Аерологічні спостереження
До 30-х років нашого століття основними метеорологічними спостереженнями були наземні, що проводилися на метеорологічних станціях. Аерологічні ж спостереження, що характеризують стан вільної атмосфери, проводилися за допомогою так званих куль-зондів, які, як правило, випускалися епізодично.
Куля-зонд являє собою гумову оболонку, наповнений воднем, до якої підвішується невеликий і легкий прилад – метеорограф. Цей прилад автоматично реєстрував під час підйому тиск, температуру і вологість повітря. Значення цих елементів записувалися на стрічці, накладеної на обертовий барабан (з годинниковим механізмом), у вигляді безперервних кривих. Випускається куля-зонд зазвичай піднімався до висот 15-16 км. Тут гумова оболонка тріскалася, а метеорограф на парашуті плавно спускався на землю. Знайдений прилад відправлявся за адресою, вказаною на ньому, у відповідну обсерваторію. Тут за записами стрічок метеорографов визначалися зміни тиску, температури і вологості з висотою. Висота підйому в різні моменти часу і відповідні значення метеорологічних елементів встановлювалися за допомогою барометричної формули за початковими даними (показання приладів у поверхні землі в момент випуску кулі-зонда) і записів на стрічці метеорографа під час підйому. Зрозуміло, що оброблялися запису стрічок тільки тих метеорографов, які в цілості доставлялися в обсерваторію. Тому використання отриманих даних зондування часто відсувається на довгий термін, не кажучи вже про те, що багато з них зникали з-за того, що метеорографы падали в місця, недоступні людині.
Барометрична формула виражає закон зміни атмосферного тиску з висотою, залежно від температури повітря. З допомогою барометричної формули вирішується завдання не лише визначення висоти метеорографа або будь-якого літального апарату з вимірюванням тиску і температурі повітря, але і ряд Інших аналогічних практичних завдань. Серед них відзначимо: розрахунок розподілу тиску і щільності повітря з висотою, приведення тиску до рівня моря, визначення висоти метеорологічної станції над рівнем моря, як і різниця висот між пунктами, розрахунок висоти, на яку треба піднятися, щоб тиск зменшився на 1 мб (1 мм), і ін
Барометрична формула Лапласа відрізняється великою точністю і використовується при барометричному нівелюванні. Для наближеного розв’язання інших метеорологічних завдань зазвичай користуються спрощеною барометричною формулою (Бабине), яка має наступний вигляд:
Тут позначення ті ж, що і у формулі Лапласа.
Порівняння результатів розрахунку за наведеними двома формулами показали, що в межах невеликих шарів (2000 м) помилка за формулою Погоди не перевищує 1%.
Епізодичними були і відомості, одержувані при підйомах метеорографов на аеростатах, прив’язних аеростатах і т. п. Природно, що такі дані не могли бути придатні для широких теоретичних узагальнень.
Радіозонди. Розвиток радіо і проникнення його в метеорологію значно розширило можливості дослідників вільної атмосфери. Це насамперед відноситься до винаходу радіозонда П. А. Молчановим. У Павлівській обсерваторії (поблизу Ленінграда) 30 січня 1930 р. був випущений перший в світі радиозонд і прийняті радіосигнали про величину метеорологічних елементів на різних висотах.
Поднимаемый на гумовій кулі радиозонд вимірює тиск, температуру і вологість повітря за допомогою трьох датчиків. Ці датчики включені в ланцюг короткохвильового невеликого радіоприймача, а спеціальне комутуючі пристрій перетворює виміряні ними величини зазначених метеорологічних елементів в електричні імпульси. Кодовані сигнали, автоматично надсилаються радиозондом, приймаються радіоприймачами на місці випуску і негайно розшифровуються. Таким чином, відомості про фізичний стан атмосфери на різних висотах отримують вже в момент підйому радіозонда. Результати радіозондування терміново передаються в органи Служби погоди для використання в оперативній роботі.
Крім тиску, температури і вологості, користуючись радиозондом, можна вимірювати напрям і швидкість вітру в тих шарах, крізь які він проходить. При гарній видимості це досягається шляхом звичайних спостережень за радиозондом в аэрологический теодоліт, а при тумані, хмарній погоді і в нічний час доби – з допомогою радиопеленгования або радіолокаційної установки, визначаючи кутові координати передавача. Включивши в ланцюг радіопередавача облакомер, з допомогою радіозонда можна визначати висоту верхньої і нижньої меж хмарності. Нарешті, використання ряду інших пристосувань дозволяє встановити обмерзання і характер вертикальних рухів повітря.
Серед численних різновидів радіозондів є і такі, які скидаються з літака або аеростата – тоді зондування відбувається
Радиозонд в польоті
Зверху вниз. При підйомі радиозонд зазвичай вітром відноситься на кілька десятків кілометрів у бік.
Для вивчення стану атмосфери у великому районі проводиться одночасний запуск радіозондів в багатьох пунктах. В даний час світова мережа радиозондовых станцій перевищує 600; в них здійснюється випуск радіозондів у вільну атмосферу три-чотири рази на добу (рис. 2).
Організація метеорологічних та аерологічних станцій пов’язана з великими витратами, тому наявна мережа станцій, особливо аерологічних, ще недостатня. На океанах станцій ще дуже мало. Лише на півночі Атлантики і Тихого океану організовані постійно діючі станції на кораблях. Ці кораблі знаходяться майже без руху в певних географічних точках протягом ряду місяців. Вони значні за розмірами і можуть витримати будь-шторм. Дані спостережень, що отримуються з кораблів, що використовуються при складанні прогнозів погоди для міжконтинентальних польотів літаків і плавання кораблів.
Поряд з випуском радіозондів у вільний політ на кулі їх можна встановлювати на літаках, аеростатах і будь-якому апараті, початок у повітря. Підйом радіозондів дає можливість проводити регулярне дослідження атмосфери в будь-яких важкодоступних районах полярних і пустельних областей, над морями і океанами з кораблів і на островах. При цьому випуск радіозонда можливий майже при будь-яких умовах погоди.
Перші радіозонди, випущені на початку тридцятих років, рідко піднімалися до висоти 10-15 км. Тепер середня максимальна висота підйому коливається в межах 25-30 км, а в окремих випадках досягає 40-50 км. В період другого Міжнародного полярного року в 1932-1933 рр. радиозондами системи Молчанова були забезпечені не тільки радянські полярні метеорологічні станції, але і закордонні. Радиозондовые спостереження велися на Землі Франца-Йосипа, в селі Полярному, на Маточкином Кулі. До речі сказати, з 1934 р. почалося широке розвиток мережі аерологічних станцій, а поряд з цим і організація метеорологічних станцій у важкодоступних районах тропічних широт і полярного басейну.
Радиопилоты. Відомості про напрямку і швидкості вітру на висотах метеорологи отримували протягом багатьох ліг з допомогою куль-пілотів. Це невеликі гумові кулі, наповнені воднем та випускаються у вільний політ. Вони, піднімаючись вгору, одночасно захоплюються пануючими потоками повітря на різних висотах. Спостерігаючи за рухом кулі-пілота в аэрологический теодоліт, за величиною кутів визначають траєкторію його руху, а потім, проектуючи її на горизонтальну площину, встановлюють швидкість і напрямок вітру у різних шарах атмосфери.
Проте кулі-пілоти могли бути використані тільки в ясну погоду, так як при наявності хмар, опадів або туману куля-пілот швидко зникав з поля зору спостерігача. Мало допомагали і прикріплені до них мініатюрні джерела світла для спостережень в нічний час. В безхмарні ночі найбільш досвідчені спостерігачі не могли простежити за польотом кулі-пілота вище 4-5 км.
Кулі-пілоти використовувалися і для визначення нижньої межі хмар. Це досягалося як з допомогою теодоліта при одночасному спостереженні за вітром у підхмарному шарі, так і візуально по позначці часу, коли куля-пілот “туманиться” або зник у хмарах. У нічний час для визначення висоти нижньої межі хмар до кулі-пілота пристосовується джерело світла або використовується прожектор. Спрямований вгору промінь прожектора залишає на хмарі світла пляма. Відстань від прожектора до плями і є висота нижньої межі хмари, яка обчислюється за допомогою найпростішого кутомірного приладу, або теодоліта.
В останні роки для вивчення мікроструктури хмар обладнуються спеціальні літаки-лабораторії. Вони дозволяють проводити детальні дослідження атмосфери в межах висоти і дальності польоту літака.
Зображення грозової хмари на екрані радіолокатора
Застосування радиопеленгования для визначення просторового положення вільно літаючих в атмосфері об’єктів дало можливість отримувати відомості про напрямку і швидкості повітряних течій на різних висотах в будь-який час доби і при будь-яких умовах погоди. Для цієї мети використовуються радиопилоты, тобто кулі-пілоти або радіозонди, забезпечені спеціальним пристосуванням (кутовим відбивачем) для відбиття радіохвиль.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)