Wie baut man eine Wetterstation?

 Meteorologische Station - ist ein spezieller Raum in einem so genannten meteorologischen Garten, der sich in der Regel in einem bestimmten städtischen Gebiet oder in einem Gebiet außerhalb der Städte befindet. Meteorologische Stationen werden zu Ausbildungszwecken in Schulen und Universitätsstädten sowie im Zentrum städtischer Ballungsräume errichtet. Außerhalb des Festlandes befinden sich meteorologische Stationen auch auf dem Meer und in Gebieten mit extremen und unwirtlichen Klimabedingungen. Meteorologische Stationen sind mit Instrumenten zur Messung von Wetterphänomenen und zur Vorhersage des kommenden Wetters ausgestattet.

Beispiel einer Wetterstation

Woraus besteht die Wetterstation?

Die Wetterstation befindet sich auf einer 15 x 15 m großen Rasenfläche. Dieser Raum umfasst die installierten meteorologischen Instrumente. Eine Besonderheit des meteorologischen Gartens sind die so genannten meteorologischen Käfige, die eine Reihe von Thermometern, einen Windmesser, einen Regenmesser, Bodenthermometer und einen Heliographen enthalten.

Konstruktion des meteorologischen Käfigs

Ein meteorologischer Käfig ist eine weiße Holzkonstruktion, die dazu dient, die für meteorologische Messungen erforderlichen Instrumente vor den direkten Auswirkungen atmosphärischer Phänomene wie Schnee, Regen und Wind zu schützen. Der meteorologische Käfig wird auf einer flachen und ebenen Fläche fern von Flussbetten und Gewässern (Teich und See, Gebirgsbach) aufgestellt. Bei der Planung des Baus eines meteorologischen Käfigs sollten hohe Bäume und Hügel vermieden werden. 

Die Struktur sollte einen guten Zugang zur Luft haben. Ein meteorologischer Käfig ist in der Regel aus Holz gefertigt und hat die Maße 50 cm x 50 cm x 75 cm. Damit der Käfig luftig ist, sollte der Boden der Konstruktion aus drei Brettern bestehen, wobei das mittlere Brett etwas höher als die anderen liegt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Luft ungehindert in den Käfig strömen kann, um die Messungen der meteorologischen Phänomene nicht zu beeinträchtigen. Die Seitenwände des meteorologischen Käfigs sollten Lamellen haben und das Dach muss nach Süden geneigt sein. Der Käfig sollte sich nach Norden hin öffnen. Das gesamte Bauwerk hat eine Höhe von zwei Metern.

Mit welchen Messgeräten sollte der meteorologische Käfig ausgestattet sein? 

Die grundlegenden Werkzeuge in einem meteorologischen Käfig sind:

• Psychrometer
• Thermometer
• Thermograph
• Hygrometer
• Hygrograph

Und zahlreiche Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren.

Welche Messungen und Beobachtungen werden in der meteorologischen Station durchgeführt?

Die meteorologische Station misst die Lufttemperatur (in 2 m Höhe über dem Boden). Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Niederschlag. Sie analysiert auch die Bewölkung, die Sichtweite und die Schneehöhe im Winter.

Wie wurden in der Vergangenheit Temperaturmessungen durchgeführt? - Geschichte der meteorologischen Stationen.

Die Lufttemperatur ist die Ursache für viele Wetterphänomene. Auch im Bereich der Pflanzenwelt hat sie einen entscheidenden Vorteil. Deshalb ist es wichtig, sie so genau wie möglich zu bestimmen. Die Bestimmung der Lufttemperatur erfordert ein gewisses Maß an Vorsicht: Die Messwerte des Thermometers hängen nämlich nicht nur von der tatsächlichen Temperatur der Umgebungsluft ab, sondern auch vom Einfluss der Strahlung nahe gelegener Körper und der direkten Sonneneinstrahlung, wenn es dieser ausgesetzt ist. 

Hier ist das Ergebnis eines Experiments, das den Einfluss der Strahlung deutlich macht:

Relevante Lufttemperatur 18.°2

Thermometeranzeige im Sonnenlicht 3O.°O

Anzeige desselben Thermometers an der

Nordwand des Gebäudes 16.°5

Eine weitere Schwierigkeit bei Temperaturmessungen ist die Eigenschaft, dass Körper, die sich in der Luft befinden, die Temperatur des Mediums erst mit einer gewissen Verzögerung annehmen, d.h. erst nach einer gewissen Zeit, wenn sie sich verändern. Der Grund dafür ist die geringe Wärmekapazität von Luft, die bei gleichem Volumen dreitausendmal geringer ist als die von Wasser.

