Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Измерение атмосферного давления




 

Атмосферное давление равно весу расположенного выше столба воздуха с основанием, равным единице. Вели­чина атмосферного давления не зависит от ориентации по­верхности, на которую оно действует.

В метеорологии атмосферное давление выражают в гПа (система СИ). Выходящая из употребления внесистемная единица давления мм. рт. ст. (миллиметры ртутного столба) сложилась исторически в связи с применением ртутного барометра.

Для прогностических целей наряду с абсолютной величиной атмосферного давления на метеорологических станциях определяют величину и форму барической тенденции. Барическая тенденция– это изменение атмо­сферного давления за время между сроками наблюдений (3 часа при 8 срочных наблюдениях). Барическая тенденция имеет знак «+» при росте давления и знак «-» при пониже­нии.

Ртутный чашечный барометр. Основным прибором для измерения атмосферного давления на сети метеоро­логических станций является ртутный чашечный барометр. Жидкостный баро­метр изобретен Торричелли (1643 г.), а название «барометр» приписывают Бойлю (1665 г.), до него прибор называли «Торричеллиевой трубкой».

Принцип действия ртутного баромет­ра основан на уравновешивании атмо­сферного давления весом ртутного столба (рис.). Если стеклянную трубку, запаянную с одного конца и наполненную ртутью, погрузить открытым концом в ртуть, нали­тую в чашку, то часть ртути из трубки выльется в чашку. Оставшийся в трубке столб высотой H (от уровня ртути в чашке до вершины ме­ниска ртути в трубке) своим весом уравновесит атмосфер­ное давление Ра, оказываемое на поверхность ртути в чаш­ке, т.е.:

,

где ρ – плотность ртути;

g – ускорение силы тяжести.

При изменении атмосферного давления равновесие будет нару­шаться, соответственно будет меняться и высота ртутного столба.

Рис. Прин­цип действия ртутного чашеч­ного барометра.

Барометр-анероид.Барометр-анероид относится к деформационному виду приборов для измерения атмосферного давления. Чувствительным элементом в таких барометрах является анероидная коробка (барокоробка), преобразующая изменения атмосферного давления в линейные перемещения (деформации).

Анероидная коробка (рис.) состоит из двух спаянных или сваренных по периметру круглых мембран (диаметром 30-80 мм), имеющих жесткие центры с крепежными ножками.

Упругая деформация коробки может обеспечиваться за счет упругости материала самой коробки или с помощью дополнительной пружины, находящейся внутри коробки и распирающей ее, или наружной пружины, растягивающей коробку. Внутри коробки создается вакуум.

Деформации коробки при изменении атмосферного дав­ления через передаточный механизм вызывают перемеще­ние стрелки относительно делений шкалы. Небольшие дефор­мации коробки увеличиваются в 1000 раз.

В отсчеты по шкале барометра-анероида вводят темпе­ратурную поправку, которая при­водится в поверочном свидетельстве.

Температура оказывает влияние на показания баромет­ра. Так как с изменением температуры меняются упругие свойства коробки, происходят деформации узлов переда­точного механизма. Для учета влияния температуры на по­казания барометра-анероида принято их приводить к тем­пературе 0 0С. Для этого определяют температурный коэф­фициент, равный изменению показаний барометра при из­менении температуры на 1 0С.

 

 

Рис. Барокоробка:

а – разрез (1 – мембрана; 2 – центр; 3 – крепежная ножка); б – вид сверху.

 

Барограф. Пред­назначен для непрерывной регистрации атмосферного давления. Чувствительным элементом ба­рографа является блок из анероидных коробок Воздух из коробок откачен и атмосферное давление, на­правленное на сжатие коробок, уравновешивается силой упругости коробок.

 

 

На рис. показан баро­метр-анероид БАММ.

 

 

Рис. Барометр-анероид БАММ:

а – внешний вид (1 – шкала, 2 – стрелка, 3 – термометр); б – механизм

(1 – блок анероидных коробок, 2 – элементы передаточного механизма,

3 – шкала, 4 – стрелка).

