Как измеряют скорость ветра? — «Как и Почему»

Как измеряют скорость ветра?  - «Как и Почему» Анемометр

Выносной модуль и измерительная схема датчиков ветра

В качестве фотоизлучателей были выбраны светодиоды ИК-диапазона АЛ-107Б. Эти старинные светодиоды, конечно, не самые лучшие в своем классе, зато имеют миниатюрный корпус диаметром 2,4 мм и способны пропускать ток до 600 мА в импульсе. Между прочим, при испытаниях выяснилось, что образец этого светодиода около 1980 года выпуска (в корпусе красного цвета) имеет примерно вдвое большую эффективность (выразившуюся в дальности уверенной работы фотоприемника), чем современные экземпляры, купленные в «Чипе-Дипе» (они имеют прозрачный желтовато-зеленый корпус).

Через светодиод в датчике скорости пропускался постоянный ток около 20 мА (резистор 150 Ом при питании 5 вольт), а в датчике направления — импульсный (меандр со скважностью 2) ток около 65 мА (те же 150 Ом при питании 12 вольт). Средний ток через один светодиод датчика направления при этом около 33 мА, всего через четыре канала — около 130 мА.

В качестве фотоприемников были выбраны фототранзисторы L-32P3C в корпусе диаметром 3 мм. Сигнал снимался с коллектора, нагруженного на резистор 1,5 или 2 кОм от питания 5 В. Эти параметры подобраны так, чтобы на расстоянии ~20 мм между фотоизлучателем и приемником на вход контроллера поступал сразу полноразмерный логический сигнал в 5-вольтовых уровнях без дополнительного усиления.

Токи, фигурирующие здесь, могут показаться вам несоразмерно большими, если исходить из озвученного выше требования минимального энергопотребления, но как вы увидите, фигурируют они в каждом цикле измерения на протяжении максимум нескольких миллисекунд так, что общее потребление остается небольшим.

Основой для крепления приемников и излучателей послужили отрезки кабельного канала (видны на фото датчиков выше), вырезанные так, чтобы у основания образовать «ушки» для крепления на скобе. Для каждого из этих обрезков к запирающей крышке изнутри приклеивалась пластиковая пластинка, по ширине равная ширине канала.

Светодиоды и фототранзисторы закреплялись на нужном расстоянии в отверстиях, просверленных в этой пластинке так, чтобы выводы оказались внутри канала, а наружу выступали только выпуклости на торце корпусов. Выводы распаиваются в соответствии со схемой (см. ниже), внешние выводы делаются обрезками гибкого разноцветного провода.

Резисторы для излучателей датчика направления также размещаются внутри канала, от них делается один общий вывод. После распайки крышка защелкивается на место, все щели герметизируются пластилином и дополнительно липкой лентой, которой также закрывается отверстие со стороны, противоположной выводам, и вся конструкция заливается эпоксидной смолой. Внешние выводы, как можно видеть на фото датчиков, выводятся на клеммную колодку, закрепленную на тыльной стороне скобы.

Принципиальная схема блока обработки датчиков ветра выглядит так:

О том, откуда берется питание 12-14 вольт, см. далее. Кроме компонентов, указанных на схеме, выносной блок содержит датчик температуры-влажности, который на схеме не показан. Делитель напряжения, подключенный к выводу A0 контроллера, предназначен для контроля напряжения источника питания с целью своевременной замены.

В схеме используется «голый» контроллер Atmega328 в DIP-корпусе, запрограммированный через Uno и установленный на панельку. Такие контроллеры с уже записанным Arduino-загрузчиком, продаются, например, в «Чипе-Дипе» (или загрузчик можно записать самостоятельно).

Такой контроллер удобно программировать в привычной среде, но, лишенный компонентов на плате, он во-первых, получается экономичнее, во-вторых, занимает меньше места. Полноценный энергосберегающий режим можно было бы получить, избавившись и от загрузчика тоже (и вообще расписав весь код на ассемблере :), но здесь это не очень актуально, а программирование при этом неоправданно усложняется.

