Оборудование метеорологической станции. Наблюдения за погодой


Рельеф морского дна
Волосной гигрометр — прибор для измерения влажности воздуха в процентах. Гигрометр помещается в метеорологической будке.

Для изучения погоды надо вести наблюдения за всеми ее элементами: давлением воздуха, температурой, влажностью, облачностью, направлением и силой ветра.

Давление воздуха измеряется на метеорологических станциях ртутным барометром; в качестве запасного прибора служит барометр-анероид. В нем приемником служит металлическая коробочка, из которой выкачан воздух. От сплющивания атмосферным давлением эта коробочка предохраняется сильной пружиной. Колебания атмосферного давления действуют на дно и крышку коробочки, которая при уменьшении давления вспучивается, а при увеличении прогибается. Эти колебания при помощи особого механизма передаются стрелке. Стрелка ходит по циферблату и отмечает величину давления (рис. на стр. 148).

Если стрелка прибора показывает, что давление воздуха понижается (как говорят, барометр «падает»), то наступает изменение погоды к худшему. Изменения давления важны для прогноза погоды.

Метеорологические станции ведут регулярные наблюдения за температурой воздуха. На огромных пространствах пашей Родины в одно и то же время бывают самые различные температуры. Например, ранней весной, когда на солнечном Кавказе и в республиках Средней Азии уже устанавливается жаркая погода, на севере страны еще бушуют метели.

Летом самая жаркая погода наблюдается у нас в Средней Азии, где температура в тени поднимается иногда выше 50° тепла, а на почве может быть нагрев до 80°.

Самые сильные морозы в нашей стране наблюдаются в Восточной Сибири. В районе «полюса холода» (в Оймяконе) бывают морозы до 70°.

Когда говорят о температуре воздуха, то всегда имеют в виду Показания термометра, установленного в тени. Если измерять температуру на открытом месте, освещенном солнцем, то различные термометры покажут разные величины. Термометр с черным шариком покажет больше, чем со светлым. Известно, что черное тело поглощает максимальное количество лучей и потому нагревается сильнее других тел. Следовательно, он больше будет показывать собственную температуру, чем температуру воздуха. Поэтому метеорологические станции измеряют температуру воздуха всегда только в тени.

Психрометр — точный прибор, измеряющий температуру и влажность воздуха.
Психрометр — точный прибор, измеряющий температуру и влажность воздуха.

Часто говорят, что при ветреной погоде мороз сильнее, чем при тихой. Это неверно. Термометр показывает одну и ту же температуру и при ветре и без ветра. Ощущение холода зависит от того, насколько быстро охлаждается человеческое тело. При сильном ветре охлаждение идет быстрее, чем без ветра.

Термометры на метеорологических станциях устанавливаются в тех самых домиках (метеорологических будках), о которых мы говорили в самом начале. Будки защищают термометры от солнечных лучей, дождя, снега. Стены будки состоят из наклонных планочек, так что воздух свободно проходит внутрь. Для защиты от солнечных лучей будка окрашивается в белый цвет. Устанавливается будка на высоте около двух метров от земли, чтобы ее не засыпало снегом. Для наблюдателя делается лесенка.

В будке установлены три термометра: ртутный, спиртовой и термометр, который показывает самую высокую температуру за время между наблюдениями. Он называется максимальным. Устроен он так же, как медицинские термометры. Вблизи шарика термометра трубка сужена. При повышении температуры ртуть под давлением свободно проходит через это сужение. При понижении температуры сужение трубки разрывает столбик, и он остается на максимальном уровне.

Воздух никогда не бывает сухим. Даже в самых жарких пустынях он всегда содержит влагу. Испарение с громадных поверхностей океанов и морей, рек и озер, а также с поверхности почвы непрерывно доставляет в атмосферу водяной пар. Вода находится в атмосфере в виде водяного пара, в жидком состоянии (дождь, туман, облака) и в твердом (снег, град). Даже очень прозрачный воздух всегда содержит водяной пар. Доказательством этого служит роса, оседающая на почву из прозрачного воздуха в прохладные ясные ночи, и иней — белый налет ледяных кристаллов при температурах ниже 0°.

