Jak zbudować stację meteorologiczną ?
Stacja meteorologiczna - jest to wydzielona przestrzeń zamknięta w tak zwanym ogródku meteorologicznym mieszcząca się najczęściej w wydzielonej strefie miejskiej lub na obszarze leżącym z dala od miast. Stacje meteorologiczne buduje się w celach edukacyjnych na terenie szkół i miasteczek uniwersyteckich oraz w centrum aglomeracji miejskich. Stacje meteorologiczne poza stałym lądem lokuje się również na morzu oraz w obszarach o skrajnym i nieprzyjaznym dla człowieka klimacie. Stacje meteorologiczne wyposażone są w przyrządy służące do mierzenia zjawisk zachodzących w pogodzie oraz do prognozy nadchodzącej pogody.
 |
| Przykładowy model klatki meteorologicznej |
Z czego składa się stacja meteorologiczna ?
Stacja meteorologiczna ulokowana jest na trawiastym obszarze o wymiarach 15 x 15 m. Przestrzeń ta obejmuje zainstalowane przyrządy meteorologiczne. Cechą charakterystyczną ogródka meteorologicznego są tzw. klatki meteorologiczne zawierające zestaw termometrów, wiatromierz, deszczomierz, termometry gruntowe, heliograf.
Budowa klatki meteorologicznej
Klatka meteorologiczna jest to biała, drewniana konstrukcja mająca na celu zabezpieczeniu przyrządów niezbędnych do wykonywania pomiarów meteorologicznych przed bezpośrednim działaniem zjawisk atmosferycznych takich jak śnieg, deszcz, wiatr. Klatka meteorologiczna wzniesiona jest na płaskiej i równej powierzchni z dala od koryt rzek i zbiorników wodnych ( staw i jezioro, potok górski). Przy planowaniu budowy klatki meteorologicznej należy unikać wysokich drzew oraz wzniesień.
Konstrukcja powinna mieć dobry dostęp do powietrza. Klatka meteorologiczna najczęściej wykonana jest z drewna o wymiarach 50 cm x 50 cm x 75cm. W celu zapewnienia przewiewności klatki należy wykonać dno konstrukcji z trzech desek, natomiast środkową deskę usadowić nieco wyżej od pozostałych. Tak aby do wnętrza klatki był zapewniony swobodny przepływ powietrza, który nie będzie zakłócał pomiarów zjawisk meteorologicznych..
Ścianki boczne klatki meteorologicznej powinny posiadać żaluzje, a dach musi być pochylony w stronę południową. Klatka powinna się otwierać od strony północnej. Całość konstrukcji posiada wysokość dwóch metrów.
W jakie narzędzia pomiarowe należy wyposażyć klatkę meteorologiczną ?
Podstawowymi narzędziami wchodzącymi w skład klatki meteorologicznej są :
- Psychrometr
- Termometr
- Termograf
- Higrometr
- Higrograf
Oraz liczne czujniki temperatury i wilgotności.
Jakich pomiarów i obserwacji dokonuje się w stacji meteorologicznej ?
W stacji meteorologicznej dokonuje się pomiarów temperatury powietrza ( na wysokości 2 metrów nad poziomem gruntu ). Temperatury powietrza, wilgotności powietrza, ciśnienia powietrza, wysokości opadów atmosferycznych. A także dokonuje się analiz zachmurzenia nieba , widzialności, czy wysokości pokrywy śnieżne zimą.
Jak dawniej dokonywano pomiarów temperatury ? - historia stacji meteorologicznych.
Temperatura powietrza jest przyczyną wielu zjawisk pogodowych. Ma również decydującą przewagę w dziedzinie życia roślinnego. Należy więc umieć wyznaczać ją z możliwą dokładnością. Wyznaczanie temperatury powietrza wymaga zachowania pewnej ostrożności: w rzeczy samej, wskazania termometru nie zależą wyłącznie od istotnej temperatury otaczającego powietrza, lecz również od wpływu promieniowania pobliskich ciał i od bezpośrednich promieni słońca, jeżeli na ich wpływ jest wystawiony.
