Как составить прогноз погоды самостоятельно - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Загрузить PDF

Обычно мы полагаемся на прогноз погоды. Тем не менее, можно предсказать погоду самостоятельно посредством наблюдений, если знать соответствующие признаки. Умение предсказывать погоду не только является увлекательным хобби, но и может пригодиться в различных ситуациях, например во время туристических походов. Узнайте, на какие признаки следует обращать внимание, чтобы правильно предсказать погоду.

1
Определите направление ветра. Ветер представляет собой перемещение воздушных масс из области с высоким давлением в область с низким давлением. Поскольку погодные условия движутся с запада, при западном ветре гроза смещается на восток, и обычно он предвещает хорошую погоду. В то же время восточный ветер свидетельствует о том, что надвигается плохая погода.^[1]
- Направление ветра можно определить с помощью травы и листков. Подбросьте несколько травинок или листочков и проследите, в какую сторону они полетят.
- Чтобы определить направление ветра, поднимите вверх смоченный слюной палец. Вы ощутите прохладу на той стороне пальца, откуда дует ветер.
2
Понаблюдайте за дымом от костра. Направление движения дыма зависит от давления воздуха. При высоком давлении дым поднимается вертикально вверх. В случае низкого давления дым стелется вдоль земли. Если дым опускается к земле и дрожит, ждите плохой погоды.^[2]
- Если дым опускается спиралью к земле, значит, давление воздуха понижено, и надвигается плохая погода.
3
Обратите внимание на затишье. Перед грозой понижается давление, и ветер может утихнуть. В результате наблюдается краткое “затишье перед бурей”, для которого характерно отсутствие заметного ветра. Если вы находитесь возле водоема, обратите внимание на штиль и отсутствие волн. Такое затишье указывает на приближение грозы.
- На этом этапе заметны и другие признаки надвигающегося дождя, например темные тучи.^[3]
4
Сделайте глубокий вдох. Закройте глаза и ощутите запах воздуха. Перед дождем запахи усиливаются, в воздухе пахнет влагой.^[4] При низком атмосферном давлении растения выпускают в воздух испарения, что придает ему запах, похожий на запах компоста. Если вы ощутите в воздухе запах компоста, вполне вероятно, что скоро начнется дождь.
- В болотистой местности перед самым дождем можно почувствовать запах болотных газов.^[5] Он напоминает запах тухлых яиц, который возникает при гниении растений.^[6]
5
Обратите внимание на влажность. Дождю часто предшествует высокая влажность, что можно определить по некоторым признакам (начинают виться волосы, сворачиваются листья, набухает древесина). Эти признаки свидетельствуют о приближении грозы.^[7]
- Влажность можно оценить также по сосновым шишкам: при высокой влажности они закрываются, а в сухую погоду распускаются.^[8]
- Если вы живете в местности с высокой влажностью, то для предсказания погоды используйте другие признаки.
6

Обратите внимание на волны. Если вы живете возле моря, присмотритесь к волнам на поверхности воды. Эти волны могут быть вызваны дующим с моря ветром, который несет с собой дождь.^[9]

Реклама

1
Обратите внимание на форму облаков. По виду облаков можно многое сказать о предстоящей погоде. Как правило, белые и высокие облака означают хорошую погоду, а низкие облака темного цвета предвещают дождь или бурю.
- Белые тонкие облака обычно обещают ясную погоду.
- Плоские облака свидетельствуют о том, что воздушные массы стабильны, в то время как пушистые облака означают их нестабильность.^[10]
- Хотя небольшие кучевые облака выглядят умиротворяюще, они часто предвещают перемену погоды. Такие облака могут свидетельствовать о том, что начинается скопление грозовых туч.^[11]
2

Присмотритесь к расположению облаков. Высокие облака обычно проходят мимо, но при этом погода может испортиться в течение следующих шести часов. Низкие облака предвещают скорый дождь. По мере приближения дождя облака опускаются все ниже.^[12]
3
Обратите внимание на цвет облаков. Облака могут иметь различные оттенки белого, серого, черного и коричневого цвета, и по этим оттенкам также можно судить о погоде.
- Черные тучи означают, что назревает дождь без сильного ветра.
- Коричневые тучи свидетельствуют о приближении дождя с сильным ветром.
- Белые облака обычно предвещают хорошую погоду, хотя через некоторое время может пойти дождь.^[13]
- Серые облака обычно предвещают легкий дождь. Однако иногда серое небо означает, что дождь идет над большой территорией и может затянуться.^[14]
4
Посмотрите на перемещение облаков. По направлению движения облаков можно судить о грядущих изменениях погоды. Кроме того, обратите внимание на то, перемещаются ли облака раздельно или вместе.
- Низкие собирающиеся облака свидетельствуют о приближении плохой погоды.
- Поднимающиеся и расходящиеся в стороны облака предвещают улучшение погоды.^[15]
Реклама

1
Обратите внимание на утреннее красное небо. Погодные условия перемещаются в запада на восток, в то время как солнце встает на востоке и садится на западе. Красное небо утром означает, что на востоке ясно, в то время как на западе пасмурно, что и придает небу красный оттенок. В этом случае с запада надвигается плохая погода.
- При этом цвет неба может варьироваться от насыщенного оранжевого до темно-красного.
- Красное небо вечером служит благоприятным признаком. Это означает, что с запада надвигается ясная погода, а плохая погода удаляется от вас на восток.
- В английском языке есть пословица: “Красное небо ночью — морякам восторг, красное небо утром — морякам предупреждение”.^[16]
2
Присмотритесь, нет ли на западе радуги. Радуга на западе обычно появляется, когда лучи утреннего солнца проходят через влажный воздух на западе. Поскольку большинство грозовых фронтов передвигаются с запада на восток, если вы заметили радугу на западе, это значит, что через некоторое время стоит ожидать дождь.
- Если радуга появилась на востоке, это означает, что дождь прошел, и наступит ясная погода.
- Старая английская пословица гласит: “Радуга поутру предупреждает о ненастье”.^[17]
3
Посмотрите на луну. Обратите внимание на то, как она выглядит. Если луна отчетливо видна на чистом небе, ждите похолодания. Если вокруг луны виден широкий ореол, значит, предстоит дождь.
- Согласно русской народной примете, “в полнолуние вокруг луны круг появится — к концу месяца жди ненастной погоды”. Кольцо вокруг луны означает, что надвигается фронт теплого воздуха, что обычно приводит к дождю. Кольцо видно из-за того, что свет от луны проходит через кристаллики льда.^[18]
- Двойной ореол вокруг луны может свидетельствовать о том, что надвигается сильный ветер и ненастная погода.^[19]
- Говорят также “если луна ясная — жди мороза”. В ясную погоду облака не удерживают тепло, которое испускает земная поверхность. Это означает, что ночью и утром похолодает, хотя может обойтись и без инея.^[20]
4
Посмотрите на звезды. Если вы подозреваете, что скоро будет дождь, взгляните на звезды. Если вы сможете насчитать более десяти звезд, значит, дождь будет недолгим, в то время как меньшее число видимых звезд предвещает более продолжительное ненастье.^[21]
- Если на небе не видно звезд, значит, оно затянуто тучами. В ясную погоду видно множество звезд.
Реклама