Простейший прибор для измерения влажности — волосной гигрометр. Он состоит из рамки, на которой натянут обезжиренный человеческий волос. Один конец волоса закреплен вверху рамки, а другой перекинут вниз через блок. С блоком связана стрелка, двигающаяся по шкале. При увеличении влажности клеточки волоса разбухают, волос удлиняется, что сейчас же передается стрелкой на шкалу, где показывается в процентах влажность воздуха. При уменьшении влажности волос становится суше и укорачивается. Гигрометр помещается в будке на площадке рядом с термометром. Более сложным прибором является вентиляционный психрометр (рис. на стр. 147). Он состоит из двух одинаковых термометров, заключенных в металлическую оправу. Шарики термометров окружены трубками, через которые свободно проходит воздух. На верху оправы помещен всасывающий вентилятор, приводимый в действие часовой пружиной. Шарик одного термометра обернут кусочком материи (батиста). При наблюдениях материю смачивают водой, а вентилятор заводят. Как только пружина заставит вращаться лопасти вентилятора, воздух начнет всасываться в трубки, обдувать термометры и выходить наружу. Со смачиваемого термометра начнет испаряться вода, и он покажет более низкую температуру, чем сухой (вспомните, как холодит мокрое белье). По разности температур сухого и смачиваемого термометра наблюдатель вычисляет влажность воздуха. Психрометр не требует никакой искусственной тени. С ним можно работать даже на солнце, надо только для удобства подвесить прибор на столбик.

Анемометр вращения — точный прибор для измерения скорости ветра. При наблюдении прибор поднимается рукой вверх и при помощи секундомера отсчитывается число делений на шкале анемометра за известный промежуток времени.
Анемометр вращения — точный прибор для измерения скорости ветра. При наблюдении прибор поднимается рукой вверх и при помощи секундомера отсчитывается число делений на шкале анемометра за известный промежуток времени.

Направление и силу ветра наблюдатель определяет по флюгеру. На столбе флюгера укреплены металлические прутья, указывающие страны света. По этим прутьям очень легко определить направление ветра: северное, северо-восточное, восточное и т. д. В верхней части флюгера есть дуга со штифтиками и рамка, на которой качается металлическая дощечка — это простой прибор для определения силы ветра. Ветер давит на дощечку и поднимает ее вдоль дуги. По штифтикам отсчитывают силу ветра; зная ее, легко определить и скорость ветра, т. е. число метров, проходимых воздухом в одну секунду.

Более точным прибором для измерения скорости ветра служит анемометр вращения. Приемником его является крестовина, имеющая четыре (в некоторых системах — три) полушария, обращенных выпуклостью в одну сторону. Крестовина связана вертикальной осью. Под действием ветра вся система легко вращается в одну сторону. Конец оси, уходящей внутрь механизма, имеет бесконечный винт, связанный с целой системой зубчатых колес. С тремя из них связаны стрелки циферблата. Если анемометр поставить на ветер и дать вертушке возможность некоторое время вращаться, то можно определить точно скорость ветра.

В последние годы все большее распространение на метеорологических станциях получает электрический анеморумбометр (АРМЭ), могущий передавать по проводам направление и скорость ветра. Приемником служит трехчашечный анемометр, который силой ветра заставляет вращаться якорь маленькой динамо-машины (генератора), заключенной внутри прибора. Вырабатываемая генератором электроэнергия по проводам передается в помещение метеорологической станции на шкалу вольтметра. Чем сильнее ветер, тем быстрее вращаются полушария п тем сильнее электрический ток. По степени отклонения стрелки вольтметра судят о скорости ветра. Одновременно с показанием скорости ветра на особой шкале  стрелка показывает также и направление ветра. Описанный здесь прибор, установленный высоко на металлической мачте или на столбе, может передавать данные о ветре на расстояние 100-500 м.

Облака являются своего рода «поплавками», по которым можно судить о воздушных течениях и процессах, совершающихся в высоких слоях атмосферы.

При наблюдениях за облачностью метеоролог определяет на глаз количество п форму облаков. Высота облаков определяется при помощи шара - пилота. Это небольшой резиновый шар, наполненный водородом. Пущенный в полет, он свободно достигает облака и исчезает в нем. За шаром следят в угломерный прибор — теодолит. По времени полета шара-пилота определяют высоту облака. Более совершенный прибор для определения не только нижней, но и верхней границы облачности в любое время года и суток называется облакомером. Он выпускается в свободный полет на шаре и передает на землю с помощью радиопередатчика особые сигналы в момент своего погружения в облако и выхода из толщи облака (рис. на стр. 152). Так как скорость подъема шара известна, то по времени появления сигналов входа и выхода прибора из облака определяют высоту и толщину облаков.

Барометр-анероид. Прибор для измерения давления воздуха.
Барометр-анероид. Прибор для измерения давления воздуха.

Осадки измеряются или особым ведром с конусообразной защитой, или осадкомером В. Д. Третьякова. Ведро сечением в 200 см² устанавливают на столбе высотой 2 м. Его огораживают воронкообразным футляром, сделанным из планок, для предохранения выдувания осадков (особенно снега) сильным ветром. Собранную воду сливают в мензурку и измеряют. Количество осадков измеряется толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах. Умеренный дождь дает 5-6 мм осадков, сильный — около 15-20 мм, а ливень — более 30 мм. Чтобы представить себе, насколько велико это количество выпадающей воды, следует знать, что 1 мм осадков на 1 га площади дает 900 ведер воды.