Oto wynik doświadczenia, wskazujący dobitnie wpływ promieniowania:
Istotna temperatura powietrza 18.°2
Wskazania termometru w słońcu 3O.°O
Wskazania tegoż termometru przy ścianie
północnej budynku 16.°5
Innego rodzaju trudność sprawia przy pomiarach temperatury właściwość, że ciała umieszczone w powietrzu dopiero z pewnym opóźnieniem, t. j. po pewnym czasie w razie zmiany przybierają temperaturę ośrodka. Przyczyną tego jest słaba pojemność ciepła powietrza, trzy tysiące razy mniejsza, niż pojemność ciepła wody, przy tej samej objętości.
Aby wyrugować przytoczone przyczyny błędów, posiłkujemy się dwiema metodami: wprowadzamy w szybki ruch wirowy mały termometr, zwany od sposobu użycia termometru procowego albo też, używany do pomiarów temperatury termometr umieszczamy w miejscu odpowiednio dobranym, w klatce dla termometru, i zabezpieczonym od wpływów szkodliwych.
- Termometr procowy. Jest to zwykły termometr rtęciowy (o małym rezerwuarze, gdyż większy mógłby oderwać się podczas silnego ruchu) na mocnym sznurku, zakończonym rączką do trzymania.
- Klatka dla termometrów. Ponieważ prowadząc spostrzeżenia meteorologiczne mamy zwykle na celu poznanie ogólnych warunków meteorologicznych na znaczniejszej przestrzeni, otaczającej daną okolicę, przeto wynika potrzeba umieszczania przyrządów w miejscu możliwie otwartym, unikając wąskich podwórzy, miejsc zbyt zacienionych między domami i t. p.
Termometry były dawniej zakładane w specjalnej klatce cynkowej przy oknie, od strony północnej budynku, w miejscu dostatecznie otwartej. Termometry w klatce cynkowej powinny znajdować się niezbyt wysoko nad powierzchnią gruntu i przy tym w miejscu tak dobranym, aby były uchronione od działania bezpośredniego promieni słonecznych. Warunek ten nie zawsze daje się łatwo spełnić; po za tym termometry w klatce przysuwanej dla obserwacji do okna, często ulegają szkodliwemu wpływowi ogrzanego powietrza z mieszkania.
Dlatego też wszędzie, gdzie to jest możliwe, należy posługiwać się budką drewnianą systemu angielskiego. Budkę tę ustawia się na 4-ch słupach w obrębie obszerniejszego podwórza, ogrodu (nie zbyt blisko drzew) lub wreszcie na polu. Budka systemu angielskiego zastępuje zupełnie używaną do niedawna, budkę systemu Wilda, w której wewnątrz umieszczać trzeba było jeszcze klatkę cynkową. W systemie obecnym klatka cynkowa wewnętrzna jest
zbyteczna, a termometry zakłada się wprost w budce drewnianej, jak to widać Drzwiczki znajdują się od strony północnej, podwójny zaś daszek budki powinien być lekko pochylony ku południowi.
Aby osiągnąć taką orientację budki względem stron świata, należy już przy zakładaniu słupów (na których ustawia się budka) zwracać uwagę na to, aby ścianki boczne były skierowane z północy na południe.
Cztery niezbyt ciężkie dla termometrów. słupy, stanowiące podstawę budki, winny być 2,3 metra długie, przy czym część wkopana w ziemię wynosi około 1 m., tak, że górne końce słupów wystają na 1,8 m nad powierzchnią gruntu. Słupy należy umocować z sobą za pomocą poprzecznie umieszczonych u dołu (30 cm nad ziemią) i u góry (na 30 cm poniżej górnego końca słupów). Na słupach przymocowywało się budkę na takiej wysokości, aby kulki znajdujących się w niej termometrów były wyniesione nie mniej niż 2 m nad powierzchnią gruntu.
Wymiary wewnętrzne samej budki są następujące:
Szerokość (strona południowa i północna). . , 46 cm
Głębokość (strona zachodnia i wschodnia)... 29 „
Wysokość... 59 „
Aby móc dogodnie odczytywać termometry na wysokości 2 m, należy urządzić odpowiednie schodki, dostatecznie duże; schodki te powinny być utwierdzone w ziemi i nie opierać się o budkę, a to dla uniknięcia wstrząśnięć przy wchodzeniu. Obserwacji nad temperaturą dokonuje się trzy razy dziennie, a mianowicie: o 7-ej rano (?J), 1-ej po południu (1J) oraz 9-ej wieczorem (9J). Należy zauważyć, że chodzi tu o czas średni miejscowy, różny w ogóle od czasu kolejowego, regulowanego według pewnej stacji głównej.
