МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Белорусский государственный университет

Географический факультет

Кафедра общего землеведения

Методические указания по выполнению лабораторных работ по метеорологии и климатологии

Составители: М. Л. Демидович, Е. В. Матюшевская

Минск

2004

Введение

Вся история метеорологии как науки была неразрывно связана с созданием и последующим совершенствованием средств и способов получения метеорологической информации – т. е. измерительных приборов и устройств и методов измерения, позволяющих произвести количественную и качественную оценку физических процессов и явлений, происходящих в природе.

Метеорологические приборы – это приборы и устройства, предназначенные для измерения и регистрации физических характеристик земной атмосферы и подстилающей поверхности.

В зависимости от способа получения показаний метеорологические приборы бывают измерительными (показывающими) и регистрирующими (самопишущими). Измерительные приборы предусматривают визуальное получение показаний с помощью отсчетного устройства, которое позволяет определить значение измеряемой величины. В большинстве метеоприборов отсчётное устройство состоит из шкалы и стрелки. Регистрирующие приборы автоматически записывают показания на движущей ленте, барабане и т. п. В некоторых из них предусмотрена также возможность визуального отсчёта показаний.

Существует большое разнообразие метеорологических приборов. Укажем наиболее распространённые из них:

а) атмосферное давление измеряется ртутными барометрами, барометрами-анероидами, гипсометрами, регистрируется барографами;

б) температуру измеряют деформационными (биметаллическими) и жидкостными (ртутными и спиртовыми) термометрами, при дистанционных измерениях используют термометры сопротивления; регистрация температуры производится при помощи термографов;

в) влажность измеряется психрометрами и различного типа гигрометрами, для регистрации влажности применяют гигрографы;

г) для измерения и регистрации скорости и направления ветра служат флюгеры, анемометры, анеморумбометры, анемографы, анеморумбографы;

д) количество выпадающих осадков измеряют осадкомерами и дождемерами, регистрируют плювиографами;

е) солнечная радиация измеряется актинометрами, пиранометрами, пиргелиометрами, пиргеометрами, альбедометрами и др., продолжительность солнечного сияния регистрируется гелиографами.

Тема 1. Время Общие понятия

Массивы метеорологических данных упорядочиваются во времени. Так, возможны следующие системы счета времени:

1. местное время (солнечное),

2. всемирное время (среднесолнечное гринвичского меридиана),

3. поясное время,

4. декретное время.

Для измерения времени служит видимое суточное движение Солнца по небесному своду. Момент времени, когда Солнце достигает наивысшего положения в какой-либо точке на горизонте, т. е. проходит через плоскость меридиана данного места (точки), называется истинным полднем. Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через меридиан данного места считают истинными солнечными сутками. В течение истинных солнечных суток земной шар успевает один раз обернуться вокруг своей оси по отношению к Солнцу. На практике это время измеряют так: наблюдают два последовательных прохождения Солнца (центра солнечного диска) через ту линию на небе, которая соединяет точку, находящуюся над головой наблюдателя («зенит»), с точкой юга на горизонте.

Продолжительность истинных солнечных суток меняется в течение года вследствие неравномерного движения Земли вокруг Солнца (по законам Кеплера) и изменения наклона эклиптики к экватору. Солнце приходит на линию истинного полудня то немного раньше, то позже. Регулировать часы по этому «истинному полудню» невозможно. Соответственно, неравенство солнечных суток в году выдвинуло необходимость ввести вместо истинного Солнца так называемое среднее солнце, под которым понимают воображаемую точку, перемещающуюся равномерно по небосводу и совершающую полный оборот в тот же период, что и истинное Солнце, т. е. в год. Таким образом, за единицу измерения времени приняты средние сутки. Средними сутками называется промежуток времени между двумя последовательными кульминациями среднего солнца.

Время может быть определено по наблюдению Солнца, например, в полдень. Это будет истинное солнечное время и истинный полдень. Чтобы проверить в этот момент часы, идущие по среднему времени, надо учесть расхождение среднего и истинного Солнца. Точные расчёты этого расхождения делаются на основе теории движения Земли, а в астрономических ежегодниках даётся на каждый день разница между средним и истинным солнечным временем, которая называется уравнением времени. Уравнение времени показывает число минут и секунд, которые надо прибавить к истинному времени, чтобы получить среднее время.