На схеме серыми прямоугольниками обведены компоненты, относящиеся отдельно к каналам скорости и направления. Рассмотрим функционирование схемы в целом.

Работа контроллера в целом управляется сторожевым таймером WDT, включенным в режиме вызова прерывания. WDT выводит контроллер из режима сна через заданные промежутки времени. В случае, если в вызванном прерывании таймер взводится заново, перезагрузки с нуля не происходит, все глобальные переменные остаются при своих значениях. Это позволяет накапливать данные от пробуждения к пробуждению и в какой-то момент обрабатывать их — например, усреднять.

В начале программы сделаны следующие объявления библиотек и глобальных переменных (чтобы не загромождать текст и без того обширных примеров, здесь выпущено все, что относится к датчику температуры-влажности):

#include <VirtualWire.h>
#include <avr/wdt.h>
#include <avr/sleep.h>
. . . . .
#define ledPin 13 //вывод светодиода (PB5 вывод 19 ATmega)
#define IR_Pin 10 //управление транзистором IRLU (PB2 вывод 16 Atmega)
#define in_3p 9 //вход приемника разряд 3
#define in_2p 8 //вход приемника разряд 2
#define in_1p 7 //вход приемника разряд 1
#define in_0p 6 //вход приемника разряд 0
#define IR_PINF 5 //(PD5,11) вывод для ИК-светодиода частоты
#define IN_PINF 4 //(PD4,6) вход обнаружения частоты 

volatile unsigned long ttime = 0;        //Период срабатывания датчика
float ff[4]; //значения частоты датчика скорости для осреднения
char msg[25]; //посылаемый месседж
byte count=0;//счетчик
int batt[4]; //для осреднения батарейки
byte wDir[4]; //массив направлений ветра
byte wind_Gray=0; //байт кода направления ветра

Для инициации режима сна и WDT (пробуждение каждые 4 с) служат следующие процедуры:

// перевод системы в режим сна
void system_sleep() {
  ADCSRA &= ~(1 << ADEN); //экв. cbi(ADCSRA,ADEN); выключим АЦП
  set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); // режим сна
  sleep_mode();                        // система засыпает
    sleep_disable(); // система продолжает работу после переполнения watchdog
    ADCSRA |= (1 << ADEN); /экв. sbi(ADCSRA,ADEN); включаем АЦП
}

//****************************************************************
// ii: 0=16ms, 1=32ms,2=64ms,3=128ms,4=250ms,5=500ms
// 6=1 sec,7=2 sec, 8=4 sec, 9= 8sec
void setup_watchdog(int ii) {
  byte bb;
  if (ii > 9 ) ii=9;
  bb=ii & 7;
  if (ii > 7) bb|= (1<<5); //в bb - код периода
  bb|= (1<<WDCE);
  MCUSR &= ~(1<<WDRF);
  // запуск таймера
  WDTCSR |= (1<<WDCE) | (1<<WDE);
  // установка периода срабатывания сторожевого таймера
  WDTCSR = bb;
  WDTCSR |= (1<<WDIE); //прерывание WDT  
}
//****************************************************************  
// Обработка прерывания сторожевого таймера 
ISR(WDT_vect) {
        wdt_reset();
}

Датчик скорости выдает частоту прерывания оптического канала, порядок величин — единицы-десятки герц. Мерить такую величину экономичнее и быстрее через период (этому была посвящена публикация автора «

»). Здесь выбран метод через модифицированную функцию pulseInLong(), который не привязывает измерение к определенным выводам контроллера (текст функции periodInLong() можно найти в указанной публикации).

