meteorologia -ćwiczenia.doc

CIEŚNIENIE ATMOSFERYCZNE

Ø      Atmosfera ziemska – gazowa powłoka otaczająca kule ziemską złożona z mieszaniny gazów. Poza składnikami gazowymi atmosfera zawiera zmienną ilość składników mineralnych i organicznych (pyły, sole, bakterie itd.).

Bierze udział w ruchu obrotowym Ziemi. Jest ściśliwa, wraz z wysokością jej gęstość maleje. Zanika bez wyraźnej górnej granicy. Połowa całej masy koncentruje się w dolnych 5 km.

Procesy zachodzące w dolnych warstwach atmosfery, szczególnie do wysokości 10-20 km decydują o stanach pogody obserwowanych przy powierzchni Ziemi.

Atmosfera nie jest jednorodna, dzieli się w przekroju pionowym na warstwy różniące się właściwościami fizycznymi i występującymi w nich zjawiskach.

Ø      Ciśnienie atmosferyczne – jest to ciężar (nacisk) warstwy (słupa) powietrza leżącej nad daną powierzchnią i sięgającej do górnej granicy atmosfery. Wartość ciśnienia atmosferycznego jest największa na poziomie morza i maleje wraz ze wzrostem wysokości.
Na poziomie morza wynosi średnio 1,033 kg/cm2, co odpowiada ciężarowi słupa rtęci o przekroju 1 cm2 i wysokości 760 mm w temperaturze 0ºC, czyli 1013,25 hPa.

Ø      Za normalne ciśnienie atmosferyczne przyjmuje się takie ciśnienie, które równoważy słup rtęci o wysokości 760 mm Hg w temp. 0ºC, na poziomie morza i szerokości geograficznej φ = 45º.

Ø      p = V · ρ · g · S-1

1 mbar = 1 hPa czyli 760 mm Hg = 1013,25 hPa

1 mm Hg = 1,33 hPa

1 hPa = 0,75 mm Hg

Ø      Zależność ciśnienia od wysokości nad poziomem morza:

Ciśnienie powietrza maleje wraz ze wzrostem wysokości. Wielkość spadku zależy od siły ciężkości i od gęstości powietrza, ta zaś związana jest z temperaturą i wilgotnością.

Zależność zmian ciśnienia od wysokości n.p.m. wyraża się wzorem:

p1 – ciśnienie u podstawy słupa powietrza

p2 – ciśnienie na szczycie słupa powietrza

S – powierzchnia

z1, z­2 – wysokość n.p.m.

Wzór na niwelacją barometryczną (Babineta):

z1, z2 – wysokość n.p.m.;

p1, p2 – wielkość ciśnienia na wysokościach z1, z2;

tśr – średnia temperatura słupa powietrza pomiędzy z1, z2;

α – współczynnik rozszerzalności gazów (α = 0,004).

Ø      Stopień baryczny: wysokość na którą trzeba się wznieść lub obniżyć aby ciśnienie powietrza zmalało lub wzrosło o jednostkę (o 1 hPa lub o 1 mm Hg).

              Przykład:

Stacja meteorologiczna leży na wysokości 300 m.n.p.m. Ciśnienie zmierzone o godz. 13:00 wynosiło 1000 hPa a temperatura 15ºC. Jakie będzie ciśnienie zredukowane do poziomu morza?

Stopień baryczny wynosi 8,48 m. Liczymy przybliżoną wartość ciśnienia na poziomie morza:

Liczymy średnie ciśnienie dla warstwy pomiędzy poziomem morza a stacją:

Szukamy średniej temperatury dla warstwy powietrza. Pionowy gradient temperatury wynosi ok. 0,6ºC na 100 m, co znaczy, że na poziomie morza temperatura wynosi 15 + 1,8 = 16,8ºC.

Obliczamy dokładny stopień baryczny i ciśnienie zredukowane:

Ø      Gradient pionowy ciśnienia atmosferycznego – nazywamy zmianę ciśnienia na jednostkę wyskości, za którą przyjmujemy 100 m.

              - odwrotność stopnia barycznego.

Ø      Gradient poziomy ciśnienia atmosferycznego – nazywamy zmianę na jednostkę odległości (100 km) w kierunku prostopadłym do izobar w stronę ciśnienia malejącego.

Ø      Zmiany ciśnienia w czasie:

Tendencja ciśnienia to wielkość zmiany ciśnienia w ciągu trzech godzin poprzedzających termin jego pomiaru.

Ø      Przyrządy do mierzenia ciśnienia:

o       barometr rtęciowy naczyniowy;

o       barometr kompensacyjny;

o       barograf.

ZADANIA:

1. Wykonano jednocześnie pomiar ciśnienia i temperatury u podnóża i na szczycie wzniesienia. Otrzymano następujące wyniki:

U podnóża – ciśnienie p1=1015,2 hPa; temperatura t1=12,2ºC.

Na górze – ciśnienie p2=1002,4 hPa; temperatura t2=9,8ºC.

Jaka jest wysokość tego wzniesienia?