Уравнение времени четыре раза в году бывает равно нулю: 15 апреля, 14 июня, 31 августа и 25 декабря. В эти дни часы, идущие по среднему времени, показывают 12 часов в момент истинного полудня. В промежутках между этими датами уравнение времени бывает или положительным, когда среднее время впереди истинного, или отрицательным, когда истинное время впереди среднего. Наибольшего положительного значения уравнение времени достигает 12 февраля – около 14 минут 30 секунд, наибольшего отрицательного 3 ноября – около 16 минут 20 секунд.

Формула уравнения времени имеет следующий вид:

Δτ = τ_m – τ_s,

где τ_m – среднее солнечное время, τ_s – истинное солнечное время, Δτ – уравнение времени.

Зная уравнение времени, можно рассчитать среднее солнечное время, если известно истинное время и, наоборот, можно вычислить истинное время, если известно среднее солнечное время.

Поясное время – система счёта времени, основанная на разделении поверхности Земли на 24 часовых пояса: во всех пунктах в пределах одного пояса в каждый момент времени поясное время одинаково, в соседних поясах оно отличается ровно на один час. В системе поясного времени 24 меридиана, отстоящих по долготе на 15° друг от друга, приняты за средние меридианы часовых поясов. Границы поясов на морях и океанах, а также в малонаселённых местах проводят по меридианам, отстоящим на 7,5° к востоку и к западу от среднего. В остальных районах Земли границы для большего удобства проведены по близким к этим меридианам государственным и административным границам, железным дорогам, рекам, горным хребтам и т. п. По международному соглашению за начальный был принят меридиан с долготой 0° (Гринвичский). Соответствующий часовой пояс считается нулевым, его границы – 7°30´ з. д. и 7°30´ в. д., время этого пояса называется всемирным, или гринвичским, или западноевропейским. Остальным поясам в направлении от нулевого на восток присвоены номера от 1 до 23. Границы 1-го пояса – 7°30´ в. д. и 22°30´ в. д., время этого пояса принято называть среднеевропейским, время 2-го пояса – восточноевропейским. Разность между поясным временем в каком-либо часовом поясе и всемирным временем равна номеру часового пояса.

Для перехода от поясного времени к среднему солнечному (местному) времени метеостанции используется формула:

τ_m = τ_п + Δ,

где Δ – разность долгот (в часах, минутах и секундах) среднего меридиана часового пояса, в котором находится станция, и метеостанции. Для перевода угловых единиц во временные используется соотношение:

1° – 4 минуты

1´ – 4 секунды.

Декретное время – это время, официально установленное в отдельных городах или странах. Декретное время вводят для более полного использования дневного света в летние месяцы года. Для этого во многих странах по специальному правительственному указу (декрету) переводят стрелки часов, идущих по поясному времени, на 1 час вперед. Это делают либо только на летний период, либо на все время. В Республике Беларусь переход на летнее время осуществляется в соответствии с Постановлением Совета министров Республики Беларусь, в последнее воскресенье марта, на зимнее – в первое воскресенье октября.

С учётом декретного времени, поясное время рассчитывается по формуле:

τ_п = τ_с – Δt,

где τ_с – декретное (сезонное) время, Δt – декретная разница во времени (как правило, 1 час), τ_п – поясное время.

Наблюдения могут быть синоптическими, т. е. одновременными для всей Земли, и асиноптическими, т. е. производимыми в произвольные моменты времени. Наблюдения на метеорологических станциях осуществляются в один и тот же момент времени относительно главного фактора, влияющего на ход всех метеорологических элементов. Таким фактором является приход на землю лучистой энергии Солнца.

Метеорологические наблюдения на всей сети станций производятся в сроки, когда по отношению к станциям, лежащим на заданной широте, но на разных меридианах, Солнце занимает одинаковое положение на небесном своде относительно плоскости меридиана каждого пункта. В настоящее время установлено 8 синоптических сроков наблюдений: 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 час по Гринвичу (табл. 1).

Таблица 1