В функции setup() объявляются направления выводов, инициализируются библиотека передатчика 433 МГц и сторожевой таймер (строка для IN_PINF в принципе лишняя, и вставлена для памяти):

void setup() {
  pinMode(IR_PINF, OUTPUT); //на выход
  pinMode(IN_PINF, INPUT); //вывод обнаружения частоты на вход
  pinMode(13, OUTPUT); //светодиод
  vw_setup(1200); // скорость соединения VirtualWire
  vw_set_tx_pin(2);   //D2, PD2(4) вывод передачи VirtualWire
//  Serial.begin(9600); // Serial-порт для контроля при отладке
  setup_watchdog(8); //WDT период 4 c
  wdt_reset();
}

Наконец, в основном цикле программы мы сначала каждый раз при пробуждении (каждые 4 секунды) считываем напряжение и рассчитываем частоту датчика скорости ветра:

void loop() {
  wdt_reset(); //обнуляем таймер
  digitalWrite(ledPin, HIGH); //включаем светодиод для контроля
  batt[count]=analogRead(0); //читаем и сохраняем текущий код батарейки
/*=== частота ==== */ 
  digitalWrite(IR_PINF, HIGH); //включаем ИК-светодиод датчика скорости
  float f=0; //переменная для частоты
      ttime=periodInLong(IN_PINF, LOW, 250000); //ожидание 0,25 сек
//        Serial.println(ttime); //для контроля при отладке
       if (ttime!=0) {//на случай отсутствия частоты
       f = 1000000/float(ttime);} // вычисляем частоту сигнала в Гц
       digitalWrite(IR_PINF, LOW); //выключаем ИК-светодиод
 ff[count]=f; //сохраняем вычисленное значение в массиве    
. . . . .

Время горения ИК-светодиода (потребляющего, напомню, 20 мА) здесь, как видите, будет максимальным при отсутствии вращения диска датчика и составляет при этом условии около 0,25 секунды. Минимальная измеряемая частота, таким образом, составит 4 Гц (четверть оборота диска в секунду при 16 отверстиях).

Про анемометры:  Комплекс метеорологический МК-15 с анемометрами акустическими

Как выяснилось при калибровке датчика (см. далее), это соответствует примерно 0,2 м/с скорости ветра Подчеркнем, что это минимальная измеряемая величина скорости ветра, но не разрешающая способность и не порог трогания (который окажется гораздо выше).

Далее следуют процедуры, которые выполняются каждое четвертое пробуждение (то есть каждые 16 секунд). Значение частоты датчика скорости из накопленных четырех значений мы передаем не среднее, а максимальное — как показал опыт, это более информативная величина.

//каждые 16 сек усредняем батарейку и определяем максимальное значение 
//частоты из 4-х значений:
if (count==3){ 
    f=0; //значение частоты
    for (byte i=0; i<4; i  ) if (f<ff[i]) f=ff[i]; //максимальное значение из четырех
    int fi=(int(f*10) 1000); //доводим до 4 дес. разрядов для отправки
    int volt=0; //код батарейки
    for (byte i=0; i<4; i  ) volt=volt batt[i];
    volt=volt/4 100; //средний код на 100 больше = 3 дес.разряда 
    volt=volt*10; //до 4 дес. разрядов
. . . . .

Далее — определение кода Грея направления. Здесь для снижения потребления вместо постоянно включенных ИК-светодиодов на все четыре канала одновременно через ключевой полевой транзистор с помощью функции tone() подается частота 5 кГц. Обнаружение наличия частоты на каждом из разрядов (выводы in_0p – in_3p) производится методом, аналогичным антидребезгу при считывании показаний нажатой кнопки.

