Temperatura powietrza i gruntu

Transkrypt

1 Temperatura powietrza i gruntu

2 Temperatura wielkość określająca stan cieplny ciał i decydująca o kierunku wymiany cieplnej między tymi ciałami Skale termometryczne: 1. Farenheita pierwsza skala, funkcjonuje do dziś w krajach anglosaskich 0o F temperatura mieszaniny wody i salmiaku w jednakowych ilościach Celsjusza (1742) ; skala 0oC-100oC gdzie: 0oC- temperatura topnienia lodu 100oC temperatura wrzenia wody Kelvina - 0K objętość gazu doskonałego 0oC = 273 K ToC= 5/9 (ToF 32) ToF = 9/5ToC +32 ToC =TK 273,15 TK=ToC +273,15

3 Uwaga! ponieważ część z Państwa reprezentuje poziom "alfizyków" - proszę bezwzględnie zapamiętać, że temperatura i ciepło to nie to samo.

4 Przykłady przeliczeń temperatury: -20 F; ile to C?; 5/9 = (-20-32) = -52, -52 * = C 80 F; ile to w C? (80-32) = 48, 48 * = 26.7 C, Chory na statku ma temperaturę 39.8 C. Amerykanin z MEDICAL-RADIO gdy to słyszy, twierdzi, że pomoc medyczna jest już zbędna. Z jakiego powodu? Jaka jest temperatura chorego w jednostkach, które byłyby zrozumiałe dla amerykańskiego strażaka po przeszkoleniu medycznym lub amerykańskiego lekarza? Liczymy: (1.8 * 39.8) = 71.64; = F. Cóż, polski lekarz słysząc o takiej temperaturze chorego (103.6 ) też by zwątpił, przypuszczalnie w taktowny sposób zwróciłby nam uwagę, że jesteśmy PPD (przygłupim pijanym dowcipnisiem).

5 Przyrządy do pomiaru temperatury termometry I. Termometry cieczowe II. Termometry bimetaliczne III. Termometry elektryczne: - oporowe - termistorowe - termoelektryczne

6 Termometry cieczowe

7 Zasada działania - wykorzystuje się rozszerzalność cieplną cieczy (długość słupka cieczy jest wprost proporcjonalna do temperatury) Wykorzystywane ciecze : rtęć, alkohol, toluen Termometry cieczowe aparatura standardowa na stacji meteo. Podział termometrów: 1. Termometr zwykły (stacyjny) 2. Termometry ekstremalne: maksymalny minimalny Lokalizacja- termometry te umieszczone są na statywie w klatce meteorologicznej

8 Termometr zwykły Przeznaczenie: pomiar chwilowej temperatury powietrza Ciecz termometryczna: rtęć Zakres pomiarowy: od -38 oc do +50 oc, działka elementarna 0,2oC Budowa: Zbiorniczek z rtęcią posrebrzany Kapilara połączona ze zbiorniczkiem, wewnątrz kapilary przesuwa się rtęć Skala z podziałką termometryczną Szklana osłona Odczyt: w terminach pomiarowych z dokładnością do 0,1oC z taka dokładnością (0,1oC ) zawsze podajemy temperaturę Przy odczycie linia od oka prostopadła do skali Lokalizacja: Klatka meteorologiczna, w pozycji pionowej, zbiorniczek 2 m n.p.g.

9 Na obszarach gdzie temperatura spada poniżej 38 oc stosuje się termometry alkoholowe lub toluenowe, umożliwiających pomiar do 75 lub 90oC ( Niestety - zazwyczaj jest to któryś z alkoholi wielocząsteczkowych), Termometry cieczowe Wskazania termometru - niewielkie niedokładności konstrukcyjne błędy świadectwo legalizacji Poprawki do wskazań termometru dla kolejnych zakresów temperatury Termometry stacyjne, przed dopuszczeniem do użytku są sprawdzane w komorach termicznych, gdzie ich wskazania są porównywane ze wskazaniami termometrów wzorcowych. Na podstawie tych porównań dany termometr otrzymuje świadectwo cechowania (dopuszczające do użytku) oraz tabelę poprawek instrumentalnych (patrz: poprawka instrumentalna).

