Giáo trình máy KHÍ TƯỢNG

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Nguyễn Bình Phong GIÁO TRÌNH MÁY KHÍ TƯỢNG THÁNG 12/2007 LỜI NÓI ĐẦU “Máy khí tượng" giáo trình dùng cho sinh viên chuyên ngành khí tượng trường có nhóm ngành khí tượng thuỷ văn Nội dung giáo trình tập trung trình bày vấn đề máy khí tượng dùng trạm quan trắc như: khí tượng bề mặt, cao không, khí hậu, khí tượng nông nghiệp trạm khí tượng hàng không Máy khí tượng môn chuyên ngành mà sinh viên học chương trình đào tạo Môn học trình bày cấu tạo, nguyên tắc hoạt động phương pháp sử dụng máy móc dụng cụ đo đạc yếu tố khí tượng Môn học hằm giúp sinh viên có kiến thức nguyên lý cảm biến với yếu tố khí tượng cần đo, nguyên tắc hoạt động thiết bị đo khí tượng vận hành thiết bị đo khí tượng Đồng thời sinh viên sử dụng thiết bị đo để đo đạc yếu tố khí tượng theo Quy phạm quan trắc khí tượng bề mặt ngành Khí tượng Thuỷ văn cách thành thạo Để hoàn thành giáo trình này, nhận giúp đỡ nhiệt tình góp ý chân thành, hiệu tập thể cán giảng viên Khoa Khí tượng - Trường Cao đẳng Tài nguyên Môi trường Hà Nội bạn đồng nghiệp gần xa Xin phép bày tỏ lòng biết ơn giáo trình xuất Cuối cùng, mong nhận góp ý kiến bạn đồng nghiệp anh chị em sinh viên sử dụng giáo trình Hà Nội, tháng 12 năm 2007 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG 1.1 1.2 1.3 1.4 CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO ĐẠC CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG Đặc điểm đo đạc yếu tố khí tượng Những yêu cầu thiết bị đo giáng thuỷ Các phép đo khí tượng trực tiếp gián tiếp Sơ đồ khối cấu trúc nguyên tắc hoạt động thiết bị đo khí tượng THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ THIẾT BỊ ĐO ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN 3.1 Bản chất áp suất khí quyển, đơn vị đo 3.2 Những nguyên lý hoạt động thiết bị đo áp suất khí 3.3 Khí áp kế thuỷ ngân kiểu thang độ bổ KEW 3.4 Các khí áp kế thuỷ ngân kiểu Fortin kiểu thang độ bổ 3.5 Hiệu số đọc khí áp kế thuỷ ngân điều kiện tiêu chuẩn 3.6 Các nguồn sai số khí áp kế thuỷ ngân 3.7 Khí áp kế hộp 3.8 Khí áp ký CHƯƠNG THIẾT BỊ ĐO ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ 4.1 Những nguyên lý hoạt động thiết bị đo độ ẩm 4.2 Nhiệt ẩm kế thường 4.3 Nhiệt ẩm kế Assman 4.4 Ẩm kế tóc 4.5 Ẩm kế màng hữu 4.6 Ẩm ký CHƯƠNG 5 11 2.1 Nhiệt độ thang đo nhiệt độ 2.2 Những nguyên lý hoạt động thiết bị đo nhiệt độ 2.3 Nhiệt ký CHƯƠNG Trang THIẾT BỊ ĐO GIÓ 11 12 19 22 22 23 23 25 27 30 32 33 37 37 39 41 42 44 45 48 5.1 Những nguyên lý hoạt động thiếtbị đo gió 48 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 Máy gió Vild Máy gió cầm tay Máy gió tự ghi Munro Máy gió EL Máy gió Tavid CHƯƠN THIẾT BỊ ĐO GIÁNG THUỶ G6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 CHƯƠNG 7.1 7.2 7.3 7.4 CHƯƠNG Khái quát giáng thuỷ đơn vị đo Các dụng cụ đo giáng thuỷ Vũ lượng kí Xy-phông Vũ lượng kí chao lật SL-1 Dụng cụ ghi cường độ mua Jardi 9.1 9.2 9.3 9.4 CHƯƠNG 10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 66 66 69 74 81 THIET BỊ ĐO BỐC HƠI Những nguyên lí hoạt động thiết bị đo bốc Ống đo bốc Piche Thùng đo bốc GGI-3000 Chậu bốc Class-A THIẾT BỊ ĐO THỜI GIAN NẮNG VÀ BỨC XẠ 8.1 Thiết bị đo thời gian nắng 8.2 Thiết bị đo xạ CHƯƠNG 49 52 54 58 62 66 81 82 83 85 88 88 THIẾT BỊ ĐO ĐỘ CAO CHÂN MÂY VÀ GIÓ TRÊN CAO Đo độ cao chan mây cầu buộc Đo độ cao chân mây gió cao cầu bay Đo độ cao chân mây đèn chiếu mây Đo độ cao chân mây vô tuyến điện 96 TỰ ĐỘNG HOÁ PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÍ QUYỂN 96 96 97 99 101 Các khía cạnh kĩ thuật kinh tế tự động hoá Phân loại trạm thời tiết tự động Sơ đồ khối trạm thời tiết tự động Các cảm biến dùng trạm thời tiết tự động Bảo dưỡng trạm thời tiết tự động Độ tin cậy thiết bị tự động 101 102 103 106 106 107 PHỤ LỤC 126 PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 128 129 130 131 CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO ĐẠC CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG 1.1 Đặc điểm đo đạc yếu tố khí tượng Để đo giá trị đại lượng vật lí với độ xác xác định trước, ta phải thực phép đo điều kiện định Những điều kiện bao gồm: lắp đặt, kiểm định, khắc độ thang đo, thiết bị đo phần quan trọng kĩ kĩ thuật viên Để nghiên cứu tượng khí tượng vùng rộng lớn Trái đất, ta quan trắc điểm riêng lẻ mà cần phải quan trắc đồng thời nhiều điểm, tập hợp điểm quan trắc mạng lưới trạm quan trắc khí tượng Để kết quan trắc toàn mạng lưới trạm khí tượng so sánh được, với thống quy trình quan trắc, phải có thiết bị đo giống độ xác, đặc tính hoạt động, chế độ bảo dưỡng thống kiểm định Ngoài ra, cần phải tính đến khoảng biến thiên động lực học đại lượng vật lí cho thiết bị đo đạc xích đạo vùng cực có độ xác Tất điều giải thích toàn mạng lưới trạm quan trắc khí tượng Trái đất phải tuân thủ cách nghiêm ngặt quy trình, quy phạm quan trắc với thiết bị đo đạc quy chuẩn Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) ban hành Việc quan trắc yếu tố khí tượng ngày rộng rãi thiết bị đo ngày phong phú đa dạng Tuy nhiên, yếu tố khí tượng phổ biến cần phải đo thiết bị đo tương ứng dẫn bảng 1.1 1.2 Những yêu cầu thiết bị đo khí tượng Một trạm khí tượng đặt nơi đại diện cho khu vực Nghĩa đại lượng khí tượng đo trạm phải đặc trưng cho vùng tương đối rộng xung quanh trạm Vườn khí tượng phải đặt nơi chướng ngại vật để khỏi ảnh hưởng tới phép đo Thông thường, vườn khí tượng phải đặt mảnh đất phẳng có trồng cỏ ngắn Trong vườn khí tượng, thiết bị đo nhiệt độ độ ẩm phải đặt lều khí tượng để tránh ảnh hưởng trực tiếp xạ Mặt trời ảnh hưởng bất lợi môi trường xung quanh Lều khí tượng phải thiết kế cho giảm thiểu ảnh hưởng bất lợi môi trường tới thiết bị đo đảm bảo điều kiện khí tượng giống không khí bên Bảng 1.1 Những yếu tố khí tượng đo đạc phổ biến thiết bị đo tương ứng Yếu tố khí tượng Thiết bị đo Nhiệt độ không khí, đất, nước Nhiệt kế, nhiệt kí Độ ẩm không khí Ẩm kế, ẩm kí Giáng thuỷ Vũ kế, vũ kí Bốc Ống, thùng, chậu bốc Bức xạ Mặt trời Trực xạ kế, tổng xạ kế, thụ xạ kế Thời gian Mặt trời chiếu sáng Nhật quang kí Khí áp Áp kế, áp kí Gió Phong kế, phong kí Tầm nhìn xa Mắt thường, quang kế Lượng dạng mây Mắt thường Độ cao chân mây Cầu buộc, cầu bay, mắt thường Hiện tượng khí tượng Tai mắt thường Nói chung, lều khí tượng thường làm gỗ (vật liệu dẫn nhiệt kém), đủ rộng để đặt thiết bị đo khí tượng có vách chớp để đảm bảo thông gió tốt mà giảm đến mức thấp hiệu ứng nhiệt xạ Mái lều gồm hai lớp gỗ tách biệt lớp không khí để cách nhiệt Sàn lều gồm hai ván gối lên để thông gió Lều sơn màu trắng bên Việc định hướng lều phải đảm bảo để mở lều, Mặt trời không rọi ánh sáng trực tiếp vào thiết bị đo 1.3 Các phép đo khí tượng trực tiếp gián tiếp Có hai phép đo thường dùng rộng rãi khí tượng, phép đo trực tiếp phép đo gián tiếp Phép đo trực tiếp Đó phép đo thông qua thiết bị đo có cảm biến đặt điểm đo để đo yếu tố khí tượng Những thiết bị gọi thiết bị đo trực tiếp, chúng bao gồm thiết bị đo đạc khí tượng bề mặt thông thường thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm, khí áp, gió, Ngoài ra, có số thiết bị đo khí tượng trực tiếp từ xa thiết bị đo có đầu phát số liệu truyền đến quan trắc viên vô tuyến Phép đo gián tiếp Đó phép đo thông qua thiết bị đo có sử dụng tín hiệu âm sóng điện từ để đo yếu tố khí tượng Những thiết bị sử dụng tín hiệu (thông thường đo từ xa) gọi thiết bị khí tượng gián tiếp Thiết bị loại bao gồm loại radar, xạ kế hồng ngoại, vệ tinh khí tượng, 1.4 Sơ đồ cấu trúc nguyên tắc hoạt động thiết bị đo khí tượng Trong thiết bị đo khí tượng trực tiếp, vào cách thức hiển thị thông tin, ta chia chúng thành hai loại bản: thiết bị đo kiểu tương tự thiết bị đo kiểu số Các thiết bị đo kiểu tương tự hiển thị giá trị đại lượng cần đo dạng số đọc liên tục thang chia độ thích hợp thị Nhiệt kế thông thường thiết bị đo kiểu tương tự điển hình Khi đo thiết bị này, quan trắc viên đọc giá trị nhiệt độ có độ xác phụ thuộc chủ yếu vào chia thang độ thị Trong thực tế, độ xác phép đo không vượt giá trị nửa vạch thang độ chia Ngoài có thiết bị đo kiểu tương tự cho phép ghi giá trị đại lượng đo lên giấy dạng đồ thị theo thời gian Thiết bị đo kiểu tương tự mô tả dạng tổng quát sơ đồ khối (hình 1.1) Theo hình 1.1, thiết bị hợp thành khối chức năng: cảm biến, biến đổi tín hiệu thị tương tự Bộ cảm biến Bộ biến đổi tín hiệu Bộ thị tương tự Hình 1.1 Sơ đồ khối thiết bị đo kiểu tương tự Thiết bị đo kiểu số hiển giá trị đại lượng đo dạng chữ số rời rạc hình số Những giá trị in lên băng giấy nhờ máy in Thiết bị đo kiểu số mô tả dạng tổng quát sơ đồ khối (hình 1.2) Từ hình 1.2 ta thấy, thiết bị hợp thành từ khối chức năng: cảm biến, biến đổi tương tự sang chữ số hình Các phận hai kiểu thiết bị có chức sau: Bộ cảm biến Là phận tiếp xúc với yếu tố khí tượng cần đo Thông thường, tính chất vật lí cảm biến thay đổi theo biến đổi yếu tố khí tượng cần đo đó, đồng thời sản tín hiệu đầu đo cảm biến Tín hiệu cảm biến học đơn giản thay đổi học trạng thái nó, tín hiệu cảm biến điện thay đổi điện trở thông số điện khác Bộ cảm biến Bộ biến đổi tín hiệu tương tự Màn hình (tín hiệu in ra) Hình 1.2 Sơ đồ khối thiết bị đo kiểu số Bộ biến đổi tín hiệu tương tự Tuỳ theo hiển thị thiết bị báo hay thiết bị ghi mà biến đổi tín hiệu tương tự chuyển tín hiệu từ cảm biến thành dạng tín hiệu khác cách thích hợp Sự biến đổi tín hiệu khuếch đại đơn giản tín hiệu từ cảm biến Bộ biến đổi tín hiệu tương tự sang chữ số có chức tương tự thiết bị chữ số Tín hiệu tương tự cảm biến đổi sang dạng chữ số thích hợp hiển thị hình số (hình 1.3) Hình 1.3 Khí áp kế số Tín hiệu đầu Tín hiệu thu từ biến đổi tín hiệu tương tự thị biến đổi sang dạng để quan trắc viên thấy được, hình hiển thị chữ số biểu thị giá trị đại lượng cần đo dạng chữ số Ví dụ, thiết bị đo kiểu tương tự đo tốc độ gió dùng cảm biến quay chong chóng hình gáo Bộ biến đổi tín hiệu máy phát điện chiều, điện áp lấy từ cực máy phát điện đưa vào thiết bị hiển thị (vôn kế - hình 1.4) Trong số thiết bị kiểu tương tự, cảm biến có chức chức biến đổi tín hiệu Ví dụ máy Hình 1.4 Bộ thị kiểu tương tự máy đo gió 10.4 Các cảm biến dùng trạm thời tiết tự động Phần lớn kiểu AWS có hệ quét cảm biến kiểu điện Các kiểu trang bị cảm biến học: nhiệt kế lưỡng kim, ẩm kế tóc, áp kế hộp anêrôit, cảm biến giáng thuỷ chao lật, Một số số cảm biến sử dụng AWS Tính thích hợp cảm biến để dùng thiết bị tự động định vào xem xét hai loại đặc điểm cảm biến: - Các đặc điểm chức cảm biến: nghĩa độ xác, độ ổn định đặc tuyến chuẩn độ, tính đặc trưng độ nhạy độ bền - Các đặc điểm tương tác cảm biến với thiết bị tự động: đầu tương tự số (theo số lần tác động), thuật toán cảm biến thông số khí quyển, yêu cầu lượng bảo dưỡng không cao Nói chung người ta thường dùng cảm biến kiểu số thiết bị tự động dựa kĩ thuật số Các cảm biến kiểu tương tự cần đến phối hợp phức tạp biến đổi tương tự - số Do việc thiếu cảm biến kiểu số để đo số đại lượng khí tượng, AWS dùng loại cảm biến Cùng với gia tăng tốc độ lấy số đọc kiểu thiết bị tự động đại, hệ số trễ cảm biến sử dụng trở nên quan trọng 10.5 Bảo dưỡng trạm thời tiết tự động AWS thường đặt nơi khó lại nên phải kiểm tra đại tu vào khoảng thời gian thích hợp Trong số trường hợp, ta thay bảo dưỡng thiết bị xưởng Người ta sử dụng biện pháp khác thiết bị tự động, thông thường AWS phải bảo dưỡng thường xuyên nhóm kĩ thuật viên quan trung ương sửa chữa lưu động Việc bảo dưỡng thường xuyên việc sửa chữa chỗ giảm nhẹ kết cấu môđun thiết bị tự động Một thiết bị đặc biệt dùng để kiểm tra chuẩn độ cảm biến chỗ số AWS có đầu tương tự để dùng cho mục đích Các phối hợp cảm biến thông thường kết cấu để có khả hiệu chỉnh nhanh tiếp sau việc thay Những kĩ thuật bảo dưỡng sửa chữa phải tương xứng với hiệu suất tốc độ thu thập số liệu tự động Các giai đoạn thu thập số liệu thời kì không hoạt động kéo dài hư hỏng làm giảm nghiêm trọng lợi việc tự động hoá thu thập số liệu khí tượng 100 10.6 Độ tin cậy thiết bị tự động Thuật ngữ độ tin cậy dùng có liên quan đến máy thiết bị, có ý nghĩa đặc tính xác suất máy thiết bị hoạt động liên tục không hư hỏng thay đổi đặc điểm tính Độ tin cậy số liệu biểu thị phần trăm, có giá trị 100% (điều có nghĩa thiết bị xét không hư hỏng) Thực tế điều không thực Tuy nhiên, nhà thiết kế thiết bị phấn đấu để đạt tới độ tin cậy cao được, đồng thời có tính đến khía cạnh kinh tế hậu hỏng hóc Có thể thu nhận dẫn độ tin cậy phần thiết bị thí nghiệm đơn giản nghĩa thử số kiểu thiết bị khoảng thời gian đủ dài ghi hỏng hóc Tuy nhiên, phương pháp tốn hiệu thấp Mỗi kiểu thiết bị gồm thành phần, đương nhiên độ tin cậy thiết bị phụ thuộc vào độ tin cậy thành phần dùng kết cấu Người ta chấp nhận độ tin cậy phần thiết bị thông qua độ tin cậy thành phần Chúng ta xem xét ngắn gọn câu hỏi độ tin cậy thành phần (điều loại thành phần từ đinh tán, bulông tụ điện, điện trở, ) Nếu có số No thành phần đồng dạng để thử độ tin cậy sau thời gian thử, Än = No - N rơi vào tình trạng có cố, xác định xác suất tính thoả đáng thành phần đem thử (độ tin cậy) sau: P( t ) = N No (10.1) Trong trường hợp này, biểu thị xác suất độ hư hỏng: Q(t) = - P(t) (10.2) Chúng ta xác định thông số tần số hỏng hóc thành phần thay đổi độ tin cậy theo thời gian biểu thức sau đây: λ= dP( t ) ΔN = dt N Δt (10.3) Lí thuyết chứng tỏ phụ thuộc theo thời gian minh hoạ hình 164 Ba vùng đánh dấu riêng biệt đồ thị công nhận được: vùng (1) khuyết tật bẩm sinh, vùng (2) khuyết tật ngẫu nhiên, vùng (3) khuyết tật lão hoá 101 λ t Hình 10.4 Tần suất hư hỏng Đối với vùng hư hỏng ngẫu nhiên (tần suất hỏng hóc không đổi), người ta thu biểu thức thay đổi theo thời gian số thành phần thử dạng: N = Noe − λt (10.4) Lưu ý tới (10.1) người ta thu từ (10.4) biểu thức độ tin cậy dạng: P( t ) = e − λ ( t ) (10.5) Một thông số khác tiện lợi độ tin cậy gọi “thời gian trung bình lần hỏng hóc” kí hiệu Th Thông số suy từ (10.4) biểu thức tổng quát là: Th = t + t + + t n No (10.6) đó: ti thời gian hoạt động linh kiện (phần tử) hỏng; No số lượng linh kiện (phần tử) Tích phân phương trình (10.4) ta có: Th = λ (10.7) Người ta coi thiết bị gồm i loại thành phần khác nhau, n phần tử loại, độ tin cậy loại thành phần Pi(t) Nếu tất thành phần quan trọng thiết bị coi ghép nối tiếp, hư hỏng thành phần gây hư hỏng thiết bị Đối với trường hợp này, độ tin cậy tương đương thiết bị Peq hàm số Pi(t), đồng thời có tính đến số n loại thành phần Peq = P1n1 P2n2 Pini (10.8) Thay Pi(t) giá trị suy từ (10.5), ta có: Peq = e − (n1λ1 + n 2λ + + n i λ i ) (10.9) 102 Th = n 1λ1 + n λ + + n i λ i (10.10) Các biểu thức (10.9) (10.10) dùng việc tính thông số độ tin cậy thiết bị, với điều kiện biết thông số độ tin cậy thành phần tương ứng Tần suất hỏng hóc thông số độ tin cậy nơi chế tạo thành phần cung cấp nêu bảng đây: Thành phần Thành phần Các điện trở (hợp phần) 1.100 Rơ le 20.10-6 Các điện trở (từng lớp) 3.10-6 Ống (đèn) điện tử 80.10-6 Các tụ điện (mica) 3.10-6 Tranzito + 40.10-6 Các tụ điện (giấy) 10.10-6 Điốt + 40.10-6 Các tụ điện (hoá học) 30.10-8 Chiết áp 200.10-6 Các tụ điện (gốm) 1.10-6 Biến 50 + 200.10-6 Tần suất hỏng hóc λ = Các hỏng hóc Các phần tử/giờ thành phần điện tử Thí dụ, việc đánh giá thông số độ tin cậy Chúng ta tìm thời gian trung bình lần hư hỏng thời gian làm việc an toàn độ tin cậy định trước máy thu APT gồm thành phần sau đây: Thành phần Số lượng Tần suất hỏng hóc Tần suất hỏng hóc tổng cộng Các điện trở 900 1.10-6 9.10-4 Các tụ điện 500 3.10-6 15.10-4 Đi ốt 30 10.10-6 3.10-4 Biến 10 50.10-6 5.10-4 Tranzito 50 10.10-6 5.10-4 Chiết áp 10 200.10-6 20.10-4 ởeq = 57.10-4 hóc/ 103 Th = λ = 175 eq Giá trị độ tin cậy thiết bị là: P( t ) = e − t Th (10.11) Sắp xếp lại lấy ln vế được:   t = Th ln    P( t )  (10.12) Trong giữ nguyên xác suất không hỏng hóc 0,95, thời gian t là:   t = 175ln  =  0.95  (10.13) Giá trị t có nghĩa 95 100 trường hợp thiết bị hoạt động rơi vào tình trạng hư hỏng sau 175 Với P(t) = 0,95, t 17,5 Khi sử dụng thành phần thuộc thông số kĩ thuật quốc phòng tăng t từ 10- 100 lần Các cảm biến sau xếp theo thứ tự ưu tiên dùng AWS Thông số đo Nhiệt độ Kiểu cảm biến Nhiệt kế điện trở platin Nhiệt kế điện trở (thermistor), đường đặc trưng tuyến tính Nhiệt điện trở, đường đặc trưng dạng hàm mũ Nhiệt kế lưỡng kim Ẩm độ Dụng cụ đo điểm sương LiCI Nhiệt ẩm kế dùng nhiệt điện trở Ẩm kế tóc Ẩm kế Pernix Khí áp Hộp Anêrôit Khí áp kế thuỷ ngân Tốc độ gió Bộ cảm biến kiểu chong chóng hình gáo Bộ cảm biến hình cánh quạt Hướng gió Phong tiêu 104 Giáng thuỷ Chao lật Buồng đo thể tích ngăn xupap Cân Thời gian nắng Bộ cảm biến tế bào quang điện Bộ cảm biến nhiệt điện trở Bộ phát độ chói Tế bào quang điện Bức xạ Mặt trời Pin nhiệt điện Bộ phát giáng thuỷ Bộ cảm biến điện trở Bộ cảm biến điện dung Đo chân mây Dụng cụ đo chân mây chùm ánh sáng quay Tầm nhìn xa Dụng cụ đo độ truyền dẫn Dụng cụ đo tầm nhìn xa kiểu tán xạ ngược Những yêu cầu độ xác trạm thời tiết tự động (các trạm synop) Yếu tố Khí áp Yêu cầu độ xác ± 1,0mb mặt đất ± 2,0mb biển Hướng gió ± 200 Tốc độ gió ± 2m/s 20m/s Chú thích Biến thiên sai số quan trắc liên tiếp (6 giờ) không vượt ± 0,5 hPa ± 10% 20m/s Nhiệt độ không khí ± 10C Nhiệt độ biển ± 10C Nhiệt độ điểm sương ± 10C độ hụt điểm sương 40C ± 20C độ hụt điểm sương 40C Giáng thuỷ ± 0,5mm 5mm Trên đất liền ± 10% 5mm ± 2mm 10mm ± 20% 10mm Tầm nhìn xa ± 20% 4km 105 Trên biển Độ cao chân mây ± 20% 600m Độ cao sóng ± 1m 1m ± 10% 10m Xác định vị trí địa lí ± 10 vĩ độ (khi hay thay đổi) Có hiệu lực phao trôi giạt; xác định trạm phát thông báo 106 PHỤ LỤC GIỜ ĐỊA PHƯƠNG TRUNG BÌNH CỦA VIỆT NAM VÀO LÚC CHÍNH TRƯA Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Ngày gi ph gi ph gi ph gi ph gi ph gi ph gi ph gi ph gi ph gi ph gi ph gi ph 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 12 03 12 03 12 04 12 04 12 05 12 05 12 06 12 06 12 07 12 07 12 08 12 08 12 09 12 09 12 09 12 10 12 10 12 10 12 11 12 11 12 11 12 12 12 12 12 12 12 12 12 13 12 13 12 13 12 13 12 13 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 14 12 13 12 13 12 13 12 13 12 13 12 13 12 12 12 12 1212 12 12 12 12 12 11 12 11 12 11 12 11 12 10 12 10 12 10 12 09 12 09 12 09 12 09 12 08 12 08 12 08 12 07 12 07 12 07 12 07 12 06 12 06 12 06 12 05 12 05 12 05 12 04 12 04 12 04 12 04 12 03 12 03 12 03 12 02 12 02 12 02 12 02 12 01 12 01 12 01 12 00 12 00 12 00 12 00 11 59 11 59 11 59 11 59 11 59 11 58 11 58 11 58 11 58 11 58 11 57 11 57 11 57 11 57 11 57 11 57 11 57 11 57 11 57 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 56 11 57 11 57 11 57 11 57 11 57 11 57 11 57 11 57 11 57 11 58 11 58 11 58 11 58 11 58 11 58 11 59 11 59 11 59 11 59 11 59 12 00 12 00 12 00 12 00 12 00 12 01 12 01 12 01 12 01 12 01 12 02 12 02 12 02 12 02 12 03 12 03 12 03 12 03 12 03 12 04 12 04 12 04 12 04 12 04 12 04 12 05 12 05 12 05 12 05 12 05 12 05 12 05 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 06 12 05 12 05 12 05 12 05 12 05 12 05 12 05 12 04 12 04 12 04 12 04 12 03 12 03 12 03 12 03 12 02 12 02 12 02 12 02 12 01 12 01 12 01 12 00 12 00 12 00 12 00 11 59 11 59 11 59 11 58 11 58 11 58 11 57 11 57 11 56 11 56 11 56 11 55 11 55 11 55 11 54 11 54 11 54 11 53 11 53 11 53 11 52 11 52 11 52 11 51 11 51 11 51 11 50 11 50 11 50 11 49 11 49 11 49 11 48 11 48 11 48 11 47 11 47 11 47 11 47 11 46 11 46 11 46 11 46 11 46 11 45 11 45 11 45 11 45 11 45 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 44 11 45 11 45 11 45 11 45 11 45 11 46 11 46 11 46 11 46 11 47 11 47 11 47 11 48 11 48 11 48 11 49 11 49 11 49 11 50 11 50 11 50 11 51 11 51 11 52 11 52 11 53 11 53 11 54 11 54 11 54 11 55 11 55 11 56 11 56 11 57 11 57 11 58 11 58 11 59 11 59 12 00 12 00 12 01 12 01 12 02 12 02 12 03 PHỤ LỤC ĐỘ LỆCH XÍCH VĨ CỦA MẶT TRỜI Tháng Ngày I II độ độ -23,0 -17,2 -22,9 -16,9 -22,8 -16,6 III IV V VI VII VIII IX X XI XII độ -7,7 -7,3 -6,9 độ 4,4 4,8 5,2 độ 15,0 15,3 15,6 độ 22,0 22,1 22,3 độ 23,1 23,1 23,0 độ 18,1 17,8 17,6 độ 8,4 8,0 7,7 độ -3,1 -3,4 -3,8 độ -14,3 -14,6 -15,0 độ -21,8 -21,9 -22,1 107 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 -22,7 -22,6 -22,5 -22,4 -22,3 -22,1 -22,0 -21,8 -21,7 -21,5 -21,4 -21,2 -21,0 -20,8 -20,6 -20,4 -20,2 -20,0 -19,7 -19,5 -19,3 -19,0 -18,8 -18,5 -18,3 -18,0 -17,7 -17,5 -16,3 -16,0 -15,7 -15,4 -15,1 -14,8 -14,4 -14,1 -13,8 -13,4 -13,1 -12,8 -12,4 -12,1 -11,7 -11,4 -11,0 -10,7 -10,3 -9,9 -9,6 -9,2 -8,8 -8,4 -8,0 -6,5 -6,2 -5,8 -5,4 -5,0 -4,6 -4,2 -3,8 -3,4 -3,0 -2,6 -2,2 -1,9 -1,5 -1,1 -0,7 -0,3 0,1 0,5 0,9 1,3 1,7 2,1 2,5 2,9 3,2 3,6 4,0 5,6 5,9 6,3 6,7 7,1 7,5 7,8 8,2 8,6 9,0 9,3 9,7 10,0 10,4 10,7 11,1 11,4 11,8 12,1 12,4 12,8 13,1 13,4 13,7 14,0 14,4 14,7 15,9 16,2 16,4 16,7 17,0 17,3 17,5 17,8 18,0 18,3 18,6 18,8 19,0 19,3 19,5 19,7 19,9 20,1 20,3 20,5 20,7 20,9 21,1 21,3 21,4 21,6 21,7 219 22,4 22,5 22,6 22,7 22,8 22,9 23,0 23,1 23,1 23,2 23,2 23,3 23,3 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,3 23,3 23,2 22,9 22,8 22,7 22,6 22,5 22,4 22,3 22,2 22,0 21,9 21,7 21,6 21,4 21,3 21,1 20,9 20,7 20,5 20,3 20,1 19,9 19,7 19,5 19,3 19,1 18,8 18,6 18,3 17,3 17,1 16,8 16,5 16,2 15,9 15,7 15,4 15,1 14,9 14,5 14,2 13,9 13,5 13,2 12,9 12,6 12,2 11,9 11,6 11,2 10,9 10,5 10,2 9,8 9,5 9,1 8,8 7,3 6,9 6,6 6,2 5,8 5,4 5,1 4,7 4,3 3,9 3,5 3,1 2,8 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 0,0 -0,3 -0,7 -1,1 -1,5 -1,9 -2,3 -2,7 -4,2 -4,6 -5,0 -5,4 -5,8 -6,1 -6,5 -6,9 -7,3 -7,6 -8,0 -8,4 -8,8 -9,1 -9,5 -9,9 -10,2 -10,6 -10,9 -11,2 -11,7 -12,0 -12,3 -12,7 -13,0 -13,3 -13,7 -14,0 -15,3 -15,6 -15,9 -16,2 -16,5 -16,8 -17,1 -17,3 -17,6 -17,9 -18,1 -18,4 -18,7 -18,9 -19,1 -19,4 -19,6 -19,8 -20,1 -20,3 -20,5 -20,7 -20,9 -21,1 -21,3 -21,4 -21,6 -22,2 -22,3 -22,5 -22,6 -22,7 -22,8 -22,9 -23,0 -23,1 -23,1 -23,2 -23,3 -23,3 -23,3 -23,4 -23,4 -23,4 -23,4 -23,4 -23,4 -23,4 -23,4 -23,4 -23,3 -23,3 -23,2 -23,2 -23,1 PHỤ LỤC HỆ ĐƠN VỊ ĐO Những đơn vị đo ST T Yếu tố Độ dài Khối lượng Thời gian Cường độ dòng điện Nhiệt độ động lực Số lượng vật chất Cường độ ánh sáng Đơn vị đo Kí hiệu mét kilogam giây ampe độ kelvin phân tử can-đê-la m kg s A K mol cd Những đơn vị đo dẫn xuất ST Yếu tố Đơn vị đo 108 Kí hiệu T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Diện tích Thể tích Tần số Mật độ Vận tốc Vận tốc góc Gia tốc Gia tốc góc Lực Áp suất Công, lượng, nhiệt lượng Công suất Điện tích Điện thế, hiệu điện thế, điện động Độ sáng Cường độ điện trường Nhiệt dung Nhiệt dung riêng Nhiệt dung thể tích mét vuông mét khối hertz kilogam mét khối mét giây radian giây mét giây bình phương radian giây bình phương newton newton mét vuông Joule Watt Coulomb Volt can-đê-la mét vuông Vôn mét Jun độ Jun kilogam độ Jun mét khối độ m2 m3 s-1 kg/m3 m/s rad/s m/s2 rad/s2 N N/m2 J W (=J/s) C (=A.s) V cd/m2 V/m J/độ J/kg.độ J/m3.độ Những tiền tố thường thêm vào đơn vị đo ST T Tiền tố tera giga mega kilo hecto deka deci Số lần đơn vị Số lần đơn vị Kí hiệu STT Tiền tố nhân lên nhân lên 12 10 T centi 10-2 109 G milli 10-3 106 M 10 micro 10-6 103 k 11 nano 10-9 102 h 12 pico 10-12 101 da 13 femto 10-15 10-1 d 14 atto 10-18 Kí hiệu c m µ n p f a PHỤ LỤC SỰ CHUYỂN ĐỔI GIỮA CÁC ĐƠN VỊ ĐO THƯỜNG SỬ DỤNG Đơn vị đo độ dài inch = 2,54 cm ; cm = 0,39 inch feet = 0,3 m ; 1m = 3,28 feet yard (thước Anh) = 0,91 m ; 1m = 1, 09 yard mile (dặm) = 1,61 km ; km = 0,62 mile Đơn vị đo thể tích lít = 1,06 Quart (lít Anh) ; Quart ≈ 0,943 lít lít = 0,26 galon ; galon = 3,78 lít Đơn vị đo khối lượng ounce = 28,33 gam ; gam = 0,035 ounce pound = 0,45 kg ; kg = 2,205 pound 109 4 6 Đơn vị đo lực, áp suất 1N = kg m/s2 ; dyne = g cm/s2 1N = 10 dyne ; dyne = 10-5 N mb = 102 N/m2 ; N/m2 = 10-2mb mb = 103 dyne/cm2 ; dyne/cm2 = 10-3mb dyne/cm2 = 10-1 N/m2 ; N/m2 = 10 dyne/cm2 at ≈ 9,81.104 N/m2 ; N/m ≈ 10,19.10-6 at at ; 1mb ≈ 9,81.102 mb ≈ 10,19.10-4at mb ; mmHg ≈ 0,75 mmHg ≈ 1,33 mb mb = HPa ; Đơn vị đo công, công suất calo ≈ 4,186 x107 erg ; erg ≈ 0,239 10-7calo calo ; 1J ≈ 4,186 J ≈ 0,239 calo 1J = 10 erg ; erg =10-7 J 1calo/s ; 1W ≈ 4,186 W ≈ 0,239 calo/s Đơn vị đo mật độ (hay khối lượng riêng) kg/m3 = 10-3 g/cm3 ; g/cm3 = 103 kg/cm3 Đơn vị đo nhiệt dung, nhiệt dung riêng, nhiệt dung thể tích J/độ ; calo/độ ≈ 0,239 calo/độ ≈ 4,186 J/độ -3 J/kg độ ≈ 0,239.10 calo/g độ ; calo/g.độ ≈ 4,186.103 J/kg độ J/m3 độ ≈ 0,239.10-6calo/cm3 độ ; calo/cm3.độ ≈ 4,186.106 J/m3 độ PHỤ LỤC NHỮNG HẰNG SỐ THƯỜNG SỬ DỤNG Số Avogadro NA 6,02247x1026 kmol-1 Số Logarithm tự nhiên e 2,71828 Hằng số Boltzmann k 1,381x10-23 J K-1 molecule-1 Hằng số hấp dẫn 6,673x10-11 Nm2 kg-1 Hằng số Planck h 6,6262 x10-34 J s-1 Tốc độ ánh sáng c 2,998x108 ms-1 Tốc độ âm không khí có nhiệt độ 0oC 340 ms-1 Hằng số Stefan-Boltzmann 5,6696x10-8 W m-2 K-4 σ 110 R* Hằng số khí tổng hợp 8,3143x103 J K-1 kmol-1 7,292x10-5 s-1 10 Vận tốc góc trái đất 11 Gia tốc trọng trường mực nước g biển trung bình vĩ độ 450 12 Bán kính trái đất: Trung bình RE Qua xích đạo Qua cực 13 Độ dài độ vĩ 450N S 14 Thể tích trái đất 15 Diện tích bề mặt trái đất 16 Khối lượng trái đất 17 Mật độ trung bình trái đất 18 Khoảng cách trung bình từ trái đất đến mặt trăng 19 Khoảng cách trung bình từ trái đất đến mặt trời 111 9,81 ms-2 6370 km 6379 km 6357 km 111,1 km 1,083x1021 m3 5,1x1012 m2 5,988x1024 kg 5,529x103 kg m-3 3,8x105 km 1,50x108 km 20 Tốc độ quay trái đất xung quanh mặt trời 21 Tốc độ phương vị xích đạo 22 Hằng số mặt trời 23 Mật độ không khí khô điều kiện nhiệt độ 0oC khí áp 1000 mb 24 Hằng số khí không khí khô 25 Khối lượng khí 26 Phân tử gam không khí khô 27 Nhiệt dung riêng đẳng áp không khí khô 28 Nhiệt dung riêng đẳng tích không khí khô 29 Khí áp tiêu chuẩn mực biển Nhiệt độ không khí tiêu chuẩn mực 30 biển Mật độ không khí tiêu chuẩn mực 31 biển 32 Mật độ nước 33 Mật độ băng 34 Hằng số khí nước 35 Phân tử gam nước 36 Nhiệt dung riêng đẳng áp nước 37 Nhiệt dung riêng đẳng tích nước 38 Nhiệt dung riêng nước thể lỏng 112 2,977x104 ms-1 465 ms-1 1,38x103 W m-2 Rd 1,29 kg m-3 287 J K-1 kg-1 5,3x1018 kg 28,966 kg kmole-1 Cp 1004 J K-1 kg-1 Cv ps 717 J K-1 kg-1 1013,28 hPa Ts 288,16K ρs (0oC) (0oC) Rh 2,225 kg m-3 1,0x103 kg m-3 0,917x103 kg m-3 461,5 J K-1 kg-1 18,016 kg kmol-1 1810 J K-1 kg-1 1350 J K-1 kg-1 (0 C) 4218 J K-1 kg-1 o TÀI LIỆU THAM KHẢO M.X Xtecdat A.A Xapogionhicop, Dụng cụ quan trắc khí tượng, Phạm Ngọc Toàn dịch (1962), Nha Khí tượng xuất Qui phạm quan trắc khí tượng bề mặt Hoàng Văn Bình (1995), Giáo trình máy khí tượng, Trường cán Khí tượng Thuỷ văn Nguyễn Văn Cán (1997), Bài giảng máy khí tượng, Trường Cao đẳng Khí tượng Thuỷ văn M.X A-véc-ki-ép (1960), Khí tượng học, Nguyễn Văn Quý dịch, Nha Khí tượng xuất bản, 432 tr Nguyễn Hướng Điền (2002), Khí tượng vật lí, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 304 tr Phạm Ngọc Hồ Hoàng Xuân Cơ (1991), Cơ sở Khí tượng học, tập 1, 3, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, 400 tr 113 GIÁO TRÌNH KHÍ TƯỢNG CƠ SỞ Chịu trách nhiệm xuất Tiến sĩ LÊ PHƯỚC DŨNG Biên tập Phó giáo sư Tiến sĩ PHẠM VŨ ANH Chế vi tính CHU THỊ THU HƯỜNG Sửa in MINH SƠN - THU TRANG In 500 cuốn, khổ 18x25cm, Xí nghiệp In Khí tượng Thuỷ văn Giấy đăng ký KHXB số: In xong nộp lưu chiểu tháng năm 2004 114 [...]... vào khí áp Ở một nhiệt độ đã cho, khi áp suất hơi nước của chất lỏng sẽ đạt tới sự cân bằng với khí áp thì chất lỏng bắt đầu sôi Sự phụ thuộc của nhiệt độ chất lỏng sôi phụ thuộc vào khí áp sẽ trở thành khả năng đo khí áp (nguyên lí sôi kế); Ba nguyên lí cơ bản này là cơ sở để thiết kế các dụng cụ đo khí áp Trong khuôn khổ cuốn giáo trình này, chúng tôi chỉ trình bày khí áp kế thuỷ ngân, loại khí áp... ngân lẫn thang đo nên người ta gắn nhiệt kế vào thang đo khí áp kế Số đọc nhiệt độ được dùng làm số hiệu chính khí áp Khí áp kế thuỷ ngân thường có những loại cơ bản như khí áp kế KEW, khí áp kế Fortin và khí áp kế hộp Ta sẽ tiến hành nghiên cứu ba loại khí áp kế này 3.3.1 Khí áp kế KEW 1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Khí áp kế KEW là loại khí áp kế thuỷ ngân kiểu chậu có thang độ bổ chính Cấu tạo... lượng của một cột không khí thẳng đứng có thiết diện ngang là một đơn vị diện tích ở trên bề mặt Trái đất và kéo dài tới giới hạn trên của khí quyển Nhờ thí nghiệm của Torricelli năm 1643, người ta đã chế tạo khí áp kế thuỷ ngân và về sau, năm 1848, người ta phát minh thêm khí áp kế hộp dùng để đo khí áp Cột thuỷ ngân của khí áp kế cân bằng với cột không khí Những thay đổi của khí áp gây nên sự thay... bị đo khí áp Như đã đề cập đến khí áp kế thuỷ ngân ở trên, trọng lượng cột không khí có thể cân được trên một chiếc cân đặc biệt hoặc nhờ vào tiết diện ngang của cột đã biết, đọc trực tiếp các đơn vị đo khí áp tương đương trên thang độ chiều dài của cột Trong khí tượng, để đo khí áp, người ta thường dùng các dụng cụ khác nhau mà hoạt động của chúng dựa trên ba nguyên tắc vật lí cơ bản sau: 1) Khí áp... thang độ Celsius Trong khí tượng, nhiệt độ thường được đo bằng thang độ Celsius dựa trên 100 0 chia của thang độ giữa hai điểm tbăng và thơi Đơn vị này được gọi là “độ Celsius” hay “độ bách phân” Nhiệt độ là một thông số rất quan trọng trong khí tượng Người ta thường quan tâm tới nhiệt độ không khí, nhiệt độ nước và nhiệt độ đất Nhiệt độ không khí bề mặt là nhiệt độ trong lều khí tượng có độ cao từ 1,25... bút không được rửa; - Trong quá trình thay giản đồ không thực hiện đúng các thao tác, kể cả việc lên giây cót 25 CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ ĐO KHÍ ÁP 3.1 Bản chất của khí áp và các đơn vị đo Khí quyển là một lớp không khí bao quanh Trái đất Torricelli (1643) đã chứng minh sự tồn tại của khí áp bằng việc ông đã đo được nó nhờ một dụng cụ ông tự chế tạo, được gọi là khí áp kế Khí quyển của Trái đất, nhờ trọng... không khí vào trong chậu Chậu được gắn vào ống kim loại có khe hở (dọc thành ống) Ống này mang thang độ khí kế, nhiệt kế liên kết và giữ vai trò bảo vệ ống khí áp kế thuỷ tinh Một cách chi tiết, khí áp kế Fortin được dẫn trong hình 3.4 Từ hình vẽ ta thấy, khí áp kế này gồm có những bộ phận sau: ống khí áp kế 29 áp ra Hình 3.3 Khí áp kế Fortin (1); chất gắn (2); nút gỗ hoàng dương (3); lỗ không khí và... tố khí tượng khác, nhiệt độ không khí được đo vào những giờ cố định Ngoài ra, còn phải đo cả nhiệt độ tối cao và tối thấp trong ngày Riêng trong khí tượng nông nghiệp, người ta còn quan tâm đến nhiệt độ không khí ở nhiều mực khác nữa Nhiệt độ đất thường được đo tại những độ sâu tiêu chuẩn là: 5, 10, 15, 20, 50 và 100cm Nơi đặt nhiệt kế để đo nhiệt độ đất thường là nơi không trồng cỏ trong vườn 11 khí. .. thuỷ ngân trong ống thuỷ tinh để đọc trị số khí áp (cách đọc như đối với khí áp kế KEW); - Cuối cùng nới ốc điều chỉnh ở đáy chậu khí áp kế để đưa mực thuỷ ngân trong chậu xuống thấp hơn đầu mũi kim ngà 3.3.3 Hiệu chính số đọc của khí áp kế thuỷ ngân về điều kiện tiêu chuẩn 1 Hiệu chính sai số khí cụ Hiệu chính khí cụ là số hiệu chính gây ra do kĩ thuật chế tạo khí áp kế như: thiết diện của ống thuỷ tinh... trong “Bảng tính khí tượng thường dùng” tương ứng với các trị số khác nhau của vĩ độ và độ cao 4 Các nguồn sai số chính đối với khí áp kế thuỷ ngân a) Ảnh hưởng của gió Những cơn gió mạnh và giật có thể gây nên những sai số của phép đo khí áp Tác động này có thể làm khí áp thay đổi đến khoảng 2-3mb b) Ảnh hưởng của sự phân tầng nhiệt độ trong phòng đặt khí áp kế Khi trong phòng đặt khí áp kế do không ...LỜI NÓI ĐẦU Máy khí tượng" giáo trình dùng cho sinh viên chuyên ngành khí tượng trường có nhóm ngành khí tượng thuỷ văn Nội dung giáo trình tập trung trình bày vấn đề máy khí tượng dùng trạm... quan trắc như: khí tượng bề mặt, cao không, khí hậu, khí tượng nông nghiệp trạm khí tượng hàng không Máy khí tượng môn chuyên ngành mà sinh viên học chương trình đào tạo Môn học trình bày cấu... bị đo khí tượng Đồng thời sinh viên sử dụng thiết bị đo để đo đạc yếu tố khí tượng theo Quy phạm quan trắc khí tượng bề mặt ngành Khí tượng Thuỷ văn cách thành thạo Để hoàn thành giáo trình này,