 

Ветер

 

Силы, оказывающие влияние на движение воздуха и распределение ветров в барических системах.

Ветромназывается горизонтальное движение воздуха.

Причиной возникновения ветра является неравномерное распределе­ние атмосферного давления по земной поверхности. При этом воздух движется из области высокого давления в об­ласть низкого.

Ветер характеризуется скоростью и направ­лением.

Ветры над обширными пространствами, охваты­вающие также большую или меньшую толщину атмосферы, образуют воздушные течения.

♦ Силой, приводящей в движение некоторый объем воз­духа, увеличивающей его скорость, является сила горизон­тального градиента давления.

В метеорологии рассматривают силу барического гра­диента на единицу массы воздуха:

,

где ρ – плотность воздуха, кг/м3;

∆Р –разность давления, гПа;

∆n – расстояние между точками (единица расстояния равна 100 км);

Gг – горизонтальный градиент давления, гПа/100 км.

По направлению эта сила в каждой точке барического поля совпадает с направлением нормали к изобаре в сторо­ну убывания давления.

Все другие силы, которые проявляются при движении воздуха, могут лишь замедлять движение и отклонять его от направления градиента. К этим силам относятся:

- сила трения о земную поверхность (сила трения замедляет движение и несколько отклоняет его от первоначального направления);

- внутреннее трение воздуха:

- отклоняющая сила, возникающая в результате суточного вращения Земли (сила Кориолиса). Сила Кориолиса влияет только на направление ветра и не влияет на его скорость. Сила Кориолиса на единицу массы воз­духа:

,

где ω – угловая скорость вращения Земли;

v – скорость вет­ра;

φ – географическая широта места.

В результате действия этих сил вектор скорости частиц воздуха отклоняется от вектора градиента давления на угол α: в северном полушарии – вправо, в южном полуша­рии - влево (рис.).

 

 

Рис.Ветер у земной поверхности:

а–в северном полушарии, бв южном полушарии.

 

Над сушей у земной поверхности угол α=600, над мор­ской поверхностью, где трение меньше, а=70-800.

В свободной атмосфере на высотах более 1500-2000 м, где влияние силы трения практически отсутствует, движе­ние воздуха происходит вдоль изобар. Равномерное, уста­новившееся движение воздуха при отсутствии силы трения вдоль изобар называется градиентным ветром.

Градиентный ветер, дующий вдоль прямолинейных и параллельных изобар, называется геострофическим вет­ром(рис.).

Градиентный ветер, дующий вдоль круго­вых изобар, называется циклострофическим ветром.

 

Рис. Геострофический ветер.

 

Во многих случаях ограничиваются рассмотрением геострофического ветра.

Скорость геострофического ветра можно определить из равенства силы барического градиента и силы Кориолиса :

=

* Из приведенной выше формулы видно, что скорость гео­строфического ветра пропорциональна горизонтальному гра­диенту давления и обратно пропорциональна широте места и плотности воздуха. Поэтому с увеличением широты, при прочих равных условиях, скорость геострофического ветра уменьшается и на полюсе достигает наименьшего значения.

* Плотность воздуха с высотой уменьшается, следовательно, скорость геострофического ветра при постоянном градиенте давления возрастает с высотой.

Распределение линий тока воздуха в приземном слое атмосферы в основных формах барических образований для северного полушария показано на рис.

 

Рис. Распределение линий тока воздуха в барических образованиях

у земной поверхности в северном полушарии.

 

В циклоне частицы воздуха движутся от периферии к центру по спиралеобразной траектории: в северном полу­шарии против часовой стрелки, а в антициклоне – от центра к периферии по часовой стрелке.

В южном полушарии движение частиц воздуха происходит в обратном направ­лении.

