Метеоприлади, їх види та особливості. Одиниці вимірювання, що використовуються у погодних приладах.

Щоразу, збираючись вийти з дому, ми дивимося за вікно і на градусник, щоб знати, як одягнутися і чи варто прихопити парасольку. Бажаючи знати про погоду наперед, ми слухаємо прогнози телебачення або дивимося їх в інтернеті. У давнину люди добре знали і розуміли мову природи — так звані «місцеві ознаки погоди», за якими сільський житель міг досить точно передбачити негоду, що насувається. Нинішній городянин, як правило, не розуміється на таких тонкощах, як форма і характер руху хмар, поведінка тварин, птахів і комах, відтінки заходу сонця. Але на допомогу приходять сучасні технології, що дозволяють вам мати свій персональний метеоцентр, який найчастіше зможе передбачати погоду у вашій місцевості навіть краще, ніж це роблять професіонали, які становлять узагальнений прогноз для великої території. Тому в наш час домашня метеостанція стає таким же звичайним домашнім приладом, як телевізор або DVD плеєр.

Спочатку проведемо невеликий «лікнеп» для метеорологів-початківців. Усі прилади спостереження за погодою виконують дві основні функції. По-перше, інформують людину про стан погоди. По-друге, допомагають скласти прогноз погоди за наслідками спостережень за змінами стану атмосфери.

Для чого існують термометри та барометри, напевно, знають усі. Дещо менш поширені гігрометри - прилади, що визначають вологість повітря. Окрім цих приладів, до складу сучасних побутових погодних станцій можуть входити:

• анемометр визначення швидкості (сили) вітру;
• флюгер визначення напряму вітру;
• дощомір для вимірювання кількості атмосферних опадів;
• датчик ультрафіолетового випромінювання та ін.

Таким чином, залежно від комплектації, побутові прилади можна розділити на кілька категорій.

Побутові — аналогові або цифрові, що включають термометр/гігрометр (що відображають умови всередині та/або зовні приміщення) та барометр.

Метеостанції - включають термометр/гігрометр (що відображають умови всередині та зовні приміщення), електронний барометр. Як правило, такі прилади показують гістограму тиску за останню добу, прогноз погоди на найближчі 12 годин, час, дату, фазу Місяця та мають синхронізацію годинника з еталонними по радіоканалу. Число зовнішніх термогігродатчиків може досягати трьох. Їхнє підключення до станції здійснюється по радіоканалу, причому дальність розташування станції може бути 50 - 100 метрів.

Персональні метеоцентри

Які включають термометр/гігрометр (що відображають умови всередині та зовні приміщення), електронний барометр, анемометр, флюгер, дощомір та ін. Як правило, такі прилади відображають гістограму тиску за останню добу, прогноз погоди на найближчі 12 годин, час, дату, фазу місяця час сходу та заходу Сонця і мають синхронізацію годинника з еталонними по радіоканалу. Число зовнішніх термогігродатчиків може досягати п'яти. Підключення анемометра, флюгера, дождеміру та інших датчиків до станції здійснюється радіоканалом, причому станція може бути розташована від них на відстані від 50 до 100 метрів.

Тепер, коли визначено основні категорії, можна поговорити, який, власне, прилад вам потрібен. Для цього познайомимось із цими категоріями ближче.

Отже, побутова категорія.

Тут найпоширеніші побутові аналогові «градусники», і навіть термометри для лазень, ванних, акваріумів, дитячих тощо. Поряд з окремими пристроями випускаються термогігрометри та барометри з годинником, виконані як окремо, так і об'єднані в загальному корпусі. Особливу групу таких приладів складає сувенірна продукція, найчастіше представлена у традиційному аналоговому виконанні.

У цій категорії абсолютні лідери - цифрові погодні станції. Досить широкі можливості та зручний виведення інформації на дисплей робить ці прилади найбільш виправданими для сучасного міського житла.

