Wyznaczanie temperatury i wysokości podstawy chmur

Transkrypt

1 Wyznaczanie emperaury i wysokości podsawy chmur Czas rwania: 10 minu Czas obserwacji: dowolny Wymagane warunki meeorologiczne: pochmurnie lub umiarkowane zachmurzenie Częsoliwość wykonania: 1 raz w ciągu dnia Poziom szkoły: wszyskie Maeriały i przyrządy: piromer 1. Wsęp Chmury odgrywają isoną rolę w kszałowaniu pogody i klimau. Wpływ chmur na klima jes dość skomplikowany i zależy od wielu czynników. W uproszczeniu jednak można swierdzić, że chmury wysokie ogrzewają a niskie chłodzą ziemski sysem klima. Z ego powodu niezmiernie ważnym jes monioring nie ylko zachmurzenia całkowiego ale również sopnia pokrycia chmurami z podziałem na wysokość ich wysępowania. Chcielibyśmy wiedzieć czy długiej perspekywie czasowej przybywa czy ubywa chmur na różnych wysokością. Jak na razie obserwacje nie dają jednoznacznej odpowiedzi. Wysokość chmur możemy określać wizualnie klasyfikując chmury na podsawie wyglądu i zjawisk opycznych do różnych kaegorii. Chmury dzielimy ze względu na pięra wysępowania na wysokie (po wyżej 6 km), średnie (od 2,5 do 6 km) i niskie (od powierzchni ziemi do 2,5 km). Dodakowo wysępują chmury o budowie pionowej, kóre mogą wysępować we wszyskich rzech pięrach. Chmury pięra najwyższego są najcieńsze i zawsze jes przez nie widoczne słońce. W przypadku piera średniego słońce jes widoczne ale jego blask jes bardzo słaby ale na yle silny, że w większości przypadku bez problemu porafimy zlokalizować słonce na nieboskłonie. Chmury niskie oraz o budowie pionowej są najgrubsze co sprawia, że bardzo rzadko może dosrzec przez nie arczę słoneczną. Wysokość chmur może oszacować mierząc ich emperaurę. Temperaura chmury jes niezłym wskaźnikiem jej wysokości ze względu na fak, że emperaura powierza na ogół sysemaycznie obniża się wysokością. Im niższa emperaura chmury ym wyżej się znajduje a ym samym silniej ogrzewa sysem 1

2 klimayczny. Mierząc emperaurę chmury możemy oszacować jej wysokość zakładając spadek emperaury z wysokością 6.5 o C na 1 km oraz zakładając, że znamy emperaurę powierza przy powierzchni ziemi. Uzyskane wynik możemy porównać z prosym oszacowaniem na wysokość chmury gdy dysponujemy pomiarami emperaury punku rosy lub wilgoności względnej powierza. W ym przypadku wysokość podsawy chmury dana jes wzorem H 120( c d ) [m] (1) gdzie c jes emperaurą chmury zmierzoną piromerem, zaś d jes emperaurą punku rosy. Jeśli dysponujemy pomiarami wilgoności względnej obliczamy emperaurę punku rosy sosując kalkulaor wilgoności [2]. Znajomość emperaury chmury pozwala nam również określić jej skład. Gdy emperaura jes dodania możemy mieć pewność, że chmura zawiera kropelki wody. Gdy emperaura jes niższa od -10 o C chmury na ogół składają się z kryszałów lody. W przedziale od -10 do C o C może wysępować zarówno lód jak i woda. Woda w posaci kropelek w emperaurze po niżej zera sopni nie jes niczym niezwykłym w chmurach i nosi nazwę wody przechłodzonej. Znane są przypadki badań loniczych powierdzające obecność niezamarznięej wody w emperaurze ok. -40 o C. 2. Przyrządy pomiarowe Przyrządem kóry będzie wykorzysany podczas obserwacji jes piromer. Przyrząd en służy do bezdoykowego pomiaru emperaury. Piromer mierzą ilość (naężenie) energii emiowanej przez ciała w określonej jednosce czasu poprzez pomiar emperaury elemenu, na kóry pada promieniowanie ermiczne (ermoparę). Obecnie piromery coraz częściej sosuje się do pomiaru emperaury ciał fizycznych np. piromer lekarski służy do pomiaru emperaury ciała człowieka czy emperaury przygoowywanych posiłków. 2