Сначала в цикле дожидаемся, имеется ли на выводе высокий уровень, и затем проверяем его через 100 мкс. 100 мкс есть полпериода частоты 5 кГц, то есть при наличии частоты минимум со второго раза мы опять попадем на высокий уровень (на всякий случай повторяем четыре раза) и это означает, что он точно там есть. Эту процедуру повторяем для каждого из четырех бит кода:

/* ===== Wind Gray ==== */
//направление:
  tone(IR_Pin,5000);//частоту 5 кГц на транзистор
  boolean yes = false;
  byte i=0;
  while(!yes){ //разряд 3
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_3p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_3p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[3]=1; else wDir[3]=0;
    yes = false;
    i=0;
  while(!yes){ //разряд 2
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_2p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_2p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[2]=1; else wDir[2]=0;
    yes = false;
    i=0;
  while(!yes){ //разряд 1
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_1p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_1p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[1]=1; else wDir[1]=0;
    yes = false;
    i=0;
  while(!yes){ //разряд 0
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_0p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_0p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[0]=1; else wDir[0]=0;
  noTone(IR_Pin); //выключаем частоту
  //собираем в байт в коде Грея:
  wind_Gray=wDir[0] wDir[1]*2 wDir[2]*4 wDir[3]*8; //прямой перевод в дв. код
  int wind_G=wind_Gray*10 1000; //дополняем до 4-х дес. разрядов
. . . . .

Максимальная длительность одной процедуры будет при отсутствии частоты на приемнике и равна 4×100 = 400 микросекунд. Максимальное время горения 4-х светодиодов направления будет тогда, когда не засвечен ни один приемник, то есть 4×400 = 1,6 миллисекунды.

Алгоритм, кстати, точно так же будет работать, если вместо частоты, период которой кратен 100 мкс, просто подать постоянный высокий уровень на светодиоды. При наличии меандра вместо постоянного уровня мы просто экономим питание вдвое. Мы можем еще сэкономить, если завести каждый ИК-светодиод через отдельную линию (соответственно, через отдельный вывод контроллера со своим ключевым транзистором), но зато при этом усложняется схема, разводка и управление, а ток в 130 мА в течение 2 мс каждые 16 секунд — это, согласитесь, немного.

Наконец, беспроводная передача данных. Для передачи данных от места установки датчиков до табло метеостанции был выбран самый простой, дешевый и надежный способ: пара передатчик/приемник на частоте 433 МГц. Согласен, способ не самый удобный (из-за того, что девайсы рассчитаны на передачу битовых последовательностей, а не целых байтов, приходится изощряться в конвертации данных между нужными форматами), и уверен, что многие со мной захотят поспорить в плане его надежности. Ответ на последнее возражение простой: «ты просто не умеешь их готовить!».

Секрет в том, что обычно остается за кадром различных описаний обмена данными по каналу 433 МГц: поскольку приборы эти чисто аналоговые, то питание приемника должно быть очень хорошо очищено от любых посторонних пульсаций. Ни в коем случае не следует питать приемник от внутреннего 5-вольтового стабилизатора Arduino!

В данном случае передатчик работал непосредственно от напряжения аккумулятора 12 В, приемник и передатчик были снабжены стандартными самодельными антеннами в виде отрезка провода длиной 17 см. (Напомню, что провод для антенн пригоден только одножильный, а размещать антенны в пространстве необходимо параллельно друг другу.)

Пакет информации длиной в 24 байта (с учетом влажности и температуры) без каких-то проблем уверенно передавался со скоростью 1200 бит/с по диагонали через садовый участок 15 соток (около 40-50 метров), и затем через три бревенчатых стенки внутрь помещения (в котором, например, сотовый сигнал принимается с большим трудом и не везде).

Условия, практически недостижимые для любого стандартного способа на 2,4 ГГц (типа Bluetooth, Zig-Bee и даже любительский Wi-Fi), притом, что потребление передатчика здесь составляет жалкие 8 мА и только в момент собственно передачи, остальное время передатчик потребляет сущие копейки. Передатчик конструктивно размещен внутри выносного блока, антенна торчит сбоку горизонтально.