Termometr do wyznaczania panującej w danym czasie temperatury powietrza (t. zw. termometr zwykły w odróżnieniu od termometru maximum lub minimum) posiada podziałkę stustopniową; każdy stopień na skali podzielony jest na 5 części mniejszych, odpowiadających 0°,2; na oko ocenia i zapisuje się
dane do 0°,l. Oko należy zawsze ustawiać podczas odczytywań na poziomie obserwowanego położenia słupka rtęci, a to w celu uniknięcia błędów od t. zw. paralaksy ocznej. Najlepiej jest posługiwać się lupą do wszelkich odczytów.
- Termometr maximum rtęciowy wskazuje najwyższą temperaturę w okresie między kolejnymi obserwacjami. Odczytujemy najwyższą temperaturę, notując miejsce na skali górnego końca oderwanego słupka rtęci; podział skali odpowiada 0,5 stopnia, lecz przy pewnej wprawie łatwo oceniać dziesiąte części stopnia. Po dokonaniu obserwacji odprowadza się przez parę lekkich wstrząśnięć słup rtęci do zbiornika, przy czym po wstrząśnięciu termometr winien wskazywać temperaturę właściwą w danym czasie (t. j. prawie taką, jak i termometr zwykły); w porze zimowej należy bardzo ostrożnie tę czynność wykonywać, biorąc ręką termometr za oprawę górną, aby narzędzia nie ogrzać. Termometr maximum ten tylko różni się w swej konstrukcji od termometru zwykłego, że słupek rtęci jest w nim u dołu przerwany, co powoduje, że, wobec zniżających się temperatur, koniec słupka, w położeniu poziomem, pozostaje na miejscu.
- Termometr minimum (toluolowy) w tymże okresie czasu, co poprzedni, wskazuje najniższą temperaturę powietrza; pręcik bowiem, znajdujący się w rurce podczas zniżających się temperatur zbliża się wraz z cieczą w stronę zbiornika, kiedy zaś temperatura wzrasta, pręcik pozostaje na swoim miejscu. Z tego powodu górny koniec pręcika, najwięcej od zbiornika oddalony, daje żądaną temperaturę. Po obserwacji termometr nachylamy zbiornikiem ku górze, aby przesunąć pręcik do zetknięcia się z cieczą. Zakłada się następnie termometr na właściwą podstawkę w położeniu poziomem z wszelką ostrożnością, gdyż wstrząśnięcie łatwo może przesunąć pręcik. Odczytując stan termometru (przez lupę), notuje się najpierw części dziesiąte, a następnie stopnie całkowite. Temperaturę poniżej zera odróżniamy znakiem — (mniej), a dziesiąte części stopnia odczytują się w stronę przeciwną w porównaniu do stopni dla temperatur powyżej zera. Na dołączonej figurze podane są przykłady do odczytywania termometrów. W termometrze minimum odczytuje się dwa wskazania; górny koniec pręcika daje - 20°,4, jako temperaturę najniższą w ciągu doby, gdy słupek toluolu wskazuje - 13°,3, jako temperaturę powietrza w chwili obserwacji.