10

11 Termometry ekstremalne1.termometr maksymalny Przeznaczenie: pomiar najwyższej (maksymalnej) temperatury powietrza, jaka wystąpiła w ciągu Budowa: doby Zbiorniczek z rtęcią, w jego dnie wtopiony jest szklany pręcik, Ciecz termometryczna: rtęć wchodzący swoim końcem do kapilary, Zakres pomiarowy: w tym miejscu tworzy się przewężenie od -35 oc do +55 oc, działka elementarna 0,5oC Skala z podziałką termometryczną Szklana osłona

12 Zasada działania Termometr maksymalny działa na tej samej zasadzie, co znany niemal wszystkim termometr lekarski. Podczas wzrostu temperatury rtęć rozszerza się (zwiększa swoja objętość, znaczne ciśnienie w zbiorniczku przepycha rtęć przez kapilarę i wysokość słupka rtęci w rurce pomiarowej rośnie aż do danej w tym momencie temperatury W przypadku spadku temperatury, rtęć w zbiorniczku kurczy się i w miejscu przewężenia słupek rtęci w kapilarze ulega przerwaniu. Pozostały w kapilarze słupek rtęci zachowuje swoja długość (nie opada). W ten sposób koniec słupka rtęci rejestruje najwyższą temperaturę, jaka wystąpiła w czasie od ostatniego przygotowania termometru do pomiaru. Odczyt: Raz na dobę, o godz. 06 UTC Dokładność odczytu 0,1oC Po odczycie Redukcja wskazań termometru do temperatury aktualnej poprzez strzepnięcie termometru

13 2.Termometr minimalny Przeznaczenie: pomiar najniższej (minimalnej) temperatury powietrza, jaka wystąpiła w ciągu doby Ciecz termometryczna: toluen Budowa: Zbiorniczek w kształcie widełek (ze względu na dużą bezwładność toluenu) Zakres pomiarowy: od -55 oc do +35 oc, działka elementarna 0,5oC Kapilara, wewnątrz której znajduje się szklany pręcik, który przesuwa się w cieczy Skala z podziałką termometryczną Szklana osłona

14 Zasada działania Podczas spadku temperatury menisk cieczy ściąga wskaźnik w stronę zbiorniczka. Przy wzroście temperatury ciecz opływa wskaźnik nie zmieniając jego położenia. Koniec wskaźnika od strony menisku wskazuje najniższą wartość temperatury jaka wystąpiła w okresie od poprzedniego pomiaru. Menisk wskazuje aktualną temperaturę powietrza. Odczyt: Raz na dobę, o godz. 06 UTC Dokładność odczytu 0,1oC Po odczycie Redukcja wskazań termometru do temperatury aktualnej poprzez przechylenie termometru zbiorniczkiem do góry Lokalizacja: klatka meteorologiczna, na statywie poziomo poletko glebowe do pomiaru temperatury przy gruncie (5 cm nad gruntem)

15 Termometry do pomiaru temperatury gruntu Temperatura gruntu mierzona jest na głębokościach: 5, 10, 20, 50, 100 cm Pomiar na głębokościach 5, 10, 20, 50 cm termometry kolankowe 100 cm termometr wyciągowy Pomiar temperatury gruntu w terminach pomiarowych

16 Termometry kolankowe Termometr rtęciowy o przedłużonej kapilarze Budowa: 1 - część podziemna, osadzona w gruncie, o długości odpowiedniej do głębokości pomiaru, zawiera zbiorniczek i kapilarę pozbawiona skali 2 cześć nadziemna, jest wygięta pod kątem 45 0 (w celu ułatwienia odczytu) zawiera górną cześć kapilary i skalę

17 Termometr wyciągowy Termometr zwykły umieszczony w metalowej oprawie wykonanej z materiału dobrze przewodzącego ciepło ( mosiądz, miedź). Oprawa umocowana jest na końcu pręta, który wkłada się do wnętrza rury, umieszczonej pionowo w glebie i zakończonej płaskim mosiężnym denkiem, znajdującym się na głębokości pomiaru. Zbiorniczek termometru dotyka tego denka. Termometr jest wyciągany na zewnątrz tylko w czasie odczytu temperatury