Ветровой режим. Ветровой режим, включающий в се­бя структуру воздушного потока, изменение скорости и на­правления ветра с высотой, суточный и годовой ход ветра, в сочетании с вертикальной стратификацией температуры воздуха, оказывает большое влияние на распределение концентрации загрязняющих веществ, поступающих в ат­мосферу из высоких и приземных источников. Поэтому характеристики ветрового режима должны учитываться при разработке экологических мероприятий по предотвра­щению вредных последствий влияния загрязненного возду­ха на живые организмы и природную среду.

Ветер характеризуется скоростью и направлением.

За направление принимают направление, откуда дует ветер. Осредненные во времени скорость и направление дают представление об общем движении воздуха в целом. Но вследствие трения воздушной среды о земную поверхность, а также неравномерного ее нагревания всегда наблюдается турбулентность. Это значит, что внутри общего потока от­дельные струи, порции воздуха, движутся беспорядочно, т.е. в каждой точке пространства быстро сменяются как скорость, так и направление ветра. При этом происходит непрерывное чередование внезапных усилений и ослабле­ний ветра и изменений его направления. Такой характер движения воздуха носит название порывистости ветра.

Порывистость ветра увеличивается с его скоростью, и также над участками подстилающей поверхности с повышенной шероховатостью. С увеличением высоты и, следова­тельно, с уменьшением влияния трения о подстилающую поверхность, уменьшается и порывистость.

Порывистость ветра имеет хорошо выраженный суточ­ный ход. Ночью при слабом ветре порывистость слабая. В годовом ходе минимальная порывистость ветра отмечается зимой, а наибольшая – летом или весной, когда большая неоднородность подстилающей поверхности.

Над водной поверхностью океанов порывистость мень­ше, чем над сушей.

Изменение ветра с высотой в слое трения.С высотой, по мере удаления от земной поверхности, уменьшается влияние силы трения на движение воздушной среды, по­этому скорость ветра увеличивается. Одновременно изме­няется его направление. В северном полушарии ветер поворачивает вправо, а в южном – влево, пока направление ветра не приблизится к направлению градиентного ветра, т.е. вдоль изобар.

Суточный и годовой ход ветра.При хорошей устано­вившейся погоде в пограничном слое атмосферы над сушей отчетливо проявляется суточный ход скорости и направле­ния ветра, причем в приземном слое и вышележащих слоях пограничного слоя этот ход различен.

В приземном слое минимум скорости наблюдается но­чью. После восхода Солнца ветер усиливается и происхо­дит небольшое его вращение вправо. В 13-14 ч скорость ветра достигает максимума. Затем ветер постепенно осла­бевает и поворачивает обратно, возвращаясь к исходному направлению. Такой суточный ход ветра в приземном слое отмечается летом до высоты 100-300 м, а зимой – до высоты 20-30 м.

В вышележащих слоях наблюдается обратный суточный ход ветра, т.е. максимум скорости отмечается ночью. После восхода Солнца скорость ветра уменьшается, и он медлен­но поворачивает влево. В 13-14 ч скорость ветра достигает минимума, после чего она увеличивается, и ветер повора­чивает вправо до исходного направления ночью.

Высота, на которой один тип суточного хода ветра сме­няется другим, называется высотой обращения ветра.

Причиной суточного хода ветра является изменение интенсивности турбулентного перемешивания и, следовательно, обмена количеством движения между ниж­ними и вышележащими слоями воздуха.

Правильный суточным ход ветра нарушается при про­хождении фронтов, циклонов и антициклонов. Над океана­ми суточный ход ветра почти не заметен.

Годовой ход средней скорости ветра относится к клима­тическим характеристикам и зависит от географического положения пункта.

В умеренных и полярных широтах на западных окраи­нах материков северного полушария наибольшая скорость ветра наблюдается зимой, когда разность температур меж­ду этими широтами наиболее велика и соответственно велика разность давления. К лету, с уменьшением контра­ста температур и, следовательно, градиентов давления, ве­тер ослабевает.

 







Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 1240. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.007 сек.) русская версия | украинская версия