Termometry max. i min. są o wiele mniej trwałe, niż termometry zwykłe; bardzo często, zwłaszcza w termometrze minimum, podczas przesyłki lub wskutek wstrząśnięć słupek (toluol) ulega przerwaniu, co jednak łatwo naprawić się daje. Termometry max. i min. odczytywać należy również trzy razy w zwykłych terminach obserwacyjnych. O 9-ej wieczorem należy jednak obowiązkowo nastawiać te przyrządy, a mianowicie: wstrząsnąć termometr maximum (aby wrócił do temperatury zwykłej), oraz przechylić zbiornikiem ku górze (nie wstrząsać) termometr minimum, aby przesunąć pręcik do zetknięcia się z cieczą (toluolem). Można także nastawianie to dokonywać trzy razy dziennie, po każdej obserwacyi. W tym wypadku za najwyższą temperaturę dzienną przyjmuje się największą, a za najniższą najmniejszą wartość z pośród trzech wartości dziennych, zanotowanych według termometru maximum, względnie minimum
Jest rzeczą pierwszorzędnej wagi, aby termometry były dokładnej konstrukcji oraz podlegały sprawdzaniom, t. j. które należy uwzględniać danych. W termografie tym częścią notującą temperaturę jest walec z przyrządem zegarowym. Co do termometru, którego wskazania wypisują się na papierze otaczającym walec, zaliczyć go można do typu termometrów metalicznych. Składa się on mianowicie z rurki mosiężnej. zakrzywionej, silnie spłaszczonej, tak, że w przecięciu przedstawia elipsę bardzo wydłużoną; rurka ta, mająca 18 mm szerokości a 10 cm długości, wypełniona jest alkoholem, jako cieczą krzepnącą dopiero w nader niskiej temperaturze; objętość jej wewnętrzna wynosi około 2 cm sześciennych.
Podobnie jak w znanych termometrach metalicznych różna rozszerzalność dwu prążków metalicznych, tak tu rozszerzanie się alkoholu zmienia krzywiznę rurki; ponieważ zaś jeden jej koniec oparty jest nieruchomo na podstawie, na której cały przyrząd jest umieszczony, ruchy przeto drugiego jej końca dają dokładny obraz zachodzących zmian temperatury. Swobodny ten koniec, połączony jest z piórem, naciskającym lekko powierzchnię papieru na bębnie. Podziałka termometru ustanawia się przez porównanie z termometrem normalnym i sięga od- 35° do 40°C. Wymiary drążka są tak dobrane, że zmiana temperatury o 1°C wywołuje
przesunięcie się pióra o 1 mm; dlatego też i odstępy między liniami poziomymi papieru wynoszą 1 mm.
W warunkach takich dają się dosyć łatwo oznaczyć i piąte części stopnia. Znaczna powierzchnia rurki, na którą działa bezpośrednio temperatura powietrza, przy małej ilości cieczy, wskazującej zmianę temperatury przez zmianę swej objętości, nadaje termometrowi znaczną bardzo czułość i wrażliwość, temperaturę otaczającego powietrza przyjmuje on o wiele prędzej, aniżeli zwykły termometr rtęciowy.
Podobnie, jak we wszelkich innych termometrach, tak i w tym termometrze metalicznym, pod wpływem zmian zachodzących w budowie molekularnej rurki, punkt zera ulegać może przesunięciu; poprawka zera i w ogólności należyte nastawianie termometru dokonywać się za pomocą
klucza.
Okres dzienny temperatury powietrza.
W ciągu doby temperatura powietrza podlega zmianom dwojakiego rodzaju: zmianom statecznym i zmianom przypadkowym. Zmiany przypadkowe. Są one zależne wyłącznie od przyczyn przemijających, działających krótko, jak naprz. przejścia chmur przed tarczą słoneczną, powodujące podmuchy wiatru. Zmiany takie mają wpływ niewielki na właściwy przebieg zjawiska; zazwyczaj odbywają się to w jedną, to w drugą stronę, częściowo kompensując się wzajemnie.
Zmiany stateczne. Zmiany te dają t. zw. okres dzienny temperatury w ciągu doby; w ciągu dnia bowiem temperatura jest wyższą, w ciągu nocy zaś występuje zniżka.
Aby zbadać tego rodzaju przebieg, musimy wprowadzić pojęcie t. zw. temperatury normalnej. Tak nazywamy liczbę średnią (przeciętną), otrzymaną z zanotowanych temperatur z danej
godziny i danego dnia przez możliwie długi szereg lat. Zmiany o charakterze przypadkowym w tej średniej długoletniej znoszą się wzajemnie, ponieważ przejawiają się bądź w jednym, bądź
w drugim kierunku.
Tak więc normalną temperaturą z różnych godzin dnia danego nazywamy temperaturę obserwowaną w ciągu tego dnia po wyrugowaniu nierówności o charakterze przypadkowym. Tego rodzaju przebieg przy pomocy krzywej w ten z okresu doby można uzmysłowić sposób, że na osi rzędnych odcinanymi długości proporcjonalne do godzin, na osi odciętych długości proporcjonalne do temperatur normalnych . Otrzymane krzywe są znacznie regularniejsze w porównaniu z krzywymi wprost otrzymanymi z barografu. W okresie dziennym odróżniamy cztery walne czynniki, mianowicie: epokę maximum temperatury, epokę minimum, amplitudę i średnią temperaturę. Minimum temperatury.
Najniższa temperatura zjawia się około czasu wschodu słońca.
Daje się to łatwo pojąć: Podczas nocy ziemia wciąż wypromieniowało ciepło w przestrzeń międzyplanetarną bez żadnej kompensaty, temperatura więc wciąż zniża się aż do czasu, kiedy słońce wzniósłszy się po nad poziom zaczyna dosyłać swe promienie. Maximum temperatury. Najwyższego stanu dosięga termometr nieco później po właściwym maximum astronomicznym, po chwili istotnego południa. Przyczyny opóźnienia wyjaśniliśmy poprzednio. Opóźnienie to istnieje zawsze i powszechnie, wszelako nie jest.
Amplituda (obszerność zmian).
Różnica pomiędzy najniższą temperaturą normalną i takąż temperaturą najwyższą dnia
zwie się okresową dzienną amplitudą. Jeżeli weźmiemy różnicę między średnią wyprowadzoną z najwyższych dziennych temperatur danego miesiąca i także średnią wyprowadzoną z temperatur najniższych dziennych, to otrzymamy nieokresową dzienną amplitudę temperatur. Amplituda nieokresową jest większa od okresowej; w rzeczy samej, maxima i minima temperatury nie przejawiają się w dzień o tej samej godzinie, przeto w rachunku liczb przeciętnych wzajemnie częściowo kompensują się, gdy tymczasem wobec metody otrzymywania nieokresowej obszerności zmian
zachowują całkowity swój wpływ.
W praktyce łatwiej obliczyć nieokresową amplitudę, niż okresową; stąd też pierwsza najczęściej jest rozważana. Na ogół przebieg jednej i drugiej jest jednakowy, gdyż biegną równolegle; można więc niemi posiłkować się jednako. Z punktu widzenia klimatologicznego amplituda temperatur ma nader doniosłe znaczenie; należy więc szczegółowo rozważyć okoliczności, które ją warunkują.
Najważniejsze są następujące:
1. Szerokość geograficzna.
Na ogół biorąc, amplituda wzrasta w kierunku od biegunów ku równikowi. W rzeczy samej, w okolicach biegunowych słońce nie wiele się wznosi ponad poziom; ilości ciepła, które dosyła w różnych godzinach dnia, są niewielkie. Na równiku rzecz się ma odwrotnie; słońce zbliża się ku zenitowi w chwili południa, dzień trwa tylko 12 godzin, i ilość dosyłanego ciepła zmienia się znacznie i raptownie w ciągu doby. Wpływa to na temperaturę powietrza, i ta może opaść nader nisko podczas nocy. Tak w Bengalu, pomimo, że temperatura w dzień przenosi 25°, można otrzymać
w nocy taflę lodu, wystawiając rozlaną na tacy wodę na wpływ wypromieniowania nocnego.
2. Pory roku.
Na ogół wpływ pór roku jest nieznaczny, i pod równikiem, gdzie pory roku nie są uwydatnione, i pod biegunami, gdzie amplituda w ogóle jest niewielka. Natomiast w szerokościach pośrednich wpływ pór roku jest decydujący, przytym, przeważnie, amplituda w lecie jest większa niż w zimie. Tak w Paryżu w lipcu okresowa amplituda wynosi 9°,3, nieokresową 11.9; gdy tymczasem w styczniu, okresowa 3°.6 nieokresową 5°.4.
3. Zachmurzenie.
(Stosunek powierzchni nieba pokrytej chmurami do całkowitej powierzchni nieba). Im zachmurzenie nieba jest większe, tern mniejszą staje się amplituda temperatur i na odwrót. Obecność chmur osłabia wpływ promieniowania słońca podczas dnia, zniża przez to najwyższą dzienną temperaturę; w nocy zmniejsza natężenie wypromieniowania ciepła, zatem podwyższa minimum temperatury. Na ogół wpływ zachmurzenia jest nader wybitny; przy zachmurzonem całkowicie niebie amplituda jest zaledwie połową lub trzecią częścią amplitudy przy niebie czystym.
