Метеорологические наблюдения

1. Введение

Метеорология - наука об атмосфере, ее составе, строении, свойствах, физических и химических процессах, протекающих в атмосфере. Эти процессы оказывают большое влияние на жизнь человека.

Человеку необходимо иметь представление  о погодных условиях, которые были, есть и, что особенно важно, будут  сопровождать его существование  на Земле. Без знания метеоусловий невозможно правильно вести сельскохозяйственные работы, строить и эксплуатировать  промышленные предприятия, обеспечивать нормальное функционирование транспорта, особенно авиационного и водного.

В настоящее время, когда на Земле  сложилась неблагоприятная экологическая  обстановка, без знания законов метеорологии немыслимо прогнозирование загрязнения  природной среды, а неучёт метеоусловий может привести к еще большему ее загрязнению. Современная урбанизация (стремление населения жить в крупных  городах) приводит к возникновению  новых, в том числе метеорологических, проблем: например, проветриваемость городов  и местное повышение температуры воздуха в них. В свою очередь, учет метеоусловий позволяет снизить вредное воздействие загрязненного воздуха (а следовательно, воды и почвы, на которые эти вещества осаждаются из атмосферы) на организм человека.

Задачами метеорологии являются описание состояния атмосферы в данный момент времени, прогноз ее состояния на будущее, разработка экологических рекомендаций и, в конечном счете, обеспечение условий безопасного и комфортного существования человека. [2]

Метеорологические наблюдения — это  измерения метеорологических величин, а также регистрация атмосферных явлений. К метеорологическим величинам относятся: температура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, количество и высота облаков, количество осадков, потоки тепла и др. К ним присоединяются величины, непосредственно не отражающие свойств атмосферы или атмосферных процессов, но тесно связанные с ними. Таковы температура почвы и поверхностного слоя воды, испарение, высота и состояние снежного покрова, продолжительность солнечного сияния и т.п. На некоторых станциях производятся наблюдения над солнечным и земным излучением и над атмосферным электричеством.

К атмосферным явлениям относятся: гроза, метель, пыльная буря, туман, ряд оптических явлений, таких как  голубой цвет неба, радуга, венцы  и т.д.

Метеорологические наблюдения над  состоянием атмосферы вне приземного слоя и до высот около 40 км носят  название аэрологических наблюдений. Наблюдения над состоянием высоких  слоев атмосферы можно назвать  аэрономическими. Они отличаются от аэрологических наблюдений как по методике, так и по наблюдаемым параметрам.

  Наиболее полные и точные наблюдения производятся в метеорологических и аэрологических обсерваториях. Число таких обсерваторий, однако, невелико. Кроме того, даже самые точные наблюдения, но производимые в небольшом числе пунктов, не могут дать исчерпывающего представления о состоянии всей атмосферы, поскольку атмосферные процессы протекают в разной географической обстановке по-разному. Поэтому кроме метеорологических обсерваторий наблюдения над основными метеорологическими величинами ведутся еще примерно на 3500 метеорологических и 750 аэрологических станциях, размещенных по всему земному шару.[3, с.22-23]

2.1. Метеоплощадка

Метеорологические наблюдения тогда  и только тогда являются сравнимыми, точными, отвечающими задачам метеослужбы, когда при установках приборов выполняются требования, наставления и инструкции, а при производстве наблюдений и обработке материалов работниками метеостанций строго придерживаются указаний перечисленных руководств.[6]

Метеорологическая станция (метеостанция) - учреждение, в котором круглосуточно  проводятся регулярные наблюдения  за состоянием атмосферы и атмосферными процессами, в том числе отслеживаются изменения отдельных метеорологических элементов (температуры, давления, влажности воздуха, скорости и направления ветра, облачности и осадков и т.д.). На станции имеются метеорологическая площадка, где расположены основные метеорологические приборы, и закрытое помещение для обработки наблюдений. Метеорологические станции страны, области, района составляют метеорологическую сеть. [4]

Кроме метеостанций, в метеосеть  входят метеопосты, на которых проводятся наблюдения только за осадками и снежным  покровом.

Каждая метеостанция является научной  единицей обширной сети станций. Результаты наблюдений каждой станции, уже использованные в текущей оперативной работе, имеют ценность и как дневник метеорологических процессов, который может подвергнуться дальнейшей научной обработке. Наблюдения на каждой станции должны проводиться со всей тщательностью и точностью. Приборы должны быть отрегулированы, проверены. Метеостанция должна иметь необходимые для работы бланки, книжки, таблицы, инструкции. 