Объединяем все данные в один пакет (в реальной станции к нему добавятся еще температура и влажность), состоящий из единообразных 4-байтных частей и предваряемый сигнатурой «DAT», отправляем его на передатчик и завершаем все циклы:

/*=====Transmitter=====*/
  String strMsg="DAT"; //сигнатура - данные
  strMsg =volt; //присоединяем батарейку 4 разряда
  strMsg =wind_G; //присоединяем wind 4 разряда
  strMsg =fi; //присоединяем частоту 4 разряда
  strMsg.toCharArray(msg,16); //переводим строку в массив
//  Serial.println(msg); //для контроля
  vw_send((uint8_t *)msg, strlen(msg)); // передача сообщения
  vw_wait_tx(); // ждем завершения передачи - обязательно!
  delay(50); //  еще на всякий случай задержка
   count=0; //обнуляем счетчик
}//end count==3 
else count  ;
  digitalWrite(ledPin, LOW); //гасим сигнальный светодиод
  system_sleep(); //систему — в сон
} //end loop

Размер пакета можно сократить, если отказаться от требования представления каждой из величин разнообразных типов в виде единообразного 4-байтового кода (например, для кода Грея, конечно, хватит и одного байта). Но универсализации ради я оставил все как есть.

Про анемометры:  Анемометр крановый сигнальный цифровой AKTAKOM АСЦ-3 купить по низким ценам в интернет-магазине, характеристики, описание

Питание и особенности конструкции выносного блока. Потребление выносного блока подсчитываем таким образом:

— 20 мА (излучатель) ~20 мА (контроллер со вспомогательными цепями) в течение примерно 0,25 с каждые четыре секунды — в среднем 40/16 = 2,5 мА; — 130 мА (излучатели) ~20 мА (контроллер со вспомогательными цепями) в течение примерно 2 мс каждые 16 секунд — в среднем 150/16/50 ≈ 0,2 мА;

Накинув на этот расчет потребление контроллера при съеме данных с датчика температуры-влажности и при работе передатчика, смело доводим среднее потребление до 4 мА (при пиковом около 150 мА, заметьте!). Батарейки (которых, кстати, потребуется аж 8 штук для обеспечения питания передатчика максимальным напряжением!) придется менять слишком часто, потому возникла идея питать выносной блок от 12-вольтовых аккумуляторов для шуруповерта — их у меня образовалось как раз две штуки лишних.

Емкость их даже меньше, чем соответствующего количества АА-батареек — всего 1,3 А•часа, но зато никто не мешает их менять в любое время, держа наготове второй заряженный. При указанном потреблении 4 мА емкости 1300 мА•часов хватит примерно на две недели, что получается не слишком хлопотно.

Отметим, что напряжение свежезаряженного аккумулятора может составить до 14 вольт. На этот случай поставлен входной стабилизатор 12 вольт — чтобы не допустить перенапряжений питания передатчика и не перегружать основной пятивольтовый стабилизатор.

Выносной блок в подходящем пластиковом корпусе размещается под крышей, к нему на разъемах подведен кабель питания от аккумулятора и соединения с датчиками ветра. Основная сложность в том, что схема оказалась крайне чувствительной к влажности воздуха: в дождливую погоду уже через пару часов начинает сбоить передатчик, измерения частоты показывают полную кашу, а измерения напряжения аккумулятора показывают «погоду на Марсе».

Поэтому после отладки алгоритмов и проверки всех соединений корпус необходимо тщательно герметизировать. Все разъемы в месте входа в корпус промазываются герметиком, то же самое касается всех головок винтов, торчащих наружу, выхода антенны и кабеля питания.

Стыки корпуса промазываются пластилином (с учетом того, что их придется разнимать), и дополнительно проклеиваются сверху полосками сантехнического скотча. Неплохо дополнительно аккуратно укрепить эпоксидкой используемые разъемы внутри: так, указанный на схеме выносного модуля DB-15 сам по себе не герметичен, и между металлическим обрамлением и пластиковой основой будет медленно просачиваться влажный воздух.

Но все эти меры сами по себе дадут только кратковременный эффект — даже если не будет подсоса холодного влажного воздуха, то сухой воздух из комнаты легко превращается во влажный при падении температуры снаружи корпуса (вспомните про явление, называемое «точка росы»).