18 Termometry elektryczne W termometrach elektrycznych wykorzystuje się zależność oporu elektrycznego od temperatury. 1. Termometry oporowe Czujnik - uzwojenie oporowe z platyny, (rzadziej niklu, miedzi) nawinięte na odpowiednim wsporniku Opór metali rośnie z temperaturą. Zasada działania tego przyrządu polega na wykorzystaniu zmian oporu drutu platynowego przy zmianie temperatury powietrza. W tym termometrze bateria jest źródłem prądu, a miernik oporu jest wykalibrowany tak, aby wskazywał temperaturę. Termometry te stosowane są coraz częściej ze względu na duża dokładność pomiaru i możliwość ciągłego zapisu temperatury.

19 2. Termometry oporowe półprzewodnikowe 3.Termometry termoelektryczne termopara Czujnik półprzewodnik zawierający termistor, tranzystor lub diodę Zasada działania zależność zmian oporności termistora od zmian temperatury Opór elektryczny typowych półprzewodników maleje ze wzrostem temperatury, Stosowane w badaniach terenowy, sprzęt przenośny, pomiar dokładny, krótkoterminowy Termopara to druty z dwóch metali o różnej pracy wyjścia, połączone ze sobą przez dwa złącza. Między złączami powstaje różnica potencjałów U, charakterystyczna dla pary obu metali i zależna od różnicy temperatur na złączach.

20 Zalety termometrów elektrycznych Możliwość przekazywania mierzonych wartości na duże odległości Łatwa obróbka sygnału elektrycznego Łatwość osiągania korzystnych parametrów technicznych : np. czułość, częstotliwość Zastosowanie pomiary zautomatyzowane Rejestracja ciągła Zdalne pomiary w kilku punktach

21 Termometry bimetaliczne - deformacyjne Czujnik bimetal ( 2 płytki z metali różniących się współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, spojone ze sobą wzdłuż całej płaszczyzny) Zastosowany w Termografie Budowa i zasada działania Termografu 1. Bimetal (srebrzysta metalowa płytka, "uginająca się" pod wpływem zmian temperatury. Z jednej strony jest ona unieruchomiona, drugi jej koniec jest swobodny. 2. System dzwigni przenoszący odkształcenia bimetalu na ramię przyrządu, zakończoną pisakiem z nieschnącym tuszem 3. Bęben z mechanizmem zegarowym, na bęben nawija się odpowiednio wyskalowaną taśmę papierową ( termogram). Pełen obrót bębna trwa dobę (termograf dobowy) lub tydzień (termograf tygodniowy) Nakręcanie" zegara termografu dokonuje się za pomocą klucza tak jak zegar sprężynowy (budzik). Nowoczesne samopisy mają napęd elektryczny, znajduje się w nich silnik krokowy, sterowany zegarem

22 Opracowanie termogramu Termogram pasek papieru z wykresem przebiegu temperatury Linie poziome (proste) skala wartości co 1oC Linie pionowe (łuki) skala czasowa, na termogramach tygodniowych co 2 godz. Reper pionowa kreska, wykonywana na termogramie w czasie każdej obserwacji, stanowi punkt nawiązania do pomiarów wykonywanych termometrem rtęciowym

23 1 Etapy opracowania termogramu 1. Odczytanie cogodzinnych wartości temperatury powietrza z dokładnością do0,1oc 2. Przyporządkowanie wartościom temperatur z termogramu w czasie reperu wartości temperatur pochodzących z pomiarów wykonywanych termometrem zwykłym 3. Obliczenie poprawek miedzy wartościami odczytanymi z termogramu a wartościami z pomiarów termometrem zwykłym 2,4 2,1 = 0,1 12,9-12,1=0,8 5,2-5,8= -0,6 Godz ttermog 2,1 2,7 3,5 7,8 9,1 11,3 12,1 10,1 9,1 7,6 6,9 5,8 Popr 0,1 0,8-0,6 trzeczyw 2,2 12,9 5,2