Як відомо, самопочуття людини залежить від мікроклімату. Так, найбільш комфортно люди почуваються при температурі 20-26°С, відносній вологості 45-65% і тиску близько 760 мм рт. ст. (1013 hPa). Спека, низький тиск шкідливо позначаються на самопочутті осіб, які страждають на серцево-судинні захворювання, підвищена вологість може викликати загострення астми. Для таких людей погодні станції просто життєво потрібні. Крім цього, правильно налаштована станція може давати точність добового прогнозу на рівні до 70%. Локальний прогноз може бути дуже зручним з погляду передбачення можливих особливостей погодних умов, які можуть спостерігатися у різних районах великих мегаполісів. Корисною також може бути функція автоматичної синхронізації вбудованого годинника станції з годинниковим еталоном, точність якого становить 1 секунда на мільйон років. Передача еталонного сигналу походить з передмістя Майнфлінген, що за 30 км від Франкфурта (Німеччина). Так званий DCF сигнал передається на частоті 77,5 кГц і доступний прийому в радіусі більше 1500 км. У поєднанні з будильником ця функція не дасть вам жодних шансів запізнитися або переплутати час.

Топова категорія - метеоцентри

Безліч даних, що збираються і накопичуються, можливість підключення до персонального комп'ютера і відображення даних в мережі Інтернет (у деяких моделей), система звукового сповіщення про небезпечні погодні явища та багато іншого робить ці прилади максимально наближеними до професійного обладнання. Правильно налаштований центр може надавати точність добового прогнозу на рівні до 90%. Ці прилади можуть бути надзвичайно корисними для мешканців приватних будинків як у межах міста, так і в сільській місцевості. Вони можуть стати елементом системи «розумний будинок», дані з якої використовуються для оптимізації температурних режимів у приміщеннях, забезпечення поливу ділянки та багато іншого, аж до вивчення місцевих погодних умов для обґрунтування використання відновлюваних джерел енергії.

За кордоном подібна техніка часто використовується не лише власниками будинків, а й у цілком професійних цілях, наприклад, як обладнання садових та фермерських господарств.

Перед тим, як поговорити про одиниці вимірювання даних, що відображаються погодними станціями, варто сказати кілька слів про спеціалізовані датчики та прилади.

Датчик UV випромінювання необхідний розрахунку дози ультрафіолетового випромінювання. На підставі цієї інформації можна визначити безпечний час перебування під прямим сонячним промінням. Його показання добре співвідносяться з даними такого професійного приладу, як піранометр, що використовується для вимірювання сонячної радіації (щільності потоку сонячного випромінювання, що вимірюється у ватах на квадратний метр). Використання цього датчика може бути актуальним для санаторіїв та баз відпочинку.

Датчик вологості ґрунту забезпечує вимірювання вологості ґрунту. Цей датчик дуже корисний для садових та фермерських господарств. Серед портативних метеоприладів слід особливо виділити анемометри. Вони життєво необхідні під час проведення висотних робіт (встановлюють, наприклад, на баштових кранах). При посиленні вітру вище за певну величину роботи припиняються. Крім цього, ними користуються спортсмени (яхтсмени, альпіністи, дельтапланеристи та ін.).

Про одиниці вимірювання та точність даних, що відображаються погодними станціями.

Температура

Почнемо з найпростішого і найзвичного — температури. Температурні шкали бувають різними. Найбільшого поширення набули шкали Фаренгейта (F) та Цельсія (С), названі на прізвища своїх винахідників. Загальноприйнято шкалу Цельсія. У ній точками відліку є температура плавлення льоду (0°C) та кипіння води при атмосферному тиску 760 мм ртутного стовпа (100°C), а величина градуса визначається як сота частина цього інтервалу. Шкала Фаренгейта застосовується у США. У ній нулю градусів (0°F) відповідає температура плавлення суміші снігу та нашатирю, а 100° – температура людського тіла. Однак Фаренгейт помилився в останньому вимірі: нормальна температура людського тіла насправді становить 97,9°F.0° за Цельсієм — це 32° за Фаренгейтом, 100° за Цельсієм — 212° за Фаренгейтом і т.д. Абсолютна більшість сучасних метеостанцій відображає температуру в одній із цих шкал.