Чтобы этого избежать, необходимо внутри корпуса оставить патрончик или мешочек с влагопоглотителем — силикагелем (мешочки с ним иногда вкладывают в коробки с обувью или в некоторые упаковки с электронными устройствами). Если силикагель неизвестного происхождения и долго хранился, его перед использованием необходимо прокалить в электродуховке при 140-150 градусах несколько часов. Если корпус герметизирован как следует, то менять влагопоглотитель придется не чаще, чем в начале каждого дачного сезона.

Таблица 10.4. шкала для визуальной оценки силы ветра

Морской бриз обычно начинает дуть в 8—10 ч утра и достигает максимума около полудня, затем начинает зати­хать и полностью прекращается перед заходом солнца.

Морской бриз проникает в глубь континента на 20—40 км, а береговой бриз в море — на 8—10 км. Вер­тикальная мощность бризов в средних широтах достигает нескольких сот метров. В тропической зоне их мощность значительно больше. Бризы наблюдаются обычно в ясную погоду.

Бора — сильный порывистый ветер, дующий с невысо­ких гор (высотой до 1000 м) в сторону теплого моря. Бора часто наблюдается на Черноморском побережье в районе Новороссийска в результате затока холодного воз­духа с севера через Мархотский перевал.

Скорость движения воздуха при боре может достигать 40—60 м/с. Резкое понижение температуры воздуха при сильном ветре зимой приводит к обледенению судов, причалов, набережных.

Фен — теплый сухой ветер, дующий с гор. Фен обычно возникает при значительных разностях давлений, возника­ющих на противоположных склонах хребта, когда на од­ном склоне находится антициклон, а на противополож­ном — циклон. Фен наблюдается и тогда, когда над гор­ным районом располагается антициклон. В этом случае нисходящее движение воздуха наблюдается по обе сторо­ны гор.

Сухость воздуха и его высокая температура связаны с тем, что при поднятии воздуха с наветренной стороны происходит его охлаждение и в ряде случаев конденсация водяного пара. При опускании воздуха с другой стороны хребта происходит его нагревание и уменьшение относи­тельной влажности. Воздух приходит к подножию хребта более нагретым и сухим, чем он был до подъема.

Фен может продолжаться в течение нескольких дней. Скорость движения воздуха при фене колеблется от затишья до 15—20 м/с.

Смерчи — вихри, возникающие над водной поверхно­стью. Если эти вихри возникают над сушей, то их назы­вают тромбами. В Северной Америке такие тромбы назы­вают торнадо.

Смерчи и тромбы возникают из грозовых облаков, из которых вниз опускается воронка типа хобота. В эту воронку засасывается вода на море, песок или пыль на суше.

Смерч перемещается со скоростью 30—40 км/ч. Ско­рость ветра внутри смерча 40—50 м/с, а иногда и более. Направление движения воздуха в смерче обычно против хода часовой стрелки. Внутри вихря воздух сильно разре­жен и перемещается снизу вверх, увлекая все за собой.

Смерчи и тромбы наблюдаются в теплую половину го­да при наличии грозовых облаков. Они обладают огром­ной разрушительной силой.

Смерчи часто наблюдаются в Антарктиде на стыке двух движущихся воздушных масс: теплого воздуха со стороны океана и сухого холодного, стекающего по склону.

Циклоны представляют собой огромные воздушные ви­хри, в которых движение воздуха в Северном полушарии происходит против хода часовой стрелки. В Южном — по ходу часовой стрелки, отклоняясь от изобар в сторону низкого давления на 10—15°.

Над океанами средний диаметр циклона обычно со­ставляет 1000—1200 км.

Наиболее сильный ветер наблюдается в передней и ты­ловой частях циклона. В центре циклона ветер слабый, иногда здесь наблюдается штиль.