4. Właściwości gleby.
Powierzchnia gruntu ma nader silny wpływ na temperaturę powietrza. Z tego wynika, że dzienna amplituda temperatury powietrza jest tern większą, im prędzej powierzchnia gruntu zdolna jest zmieniać swą temperaturę pod wpływem usłonecznienia i podczas wypromieniowania w nocy. Otóż powierzchnia gruntu nagrzewa się i ziębnie tern prędzej, im większą posiada zdolność wysyłania i pochłaniania ciepła, im mniejszą ma pojemność ciepła . Tak piasek ma te właściwości
w stopniu najwyższym, woda przeciwnie, w stopniu najniższym. Amplituda więc temperatur jest największa możliwa po nad glebą piaszczystą, najmniejsza możliwa po nad powierzchnią oceanu. Już bliskość oceanu zmniejsza amplitudę; powiedzieć nawet można naogół, że amplituda wzrasta, w miarę jak oddalamy się od oceanu; po nad jego powierzchnią nie przenosi 1 lub 2 stopnia, gdy tymczasem wewnątrz lądów dosięga wielkości nader znacznej. W Tybecie naprz. dosięga 25°.
5. Ukształtowanie powierzchni gruntu.
W głębokich rozpadlinach zbiera się powietrze oziębione na pochyłościach, ponieważ jako cięższe spływa na dół; może w ten sposób powstać nader silna zniżka temperatury podczas nocy; dzienna więc amplituda wzrasta. Z stąd też rośliny częściej marzną w rozpadlinach niż na pagórkach.
6. Średnia dzienna temperatura.
Średnią liczbę z zanotowanych cogodzinnych temperatur od północy do północy nazywamy średnią dzienną temperaturą dnia danego. W ten sposób otrzymaną temperaturę można porównywać z temperaturami z innych dni i z innych miejscowości, czego bez pojęcia o średniej dziennej temperaturze nie moglibyśmy uczynić. Wszelako podobne wyprowadzanie średniej dziennej temperatury jest zbyt nużące; daje się znacznie uprościć na podstawie faktu, że można dobrać odpowiednio godziny w ciągu doby tak, aby średnia z kilku obserwacji niewiele różniła się
od istotnej średniej dziennej temperatury. Dla Paryża tego rodzaju godziny są: 6 rano, 1 po południu i 9 wieczorem. Zauważono również, że średnia z maximum i minimum temperatury daje średnią temperaturę nader zbliżoną do istotnej.
7. Okres roczny temperatury.
Aby zbadać przebieg temperatury w okresie rocznym, należy zebrać średnie dzienne temperatury za wszystkie dnie w roku i wykreślić odpowiednią krzywę. Tego rodzaju zmiany temperatury w okresie rocznym przedstawia rys. 24; mamy na nim
zarysowany przebieg temperatury z Paryża, Wiednia i Wrocławia.
Zmiany temperatury wraz z wzniesieniem nad poziom.
Wycieczki górskie i spostrzeżenia dokonane podczas wzlotów balonami przekonały, że temperatura powietrza spada w miarę jak wznosimy się nad poziom.
Podstawowe przyczyny spadku temperatury są następujące:
- Sposób nagrzewania się powietrza pod wpływem nasłonecznienia. Powietrze dla promieni słonecznych jest bardzo przezroczyste; otóż promień nagrzać może ciało, które go
wchłania: a więc powietrze pod wpływem promieni słonecznych tylko nader niewielkiemu ulega nagrzaniu.
- Wprost odmiennie zachowuje się powierzchnia gruntu; jako nieprzezroczysta, pochłania prawie całkowicie promienie słoneczne, odbijając tylko nieznaczną ich część. To też grunt silnie nagrzewa się pod wpływem usłonecznienia. Powietrze przy powierzchni ziemi nagrzewa się przez zetknięcie z nią, lub przez mieszanie się z innymi gazami nagrzanymi przez powierzchnię. Jest oczywista, że przy pomocy tego procesu coraz wyższe warstwy powietrza coraz trudniej mogą się nagrzewać.
Komentarze
Prześlij komentarz