3 Rys. 1 PIR882-C Piromer Compac Sosowany będzie piromer kompakowy PIR 882C (widoczny na zdjęciu) jednak doświadczenie może być przeprowadzone dowolnym piromerem, kórego zakres emperaury jes co najmniej w przedziale od -50 do 50 C. Przyrząd charakeryzuje się prosym sposobem obsługi oraz nowoczesną, ergonomiczną obudową. Wyposażony jes w celownik laserowy pozwalający na precyzyjne określenie punku pomiarowego. Posiada funkcje podświelenia wyświelacza oraz zarzymania wyniku pomiaru (Daa Hold). 3. Przeprowadzenie obserwacji Pomiar przeprowadzamy jedynie gdy chmurny znajdują się wysoko na niebie najlepiej w okolicach zeniu. Chmury powinny eż być co najmniej ak duże jak wyciągnięa pięść na le nieboskłonu. Przebieg procedury pomiarowej: 1. Skieruj piromer w kierunku zeniu 2. Naciśnij czerwony przycisk 3. Sprawdź czy jednoskami emperaury są sopnie Celsiusa jeśli nie o naciśnij przycisk o C. 4. W celu wykonania pomiary emperaury naciśnij i rzymaj czerwony przycisk. W czasie pomiaru na wyświelaczu pojawia się napis SCAN. Wyniki są odświeżane 2.5 razy na sekundę. 5. Przez 5 sekund obserwuj wskazania przyrządu i oszacuj warość średnią emperaury. 6. Po zakończeniu pomiaru (zwolnieniu czerwonego przycisku) przyrząd zapamięuje osanią warość i wyświela napis HOLD. 7. Przyrząd wyłącza się auomaycznie. 8. Punky 4-5 powórz 3 razy. 3

4 9. Raz w miesiącu sprawdź san baerii poprzez odłączenie baerii i podłączenie jej do miernika uniwersalnego. Jeśli napięcie jes mniejsze niż 8 V wymień baerie na nową. Uwaga: Nigdy nie kieruj przyrządu w kierunku słońca Dodakowo w czasie pomiarów mierzymy emperaurę powierza. W ym celu korzysamy z ermomeru zaokiennego lub ermomeru w klace meeorologicznej (jeśli akową posiadamy). 4. Prookół wyników Wypełnij abele wpisując daę pomiaru, godzinę w czasie uniwersalnym (odjąć 2 godziny dla czasu leniego lub odjąć 1 godzinę dla czasu zimowego), emperaurę powierza mierzona zwykłym ermomerem (np. zaokiennym) oraz wyniki kolejnych rzech pomiarów piromerem. W przedosaniej kolumnie oblicz warość średnią pomiarów piromerem z dokładnością do jednego miejsca po przecinku. Nasępnie oblicz różnice emperaur pomiędzy emperaurą powierza a emperaurą chmury. Wyznacz wysokość podsawy chmury H uwzględniając, że emperaura powierza obniża się o 0,65 o C na 100 merów wysokości zgodnie ze wzorem H c 0,65 a [m] (2) gdzie c jes emperaura chmury zmierzoną piromerem, zaś a emperaura powierza zmierzoną ermomerem. Jeśli posiadamy higromer mierzymy wilgoność względną powierza i przeliczamy ją na emperaurę punku rosy używając jednego z dosępnych kalkulaorów [2]. Nasępnie korzysając we wzoru 1 obliczamy wysokość podsawy chmury. lp daa godzina [UTC] emperaura powierza a [ C] emperaura chmury c [ C] I II III 4

5 średnia a - c [ C] wysokość chmury w [m] ze wzoru 2 wilgoność względna [%] emperaura punku rosy wysokość chmury w [m] ze wzoru Analiza wyników Na podsawie zmierzonej emperaury chmury określ czy chmura składa się w kropelek wody czy kryszałów lodu. Korzysając z wyznaczonej wysokości chmury zaklasyfikują do pięra wysokiego, średniego lub niskiego. Czy wyznaczone pięro chmur zgadza się z klasyfikacją danego rodzaju chmury? Przykładowo uzyskaliśmy wysokość podsawy chmury 4500 m a na nieboskłonie widzimy chmury alosraus należące do pięra średniego. Ponieważ, chmury pięra średniego znajdują się na wysokości od 2500 do 6000m orzymaliśmy zgodność wyników. Porównaj wysokości chmur uzyskane obiema meodami. Co wpływa na błędy oszacowania wysokości chmury meodą pomiaru piromerem? Czy można ulepszyć ą meodę? 6. Lieraura dodakowa [1] Maghrabi, A.H, R. Clay, N. Wild and B. Dawson, (2009) Design and developmen of a simple infrared monior for cloud deecion, Energy Conversion and Managemen, 50, [2]Inerneowe kalkulaory od obliczania emperaury punku rosy: hp:// hp:// 5