Meteorologia doświadczalna Wykład 4 Pomiary ciśnienia atmosferycznego

Prezentacja na temat: "Meteorologia doświadczalna Wykład 4 Pomiary ciśnienia atmosferycznego"— Zapis prezentacji:

1 Meteorologia doświadczalna Wykład 4 Pomiary ciśnienia atmosferycznego
Krzysztof Markowicz

2 Pionowy rozkład ciśnienia dany jest wzorem barometrycznym
Przestrzenny rozkład ciśnienia determinuje cyrkulacje atmosfery dlatego pomiary ciśnienia są kluczowymi pomiarami meteorologicznymi. Pionowe różnice ciśnienia są znacznie większe niż różnice poziome wywołujące przepływ powietrza Pionowy rozkład ciśnienia dany jest wzorem barometrycznym Stopień barometryczny – zmiana wysokości przy jakiej ciśnienie zmienia się o 1 hPa. Jest miarą aktualnej gęstości powietrza i zależy również od temperatury i wilgotności powietrza. Wynosi dla t=0oC: 8.0 m zaś dla t=30oC: 8.9 m 500 hPa około 5 km 250 hPa około 10 km 125 hPa około 15 km

3 Atmosfera standardowa
Określona dla szerokości geograficznej 45 o , zerowej wysokości nad poziom morza i zerowej temperaturze powietrza. Średnie ciśnienie powietrza dla tych warunków wynosi hPa. Gęstość powietrza zaś kg/m3 Odpowiada to jednorodnej atmosferze o wysokości (lokalna wysokość atmosfery) H=7692 m. Gęstość podobnie jak ciśnienie maleje z wysokością i na wysokości około 5 km znajduje się już połowa masy atmosfery.

4 Wiatr geostroficzny a gradient ciśnienia
Poziomy gradient ciśnienia Dla szerokości 50o wynosi

5 Barometry - przyrządy do pomiaru ciśnienia atmosferycznego.
W zależności od zasady działania rozróżnia się barometry cieczowe, barometry ze sprężystym elementem pomiarowym (np. aneroidem), które stanowią podstawę barografu, i termobarometry. Ciśnienie standardowo doczytuje co 0.1 hPa Jednostki: 1 hPa=1mbar 1 mmHg=0.75 hPa

6 Typy barometrów Cieczowe Lewarowe Lewarowo-Naczyniowe Naczyniowe
Deformacyjne Aneroid Barograf, mikrobarograf Cylindry rezonatorowe (piezoceramiczne) Hipsometry 1. Precyzyjne termometry rtęciowe

7 Barometr cieczowy W 1643 B. Torricelli opracował zasadę działania barometru rtęciowego Barometr taki składa się z otwartego zbiornika z rtęcią i wstawionej do niego pionowej, zaślepionej w górnym końcu i pozbawionej powietrza rurki szklanej o długości cm.  Dla rtęci =13600 kgm-3 H=0.76 m Dla wody =1000 kgm-3 H=10.3 m Zatem barometr wodny jest bardzo niewygodny ze względu na jego długość

8 Najprostszy barometr rtęciowy

9 Noniusz w barometrach rtęciowych

10 Poprawki dla barometru cieczowego
Poprawka temperaturowa Poprawka grawitacyjna na szerokość geograficzna i wysokości nad poziom morza Skala barometru uwzględnia korekcje na zmianę wysokości rtęci w zbiorniku i 1 mm odpowiada 0.98 mm wysokości

11 Redukcja ciśnienia do poziomu morza
Porównywanie wskazań z różnych stacji meteorologicznych wymaga sprowadzenia odczytów do poziomu morza. Korekcja ta opiera się o wartość stopnia barometrycznego, który zależy od: Temperatury powietrza Ciśnienia atmosferycznego Wilgotności powietrza

12 Aneroid Zbudowany jest z puszki Vidie’go z częściowo wypompowanym powietrzem odkształcająca się pod wpływem zmian ciśnienia powietrza. Czułość tego barometru określona jest przez zmianę grubości puszki wywołanej zmianą nacisku powietrza. E jest modułem Jounga Charakterystyka puszki nie jest liniowa dlatego stosuje się rożnego rodzaju wygięcia puszki w celu jej linearyzacji. Aneroid wykazuje histerezę mechaniczną dlatego w czasie pomiaru delikatnie „opukuje” się w barometr w celu zminimalizowania naprężeń wewnętrznych. Aneroid wykazuje duże błędy na dużych wysokościach związane z histerezą.

13 Barometry deformacyjne

14 Barocapy Wykorzystują zmiany pojemności dielektryka pod wpływem zmian ciśnienia atmosferycznego Właścicielem patentu jest forma Vaisala, która nie podaje szczegółowych parametrów tego czujnika

15 ±0.10 hPa ±0.20 hPa ±0.30 hPa Dokładność czujników Vaisalowskich
± 0.10 hPa ±0.10 hPa ±0.30 hPa ± 0.15 hPa ± 0.25 hPa ± 0.45 hPa ± 0.1 hPa ± 0.1 hPa ± 0.2 hPa Accuracy      Class A hPa      Class B hPa      Class C Pa Temperature dependence      Class A hPa      Class B hPa      Class C hPa Total accuracy  ( °C)      Class A hPa      Class B hPa      Class C hPa Long-term stability      Class A hPa      Class B hPa      Class C hPa

16 Hipsometry - termobarometry
Wykorzystują zależność wrzenia cieczy np. freonu od ciśnienia atmosferycznego. W przypadku wody zmiana ciśnienia o 1.3 hPa powoduje zmianę temperatury wrzenia o 1/25 oC. Dokładność pomiarów hipsometrycznych zmienia się od 0.02 do 3.6 hPa i wzrasta z malejącym ciśnieniem atmosferycznym

17 Krzemowy czujnik ciśnienia MPX411A
Czujnik piezoelektryczny Zawiera kompensacje temperaturową w zakresie temperatur -40 do 125oC Wyjście analogowe (napięcie w przedziale V) Maksymalny błąd ciśnienia 1.5%

18

19 Moduły cyfrowe do pomiaru ciśnienia np. MS5534A (Intersema)
Piezoelektryczny czujnik ciśnienia Zakres pomiaru ciśnienia mbar Kompensacja temperaturowa za pomocą wielomianu 5-go rzędu (sześć współczynników) 3 przewodowy interface szeregowy Zasilanie V Przetwornik A/D 15 bitowy – rozdzielczość hPa.

20

21

22

23