2.1.1. Метеорологические  показатели, измеряющиеся на метеостанциях,  и приборы, с помощью которых  измеряются данные показатели:

• Температура воздуха (текущая, минимальная и максимальная), °С, - стандартный, минимальный и максимальный термометры.  
• Температура воды (текущая), °С, - стандартный термометр.     
• Температура почвы (текущая), °С, - угловой термометр.    
• Давление атмосферы, Па, мм рт. ст., - барометр (в том числе барометр-анероид).  
• Влажность воздуха: относительная влажность, %, - гигрометр и психрометр; парциальное давление водяного пара, мВ; точка росы, °С.        
• Ветер: скорость ветра (мгновенная, средняя и максимальная), м/с, - анемометр; направление ветра - в градусах дуги и румбах - флюгеры.       
• Осадки: количество (толщина слоя выпавшей воды на горизонтальную поверхность), мм, - осадкомер Третьякова, плювиограф; вид (твердые, жидкие); интенсивность, мм/мин; продолжительность (начало, конец), ч и мин.       
• Снежный покров: плотность, г/см3; запас воды (толщина слоя воды, образующаяся при полном таянии снега), мм, - снегометр; высота, см.       
• Облачность: количество - в баллах; высота нижней и верхней границ, м, - индикатор высоты облачности; форма - по Атласу облаков.      
• Видимость: прозрачность атмосферы, %; метеорологическая дальность видимости (экспертная оценка), м или км.        
• Солнечная радиация: продолжительность солнечного сияния, ч и мин; энергетическая освещенность, Вт/м2; доза облучения, Дж/см2.

2.1.2. Экологические  показатели

• Радиоактивность: воздуха - в кюри или в микрорентген в час; воды - в кюри на кубический метр; поверхности почвы - в кюри на квадратный метр; снежного покрова - в рентгенах; осадков - в рентген в секунду - радиометры и дозиметры.
• Загрязнение атмосферы: чаще всего оценивается в миллиграммах на кубический метр воздуха - хроматографы.
• Содержание химических веществ в осадках, мг/л, - химические, физико-химические или физические анализаторы.
• Содержание химических веществ в почве, мг/см3, - химические, физико-химические или физические анализаторы. [5]

2.1.3. Метеорологическая  площадка - требования к размещению. Устройство и оборудование метеоплощадок

Метеорологическая площадка должна находиться на открытой местности на значительном расстоянии от леса и жилой застройки, особенно многоэтажной. Размещение приборов вдали от здания позволяет исключить  ошибки измерений, связанные с переизлучением зданий или высоких предметов, правильно  измерять скорость и направление  ветра и обеспечить нормальный сбор осадков.

Требования к стандартной метеорологической  площадке таковы:

• размер - 26x26 метров (площадки, на которых производятся в том числе и актинометрические наблюдения (измерение солнечной радиации), имеют размер 26x36 м)
• ориентация сторон площадки - чётко на север, юг, запад, восток (если площадка прямоугольная, то ориентация длинной стороны - с севера на юг)
• место для площадки должно быть типичным для окружающей местности радиусом 20-30 км
• расстояние до невысоких строений, отдельно стоящих деревьев должно быть не менее 10-кратной их высоты, а расстояние от сплошного леса или городской застройки - не менее 20-кратной
• расстояние до оврагов, обрывов, уреза воды - не менее 100 м
• во избежание нарушения естественного покрова на метеоплощадке разрешается ходить только по дорожкам
• все приборы на метеорологической площадке размещаются по единой схеме, которая предусматривает одинаковую ориентацию к сторонам света, определённую высоту над поверхностью земли и другие параметры
• ограда площадки и всё вспомогательное оборудование (подставки, будки, лестницы, столбы, мачты и т.п.) окрашиваются в белый цвет для предотвращения их чрезмерного нагревания солнечными лучами, что может повлиять на точность измерений
• На метеорологических станциях помимо измерений с помощью приборов (температура воздуха и земли, направление и скорость ветра, атмосферное давление, количество осадков), производятся визуальные наблюдения за облаками, дальностью видимости. [1]

Если травяной покров на площадке летом сильно разрастается, то траву  нужно скашивать или подстригать, оставляя не более 30-40 см. Скошенную  траву обязательно убирать с  площадки тотчас же. Снежный покров на площадке не следует трогать, весной же нужно удалять снег или ускорять его таяние путем разбрасывания  или увоза снега с площадки. С крыш будок и из защитной воронки осадкомера снег счищается. Приборы на площадке должны быть так размещены, чтобы они не затеняли друг друга. Термометры должны находиться в 2 м от земли. Дверца будки должна быть обращена на север. Лестница не должна соприкасаться с будкой. [6]

На метеоплощадках основного типа используются следующие приборы:  

• термометры для измерения температуры воздуха (в том числе горизонтальные минимальные и горизонтальные максимальные) и почвы (они имеют наклон для удобства считывания показаний);
• барометры различного типа (чаще всего - барометры-анероиды для измерения давления воздуха). Они могут размещаться в помещении, а не на открытой площадке, так как давление воздуха одинаково и в помещении, и снаружи;
• психрометры и гигрометры для определения влажности атмосферы;
• анемометры для определения скорости ветра;
• флюгеры для определения направления ветра (иногда применяют анеморумбографы, совмещающие функции измерения и записи скорости и направления ветра);
• индикаторы высоты облаков (например, ИВО-1М); самопишущие приборы (термограф, гигрограф, плювиограф).
• осадкомеры и снегомеры; на метеостанциях чаще всего применяют осадкомеры Третьякова.