Даже самые частые наблюдения метеорологов бывают недостаточны. Необходима непрерывная запись наблюдений приборами-автоматами. Для этого созданы самопишущие приборы, работающие на метеорологических станциях.

К ним относится барограф — самописец давления воздуха. Приемником в нем служит столбик анероидных коробок (таких, как в барометре-анероиде), показания которых складываются. Система рычагов передает сжимание и вспучивание анероидных коробок под действием атмосферного давления на барабан с часовым механизмом. На барабан наматывается разграфленная бумажная лента, на которой нанесены часы и дни недели и шкала барометра. На конец рычажной передачи надевается перо в форме корытца, куда пускается капля несохнущих чернил. Часовая пружина вертит барабан, и на ленте получается запись колебаний атмосферного давления.

Термограф автоматически записывает температуру воздуха. Приемником в нем служат двойная (биметаллическая) пластинка из металлов с различной способностью расширения (например, медь и железо). Вследствие этого при колебаниях температуры воздуха пластинка изгибается. Конец рычажной передачи, идущей от двойной пластинки к барабану, так же как и в предыдущем самописце, дает непрерывную запись температуры воздуха на ленте. Термограф помещается в метеорологической будке.

Гигрограф записывает влажность воздуха. Роль приемника в нем выполняет пучок обезжиренных человеческих волос, натянутых снаружи футляра прибора. Пучок цепляется крючком за середину. С крючком связана рычажная передача, ведущая перо к барабану с часовым механизмом. Удлинение или сокращение волос от колебаний влажности записывается на ленте барабана.

Барометр-анероид состоит из коробки (1), из которой выкачан воздух. Для предохранения коробки от сплющивания внешним давлением атмосферы ставится сильная пружина (4). При увеличении давления коробка сплющивается, тянет за собой пружину; движение пружины передается через систему рычажков (2) на стрелку (3).
Барометр-анероид состоит из коробки (1), из которой выкачан воздух. Для предохранения коробки от сплющивания внешним давлением атмосферы ставится сильная пружина (4). При увеличении давления коробка сплющивается, тянет за собой пружину; движение пружины передается через систему рычажков (2) на стрелку (3).

Плювиограф — самописец дождевых осадков. Приемником в нем служит ведро для собирания дождя. Поступающая вода стекает по трубке в цилиндр, где находится поплавок. Поплавок соединен с рычажной передачей, идущей к ленте барабана с часовым механизмом. От стекающей в цилиндр дождевой воды уровень в нем повышается и поплавок поднимается. Перо на барабане чертит линию вверх. Как только цилиндр наполнится, сифон (стеклянная трубка сбоку от цилиндра) немедленно опорожнит цилиндр, перо на ленте опустится и все начнется сначала. На ленте получается непрерывная запись количества осадков и времени их выпадения.

На крупных метеорологических станциях, где работа ведется круглые сутки и сотрудникам надо иметь под рукой сведения о состоянии погоды в любой момент, используется дистанционная метеорологическая станция (ДМС), устанавливаемая на площадке. Для наблюдения за приборами не надо идти на площадку. Достаточно подойти к распределительному щитку прибора, установленному в комнате, где работают метеорологи, нажать 2—3 кнопки, и ДМС сообщит, что делается снаружи: какой ветер, какая температура и влажность.

Все шкалы прибора ДМС смонтированы на пульте управления, имеющем форму радиоприемника. Специальный кабель соединяет ДМС с пультом управления в помещении станции. Дистанционная метеорологическая станция питается электроэнергией от сети городского или сельского освещения. Если нужно узнать, какой сейчас ветер, то следует нажать кнопку с надписью «ветер» на пульте управления. На шкалах направления и скорости ветра появятся соответствующие цифры. Так же поступают с температурой и влажностью воздуха. Вся эта работа проделывается в течение 30— 40 секунд.

Кроме этих основных приборов, применяются многие другие: для измерения солнечной  радиации (излучения), для определения дальности видимости, для определения температуры почвы и т. п.

 

* * *

Работа метеоролога-наблюдателя ответственна и почетна. Ведь от его наблюдений зависит часто судьба пассажиров и экипажей самолетов, кораблей, которые могут в пути встретиться с грозой или бурей. От точности его наблюдений зависит правильность прогноза погоды. В любую погоду наблюдатель выходит на площадку и работает с приборами.

Метеоролог должен делать наблюдения точно, быстро и аккуратно, чтобы скорее обработать материалы и отправить их заинтересованным организациям. Погода не стоит на месте: она непрерывно меняется, п надо быстро схватить эти изменения.