Давление в центре циклона на всех уровнях наи­меньшее по сравнению с давлением в других его частях и колеблется в пределах от 960 до 1100 мбар. Скорость перемещения циклонов обычно 20—40 км/ч (порядка 700 км/сутки), однако в отдельных случаях циклоны мо­гут проходить 2 тыс. км в сутки и более.

Циклоны вызывают пасмурную погоду: летом с дож­дями, зимой со снегопадами и метелями. Особую опас­ность для мореплавателей представляют тропические ци­клоны. Признаками приближения тропического циклона могут быть:

Про анемометры:  Анемометр с крыльчаткой купить в интернет магазине

— появление зыби, идущей не от того направления, от которого дует или дул ветер ранее. При отсутствии каких-либо естественных препятствий на пути волнения последнее может быть встречено в открытом океане на 500—600 миль впереди центра урагана;

— в тропиках — нарушение правильности суточного хода давления и затем быстрое падение его, вне тропи­ков — только быстрое падение давления;

— появление перистых облаков со стороны движения циклона, а затем появление на горизонте нагромождений ливневых облаков;

— удушливая погода, затишье;

— частые и сильные электрические разряды в атмо­сфере.

Антициклоны представляют собой области повышен­ного атмосферного давления с вращательным движением воздуха в Северном полушарии по ходу часовой стрелки, в Южном — против хода часовой стрелки, отклоняясь от изобары в сторону низкого давления на 15—20°.

Диаметры антициклонов нередко превышают 1,5— 2,0 тыс. км.

Давление в центре антициклона над морем в боль­шинстве случаев составляет 1020—1030 мбар, а над су­шей, особенно над Азией, достигает 1050—1055 мбар и более. Градиенты давления в антициклоне небольшие, особенно в центральной части, поэтому в центре анти­циклона часто наблюдаются безветрие или очень слабые ветры. К периферии антициклона ветры заметно усили­ваются.

В центральной части антициклона наблюдается ясная или малооблачная сухая погода: летом жаркая, зимой холодная.

Атмосферное давление. Воздушная оболочка, окружаю­щая земной шар, называется атмосферой. Земная атмо­сфера имеет значительную массу. Поэтому каждый пред­мет, находящийся на поверхности Земли, как и ее по­верхность, испытывает со стороны атмосферы давление.

Атмосферное давление является величиной переменной, поскольку состояние атмосферы постоянно изменяется вследствие неравномерного распределения на Земле сол­нечного тепла. Давление атмосферы принято считать нормальным, если оно равно давлению ртутного столба высотой 760 мм при температуре 0 °С на площади 1 см² земной поверхности в широте 45° на уровне моря. Ниже этой величины атмосферное давление считается понижен­ным, выше — повышенным.

Атмосферное давление характеризуется изменчивостью в пространстве (от одной географической точки к дру­гой) и во времени. Соединяя на карте между собой одинаковые значения давления в различных географи­ческих пунктах, получают линию одинакового давления, которая называется изобарой. Изобары дают наглядное представление о распределении атмосферного давления на определенной территории земного шара.

Распределение давления, выраженное на карте с по­мощью изобар, называют барическим рельефом (рис. 10.3).

Различают три основных вида барического поля: об­ласти пониженного давления, области повышенного дав­ления и барические седловины.

Основными формами областей пониженного атмосфер­ного давления являются циклоны, которые представляют собой области, выраженные замкнутыми изобарами с по­ниженным атмосферным давлением. В центре таких обла­стей на синоптической карте ставится буква Н, которая означает низкое давление.

Области, выраженные замкну­тыми изобарами повышенного давления, представляют собой антициклоны. В центре антициклона на карте ста­вится буква В — высокое давление. Гребни антициклонов представляют собой выступающие части антициклонических областей, которые имеют хорошо выраженную ось и наибольшую кривизну изобар. Выступающие части ци­клонических областей, имеющие ясно выраженную ось и наибольшую кривизну изобар, называются ложбинами.

