Meteorologia doświadczalna Wykład 1 Krzysztof Markowicz



Yüklə 445 b.
tarix02.03.2018
ölçüsü445 b.
#29082


Meteorologia doświadczalna Wykład 1

  • Krzysztof Markowicz

  • kmark@igf.fuw.edu.pl


Sprawy formalne

  • Wykład: 3 godziny tygodniowo

  • Ćwiczenia: 1 godzina tygodniowo w tym:

  • Wyjazdy do stacji badawczych w: Legionowie, Świdrze, Krakowie i zajęcia praktyczne

  • Zaliczanie przedmiotu - egzamin ustny



Plan wykładu

  • Wprowadzanie do pomiarów meteorologicznych

      • Historia pomiarów meteorologicznych w Polsce i na świecie
      • Problemy związane ze zmianą standardowych przyrządów meteorologicznych w ostatnich latach
      • Współczesne systemy pomiarowe – sieci pomiarowe
      • Rodzaje stacji pomiarowych oraz terminy wykonywania obserwacji
      • Miejsce pomiarów meteorologicznych
      • Definicje wielkości związanych z pomiarami


Standardowe pomiary meteorologiczne

  • Standardowe pomiary meteorologiczne

    • Promieniowanie słoneczne i ziemskie
    • Temperatura powietrza
    • Wilgotność powietrza
    • Prędkości i kierunek wiatru
    • Opady atmosferyczne, pokrywa śnieżą
    • Parowanie
    • Zachmurzenie (stopień i rodzaje, odmiany, gatunki chmur)
    • Aerozole atmosferyczne (Athelometr, Nephelometr)
    • Monitoring zanieczyszczeń powietrza
    • Widzialność
    • Aerologia – sondaże
    • Ozon
    • Pomiary strukturalne (małe stałe czasowe)
    • Pomiary gradientowe


Pomiary specjalne – kampanie pomiarowe

  • Pomiary specjalne – kampanie pomiarowe

  • Kalibracje przyrządów

    • Przyrządy radiacyjne
    • Wybrane metody kalibracyjne
  • Teledetekcja

    • Aktywna i pasywna
    • Satelitarna
    • Naziemna (Radary, Ceilometry, Systemy wyładowań atmosferycznych)
  • Dane pomiarowe

    • Formaty danych
    • Systemy zbierania danych (DataLoggery)
    • Systemy archiwizacji danych


Literatura

  • Różdżyński K. - "Miernictwo Meteorologiczne" tom I, II , Warszawa 1995

  • E. Strauch, Metody i przyrządy pomiarowe w meteorologii i hydrologii.

  • Atlas chmur (IMGW)

  • S. Q. Kidder,T.H.Vonder Haar, Satellite Meteorology

  • Materiały do wykładu:

  • http://www.igf.fuw.edu.pl/meteo/stacja/wyklady/MeteorologiaDoswiadczalna



Trochę historii meteorologii

  • Przez tysiące lat ludzie starali się przewidywać pogodę. Około 340 p.n.e. Arystoteles opisał zjawiska pogodowe w pracy "Meteorologica".

  • W Chinach prognoza pogody była praktykowana przynajmniej od 300 p.n.e. Starożytne metody polegały zazwyczaj na lokalnych obserwacjach. Np. czerwone słońce o zachodzie zazwyczaj zwiastowało „dobrą pogodę” następnego dnia.

  • Ta lokalna wiedza o pogodzie tworzona była przez stulecia.

  • Dopiero wynalazek telegrafu w 1837 zapoczątkował nowoczesny rozwój prognoz pogody głównie ze względu na możliwość zebrania początkowych danych jednocześnie w czasie.

  • Dwóch naukowców jest uznawanych za pionierów prognoz pogody. Francis Beaufort i Robert Fitzroy. Obydwaj mieli duże wpływy w Brytyjskiej Marynarce Wojennej. Mimo, że ich wysiłki były ośmieszane w prasie tego okresu to ich idee zostały zaakceptowane przez środowiska naukowe i stanowią podstawy współczesnych prognoz pogody.

  • W XX wieku nastąpił gwałtowny rozwój meteorologii jako dziedziny wiedzy. Idea numerycznej prognozy pogody została zapoczątkowana przez angielskiego naukowca i pacyfistę Lewisa Richardsona w 1922 roku. Niestety jego schemat obliczeniowy był niewłaściwy, a obliczenia wykonywano ręcznie. Dopiero konstrukcja komputerów po II wojnie światowej i rozwój metody numerycznych umożliwiły gwałtowny rozwój numerycznych prognoz pogody i ich operacyjny charakter.