24 2 Etapy opracowania termogramu cd 4. Obliczenie poprawek do wartości temperatur odczytanych z termogramu w pozostałych terminach:. Założenie poprawka miedzy dwoma sąsiednimi reperami zmienia się liniowo obliczanie poprawki na daną godzinę:- od wartości poprawki dla danego terminu pomiarowego odejmujemy wartość poprawki z terminu poprzedniego a następnie te wartość dzielimy przez liczbę godzin jaka upłynęła między tymi pomiarami : 0,7 01= 0,6oC 0,6oC: 6 godzin=0,1oc/h poprawka na godz. 8: obliczoną wartość dodajemy do wartości poprawki z godz.7 (0,1+0,1=0,2 poprawka na godz. 9: obliczoną wartość dodajemy do wartości poprawki z godz.8 (0,2+0,1=0,3 i tak dalej Godz ttermog 2,1 2,7 3,5 7,8 9,1 11,3 12,1 10,1 9,1 7,6 6,9 5,8 Popr 0,1 0,2 0,3 0, ,8-0,6 trzeczyw 2,2 12,9 5,2

25 Etapy opracowania termogramu cd 4. Obliczenie poprawek do wartości temperatur odczytanych z termogramu w pozostałych terminach:. poprawka na godz. 18: wynosi -0,6oC poprawka na godz. 13 wynosi 0,8oC różnica między nimi: - 06oC-0,8oC = - 1,4oC między 18 a 13 upłynęło 5 godzin czyli poprawka godzinna wynosi: -1,4oC; 5 = - 0,28oC/h poprawka na godz. 14 wynosi: obliczoną wartość dodajemy do wartości poprawki z godz.13 (0,8+ (-0,28)=0,52 poprawka na godz.15: obliczoną wartość dodajemy do wartości poprawki z godz.14 (0,52+(-0,28)=0,24 i tak dalej Godz ,6 6,9 5,8 ttermog 2,1 2,7 3,5 7,8 9,1 11,3 12,1 10,1 9,1 Popr 0,1 0,2 0,3 0, ,8 trzeczyw 2,2 12,9 0,52 0,24-0,04-0,32-0,6 5,2 3

26 4 Etapy opracowania termogramu cd Aby obliczyć poprawkę na godziny od 1 do 7 rano musimy znać: wartość poprawki o godz. 7 oraz wartość poprawki z ostatniego terminu pomiarowego z dnia poprzedniego różnica między nimi wynosi 0,1 oc (0,4 oc) = 0,5 oc upłynęło 10 godzin czyli poprawka godzinna wynosi: 0,5oC: 10 = 0,05oC/h Wartość poprawki godzinnej dodajemy kolejno tak jak omówiono wcześniej czyli Godz ttermog 6,1 5,7 5,1 4,3 4,0 3,2 3,0 2,7 1,5 1,9 2,1 2,7 Popr -0,4-0,35-0,3-0,05 0 0,5 0,1 0,2 trzeczyw 5,7-0,25-0,2-0,15-0,1 8 2,2 Godz ttermog 3,5 7,8 9,1 11,3 12,1 10,1 9,1 7,6 6,9 5,8 Popr 0,3 0, trzeczyw ,8 12,9 14 0,52 0,24-0,04-0,32-0,6 5,

27 Aby obliczyć poprawkę na godziny od 18 do 24 rano musimy znać: 5 wartość poprawki z pierwszego terminu pomiarowego z dnia poprzedniego oraz wartość poprawki o godz. 18 czyli: 0,7oC (-0,6oC) = 1,3oC upłynęło 13 godzin czyli poprawka godzinna wynosi 1,3oC;13=0,1oC/h czyli: Godz ttermog 6,1 5,7 5,1 4,3 4,0 3,2 3,0 2,7 Popr -0,4-0,35-0,3-0,25-0,2-0,15-0,1-0,05 trzeczyw 5, ,5 1,9 2,1 2,7 0 0,1 0,2 0,5 2,2 Godz ttermog 3,5 7,8 9,1 11,3 12,1 10,1 9,1 7,6 6,9 5,8 5,1 4,8 Popr 0,3 0, ,8 0,52 0,2 4-0,04-0,32-0,6-0,5-0,4 trzeczyw 12,9 5,2 Godz ttermog 4,4 4,0 3,5 3,2 2,8 2,5 2,0 1,6 1,3 2,0 3,1 Popr ,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 trzeczyw 3,8