2. Na szczycie wieży o wysokości 80m temperatura (t2) wynosi 23,4ºC gdy u podnóża t1=26,6ºC; ciśnienie p1=1011,2 hPa.

Jakie jest ciśnienie na szczycie tej wieży?

3. Na wysokości 200 m.n.p.m. ciśnienie (p2) wynosi 985,4 hPa przy temperaturze t1=11,9ºC.

Zredukować to ciśnienie do poziomu morza.

TEMPERATURA

Ø      Każde ciało posiada pewien zasób energii cieplnej, który określa jego temperaturę.

Temperaturą nazywamy średni poziom tej energii w poszczególnych cząsteczkach, miarę szybkości poruszania się cząsteczek, z których jest dane ciało. Ruch ustaje całkowicie w temperaturze zera absolutnego (-273,15ºC = 0 K).

Punkt potrójny wody – punkt w którym woda może występować w trzech stanach skupienia.

Ø      Skale termometryczne:

              Zmiana stopni w skali F na stopnie w skali C:

Ø      Rodzaje termometrów:

o       cieczowe

o       deformacyjne

o       elektryczne.

Ø      Termometry cieczowe

Termometry najczęściej używane na stacjach meteorologicznych, wykorzystuje się zjawisko objętościowej rozszerzalności cieplnej cieczy (alkoholu lub rtęci).

Jeśli wielkość współczynnika rozszerzalności objętościowej cieczy jest stała i średnica kapilary jest stała, to zmiany długości słupka cieczy znajdującej się w termometrze są proporcjonalne do zmian temperatury. Ciecz wznosi się w kapilarze na taką wysokość, jaka wynika z aktualnej temperatury cieczy.

termometr stacyjny – służy do pomiaru aktualnej temperatury powietrza. Ustawiony pionowo w klatce meteorologicznej jest jednocześnie elementem składowym psychrometru Augusta.

termometr maksymalny – służy do pomiaru najwyższej temperatury pomiędzy obserwacjami. Połączenie kapilary ze zbiorniczkiem jest wyraźnie zwężone. Zwężenie to jest spowodowane umieszczeniem w kapilarze cienkiego pręcika szklanego. Podczas wzrostu temperatury ciecz termometryczna rozszerza się, wytwarzając ciśnienie umożliwiające przemieszczenie się cieczy przez przewężenie i wędrówkę do kapilary. Podczas obniżania się temperatury następuje przerwanie słupka cieczy w miejscu przewężenia, a w kapilarze pozostaje tyle cieczy termometrycznej, ile jej wydostało się ze zbiorniczka w czasie wystąpienia najwyższej temperatury.

Termometr do pomiaru maksymalnej temperatury umieszcza się w klatce meteorologicznej ze zbiorniczkiem w dół pod kątem ok. 5ºC względem poziomu.

termometr minimalny – służy do pomiaru najniższej temperatury powietrza na stacji meteorologicznej. Funkcję cieczy termometrycznej pełni w nim alkohol. Płyn ten wolno reaguje na zmiany temperatury, stąd zbiorniczek tego termometru ma specyficzny kształt, widełkowaty i wydłużony, zapewniający większą powierzchnię. W zbiorniczku jest zanurzony oznakowany kontrastową barwą pręcik. Termometr ustawiony jest w pozycji poziomej. Wzrost temperatury i związane z nim przemieszczanie się cieczy termometrycznej w górę skali nie wywiera wpływu na położenie pręcika. Spadek temperatury natomiast powoduje, że pręcik przesuwa się wraz z meniskiem cieczy w dół kapilary (w kierunku zbiorniczka). Pręcik zatrzymuje się w miejscu wskazanym przez najniższą temperaturę. Bliższy menisku koniec pręcika wskazuje minimalną temperaturę jaka wystąpiła w okresie pomiaru.

termometry gruntowe – posiadają takie same cechy jak termometr stacyjny; służą do mierzenia temperatury gruntu na głębokościach 5,10,20 i 50 cm.

katatermometr Hilla – termometr cieczowy używany do pomiarów wielkości ochładzania przy średniej temperaturze ciała człowieka 36,5ºC.

Ø      termometry deformacyjne

Do ciągłej rejestracji temperatury powietrza używa się termografu. Zasadniczą częścią, reagującą na zmiany temperatury, jest płytka bimetaliczna. Składa się ona z dwóch spokojnych płytek metalowych o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej. Wskutek zmian temperatury płytka bimetaliczna odkształca się, wyciągając się w stronę metalu o mniejszej rozszerzalności cieplnej.

Ø      termometry elektryczne

o       oporowe (metaliczne) – wymagają zasilania;

o       termoelektryczne (termostosy) – nie wymagają zasilania.

Ø      Klatka meteorologiczna:

o       zapewnia równowagę termodynamiczną;

o       chroni przed deszczem i bezpośrednim promieniowaniem słonecznym (drzwi ustawione dokładnie na północ);

o       ścianki żaluzyjne – zapewniają cyrkulację powietrza.

o       termometry w klatce meteorologicznej:

§         termometr suchy stacyjny;

§         termometr stacyjny zwilżony

§         termometr maksymalny

§         termometr minimalny

Ø      Charakterystyki klimatologiczne...