Zarys historii pomiarów meteorologicznych

  • 1612 termoskop- przyrząd do mierzenia różnic temperatur

  • 1643 Torricelli konstruuje barometr rtęciowy

  • 1644 pierwszy termometr (bez skali)

  • 1714 pierwsza skala Fahrenheita

  • 1736 Celsius konstruuje nową skalę

  • 1783 Powstaje higrometr włosowy

  • 1817 Humboldt wykreśla pierwsza mapę izoterm

  • 1825 August buduje psychrometr

  • 1826 Prof. Brandes wykreśla pierwszą mapę synoptyczną

  • 1844 Prawo Corliolisa



  • 1892 pierwsze pomiary balonowe

  • 1902 odkrycie stratosfery

  • 1918 Teoria frontów Bjerknesa

  • 1928 pierwsza radiosonda

  • 1940 prądy strumieniowe

  • 1960 wystrzelenie I-go satelity meteorologicznego



W Polsce

  • 1664 demonstracja barometru rtęciowego w Warszawie

  • 1654 pierwsza meteorologiczna sieć pomiarowa, sieć florentyńska (11 stacji)

  • Od 1779 zachowały się dane pomiarowe z terenów Warszawy prowadzone na tarasie zamku królewskiego (ciśnienie, wiatr, zachmurzenie i temperatura powietrza)

  • 1781 działa 30 stacji meteorologicznych w Europie w tym jedna w Polsce (Żagan)

  • 1792 Zaczyna działać obserwatorium astronomiczne Uniwersytetu Jagielońskiego

  • Od 1825 Obserwatorium astronomiczne w Warszawie prowadzi nieprzerwane obserwacje meteorologiczne



  • W latach 1886-1915 Muzeum przemysłu i rolnictwa w Warszawie prowadzi serie obserwacji meteorologicznych

  • 1932 powstaje stacja na Okęciu

  • 1938 stacja na Bielanach

  • 1959 Stacja na Uniwersytecie Warszawskim (przy wydziale geografii)



Tradycyjne przyrządy meteorologiczne a nowe systemy pomiarowe

  • Lata 90-te to początek szerokich zmian przyrządów pomiarowych używanych w meteorologii i klimatologii.

  • Stare przyrządy „analogowe” zostają zastępowane elektronicznymi, pojawiają się automatyczne stacje meteorologiczne.

  • Rozwijane są całe systemy pomiarowe obejmujące kompleksowe pomiary atmosferyczne

  • Zmieniają się standardy co szczególnie z punktu widzenia klimatologii jest niekorzystne.

  • Pojawia się problem porównywalności starych i nowych przyrządów pomiarowych. Przyrządy te najczęściej mają inne charakterystyki co może mieć potencjalne znacznie dla badań klimatycznych



Monitoring Środowiska

  • Monitoring – to system wielokrotnych obserwacji parametrów zmiennych w czasie i przestrzeni mający określony program badawczy.

  • GEMS - Globalny System Monitoringu

  • EEA - Europejska Agencja Ochrony Środowiska

  • EMEP - Europejski program monitoringu i Oceny Transportu Zanieczyszczeń Powietrza na Dalekie Odległości

  • WMO- Światowa organizacja meteorologiczna

  • TEGIMO – Komisja techniczna

  • IPCC - Międzynarodowy Panel ds. Zmian Klimatu.



Typy badań (pomiarów) środowiska

  • In Situ – pomiary w miejscu (ustalone ,,h,t)

  • Metody teledetekcyjne (zdalne) przy wykorzystaniu fal elektromagnetycznych (mikrofale, ultrafiolet, promieniowanie widzialne i podczerwone) fale akustyczne. Pozwalają wyznaczyć rozkład przestrzenny parametru



Miejsce obserwacji meteorologicznych In-Situ

  • Ogródek meteorologiczny o minimalnych rozmiarach 10x15 m.

  • Obszar otwarty i reprezentacyjny dla danego (jak największego) obszaru.