Атмосферное давление измеряют барометром-анерои­дом, а его изменение непрерывно регистрирует барограф.

Барометр-анероид (рис. 10.4) выполнен в виде круг­лой металлической коробки с гофрированными поверхно­стями. Коробка является его приемной частью, из кото­рой выкачан воздух. Внутри ее помещена пластинчатая пружина, соединенная с коробкой. С изменением атмо­сферного давления коробка деформируется, передавая давление на пластинчатую пружину. С помощью си­стемы передаточных рычажков и цепочки эта деформа­ция передается одной из указательных стрелок, переме­щающейся над шкалой с делениями в миллиметрах или миллибарах (мбар). 1 мбар соответствует 0,75 мм рт. ст., 1 мм рт. ст.— 133,322 Па.

Температура прибора определяется закрепленным на шкале ртутным термометром, имеющим дугообразную форму. Нормальное положение прибора горизонтальное шкалой вверх. Прибор чувствителен к толчкам. Для хра­нения его укладывают в специальный футляр. Прибору придают поверочное свидетельство, из которого выбира­ют поправки для исправления снимаемых показаний.

Барограф (рис. 10.5), непрерывно регистрирующий изменение атмосферного давления, может быть с суточ­ным и недельным оборотом барабана. Приемной частью барографа является столбик анероидных коробок, ниж­няя часть которого закреплена на биметаллической пла­стинке, являющейся температурным компенсатором при­бора. Посредством рычажного механизма, имеющего стрелку с пером, все линейные изменения приемника, про­исходящие под воздействием атмосферного давления, за­писываются на ленте барабана, который вращается с по­мощью часового механизма. Лента барабана имеет сетку, на горизонтальных линиях которой фиксируется величина атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба (миллибарах), а на вертикальных — время суток. Прибор помещен в футляр, передняя стенка которого сделана из стекла. Для снятия отсчета необходимо найти давление в точке, соответствующей сроку наблюдения, и запи­сать его. Если требуется определить барическую тенден­цию, т. е. установить факт повышения или понижения атмосферного давления, то необходимо на вертикальной линии отыскать другую точку, отстоящую на три часа до настоящего наблюдения (первой точки) и отсчитать в ней давление. Вычтя из первого отсчета второй, по­лучим величину изменения давления в миллибарах со знаком « », если давление в срок наблюдения было больше чем за 3 ч, или со знаком «—», если меньше. Барограф, как и барометр, — хрупкий прибор и требует бережного обращения. При переносе его перо необходи­мо отводить от барабана. Заводить барограф следует всегда в одно и то же время.

Видимость. Дальностью горизонтальной видимости называется то наибольшее расстояние, на котором воз­можно отличать объекты от окружающего их фона. Дальность видимости оценивают по 9-балльной шкале глазомерно согласно критериям, показанным в табл. 10.5.

Дальность видимости можно определять и по имею­щимся в поле зрения ориентирам: холмам, мысам, горам, маякам, буям, вехам, расстояния до которых известны или могут быть определены. Эти ориентиры можно на­нести на карту (схему), пронумеровать и против каждо­го указать расстояние и пеленг.

Нумеруют их от самого ближнего до наиболее удаленного от поста. Определяют дальность видимости с одного и того же места в светлое и темное время. При этом соблюдают один и тот же по­рядок действий: сначала осматривают ближний (первый) ориентир, за ним последующие в порядке удаленности от поста.

Самым дальним будет считаться тот из них, кото­рый в момент наблюдения достаточно четко различим. Снятое с карты (схемы) расстояние до этого ориентира и будет являться измеренной дальностью видимости. При отсутствии ориентиров в сторону моря видимость оцени­вают по степени яркости линии видимого горизонта (табл. 10.6).

Облака являются одним из важных признаков, харак­теризующих состояние погоды. Они представляют собой видимые скопления продуктов конденсации водяного пара в атмосфере на различных высотах, переносимые воздуш­ными течениями.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий