)

Рис. 31. Схема действия указателя скорости ветромера

9 8

навстречу ветру. Под действием силы ветра Р приемник скорости ветра (пластина) поворачивается на оси О и отклоняется от своего начального (нулевого) положения ОАи соответствующего случаю отсутствия ветра, на угол а. Величина этого угла тем больше, чем больше сила Р, т. е. чем больше скорость ветра. Равновесие пластины (положение ОЛ2) наступит тогда, когда нормальные составляющие сил веса пластины 7\ и давления ветра Pi, приложенные к центру тяжести М пластины и направ­ ленные в противоположные стороны, уравновесятся. Различным равновесным положениям пластины, характе­ ризуемым соответствующими значениями угла а, отве­ чают определенные скорости ветра. Эти скорости указа­ ны на шкале ветромера. Направление наземного ветра ветромером измеряется в делениях угломера, а его ско­ рость— в метрах в секунду (диапазон измерений — от О до 15 м/сек). Ветромер устанавливается для работы на штанге высотой 2 или 3,5 м.

Для определения направления ветра ветромер должен быть сориентирован относительно сторон света. Это ори­ ентирование производится при установке штанги с ис­ пользованием буссоли. После установки ветромера необ­ ходимо провести контроль его ориентирования. С этой целью осуществляется грубое определение направления ветра (с помощью компаса, по Солнцу, Полярной звезде и т. п.) и полученное значение сравнивается с отсчетом по прибору. Оба направления должны быть сравнимы между собой. Такой способ контроля позволяет выявить наличие грубой ошибки (на 180°) при ориентировании ветромера.

Вследствие того что ветер — наименее устойчивый ме­ теорологический элемент, очень важно определить такое его значение, которое характеризовало бы действитель­ ное состояние воздуха. Данную задачу решают путем определения средних значений скорости и направления ветра за некоторый промежуток времени: снимают 10 от­ счетов направления и 10 отсчетов скорости ветра в тече­ ние 5 мин, затем отсчеты направления и скорости ветра складывают отдельно и делят на 10. При этом отсчеты направления и скорости ветра необходимо снимать попе­ ременно (отсчет направления — отсчет скорости — отсчет направления и т. д.) с интервалом между ними пример­ но в 15 сек. Направление ветра определяют по положе-