1

Посмотрите на муравейники. Перед дождем муравьи строят муравейники с крутыми склонами. Если муравейники заметно возвышаются над землей, хотя раньше они были более низкими, это свидетельствует о приближении дождя.^[22]
2
Обратите внимание на низко летающих и прячущихся птиц. Низкое атмосферное давление перед грозой вызывает у птиц дискомфорт в ушах, и они летают ниже, чтобы избавиться от неприятного ощущения. Если вы заметили большое количество птиц на деревьях и проводах, это указывает на то, что атмосферное давление быстро падает. Можно также увидеть, как птицы охотятся на наземных насекомых. Такое поведение свидетельствует о приближении дождя.^[23]
- Если птицы летают высоко в небе, можно ожидать хорошей погоды.
- При приближении шторма чайки обычно перестают летать и прячутся на берегу.
- Обратите внимание на большие группы севших птиц.
- Перед дождем птицы затихают. Если вокруг громко чирикают и щебечут птицы, это обещает хорошую погоду.
3

Обратите внимание на перелетных птиц. Птицы чувствуют атмосферное давление и выбирают для перелета хорошую погоду. Если вы увидите, что небо заполнено стаями перелетных птиц, это предвещает ясную погоду.^[24]
4

Присмотритесь, едят ли птицы во время дождя. Если дождь не продлится долго, птицы обычно ждут, пока он закончится, прежде чем приступить к поискам пищи. Если же вы увидите, что птицы едят во время дождя, значит, он обещает быть долгим. Птицы способны чувствовать колебания атмосферного давления, что позволяет им предвидеть погоду.^[25]
5

Посмотрите, видны ли пчелы и бабочки. Перед дождем пчелы и бабочки возвращаются в безопасные укрытия. Кроме того, пчелы стараются защитить улей от ненастья. Если вокруг цветов не видны пчелы и бабочки, значит, надвигается дождь.^[26]
6
Обратите внимание на коров. Они обычно ложатся перед грозой и держатся ближе друг к другу, если предчувствуют плохую погоду. По-видимому, это объясняется тем, что перед дождем холодает, а в холодную погоду коровы стремятся быть ближе к земле. Если коровы лежат на земле, приближается дождь.^[27]
- Это относится только к коровам и не касается другого домашнего скота.
7
Обратите внимание на змей. Перед ненастьем змеи покидают свои гнезда даже в теплую погоду. Если вы обнаружите змей в непривычных для них местах или в то время, когда они должны прятаться, это предвещает дождь.
- Змеи могут даже предчувствовать землетрясения. Если вы увидите, что змея выбралась из своего логова и беспокойно ведет себя, возможно, надвигается землетрясение.^[28]
- Обычно змеи выползают из своих гнезд в ясную погоду, чтобы погреться на солнце. Они холоднокровные животные и поэтому не любят холод.^[29] Если змея покинула свое гнездо в холодную пасмурную погоду, значит, надвигается ненастье.
8

Если рядом есть черепахи, присмотритесь к их поведению. Обратите внимание на их передвижения: перед сильным дождем черепахи забираются на возвышенные места. Возможно, за один-два дня до дождя вы увидите ползущих по дорогам черепах.^[30]

Реклама

Советы

Для измерения изменений в атмосферном давлении можно использовать барометр. Заведите тетрадь и записывайте в нее изменения в природе, которые происходят при изменении атмосферного давления. Будьте внимательны, и вы сможете выявить свои собственные приметы, которые помогут предсказывать погоду в вашей местности.

Предупреждения

Самостоятельные прогнозы погоды могут не всегда быть правильными. Не рискуйте своей жизнью и жизнями других людей только ради эксперимента.
Некоторые погодные явления, например торнадо, очень сложно спрогнозировать. Обязательно обратитесь к официальному прогнозу погоды для вашей местности, если приближается сильный шторм, чтобы узнать, где можно переждать его в безопасности.

Об этой статье

Эту страницу просматривали 31 267 раз.

Была ли эта статья полезной?

Источник

Прогноз погоды своими руками

Время на прочтение
3 мин

Количество просмотров 31K

Каждый из нас ругал синоптиков, когда оказывался под дождем, не имея в руках зонта. В топике я расскажу Вам как сделать прогноз погоды на основе модели WRF (Weather Research & Forecasting Model) на несколько суток вперед.

Несколько слов о WRF

WRF — это численная модель предсказания погоды, которая подходит как для прогнозирования состояния атмосферы, так и для научных исследований. Разрабатывается сообществом научных организаций США, в том числе Национальным центром атмосферы и океана, Национальным центром атмосферных исследований.
Представляет собой систему модулей: модуль подготовки начальных и граничных данных (WRF Preprocessing System), собственно решающее ядро (Advanced Research WRF), модуль постпроцессинга (WRF Postprocessing System).
Большая часть модели (собственно вся математика) реализована на языке fortran с использованием библиотеки MPI. На C написаны модули для работы с данными. Модель доступна в исходных кодах.
Естественно модель потребляет огромное количество процессорного времени, и спроектирована для запуска на суперкомпьютерах, т. к. прогноз погоды — одна из сложнейших задач.

Как собственно работает модель?

Скачивается набор входных данных (текущее состояние атмосферы). Затем запускаетмя модуль препроцессинга, которые состоит из трех программ:

geogrid.exe — обрабатывает статические данные (рельеф, типы почвы, гидрография);
ungrib.exe — распаковывает начальные данные;
metgrid.exe — интерполирует, полученные выше данные, в сетку модели.

Затем стартует ядро модели, которые с помощью численных методов решает нелинейную систему дифференциальных уравнений в частных производных. Оно состоит из двух распараллеленых программ:

real.exe — выполняет вертикальную интерполяцию входных данных;
wrf.exe — собственно разрешающее ядро.

Подробнее о математике модели можно прочитать здесь.
Затем после завершения расчета мы получаем набор данных, т.е. прогноз состояния атмосферы на несколько суток вперед с дискретизацией в 1 час.
Теперь необходимо обработать эти данные и построить слайды, на которые бы мы нанесли приземную температуру, ветер, давление и осадки. На самом деле wrf продуцирует большое число полей, но мы ограничимся только этими. Для этих целей воспользуемся программа wrfpost.exe из модуля постпроцессинга.

Вычислительные ресурсы

Если у Вам не завалялся суперкомпьютер, то считать модель будет долго.
В домашних условиях можно использовать Core i5 или i7, чем больше ядер — тем быстрее будет считать. Но я взял пару 4-х ядерных Xeon’ов с 8 ГБ оперативной памяти под Slackware 12. Помимо копиляторов необходимо установить библиотеки MPI, например, MPICH2.
Единственное требование — платформа должна быть x86_64. Иначе препроцессинг не заведется.
Затраты по времени для области 3000 x 3000 км (прогноз на 2 суток) приведены в таблице ниже.

Шаг, км	Точек	Время вычислений, ч.
10	301 x 301	10
20	151 x 151	6
30	101 x 101	4

Пожелания по настройке

Все настройки задаются в файлах namelist.input и namelist.wps.
Шаги по осям X и Y (параметры DX, DY) лучше ставить одинаковыми. И шаг должен зависит от тех мощностей, которыми Вы располагаете. Поиграться хватит 10-50 км.
Шаг по времени DT рекомендуется выставлять равным 9 * DX (в км). DX, DY задаются в метрах, а DT в секундах.

Относительно параметризаций (пограничный, приземный слой, конвекция, микрофизика) лучше придерживаться рекомендованных параметров:
&physics mp_physics = 8,8,8 ra_lw_physics = 1,1,1, ra_sw_physics = 1,1,1, sf_sfclay_physics = 1,1,1, sf_surface_physics = 2,2,2, bl_pbl_physics = 1,1,1, cu_physics = 1,0,0, /Подробное описание всех параметров приведено в Руководстве пользователя.

Где скачать?