Дозвіл вимірювань температури побутовими метеостанціями становить 0.1°C або 0.2°F, а точність: +/- 1°C або +/- 2°F.

Перерахунок температури між основними шкалами

Вологість

Із вологістю все досить просто. По відношенню до домашніх умов і метеорологічним даним прийнято застосовувати поняття відносної вологості, яка є відношенням масової частки водяної пари в повітрі до максимально можливої при даній температурі. Вимірюється вона у відсотках. Комфортною для людини, як ми вже згадували, є вологість на рівні 45-65%. При низькій вологості менше 5-7% і, відповідно, дуже високої, більше 95%, самопочуття людини істотно погіршується. Говорячи про відносну вологість, варто відзначити ще й такий момент.

Якщо температура опускається нижче точки роси (точки насичення), надлишок пари конденсується у вигляді роси, туману або дощу, оскільки повітря може мати лише певну кількість пар відповідно до її температури. Наприклад, при температурі 15°C і відносній вологості 50% температура точки роси буде приблизно 5°C. При температурі нижче точки замерзання опади випадають у вигляді інею та снігу.

Роздільна здатність вимірювань рівня вологості побутовими метеостанціями становить 1%, а точність вимірювання: +/- 3-5%.

Тиск

Найзаплутанішим для розуміння, як правило, стає параметр атмосферного тиску. Але він є однією з найважливіших як прогнозування погоди, так здоров'я людини, т.к. саме вплив перепадів атмосферного тиску відбивається на людях, схильних до серцево-судинних захворювань. Розберемося у цьому питанні докладніше. Прийнято, що атмосферний тиск у кожній точці атмосфери дорівнює вазі всього вище лежачого стовпа повітря з основою, що дорівнює одиниці. На рівні моря атмосферний тиск у середньому близький до того тиску, який стовп ртуті висотою 760 мм. Атмосферний тиск зменшується з висотою за певним законом залежно від вертикального розподілу щільності повітря. Який тиск є нормою? Для населених пунктів, що розташовані на висоті земної поверхні, близької до рівня моря, наприклад, в Одесі, це значення тиску становить 760 мм рт.ст. Тоді як у Харкові, розташованому на висоті 107 метрів над рівнем моря, нормальним є значення 750мм рт.ст.

Щоб тиск був порівнянним на метеостанціях, розташованих на різних висотах, на синоптичні карти наноситься тиск, що приведений до єдиної еталонної позначки - рівня моря. Для невеликих висот (кілька сотень метрів) справедливим є твердження, що кожні 11 м підйому зменшують атмосферний тиск приблизно на 1мм рт.ст. Побутові метеостанції відображають атмосферний тиск у кількох величинах: mbar, hPa, mmHg або inHg. Однак, нерідко зустрічаються станції, які не відображають тиск mmHg (мм рт.ст.), а тільки в hPa (гектопаскалях). Це з тим, що основний одиницею тиску у системі СІ, служить паскаль (Па); 1 Па = 1 Н/м2. Ці дві одиниці виміру співвідносяться один з одним наступним чином: 1 гПа = 0,75 мм рт. ст. або 1мм рт. ст. = 1,333 гПа.

Побутові метеоцентри мають роздільну здатність вимірювання тиску в 0.1 hpa. У цьому точність вимірів становить +/- 3-5 hpa.

Вітер (сила та напрямок)

Напрям вітру, як ви, напевно, здогадалися, метеоцентри показують відповідно до сторін світла або вказують азимут напрямку в градусах. Швидкість вітру відображається в: милях/год, м/с, вузлах, км/год, шкалі Бофорта. Більшість цих одиниць виміру вам знайома, зупинимося детальніше на двох з них, що прийшли в ужиток з морської практики.