 Кроме перечисленных показателей,  на метеостанциях регистрируются  облачность (степень покрытия неба  облаками, тип облаков); наличие и  интенсивность различных осадков  (росы, инея, гололеда), а также тумана; горизонтальная видимость; продолжительность  солнечного сияния; состояние поверхности  почвы; высота и плотность снежного  покрова. На метеостанции регистрируются также метели, шквалы, смерчи, мгла, бури, грозы, радуги. [5]

2.1.4. Организация  метеорологических наблюдений              

Все наблюдения вписываются простым  карандашом в установленные книжки или бланки сразу же после отсчета  того или иного прибора. Недопустимы  записи по памяти. Все исправления  вносятся зачеркиванием исправляемых цифр (так, чтобы их все же можно  было прочесть) и подписыванием новых сверху; подчистка цифр и текста не допускается. Особенно важна четкая запись, облегчающая как первичную обработку наблюдений на станции, так и использование их Гидрометцентрами. 

При пропуске наблюдений соответствующая  графа книжки должна оставаться незаполненной. Совершенно недопустимо в таких случаях вписывание каких либо вычисленных результатов с целью "восстановления" наблюдений, так как предположительные данные легко могут оказаться ошибочными и принести больший вред, чем пропуск отсчетов по приборам. О всех случаях перерывов делается пометка на странице наблюдений. Необходимо заметить, что пробелы в наблюдениях обесценивают всю работу станции, а потому непрерывность наблюдений должна явиться основным правилом для каждой метеостанции.

Отсчеты, произведенные неточно  в срок, также в значительной степени  обесцениваются. В таких случаях  в графе, где отмечается срок наблюдений, пишется время отсчета сухого термометра в психрометрической будке. 

Время, затрачиваемое на наблюдения, зависит от оборудования станции. Во всяком случае, отсчеты должны производиться  достаточно быстро, но, конечно, не в  ущерб точности.

За 10-15 мин, а зимой - за полчаса до срока осуществляется предварительный  обход всех установок. Необходимо убедиться, исправны ли они, и подготовить некоторые приборы к предстоящим отсчетам, чтобы гарантировать точность наблюдений, убедиться, что психрометр исправен, и батист достаточно напитывается водой, что перья самописцев пишут правильно и чернил достаточно.

Кроме отсчетов по приборам и глазомерного определения видимости и облачности, записываемых в отдельные графы книжки, наблюдатель отмечает в графе "атмосферные явления" начало и конец, вид и интенсивность таких явлений, как осадки, туман, роса, иней, изморозь, гололед и другие. Для этого необходимо внимательно и непрерывно наблюдать за погодой и в промежутках между срочными наблюдениями. [6]

Метеонаблюдения должны быть длительными  и непрерывными и проводиться  строго. В соответствии с международными стандартами. Измерения метеопараметров для сравнимости во всем мире проводятся одновременно (т. е. синхронно): в 00, 03, 06,09, 12, 15, 18 и 21 ч по Гринвичскому времени (времени нулевого, Гринвичского, меридиана). Это так называемые синоптические сроки. Результаты измерений немедленно передаются в службу погоды по компьютерной связи, телефону, телеграфу или радио. Там составляются синоптические карты и разрабатываются метеопрогнозы.

Некоторые метеорологические измерения  проводятся в собственные сроки: количество осадков измеряется четыре раза в сутки, высота снежного покрова - один раз в сутки, плотность снега - один раз в пять-десять дней. [5]

Станции, несущие службу погоды, после  обработки наблюдений шифруют метеоданные  для посылки синоптических телеграмм  в Гидрометцентр. Цель шифровки - значительно  сократить объем телеграммы при  максимально количестве посылаемых сведений. Очевидно, что для этой цели наиболее пригодна цифровая зашифровка. В 1929 г. Международная метеорологическая  конференция выработала метеокод, с  помощью которого можно было описать  состояние атмосферы со всеми подробностями. Этот код применялся в течение почти 20 лет, подвергаясь лишь небольшим изменениям. С 1 января 1950 года введен в действие новый международный код, значительно отличающийся от старого. [6]