Официальный сайт модели: www.wrf-model.org
Компоненты модели: www.mmm.ucar.edu/wrf/users/download/get_sources.html
Рекомендую качать версию 3.2.1. Как минимум, потребуются:
WRF model V3.2.1, WRF Preprocessing System V3.2.1, WRF Postprocessing System V3.2, low-resolution geographical data (10' resolution), Начальные данные (разрешение 1°, размер порядка 500МБ): www.nco.ncep.noaa.gov/pmb/products/gfs Чтобы скачать модель нужно пройти процедуру простой регистрации.
Если хотите считать с шагом меньше 10 км, то нужно будет скачать более подробный рельеф.

Программу grads (для построения слайдов) можно взять из проекта opengrads.org
Полное руководство пользователя (eng), он-лайн версия + pdf.

Готов ответить на вопросы и помочь в запуске, если у кого-то появится желание. Можно постараться хорошо настроить модель и давать прогноз погоды самому себе.

Результаты

Для затравки предлагаю Вашему вниманию слайды с прогнозами на субботу (завтра проверите):
1. Температура у Земли и ветер на высоте 10м

2. Приземное давление и осадки, накопленные от начала счета*

Все картинки, доспуны в альбоме: imgur.com/a/XqBi6 (надеюсь выдержит).

Для сравнения прогноз по Москве от Яндекса: pogoda.yandex.ru/moscow/details

* К сожалению поле часовых осадков построить не удалось, т. к. моделью выводятся осадки только от начала счета (от 03ч. 22.07.2011 MSK).

Источник

22 ноября 2021 г.

Точное прогнозирование погоды может оказать большое влияние на вашу повседневную жизнь или ваши бизнес-процессы. По мере того, как технологии и научные знания продолжают развиваться, возможности метеорологов предсказывать погодные условия улучшаются и становятся более надежными.

Если вы заинтересованы в работе в области метеорологии, изучение того, как профессионалы составляют эти прогнозы, может помочь вам определить, подходит ли вам карьерный путь. В этой статье мы обсудим, что такое прогноз, почему он важен и как его составить.

Что такое прогнозы?

Прогноз – это метод предсказания будущих погодных условий. Метеорологи используют передовые технологии, такие как радары, спутники и датчики на буях и метеозондах, а также научные модели для измерения состояния атмосферы, чтобы делать эти прогнозы. Эти условия могут включать, среди прочего, давление, влажность, скорость и направление ветра. С современными технологиями семидневный прогноз может иметь высокую степень достоверности, и прогнозы часто бывают более точными, чем ближе они к тому дню, который они предсказывают.

В последние десятилетия суперкомпьютеры внесли свой вклад в прогнозирование и являются одной из основных причин повышения надежности. Метеорологи используют прогнозы для прогнозирования температуры, осадков, скорости и направления ветра, суровой погоды и УФ-индекса, который измеряет уровень ультрафиолетового излучения в атмосфере.

Почему важны прогнозы?

Прогнозирование погоды наиболее важно при подготовке к сильному шторму или любому другому серьезному погодному возмущению. Знание того, когда наступит суровая погода и насколько она будет сильной, может помочь людям в пострадавших районах подготовить себя и свои дома или эвакуироваться из этого района, что может спасти жизни и предотвратить материальный ущерб.

Прогнозирование также важно для предприятий и может позволить им корректировать планы или процессы, на которые может повлиять погода. Например, прогнозы температуры и осадков могут иметь значение для людей, работающих в сельском хозяйстве, что затем может повлиять на торговцев на товарных рынках.

Коммунальные компании также могут использовать прогнозы температуры для оценки спроса на определенные коммунальные услуги. Авиакомпании и аэропорты также используют прогноз погоды для обеспечения безопасности путешественников, принимая решения об изменении маршрута, отмене или задержке рейсов, когда это необходимо.

Как сделать прогноз

Вот три шага, которые метеорологи используют для создания надежных прогнозов погоды:

1. Соберите данные о прогнозе текущей погоды

Метеорологи называют текущие или ближайшие погодные условия прогнозом текущей погоды, и знание того, как это определить, является первым шагом к прогнозированию. Метеорологи круглосуточно отслеживают и регистрируют погоду и собирают данные на станциях наблюдения за погодой, которые могут находиться на суше, в море или в воздухе. После сбора данных прогноза текущей погоды они отправляют информацию на центральную приемную станцию для обработки. Существует несколько способов сбора данных с этих станций, в том числе:

Радар

Доплеровский радар, который собирает данные с земли через спутники, является распространенным инструментом прогнозирования, который посылает микроволновые сигналы к конкретной цели и измеряет, как движение цели изменяет частоту сигнала, когда он возвращается. Частотно возвращающиеся микроволны могут помочь определить направление и движение капель воды в атмосфере, что метеорологи используют для прогнозирования осадков.

Бортовые устройства

Наиболее распространенным прогностическим устройством для измерения воздуха является метеозонд, на котором установлен датчик, который может обнаруживать и сообщать о давлении, температуре, скорости ветра, влажности, направлении ветра и других данных на больших высотах. Эти метеозонды в конечном итоге лопаются, когда достигают определенной высоты или давления в атмосфере, и парашют, прикрепленный к датчику, раскрывается, позволяя устройству безопасно спуститься к точке запуска.

Морские устройства

Два распространенных типа морских устройств, свободно плавающие буи и стационарные буи, имеют датчики для обнаружения и записи данных. Свободно плавающие буи регистрируют океанские течения, а стационарные буи могут измерять давление, скорость и высоту волн, температуру воздуха и моря, скорость и направление ветра.

Спутниковые устройства

Спутники записывают и собирают данные с земной орбиты, и метеорологи в основном используют их для получения данных из труднодоступных или удаленных мест на Земле. Спутники могут оценивать температуру, скорость ветра, давление, влажность и другие сопутствующие условия.

2. Отправить данные на суперкомпьютер

Как только данные прогноза текущей погоды поступают на приемные станции или в центры прогнозов погоды, метеорологи вводят их в суперкомпьютер, который может выполнять до квадриллиона вычислений каждую секунду. Суперкомпьютер использует данные для создания нескольких прогнозных моделей погоды. Компьютер представляет модели в виде сетки, где каждая секция сетки соответствует месту на Земле, которое метеорологи используют для создания местных прогнозов.

Метеорологи, работающие на региональных станциях, изучают каждую ячейку сетки, чтобы получить углубленное представление об этой области, и выбирают модель, которую они считают наиболее точной, что они и делают, используя свои знания о погоде и данные текущего прогноза. Это также позволяет им отправлять эти модели каждой области в местные новости или метеостанции.

3. Изучите модели и представьте прогноз

Как только местные станции получают модели, метеорологи там снова их изучают. Используя свои научные знания, образование, опыт и знакомство с местностью и ее климатом, местные метеорологи могут корректировать модели, чтобы делать более точные прогнозы. Местные метеорологи также могут иметь индивидуальные модели с использованием алгоритмов, которые автоматически взвешивают историческую информацию в этом регионе, чтобы помочь им повысить точность.

Затем эти метеорологи создают презентацию прогноза, чтобы поделиться с общественностью. Они могут сделать это с помощью репортажей, которые транслируются в новостях по телевидению или радио, или с помощью приложений и других онлайн-источников, где люди могут сами найти информацию. Они стараются сделать эти прогнозы доступными в максимально возможном количестве мест, чтобы сделать информацию максимально доступной, чтобы каждый мог найти ее и подготовиться на ее основе.

4. Скорректируйте прогнозы, используя новую информацию

Поскольку небольшие непредсказуемые изменения в атмосфере могут иметь большое влияние на погодные условия, метеорологи постоянно обновляют свои модели и прогнозы, чтобы они оставались максимально точными. Прогноз на день недели может значительно измениться между моментом его выпуска и наступлением дня, поэтому метеорологам важно постоянно отслеживать данные и пытаться приспосабливаться к новой информации. Компьютерные программы также могут автоматизировать эти процессы, что позволяет метеорологическим службам предоставлять текущие прогнозы с интервалом всего в 15 минут.

Источник

Когда-то погоду предсказывали по форме облаков. Сейчас у нас есть суперкомпьютеры, но и они не всегда точны. Разбираемся, как прогнозируют погоду в XXI веке

Содержание

Что это
Откуда синоптики берут данные
Современные модели прогнозирования
Почему разные приложения дают разные прогнозы
Почему синоптики ошибаются

Что такое прогнозирование погоды

Прогноз погоды — научно обоснованное предположение о том, какая погода будет в определенное время в определенном месте. Наука о погоде и методах ее предсказания называется синоптической метеорологией. Она является частью метеорологии — науки, изучающей атмосферу Земли и происходящих в ней явлениях. Специалистов, которые составляют прогнозы, называют синоптиками.

Прогнозы погоды можно условно разделить:

по срокам (сверхкраткосрочные, краткосрочные, среднесрочные и другие);
по охвату территории: местные, региональные, страновые, мировые (глобальные);
по назначению: общего пользования, авиационные, морские, речные и сельскохозяйственные.

Прогноз погоды могут делать с помощью:

анализа синоптической карты погоды — географической карты, на которой в виде цифр и символов изображены результаты наблюдений метеорологических станций в определенные моменты времени;
численных методов прогноза погоды — компьютерной математической модели атмосферы, которая построена на базе системы уравнений гидродинамики и текущих данных погоды;
статистических методов — сбора статистических метеоданных, исходя из предположения, что в будущем погода повторится. Этот метод дополняет численный.

Сегодня почти во всех странах существуют региональные национальные метеослужбы. Гидрометцентр для России, Метеофранс для Франции, Оффенбах для Германии и т. д. Туда стекаются метеоданные о текущем состоянии атмосферы для дальнейших расчетов прогнозов погоды. Все национальные метеослужбы обмениваются информацией со Всемирной метеорологической организацией (ВМО), членами которого являются 193 государства и 6 территорий.

Фото: Гидрометцентр России

Откуда синоптики берут данные

Чтобы предсказать погоду, нужно знать «текущие условия» — то есть то, какая она сейчас. К основным параметрам относятся: температура, атмосферное давление, влажность, скорость и направление ветра, осадки и их количество.

Современный прогноз погоды основывается в первую очередь на данных спутников, а метеостанции, зонды и радары корректируют и непрерывно дополняют их. Вместе все эти источники создают полноценную картину происходящего в атмосфере.

Метеостанции

Метеостанции — специальные площадки, где непрерывно проводятся метеорологические измерения погоды и климата. На станциях установлены приборы для метеоизмерений: термометр, гигрометр, барометр, осадкомер и другие устройства. Они одинаковы по всему миру. Для точности метеорологи производят замеры регулярно и синхронно — через каждые 3 часа.

Наземные метеостанции бывают разные: огромные мачты в полях, плавающие буйки в море, шарообразные радары. Часть станций расположена в виде автономных устройств в труднодоступных местах, таких как горы и моря.

У метеостанций есть недостатки: они собирают данные только возле себя, расположены далеко друг от друга и не знают количество осадков.

Метеостанция в Виттене, Германия

(Фото: Wikipedia)

Метеозонды

Метеозонды — беспилотные аэростаты. Зонд выглядит как наполненный гелием резиновый или пластиковый шар, к которому крепится контейнер с аппаратурой — датчиками для измерения температуры, влажности и атмосферного давления, а также батарейки и антенны, с помощью которой эти данные передаются.

Весит один метеозонд примерно 300 граммов и поднимается на высоту 30–40 километров. Зонды одноразовые: набирая высоту, шар лопается от избыточного давления. Пенопластовый контейнер падает на землю, и повторно не используется.

Метеозонды запускают в 870 точках Земли два раза в день, обычно в 00 и 12 часов по UTC.

Фото: Wikipedia

Метеорологические радары

Метеорологические радары — специализированные радары для определения координат выпадения осадков, их типа, направления движения и интенсивности. Они обнаруживают опасные метеоусловия, такие как гроза, град, а также зоны интенсивных осадков и турбулентности.

Появление таких радаров связано со Второй мировой войной: радисты заметили «шум», который возникал на приборах во время осадков. Исследование этого явления привело к созданию специализированных погодных радаров, предназначенных для нужд метеорологии.

Современные радары каждые 10 минут делают трехмерный снимок атмосферы в радиусе 200–250 километров вокруг себя. Это позволяет описать погоду вплоть до микрорайона. Но для точного глобального прогноза их должно быть много. Здесь возникает проблема: так, российские радары расположены только в европейской части страны, а также Новосибирске, Барабинске и Владивостоке. Другая проблема — зона видимости радаров. Высотные здания могут загораживать обзор, создавая слепые зоны, а низкие осадки оказываются невидимы из-за кривизны планеты.

Грозовой фронт на экране метеорадара

(Фото: Wikipedia)

Метеоспутники

Метеоспутники — искусственные спутники Земли, их используют для просмотра и сбора данных о погоде и климате планеты. Они позволяют наблюдать за погодой на больших территориях, подобно тому, как вид с крыши или вершины горы дает более широкий обзор.

Метеоспутники определяют зоны интенсивных осадков и опасных явлений природы. Спутники отслеживают выбросы от вулканов и дым от лесных пожаров, последствия загрязнений, песчаные и пыльные бури, а также границы океанских течений.

Метеоспутник GOES-8

(Фото: Wikipedia)

Суперкомпьютеры

Весь поток погодных данных от метеостанций, зондов, радаров, спутников, датчиков на самолетах и кораблях поступает в центры обработки метеорологической информации — они есть в каждой национальной метеослужбе. Такие центры оснащены суперкомпьютерами. Менее мощные машины были бы не способны обработать такое количество данных в приемлемый срок.

Так, в Великобритании погоду предсказывает Cray XC40, который занимает 11-е место в списке мощнейших суперкомпьютеров мира с производительностью в 7 петафлопс (семь тысяч триллионов операций в секунду). Такая машина может спрогнозировать начало дождя вплоть до минуты. Главный суперкомпьютер российской гидрометеослужбы уступает британскому, его мощность 1,2 петафлопса.

Полученные результаты синоптики анализируют и составляют окончательный прогноз. Машина считает конкретные характеристики, а обобщить их может только человек. Синоптики делают прогнозы там, где есть ответственность и где технологии не способны предсказать некоторые погодные явления на местности, такие как туман и гололед.

Суперкомпьютер Росгидромета

(Фото: Росгидромет)

Как сегодня составляют прогноз погоды: модели прогнозирования

Синоптики выделяют два основных типа моделей: глобальные и локальные.

Глобальные модели

Эти модели обсчитывают всю атмосферу Земли или полушария. Учитывают обширные погодные системы, которые могут простираться по всему континенту — холодные фронты и сильные штормы.

Существует несколько глобальных моделей: американская модель (GFS), европейская модель (ECMWF), немецкая (ICON), английская (UKMet), канадская (СМС), японская (JMA), русская (ПАЛВ) и другие. Синоптики используют в основном американскую и европейскую.

Американская модель (GFS). Создана Национальной метеорологической службой США. Она запускается четыре раза в день: в 00, 6, 12 и 18 часов по UTC. Результаты публикует спустя 3,5 часа. Выдает прогнозы на 16 дней вперед.
Доступ к данным модели бесплатный. Любой может скачать их на официальном сайте. Популярный сайт Windguru отображает результаты именно по американской модели.

Вычислительная мощность американской модели выросла в десять раз за последние четыре года, и теперь модель способна проводить восемь квадриллионов вычислений в секунду.
Европейская модель (ECMWF). Названа в честь операционного агентства в Европе в результате партнерства между 34 различными странами. Она делает прогнозы на 10 дней вперед. Запускается два раза в день: в 00 и 12 часов по UTC. Из-за сложности считает прогноз целых 6 часов.
Доступ к данным платный. Результаты отображаются на сайте Foreca. «Гисметео», Yahoo, «Яндекс» и другие популярные ресурсы берут данные именно с него.

Европейская модель в среднем более мощная в вычислительном отношении, а американская иногда дает более точные прогнозы.

Локальные модели

Глобальные модели хороши и полезны, но часто на небольшом квадрате невозможно адекватно предсказать погоду из-за гор, водоемов или снежных покровов, которые влияют на изменение погодных данных. Тогда выручают локальные модели — они с высокой точностью моделируют отдельную область, страну или город.

Самая популярная среди локальных моделей — модель WRF (Weather Research and Forecasting). Она открыта — любой может скачать ее на GitHub и запустить. Применима для всех стран мира и может учитывать местную географию и топографию.

Горизонтальная сетка глобальной модели прогноза погоды и увеличенная площадь, охватываемая локальной моделью

(Фото: Researchgate)

Ансамблевые прогнозы

Все математические модели прогнозирования погоды имеют ограниченные возможности. Они не могут рассчитать метеорологические параметры в абсолютно каждой точке пространства в абсолютно каждый момент времени. Такие физические процессы, как туманы и гололед, в силу локальности и сложности природы, затруднительно описать с помощью математики. Вдобавок заданные параметры о текущем состоянии погоды не могут быть абсолютно точными.

Поэтому появились современные методы прогнозирования — «ансамблевые». Расчет прогноза запускается не один, а несколько раз, со слегка разными входными данными.

Ансамблевые прогнозы позволяют рассчитать вероятность явления. Например, вероятность осадков составляет 80%. Это значит, что из 50 членов ансамбля 40 (абсолютное большинство) прогнозируют дождь. Вместе с тем, есть 10 членов, которые исключают осадки.

Прогноз погоды от нейросети

С расцветом нейросетей их стали активно применять в прогнозировании погоды. Основной плюс — не нужно решать сложные физические уравнения и хранить огромные объемы информации. Вы собираете некоторый архив данных, а затем нейросеть самостоятельно анализирует его и выделяет закономерности.

Алгоритмы машинного обучения применяет, например, «Яндекс.Погода», используя систему Meteum. Нейросеть берет прогнозы, рассчитанные американской, канадской, японской и европейской моделями, и считает свой по модели WRF. Эти прогнозы сверяются с реальными наблюдениями в нескольких точках города, собранных по метеостанциям и спутникам. Потом она находит повторяющиеся закономерности и выдает прогноз «с точностью до дома».

Почему разные приложения дают разные прогнозы

Это происходит потому, что провайдеры используют разные алгоритмы, основанные на разных моделях прогнозов с разным уровнем детализации. Кто-то просто «штампует» прогнозы моделей, не делая поправку на реальную погоду. Другие нанимают синоптиков для наблюдений и исправлений ошибок.

Большинство популярных сайтов с прогнозами в интернете, отображают данные либо из американской GFS, либо из европейской ECMWF. Национальные метеослужбы делают прогнозы по собственным локальным моделям. Поэтому прогнозы погоды на Гисметео будет отличаться от Росгидромета.

Почему синоптики ошибаются

Точность краткосрочных прогнозов равна 95%. Прогнозы на пятые сутки имеют успешность на 80%, на 10 и более дней — только в половине случаев.

На точность прогнозов влияет множество факторов: количество и качество собираемых данных, способы их сбора и обработки, компьютерные ошибки и тот простой факт, что атмосфера Земли хаотична и ее очень трудно предсказать.

Ниже — основные причины, по которым погода не соответствует предсказаниям.

Неполнота наблюдений

Для идеального прогноза погоды необходимо точно знать текущие данные о фактической погоде на территории в несколько тысяч километров. Прогноз больше, чем на неделю, требует информации о том, что происходит с погодой на всем земном шаре.

На сегодня текущее состояние атмосферы известно приближенно, поскольку многие области планеты наблюдаются приборами слабо — океаны, тропики, пустыни, горы.

Как правило, метеостанций в городах значительно больше, чем в менее населенных районах. Среднее расстояние между метеостанциями на европейской территории России — 150 километров, в Сибири ― 300, на арктическом побережье еще больше. Данные в районах, где нет станций, восстанавливаются при помощи нахождения промежуточного значения, то есть приближенно. За счет этого возникают ошибки. Увеличивать плотность сети глобального наблюдения можно, но не бесконечно, поэтому данные никогда не станут полными.

Атмосфера хаотична

Синоптики пытаются предсказать то, что по своей природе непредсказуемо. Атмосфера представляет собой хаотичную систему: небольшое изменение состояния атмосферы в одном месте может иметь значительные последствия в другом — так проявляется «эффект бабочки». Любая ошибка, которая возникает в прогнозе, будет быстро увеличиваться и вызывать дальнейшие, но уже в большем масштабе.

Несовершенство моделей

Еще одна причина ошибок — несовершенство используемых прогностических моделей и методов. Некоторые погодные явления, такие как туманы и гололед, в моделях сознательно не учтены или упрощены, поскольку даже современные суперкомпьютеры не могут быстро их просчитать.

Несмотря на все технологические достижения, суперкомпьютеры не всегда точны. Хаотическая природа погоды означает, что до тех пор, пока синоптикам приходится делать предположения о процессах, происходящих в атмосфере, у любого компьютера всегда будет шанс ошибиться, независимо от того, насколько он мощный и быстрый.

Исследователи из Университета Пенсильвании нашли предел точности прогнозов погоды. Они обнаружили, что даже уменьшив первоначальные ошибки, лучшее, чего можно добиться, — это прогноз примерно на 15 дней вперед. И это если погода «установится».

Источник

Прогноз погоды с помощью самодельных барометров

Авторы
Руководители
Файлы работы
Наградные документы

Никитин А.А. 1

1ГБОУ СОШ 377, Кировского района города Санкт-Петербурга

Шудря Т.С. 1

1ГБОУ СОШ 377, Кировского района города Санкт-Петербурга

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Каждый человек в определенные моменты сталкивается с необходимостью знать, какая будет погода. Знание прогноза погоды важно во многих отраслях народного хозяйства: в сельском хозяйстве – когда начинать посевную или уборку урожая, в авиации – задержки рейсов из-за тумана, грозы, на транспорте – гололедица, метели и др. В повседневной жизни погода интересует практически всех. Ведь она влияет на самочувствие людей, их настроение. О погоде мы узнаем из средств массовой информации – радио, телевидение, пресса, интернет. А если нет возможности выйти в интернет, включить телевизор? Меня заинтересовал вопрос, можно ли самому составить прогноз погоды?

Цель моего исследования: выяснить, возможно ли предсказать погоду на основе показаний самостоятельно изготовленных приборов.

Объект исследования: прогноз погоды с помощью самостоятельно изготовленных приборов.

Предмет исследования: самодельные барометры.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. узнать, что такое атмосферное давление и выяснить, с помощью каких приборов проводят его измерение;

2. определить взаимосвязь изменения атмосферного давления с погодными условиями;

3. изготовить самодельные барометры и провести наблюдения за их работой в домашних условиях;

4. сделать вывод о достоверности показаний исследуемых приборов для прогноза погоды.

Методы исследования:

1. теоретический анализ научно-публицистической литературы (сбор информации и обработка литературных источников по данной теме);

2. метод наблюдения (наблюдения за изменениями погоды);

3. Постановка эксперимента (изготовление приборов, анализ показаний приборов)

4.Социологический опрос.

Гипотеза: с помощью самодельных приборов можно предсказывать погоду.

Мы провели социологический опрос (см. Приложение 1), который показал, что 11% респондентов узнают прогноз погоды через интернет, 1% не знают, с помощью каких приборов составляют прогноз погоды; 32% — хотели бы самостоятельно изготовить приборы для прогноза погоды. Анализ соцопроса подтверждает актуальность данного исследования.

Глава 1. Взаимосвязь изменения атмосферного давления с изменением погоды

Почему погода бывает такая разная? В самом деле, почему? Источник тепла, поступающего на Землю, всегда один и тот же, количество солнечной энергии, достигающей Земли, практически неизменно, как неизменны форма Земли, ее поверхность и газовый состав воздушной оболочки нашей планеты. А погода бывает разная не только в разных местах планеты, но и в каждой отдельной точке ее, и не только в разные сезоны, но даже на протяжении одного дня, а то и часа!

Причин разнообразия и непостоянства погоды так много, что один только перечень их может составить целую книгу. Здесь мы укажем лишь две основные причины: во-первых, чрезвычайная подвижность атмосферы, во-вторых, огромное количество так называемых метеорологических величин и явлений: температура, влажность, ветер, давление, облака, грозы, смерчи, метели, бури и пр. Изменение одного из них влечет за собой изменение других. Например, если развитие процессов в атмосфере приведет к изменению облачности, то последнее может повлечь за собой изменение температуры, влажности, осадков, ветра, метель или грозу, туман, гололед, град и т. д. Отсюда нестабильность погоды, ее разнообразие [1].

1.1 Погода и ее прогноз

Наша планета укрыта газовым “одеялом”. Огромная часть атмосферы спокойна (99%), она пребывает как бы в застывшем состоянии. А вот нижний десятикилометровый слой, которым мы окружены и дышим, находится в непрерывном движении — его подогревает Солнце, он буквально кипит и пузырится, подобно содержимому гигантской кастрюли на огне. Все то, что мы называем погодой — результат движения и перемешивания воздуха в нижнем слое атмосферы — тропосфере. [2]

Погода – это состояние нижнего слоя атмосферы в данном месте в данное время. Основные элементы погоды: температура воздуха, влажность, атмосферное давление, осадки, ветер. Изменения погоды связаны с движением воздуха в атмосфере. Смена воздушных масс сопровождается изменением температуры, образованием облачности, выпадением осадков. [5]

Прогнозировать погоду люди научились уже давно, и помогала им в этом сама природа. Наблюдая веками за поведением животных, за растениями, за явлениями природы появилась масса народных примет, зачастую они приобретали форму пословиц и поговорок. Существует масса народных примет, связанных с предсказанием погоды. Они есть у каждого народа. Правильное предсказание погоды было жизненно важным для крестьян, для которых ошибки в прогнозах могли обернуться гибелью урожая. Люди, умеющие по состоянию растений, виду облаков, цвету зари или заката, силе и направлению ветра, поведению птиц, зверей, насекомых и даже аромату цветов предсказывать погоду, всегда окружались почетом и уважением. [2, 4]

Наука об атмосфере и происходящих в ней процессах называется метеорология. Она возникла после изобретения в XVII веке термометра Галилео Галилеем и ртутного барометра Э. Торричелли. Позднее в XVII веке были изобретены гигрометр, дождемер, флюгер и анемометр. Первое подобие сети метеонаблюдений возникло в Европе в 1654 году. Сбор информации осуществлялся до 1667 года Академией дель Чименто во Флоренции.

В России постоянные наблюдения за погодой начались в конце XVII в. при Петре I. В 1724 году была образована первая в России метеорологическая станция, а с декабря 1725 года при Академии наук стали проводиться наблюдения при помощи барометра и термометра.

Синоптика — раздел метеорологии, наука, изучающая физические процессы в атмосфере Земли, определяющие будущее состояние погоды. Специализация синоптиков – анализировать процессы в атмосфере и прогнозировать дальнейшее состояние погоды. Наблюдения за погодой проводятся на метеостанциях с помощью специального оборудования: термометр — для изменения температуры воздуха; гигрометр прибор для определения влажности воздуха, флюгер — прибор для определения направления и силы ветра, дождемеры — служат для измерения количества осадков, барометр – прибор для измерения атмосферного давления. Краткосрочные прогнозы погоды позволяют предсказывать будущее состояние атмосферы на срок не более 5-7 суток, причем наиболее надежными являются прогнозы на срок до 2-3 суток. Дальше точность значительно снижается. Но даже краткосрочные прогнозы могут не сбыться. Ведь главное свойство погоды – ее переменчивость. Но все-таки метеослужбе удается предсказывать ее с высокой точностью. Долгосрочным прогнозом принято считать прогноз на месяц и сезон. Долгосрочные прогнозы приблизительны и составляются по статистическим данным за прошлые годы. Это проблема будущего, решать которую еще предстоит. [6]

1.2 Взаимосвязь изменения атмосферного давления с изменением погоды

Атмосферное давление и влажность воздуха наряду с температурой воздуха являются основными характеристиками погоды и климата. С распределением атмосферного давления связаны направления и сила ветра. Давление в разных местах земной поверхности неодинаково, и более сильное давление «выталкивает» воздух в места с более низким давлением. Поэтому, знания об атмосферном давлении необходимы в прогнозировании погоды. Предсказывать погоду можно используя изменения атмосферного давления. Изучив литературные источники, я сделал следующие выводы:

1. Воздух атмосферы – смесь газов. Воздух имеет вес (1 м3 атмосферного воздуха имеет массу 1,3 кг). Сила, с которой воздух давит на все предметы на поверхности Земли называется атмосферное давление.

2. Чем выше местность расположена над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление.

3. Чем ниже температура воздуха – тем он плотнее, а значит, тяжелее. Теплый воздух – легкий. Значит, атмосферное давление холодного воздух выше, чем теплого.

4. Повышенное атмосферное давление сопровождается безоблачной погодой, без осадков. Зимой ему соответствует морозная погода, летом – жаркая. Пониженному атмосферному давлению соответствует пасмурная погода, с осадками. Зимой более теплая погода, летом – прохладная.

5. Фиксируя изменения атмосферного давления можно предсказывать изменения погоды.

4. Изменения атмосферного давления измеряются с помощью специального прибора – барометра. Барометр можно изготовить самостоятельно. [6, 7]

Глава 2. История изобретения барометра

Погода и атмосфера вызывали интерес еще в античные времена. Однако метеорология — наука о погоде появилась только в эпоху Возрождения, когда в Италии были изобретены приборы для измерения температуры, давления и влажности воздуха. Около 1600 года великий астроном и математик Галилео Галилей создал первый термометр. Через 40 лет ученик Галилея Торричелли придумал первый надежный барометр для измерения давления воздуха. Это была тарелка с налитой в неё ртутью и пробиркой(колбой), поставленной отверстием вниз. Когда атмосферное давление повышалось, ртуть поднималась в пробирке, когда же оно понижалось — ртуть опускалась. Прототип Торричелли использовался очень долго, пока ртутные барометры не запретили для использования в домах из-за токсичности его паров. Конструкция перестала применяться и уступила место барометру-анероиду. [2]

В 1646 году Б. Паскалем был создан водяной барометр, но его размеры оказались очень большими. Столб воды, уравновешивающий давление атмосферы, оказался намного выше столба ртути. Высота такого барометра более 13 м. Известным английским ученым Робертом Гуком в 1670 году была создана шкала барометра, низкое давление в которой указывало, что приближается дождь или шторм, а сухую и солнечную погоду предвещало высокое давление. Этот старинный предмет и есть прообраз современного комнатного барометра. [1]

В 17 веке великий немецкий математик и физик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц высказал идею создания анероидного барометра, но не построил его. С греческого языка «анероид» дословно переводится как «безводный» («безжидкостный). Первый в мире анероидный барометр построил в 1847 году французский инженер Люсьен Види.

На сегодняшний день существуют такие разновидности: жидкостные, ртутные, барометры – анероидыЭ, электронные.

Таким образом, в XVI-XVII веках, было создано одно из самых значимых изобретений в науке – барометры. Благодаря этому прибору у стало возможным прогнозное определение погоды. [5,6]

Глава 3. Прогноз погоды с помощью самостоятельно изготовленных приборов

В главе 3 приведем описание эксперимента — изготовление разных вариантов барометров и проведение метеонаблюдений.

3.1 Барометр из бутылки

Этот барометр состоит из трёх частей: самой бутылки, герметичной крышки и трубки. Внутри бутылки находится подкрашенная вода.

Принцип работы: сначала атмосферное давление внутри бутылки и снаружи идентичны. При изменении атмосферного давления, уровень воды в трубке будет меняться. При понижении атмосферного давления, воздух, находящийся внутри банки, давит на жидкость и вытесняет ее вверх по трубке, так как оно больше по значению. В этом случае пойдёт дождь или снег. При повышении атмосферного давления уровень воды в трубке опускается, так как давление воздуха в герметично закрытой банке становится меньше, чем давление снаружи и вода втягивается в банку. Погода будет ясная и солнечная.

В Санкт-Петербурге, солнечная погода редкость, поэтому жидкость в трубочке всегда видна.

Процесс изготовления барометра:

Для того, чтобы изготовить данный вариант барометра, я принял решение взять толстостенную банку из-под физраствора. У нее очень удобная и плотно прилегающая резиновая пробка. В пробке я проделал отверстие при помощи дрели и сверла, предварительно измерив диаметр трубочки. Трубку вклеил в крышку для повышения герметичности. После этого отмерил 250 мл воды и добавил в нее 15 мл красителя Метиленовый синий, который окрасил воду в ярко-голубой цвет. Перелил подготовленную жидкость в банку, вставил пробку, предварительно промазав ее края суперклеем, и плотно прижал пробку к бутылке на 10 секунд. За счет того, что ножка у пробки длинная, то внутри банки образовалось чуть большее давление чем было первоначально, поэтому взял одноразовый шприц и через герметизирующую силиконовую прокладку, вдавил два кубических сантиметра воздуха в трубку, тем самым выровняв уровень жидкости в банке и трубке. После этого наклеил названия вариантов погодных явлений на маркированную сторону бутылки. На этом процесс изготовления барометра из бутылки был завершен.

Рис. 1. Изготовление барометра из бутылки

3.2 Барометр из лампочки

Второй барометр я сделал из лампочки, внутри которой была подкрашенная вода.

Принцип работы барометра из лампочки: для корректной работы его нужно установить между оконных рам. Тогда при изменении давления, на его стенках изнутри должны формироваться мелкие капли воды, то есть конденсироваться атмосферная влага. Данный примитивный барометр может предсказывать изменение погодных условий в пределах 12-24 часов. Лучше всего показания барометра можно интерпретировать за незначительный промежуток времени перед резкой сменой погоды. Например, на стекле лампочки множество мелких капель конденсата, значит в ближайшее время (около 2 часов) начнется дождь. Если дождь на улице идет, а при этом на стекле лампы нет конденсата, значит в ближайшее время погода измениться на ясную или малооблачную. Рекомендуется устанавливать барометр между стекол в оконной раме, с северной стороны дома, так как тогда не будет излишнего воздействия обогревательных приборов, находящихся в помещении, а также не будет оказываться иссушивающего воздействия на конденсат со стороны солнца. В нашей квартире, это сделать невозможно, так как у нас установлены стеклопакеты и все окна выходят на южную, солнечную сторону. Таким образом барометр оказался самым бесполезным и получить четкие данные наблюдения не удалось.

Процесс изготовления: барометр из лампочки оказался самым сложным в изготовлении. Сначала надо было просверлить стекло и не расколоть лампу, на третьей лампе у меня получилось нормальное отверстие при помощи шуруповёрта и сверла по металлу. Далее, в отдельной ёмкости я смешал воду и краситель бриллиантовый зелёный. С помощью шприца я сумел перелить необходимое количество окрашенной воды в лампу. Также я дополнительно сделал подставку для барометра из двух соединённых медных проволок. Так был создан второй барометр.

Рис.2 Изготовление барометра из лампочки

3.3 Барометр-анероид

Третий барометр, который я изготовил это барометр-анероид.

Принцип работы барометра-анероида: при атмосферном давлении на уровне 760 мм рт. ст. создается этот прибор или производится его калибровка. Основой действия данного барометра является мембрана, которая прогибается вниз при повышении атмосферного давления или выгибается пузырем наружу при понижении атмосферного давления. Главное, чего необходимо добиться это герметизации соединения мембраны и емкости с воздухом, дабы избежать утечки воздуха из банки. Чем больше площадь мембраны и чем длиннее прикрепленный к ней указатель, тем точнее будут измерения атмосферного давления. За счет давления, которое оказывает атмосфера на мембрану, сделанную из шарика, этот барометр из всех трех — самый точный. При повышении атмосферного давления, свободный край зубочистки поднимается вверх, значит погода будет ясной, при понижении атмосферного давления, свободный край зубочистки идет вниз, значит ожидаются осадки. Если его немного переделать и удлинить зубочистку раза в три, то он сможет показывать любые изменения давления, даже самые незначительные. Единственное ограничение, его нужно держать в том месте, где температура всегда приблизительно одинакова, так как при изменении температуры воздух внутри банки может сужаться или расширятся без изменения атмосферного давления.

Процесс изготовления барометра: он делается проще всего. Для изготовления нужна стеклянная прозрачная банка, резиновый шарик, зубочистка и кусочек скотча. Банка должна быть прозрачной, чтоб максимально избежать расширения воздуха при попадании прямых солнечных лучей. Также и шарик, который используется в качестве мембраны не должен быть цветным, так как любой окрашенный предмет легко изменяет свою температуру под действием солнечных лучей. Я зафиксировал банку на столе при помощи струбцин, промазал край банки клеем и растянув шарик, надел его на горлышко банки. Расправил мембрану так, чтобы литьевое утолщение на шарике оказалось сбоку банки и не создало погрешности, при изменении давления.

Рис. 3 Изготовление барометра-анероида

3.4 Проведение метеонаблюдений

Нормальное давление на уровне моря принято считать 760 мм. рт. ст. Атмосферное давление уменьшается на 1 мм при подъеме на высоту на 12-13 метров. Так как центр Санкт-Петербурга расположен на высоте 1-5 метров над уровнем моря, то нормальное атмосферное давление в центре города мало отличается от от нормального атмосферного давления на уровне океана — 760 мм рт. Ст.

Я живу на перекрестке Ленинского проспекта и проспекта Маршала Жукова, на 8 этаже. Согласно топографической карте города, наш дом находится на 8 метров выше уровня моря, а мой подоконник в комнате на 27 метров выше уровня моря соответственно. Таким образом нормальное давление на этом уровне будет приблизительно равно 758 мм рт. Ст.

В течение шести месяцев я проводил метеонаблюдения – фиксировал показания всех трех барометров. Также я заносил показатели температуры на улице в отдельную графу. Как и говорил ранее, самым точным оказался барометр из бутылки с трубочкой, на втором месте барометр-анероид, а барометр из лампочки просто красивый. Таблица моих наблюдений представлена в Приложении №2.

За период наблюдений с 21.11.2021 г. по 03.04.2022 г. За 132 дня, было зафиксировано 60 дней с высоким давлением и 72 дня с низким. Максимальное давление составило 779 мм рт. ст. (27.02.2022 г.), ему соответствовала среднесуточная температура за период наблюдений -4 °С, ясная погода, сменившаяся переменной облачностью с дождем. Минимальное давление составило – 728 мм рт. ст. (17.02.2022 г.), ему соответствовала среднесуточная температура -8 °С, сплошная облачность.

На основе анализа наблюдений убеждаемся в правильности теоретического положения о том, что давление воздуха меняется с изменением температуры. Температура зимой понижается — давление повышается. При повышении давления облачность снижалась, и мы наблюдали от 12 часов до 3-х дней ясную погоду.

При проведении наблюдений показания самодельных барометров и погоды в основном совпали, исключения составляли, ясные и солнечные дни, но это связано с теплоотдачей подкрашенной жидкости в банках. По результатам наблюдений мы сделали вывод, что самодельные барометры действительно реагируют на изменения атмосферного давления и по их показаниям можно составлять краткосрочный прогноз погоды. Наиболее точные показания дает барометр-анероид. Значит, гипотеза нашла свое подтверждение.

Заключение

В своей работе мы рассмотрели понятие погода, историю наблюдений за погодой, взаимосвязь изменения атмосферного давления с изменениями погоды, самостоятельно изготовили барометры и провели наблюдения за показаниями приборов и изменениями погоды.

Мы пришли к следующим выводам:

1. Воздух атмосферы – смесь газов. Воздух имеет вес. Сила, с которой воздух давит на все предметы на поверхности Земли называется атмосферное давление. Измеряется оно с помощью специальных приборов – барометров.

2. Атмосферное давление холодного воздуха выше, чем теплого. Повышенное атмосферное давление сопровождается безоблачной погодой, без осадков. Зимой ему соответствует морозная погода, летом – жаркая. Пониженному атмосферному давлению соответствует пасмурная погода, с осадками. Зимой более теплая погода, летом – прохладная.

3. Изготовить барометры можно самостоятельно. Проводить данные опыты не сложно, но интересно. Они безопасны, просты и полезны. Это может пригодиться, если ты живёшь в загородном доме, или на даче, где нет интернета, телевидения или радио, ведь информацию надо откуда-то брать.

4. По результатам наблюдений мы сделали вывод, что самодельные барометры действительно реагируют на изменения атмосферного давления и по их показаниям можно составлять краткосрочный прогноз погоды.

В ходе работы нами была выдвинута гипотеза, что с помощью самодельных приборов можно предсказывать погоду. Гипотеза нашла своё подтверждение.

Практическая значимость работы заключается в возможности её использования на уроках окружающего мира, географии, физики и в повседневной жизни.

Приложение 1

Анализ социологического опроса

Приложение 2 Проведение метеонаблюдений

Дата наблюдений	t воздуха в ⁰C	Атмосферное давление, ммрт.ст.	Облачность, осадки	Анероид, показания по шкале	“бутылка”, уровень воды поднялся/ опустился	“лампочка», конденсат есть/нет
21.11	-3	752	сплошная	дождь	поднялся	нет
28.11	-5	749	сплошная	дождь	поднялся	нет
05.12	-12	764	сплошная	дождь	поднялся	да
12.12	-9	767	сплошная	дождь	поднялся	нет
19.12	-8	750	сплошная	дождь	поднялся	нет
26.12	-17	765	сплошная	дождь	поднялся	да
02.01	-7	764	переменная	дождь	поднялся	нет
09.01	-10	757	сплошная	дождь	поднялся	нет
16.01	-4	753	сплошная	дождь	поднялся	нет
23.01	-8	770	сплошная	дождь	поднялся	нет
30.01	-2	740	сплошная	дождь	поднялся	да
06.02	0	751	сплошная	дождь	поднялся	да
13.02	+1	762	сплошная	дождь	поднялся	нет
20.02	+2	749	переменная	дождь	Не изменился	нет
27.02	0	776	переменная	дождь	Не изменился	да
06.03	-1	764	ясно	переменная	опустился	нет
13.03	+4	764	ясно	переменная	опустился	нет
20.03	+6	776	ясно	ясно	опустился	да
27.03	+3	760	ясно	ясно	опустился	нет
03.04	+3	755	переменная	переменная	Не изменился	нет
10.04	+7	751	сплошная	переменная	Не изменился	нет
17.04	+8	768	ясно	ясно	опустился	нет
24.04	+11	761	переменная	ясно	Не изменился	да
01.05	+9	764	ясно	переменная	опустился	нет
08.05	+8	764	сплошная	переменная	Не изменился	нет
15.05	+10	757	сплошная	дождь	опустился	нет
22.05	+12	761	ясно	ясно	Не изменился	нет
29.05	+16	754	ясно	переменная	Не изменился	да
05.06	+18	764	сплошная	переменная	Не изменился	да
12.06	+22	760	переменная	переменная	поднялся	да
19.06	+18	754	ясно	ясно	Не изменился	нет
26.06	+29	764	ясно	ясно	поднялся	да
03.07	+27	760	переменная	переменная	Не изменился	нет
10.07	+22	757	переменная	переменная	опустился	нет
17.07	+16	759	сплошная	дождь	опустился	да
24.07	+22	757	переменная	переменная	Не изменился	нет
31.07	+21	763	ясно	ясно	опустился	нет
07.08	+20	764	ясно	ясно	Не изменился	да
14.08	+26	764	ясно	ясно	Не изменился	нет
21.08	+22	770	переменная	ясно	поднялся	да
28.08	+30	765	ясно	ясно	опустился	да
04.09	+11	768	сплошная	дождь	поднялся	да
11.09	+14	764	переменная	ясно	Не изменился	нет
18.09	+14	756	сплошная	дождь	поднялся	нет
25.09	+10	755	сплошная	дождь	поднялся	нет

Список литературы:

1. Астапенко П.Д. Вопросы о погоде. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1982 г. – 392с.

2. Ауст З. Погода. – М.: Слово, 1994 г. – 48 с.

3. Варли К., Майлз Л. География. – М.: Росмэн, 1999 г. – 126с.

4. География: Материки. Океаны. – Смоленск: Русич, 1999 г. – 128 с.

5. Козгроув Б. Погода. – М.: Дорлинг Киндерсли, 1997 г. – 64 с.

6. Миронова С.С.Атмосфера. Все о воздушном океане Земли. – М.:Эксмо, 2014г. – 64с.

7. Финаров Д.П. Физическая география. — Санкт-Петербург: СпецЛит, 2002 г. – 207с.

Просмотров работы: 169

Источник