28 5. Obliczenie temperatury rzeczywistej na podstawie wprowadzonych poprawek 5 Temperaura rzeczywista= temperatura z termogramu + poprawka Proszę pamiętać temperaturę zawsze podajemy z dokładnością do 0,1 oc Godz ttermog 6,1 5,7 5,1 4,3 4,0 3,2 3,0 2,7 Popr -0,4-0,35-0,3-0,25-0,2-0,15-0,1-0,05 trzeczyw 5, ,5 1,9 2,1 2,7 0 0,1 0,2 0,5 2,2 Godz ttermog 3,5 7,8 9,1 11,3 12,1 10,1 9,1 7,6 6,9 5,8 5,1 4,8 Popr 0,3 0, ,8 0,52 0,2 4 0,04-0,32-0,6-0,5-0,4 trzeczyw 12,9 5,2 Godz ttermog 4,4 4,0 3,5 3,2 2,8 2,5 2,0 1,6 1,3 2,0 3,1 Popr ,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 trzeczyw 3,8

29 Opracowywanie danych pomiarowych charakterystyki klimatologiczne I. Średnia dobowa temperatura powietrza 1. Obliczanie średniej dobowej z 24 h ( rzeczywistej) t24 = t 1 + t2 + t3 + t4 +...t Obliczanie średniej dobowej do 1970 r ( pomiary wg czasu miejscowego) t 7 + t13 +2 * t21 tśr = 4 3. Obliczanie średniej dobowej po 1970 r ( pomiary wg czasu GMT) tśr = t 0 + t6 + t12 + t Obliczanie średniej dobowej po 1990 r (pomiary wg czasu GMT) tśr = t max + tmin + t6 + t18 4

30 2. Temperatura średnia miesięczna - wartość charakteryzująca temperaturę w danym miesiącu; obliczana jako średnia arytmetyczna z temperatur średnich dobowych danego miesiąca. 3. Średnia wieloletnia temperatura miesięczna - uśrednione wartości temperatur danego miesiąca na danej stacji z okresu wielolecia (średnia arytmetyczna). Normą podstawową jest tu okres 30.lecia ( , , ), choć stosowane są i inne okresy uśredniania. Zaleca się uśrednianie szeregów, których pierwszy rok rozpoczyna się od roku XXX+1 i kończy na roku XXX+0 (np średnia 10.letnia). 4. Temperatura średnia roczna - średnia arytmetyczna z temperatur miesięcznych w danym roku. 5. Średnia wieloletnia temperatura roczna - uśredniona temperatura roczna (średnia arytmetyczna) z okresu wielolecia (zazwyczaj 30.letnia).

31 Wartość anomalii temperatury miesięcznej lub rocznej - różnica między wartością temperatury średniej miesięcznej danego miesiąca lub roku a średnią temperaturą wieloletnią danego miesiąca lub wieloletnią temperaturą średnią roczną. Wartość ta informuje o ile dany miesiąc lub rok był cieplejszy lub chłodniejszy od średniej. Tą samą wartość nazywa się także odchyleniem od średniej temperatury miesięcznej lub rocznej. Średnią 30.letnią WMO traktuje jako normę klimatyczną. Dobowa amplituda temperatury powietrza : różnica między odnotowaną w czasie danej doby temperaturą maksymalną (tmax) a temperaturą minimalną (tmin); Ad = tmax - tmin Roczna amplituda temperatury powietrza (Ar): różnica między średnią miesięczną temperaturą najcieplejszego miesiąca w danym roku (tmmax) a najchłodniejszego miesiąca w danym roku (tmmin): Ar = tmmax - tmmin Średnia wieloletnia amplituda temperatury powietrza: oblicza się jako wartość różnicy najcieplejszego i najchłodniejszego miesiąca ze średnich miesięcznych wieloletnich