  • Pokrycie terenu niska trawa

  • Oddalony od przeszkód terenowych (dokładne informacje specyfikuje WMO)



Położenie ogródka

  • w odległości 30 m od ogródka nie mogą znajdować się żadne budynki, drzewa, krzewy oraz uprawy sztucznie zraszane;

  • w odległości ponad 30 m od ogródka mogą stać małe pojedyncze obiekty np. parterowy dom czy drzewo, jednak ta odległość nie może być mniejsza niż 10-cio krotna ich wysokość;

  • w odległości ponad 100 m od ogródka może być luźna zabudowa i małe grupy drzew

  • w odległości ponad 300 m od ogródka mogą znajdować się zwarte zespoły drzew (sady i parki);

  • w odległości co najmniej 500 m od ogródka mogą stać już wielopiętrowe bloki mieszkalne.



Klatka meteorologiczna



Przyrządy w klatce meteorologicznej



Typy stacji

  • Meteorologiczne (około 60 w Polsce) – wykorzystywane głownie przez służby meteorologiczne WMO. Obserwacje prowadzone co godzinę

  • Posterunki meteorologiczne (około 260). Obserwacje 3 razy w ciągu doby (06 12 18 UTC)

  • Posterunki opadowe (około 2300) pomiary wysokości opadu i pokryw śnieżnej o godzinie 06 UTC

  • Stacje specjalne:

  • Aerologiczne (3 w Polsce)

  • Agrometeorologiczne

  • Biometeorologiczne

  • Lotnicze

  • Fenologiczne

  • Naukowe



Wielkości mierzone

  • Temperatura powietrza, gruntu, wody

  • Ciśnienie

  • Wilgotność, zasolenie

  • Parowanie z wody, z gleby z roślin

  • Chmur, zachmurzenie, rodzaj, wysokości podstawy

  • Opady, suma opadu, natężenie, rodzaj opadu

  • Pokrywa śniegu

  • Promieniowanie słoneczne i ziemskie

  • Wody, stan, przepływ

  • Widzialność

  • Zanieczyszczenia (aerozol, radioaktywne)

  • Pomiary aerologiczne





Przyrządy na stacjach meteorologicznych – standard na początku lat 90-tych

  • W klatce meteorologicznej znajduje się:

  • 2 termometry Augusta (suchy i zwilżony)

  • Termometr maksymalny i minimalny (wszystkie zbiorniczki na wysokości 2 metrów nad gruntem)

  • Higrometr włosowy

  • Ewaporometr Piche’a

  • Samopisy (termograf i higrometr)

  • Wyskalowana menzurka

  • Deszczomierz Hellmanna (wlot na wysokości 1 m)

  • Wiatromierz Wilda (na wysokości 10 m)

  • Termometru glebowe na głębokościach: 5, 10, 20 i

  • 50 cm



Termometr minimalny 5 cm nad gruntem

  • Termometr minimalny 5 cm nad gruntem

  • W pokoju obserwatora:

  • Barometr rtęciowy

  • Barograf

  • Deszczomiarka

  • Części zapasowe



Fizyka Pomiarów



Nowoczesne Systemy zbierania i przetwarzania danych



Parametry opisujące czujnik

  • Czułość (sensitivity) S=d(Wy)/d(We) pochodna krzywej kalibracyjnej.



Rozdzielczość (resolution) - najmniejsza zmiana wielkości na wejściu jaka można wykryć na wyjściu

  • Rozdzielczość (resolution) - najmniejsza zmiana wielkości na wejściu jaka można wykryć na wyjściu

  • Precyzja (precision) – minimum odchylenia od wartości najbardziej prawdopodobnej

  • Dokładność (odtwarzalność) – precyzja + zgodność z wybranym wzorcem

  • Ponadto:

  • Zakres – określa dynamikę przyrządu

  • Histereza powtarzalność pomiaru w rożnych warunkach

  • Próg działania (np. anemometr)

  • SNR = log(S/N) – stosunek sygnału (S) do szumu N wyrażony w [dB]



Dokładność pomiaru

  • Dokładność pomiaru

  • określa, jak bardzo rezultat pomiaru jest zbliżony do wartości prawdziwej. Wyniki o dużej dokładności otrzymuje się stosując mierniki i wzorce o małej

  • niepewności wzorcowania

  • Precyzja pomiaru

  • określa, jak dobrze został określony rezultat pomiaru, bez odnoszenia się do wartości prawdziwej. Wyniki o dużej precyzji otrzymuje się poprzez taką modyfikację warunków pomiaru, aby niepewności przypadkowe były jak najmniejsze.





Yüklə 445 b.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə