ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑΣ Μέτρηση θερμοκρασίας, υγρασίας και πίεσης με χρήση διαφορετικών οργάνων.

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑΣ Μέτρηση θερμοκρασίας, υγρασίας και πίεσης με χρήση διαφορετικών οργάνων. ΟΝΟΜΑ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ. Ψυχρόμετρο Assmann (+ αποσταγμένο νερό). Ψηφιακό βαρόμετρο ακριβείας DeltaOhm 3. Μεταλλικό βαρόμετρο 4. Απλό ηλεκτρονικό θερμόμετρο-υγρόμετρο (όργανο #) 5. Αναλογικό Θερμόμετρο και Υγρόμετρο Τριχός (όργανο #) 6. Πολυόργανο Kestrel ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ: Σημειώσεις Ατμοσφαιρικής Τεχνολογίας Κεφάλαια - 4 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Οι παρακάτω μετρήσεις να πραγματοποιηθούν τόσο στην αυλή όσο και στην ταράτσα της ΦΜΣ. Το ψυχρόμετρο Assman και το βαρόμετρο DeltaOhm είναι τα πρότυπα όργανα μέτρησης. A. Μετρήσεις της θερμοκρασίας και υγρασίας με το ψυχρόμετρο Assmann. Υγραίνουμε με απεσταγμένο νερό το ύφασμα μουσελίνας στο ψυχρόμετρο Assmann και κουρδίζουμε τον ανεμιστήρα. Γίνεται μία πρώτη ανάγνωση του υγρού θερμομέτρου ύστερα από 3 περίπου λεπτά. Η ανάγνωση επαναλαμβάνεται μετά από 30 περίπου δευτερόλεπτα. Αν η θερμοκρασία του υγρού θερμομέτρου συνεχίζει να μειώνεται, η ανάγνωση επαναλαμβάνεται ξανά μέχρι να σταθεροποιηθεί η θερμοκρασία του. Μετά την σταθεροποίηση του υγρού θερμομέτρου γίνεται ανάγνωση τόσο του υγρού όσο και του ξηρού θερμομέτρου και καταγράφονται οι τιμές. B. Καταγραφή της πίεσης από το DeltaOhm Γ. Μέτρηση της πίεσης με το μεταλλικό βαρόμετρο Δ. Μέτρηση με το αναλογικό θερμόμετρο υγρόμετρο τριχός (#) Ε. Μέτρηση με το ηλεκτρονικό θερμόμετρο-υγρόμετρο (#) Ζ. Μέτρηση με το Kestrel (θερμοκρασία,σχετική υγρασία,πίεση, θερμοκρασία υγρού, υψόμετρο) Ατμοσφαιρική Τεχνολογία - Εργαστήριο Μετεωρολογίας

2 Καταγραφή των μετρήσεων: : Ψυχρόμετρο Assman και βαρόμετρο DeltaOhm Ξηρό θερμόμετρο Υγρό θερμόμετρο Πίεση : Μεταλλικό βαρόμετρο Πίεση 3: Αναλογικό Θερμόμετρο Υγρόμετρο τριχός Θερμοκρασία Υγρασία 4: Ηλεκτρονικό Θερμόμετρο Υγρόμετρο # Θερμοκρασία Υγρασία 5: Πολυόργανο Kestrel Θερμοκρασία Σχετική Υγρασία Θερμοκρασία Υγρού Πίεση Υψόμετρο Ατμοσφαιρική Τεχνολογία - Εργαστήριο Μετεωρολογίας

3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ) Υπολογισμός σχετικής και ειδικής υγρασίας στην αυλή και στην ταράτσα από τις μετρήσεις του Assman ) Σύγκριση των μετρήσεων θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας των οργάνων με το πρότυπο Ψυχρόμετρο Assman α) αναλογικό θερμόμετρο υγρόμετρο (#) β) Ηλεκτρονικό όργανο (#) γ) Πολυόργανο Kestrel Ποιό όργανο θα προτείνατε να χρησιμοποιηθεί εναλλακτικά του Assman; συνθήκες (-αυλή) 3) Σύγκριση των μετρήσεων της θερμοκρασίας υγρού μεταξύ του Assman και Kestrel συνθήκες (-αυλή) 4) a. Σύγκριση των μετρήσεων των βαρομέτρων (μεταλλικού και Kestrel) b. Σύγκριση με τις μετρήσεις του ψηφιακού βαρομέτρου DeltaOhm. συνθήκες (-αυλή) 5) Υπολογισμός του ύψους του κτιρίου χρησιμοποιώντας θερμοκρασία από το Assman και πίεση από α. το μεταλλικό βαρόμετρο β. το Kestrel (προσοχή! Το υψόμετρο ΔΕΝ είναι το πραγματικόύψος.) γ. Σύγκριση των υπολογισμών με την υψομετρική διαφορά του Kestrel 6) Βαθμίδα θερμοκρασίας: Υπολογίστε την από τον παρακάτω τύπο και χαρακτηρίστε τις συνθήκες ευστάθειας που επικρατούν (Θ δυναμική θερμοκρασία). Χρησιμοποιήστε θερμοκρασία από το Assman και πίεση από το Kestrel. Μην ξεχάσετε να προσθέσετε στα ύψη z και z την απόσταση του Assman από το έδαφος (.3m) Θ z Θ z Θ z ln z Ατμοσφαιρική Τεχνολογία - Εργαστήριο Μετεωρολογίας 3

4 Συμπληρωματικά για το Εργαστήριο Μετεωρολογίας Δυναμική θερμοκρασία (3.5 από την Φυσική Ατμοσφαιρικού Περιβάλλοντος) Για τον ευκολότερο προσδιορισμό της ατμοσφαιρικής ευστάθειας χρησιμοποιείται η έννοια της δυναμικής θερμοκρασίας (otential temerature). Η δυναμική θερμοκρασία συμβολίζεται διεθνώς με το Ελληνικό γράμμα θ και ορίζεται από την σχέση: R 0 ( ) c θ ( () όπου η θερμοκρασία, Τ, εκφράζεται σε K και P 0 είναι η πίεση σε κάποιο επίπεδο αναφοράς. Είναι κοινή πρακτική να χρησιμοποιούμε στον υπολογισμό της δυναμικής θερμοκρασίας P hpa. Η λέξη «δυναμική» προκύπτει από το γεγονός ότι η θ αντιστοιχεί στην θερμοκρασία Τ την οποία ένα πακέτο αέρα θα είχε δυνητικά αν μεταφερόταν αδιαβατικά στο επίπεδο P 0. Από τον ορισμό προκύπτει ότι η δυναμική θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη από την πραγματική θερμοκρασία όταν η πίεση είναι μικρότερη από 000 hpa ενώ οι δύο θερμοκρασίες έχουν την ίδια τιμή όταν η πίεση ισούται με 000 hpa. Αυτό σημαίνει ότι με εξαίρεση ένα ρηχό στρώμα αέρα κοντά στο έδαφος, η δυναμική θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη από την πραγματική θερμοκρασία. Εναλλακτικά, σε πολλές εφαρμογές στο ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα και ιδιαίτερα σε περιπτώσεις που δεν υπάρχουν διαθέσιμες μετρήσεις της πίεσης, η δυναμική θερμοκρασία υπολογίζεται από την σχέση: θ + Γ z () όπου η θερμοκρασία εκφράζεται σε Kelvin και z είναι το ύψος πάνω από το έδαφος εκφρασμένο σε m. Οι εξισώσεις () και () οδηγούν σε διαφορετικές τιμές της δυναμικής θερμοκρασίας. Αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα όταν η δυναμική θερμοκρασία χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ευστάθειας της ατμόσφαιρας. Λογαριθμίζοντας την () λαμβάνουμε ln R c ( ) ln( ) [ ln( P) ln( P )] θ (3) Διαφορίζοντας την παραπάνω εξίσωση και χρησιμοποιώντας την υδροστατική εξίσωση και την καταστατική εξίσωση τελείου αερίου λαμβάνουμε ) 0 θ θ R P c P + g c (4) + Γ Στο χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας μπορούμε να υποθέσουμε ότι θ/τ οπότε η παραπάνω εξίσωση διαμορφώνεται ως εξής θ + Γ (5) Είναι εύκολο να δειχθεί ότι αν διαφορίσουμε την εξίσωση () προκύπτει η ίδια εξίσωση. Ατμοσφαιρική Τεχνολογία - Εργαστήριο Μετεωρολογίας 4

5 Όπως η κατακόρυφη θερμοβαθμίδα, έτσι και η κατακόρυφη βαθμίδα της δυναμικής θερμοκρασίας συνδέεται με τις συνθήκες ευστάθειας της ατμόσφαιρας. Από τον ορισμό της προκύπτει ότι η δυναμική θερμοκρασία μιας αέριας μάζας η οποία μετακινείται στην ατμόσφαιρα αδιαβατικά θα πρέπει να παραμένει σταθερή (ενώ η θερμοκρασία της μειώνεται με περίπου 9.8 Κ/km). Σε ευσταθή ατμόσφαιρα η κατακόρυφη βαθμίδα της δυναμικής θερμοκρασίας είναι θετική (η δυναμική θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος) ενώ σε συνθήκες αστάθειας είναι αρνητική (η δυναμική θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος). Το σχήμα δείχνει την σχέση της ατμοσφαιρικής ευστάθειας με την μεταβολή της δυναμικής θερμοκρασίας με το ύψος. Σχέση της ατμοσφαιρικής ευστάθειας με την μεταβολή της δυναμικής θερμοκρασίας, θ, με το ύψος. Ατμοσφαιρική Τεχνολογία - Εργαστήριο Μετεωρολογίας 5