Вузол (knots) - одиниця виміру швидкості, що дорівнює одній морській милі на годину. Оскільки існують різні визначення морської милі, і вузол може мати різні значення. За міжнародним визначенням, один вузол дорівнює 1,852 км/год. Таким чином, 1 вузол = 0,51 м/с, а 1 м/с = 1,94 вузла.

Шкала Бофорта (beaufort wind scale) — дванадцятибальна шкала, прийнята Всесвітньою метеорологічною організацією для наближеної оцінки швидкості вітру щодо його впливу на наземні предмети або хвилювання у відкритому морі. Середня швидкість вітру вказується на стандартній висоті 10 м-коду над відкритою рівною поверхнею. Шкала розроблена англійським адміралом Ф. Бофортом у 1806 році. З 1874 прийнята для використання в міжнародній синоптичній практиці. У 1955 році, щоб розрізняти ураганні вітри різної сили, Бюро США погоди розширило шкалу до 17 балів.

Безпосередньо з виміром вітру пов'язаний ще такий показник, як Wind Chill (температура охолодження вітром). Цей параметр було введено під час Другої світової війни. Це не конкретний вимір температури, а температура, яку відчуває людина на відкритому просторі під дією вітру та температури навколишнього середовища.

Нам більше знайомий дещо інший параметр – температура комфорту, або ефективна температура. Вона часто відображається на багатьох веб-сайтах. Це значення температури, яке повинне мати сухе повітря при штилі, щоб надавати на людський організм таку ж дію, як і повітря, що має деяку вологість за наявності вітру.

Похибка вимірювань напряму вітру побутовими метеоцентрами становить +/-11.25°, а роздільна здатність 22.5°. Роздільна здатність визначення швидкості вітру дорівнює 1 м/с, а похибка її вимірювання +/- 3-5%.

Рівень опадів

Опади вимірюються у міліметрах чи дюймах. Кількість опадів виражають у шарі води, який утворився від випадання опадів, якби вони не випаровувалися, не просочувалися в грунт і не стікали б. Чисельно кількість опадів у міліметрах дорівнює кількості кілограмів води, що вилилася на майданчик в 1 кв. метр, тобто. 1 мм = 1 кг/1 м2. "Сильним" - називається дощ, якщо його випадає від 15 до 49 мм за 12 годин. Опади бувають і дуже сильними, коли їх випадає від 50 мм за 12 годин.

"Сильний сніг" - кількість опадів від 7 до 19 мм за 12 годин. "Дуже сильний сніг", коли його кількість перевищує 20 мм за 12 годин.

Товщина снігу (висота снігу) вимірюється снігомірними рейками у сантиметрах та метрах.

Звичайна точність вимірювань рівня опадів побутовими метеоцентрами – 0,5 мм.

УФ-індекс

Ну і останній показник - це UVI або індекс сонячного ультрафіолету (УФ-індекс, UV Index) - описує рівень сонячного УФ випромінювання на поверхні землі. Шкала індексу знаходиться від 0 до 11 і вище. Чим більше це значення, тим більша ймовірність отримання пошкоджень шкіри та зору, і менше часу потрібно для того, щоб це сталося.

Низьким та нормальним для наших широт можна вважати рівень UVI, що дорівнює 1-2 одиницям. Помірний UVI дорівнює 3-5 одиницям, у цьому випадку варто подбати про засоби захисту шкіри та зору. При високому рівні в 6-7 одиниць потрібно дотримуватися запобіжних заходів і не перебувати на відкритій місцевості тривалий час. При великих значеннях індексу потрібно намагатися не залишати приміщення. Рівень УФ випромінювання протягом дня змінюється, тому змінюється значення УФ індексу. Максимального значення УФ-індекс досягає протягом чотиригодинного періоду близько полудня (2 години до полудня і 2 години після полудня).

На цьому наш вступний курс з «побутової метеорології» можна вважати завершеним, у наступній статті ми докладно розповімо вам, як правильно розмістити метеоприлад та його налаштувати.