Um die Ursachen für diese Fehler zu beseitigen, werden zwei Methoden angewandt: Entweder wird ein kleines Thermometer, das nach der Art seiner Verwendung Schleuderthermometer genannt wird, durch einen Wirbel in schnelle Bewegung versetzt, oder das zur Temperaturmessung verwendete Thermometer wird an einem geeigneten Ort, in einem Thermometerkäfig, vor schädlichen Einflüssen geschützt. 

Schleuderthermometer. - Es handelt sich um ein gewöhnliches Quecksilberthermometer (mit einem kleinen Reservoir, da ein größeres bei einer starken Bewegung abreißen könnte) an einer starken Schnur, die mit einem Griff endet, um es zu halten. 

Nachdem man sich vergewissert hat, dass das Thermometer völlig trocken ist (die Verdunstung von Feuchtigkeit würde die Anzeige des Thermometers verringern), hält man den Griff fest und dreht das Instrument schnell, etwa zwei Umdrehungen pro Sekunde. Nach 60 bis 80 Umdrehungen (nach einer halben Minute) fassen wir schnell an die Spitze des Thermometers und lesen sofort die Zehntel und ganzen Grade ab, die die Quecksilbersäule anzeigt. Durch das oben beschriebene Vorgehen heben wir keineswegs den direkten Einfluss der Sonnenstrahlung auf, sondern geben der umgebenden Luft einen entscheidenden Einfluss, da das Thermometer gleichzeitig mit einer viel größeren Luftmasse in Berührung kommt, als wenn es unbewegt aufgehängt ist.

Käfig für Thermometer. Da unser Ziel bei der Durchführung meteorologischer Beobachtungen in der Regel darin besteht, eine allgemeine Vorstellung von den meteorologischen Bedingungen in einem größeren Gebiet in der Umgebung eines bestimmten Stadtteils zu erhalten, müssen die Messgeräte an einem möglichst offenen Ort aufgestellt werden, wobei enge Höfe, zu schattige Plätze zwischen Häusern usw. zu vermeiden sind.

Die Thermometer wurden früher in einem speziellen Zinkkäfig am Fenster auf der Nordseite des Gebäudes an einem ausreichend offenen Ort angebracht. Die Thermometer im Zinkkäfig sollten nicht zu hoch über der Bodenoberfläche und gleichzeitig an einem Ort angebracht werden, an dem sie vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt sind. Diese Bedingung ist nicht immer leicht zu erfüllen; außerdem werden Thermometer in einem Käfig, der zur Beobachtung ans Fenster gestellt wird, oft durch die erwärmte Luft aus der Wohnung beeinträchtigt.

Daher sollte, wo immer möglich, eine Holzkiste im englischen Stil verwendet werden. Dieser Unterstand wird auf vier Pfosten in einem größeren Hof, Garten (nicht zu nah an den Bäumen) oder schließlich auf einem Feld aufgestellt. Der englische Systemzwinger ersetzt den bis vor kurzem verwendeten Wilda-Systemzwinger, in dem ein Zinkkäfig untergebracht werden musste. Bei dem derzeitigen System ist der Zinkkäfig im Inneren

Die Tür befindet sich auf der Nordseite und das Doppeldach sollte leicht nach Süden geneigt sein.

Um diese Ausrichtung des Schuppens in Bezug auf die Welt zu erreichen, sollte beim Aufstellen der Pfosten (auf denen der Schuppen steht) darauf geachtet werden, dass die Seitenwände von Norden nach Süden ausgerichtet sind.

Die vier Stangen, die nicht zu schwer für die Thermometer sind, die den Boden des Kastens bilden, sollten 2,3 m lang sein, wobei der in den Boden eingegrabene Teil etwa 1 m beträgt, so dass die oberen Enden der Stangen 1,8 m über die Bodenoberfläche hinausragen. Die Pfähle mussten mit Querbolzen unten (30 cm über dem Boden) und oben (30 cm unter dem oberen Ende der Pfähle) aneinander befestigt werden. Das Gerätehaus wird auf den Masten in einer solchen Höhe befestigt, dass die Kugeln der Thermometer im Inneren mindestens 2 m über der Bodenoberfläche liegen.

Die Innenmaße des Schuppens selbst sind wie folgt:

Breite (Süd- und Nordseite). . , 46 cm

Tiefe (West- und Ostseite) .... 29 "

Höhe ... 59 "

Um die Thermometer in einer Höhe von 2 m bequem ablesen zu können, sollten geeignete, ausreichend große Stufen angebracht werden; diese Stufen sollten im Boden verankert sein und nicht auf dem Schuppen aufliegen, um Stöße beim Besteigen zu vermeiden. Die Temperatur wird dreimal am Tag gemessen, und zwar um 7 Uhr morgens (?J), 13 Uhr nachmittags (1J) und 21 Uhr abends (9J). Es ist zu beachten, dass es sich hierbei um eine lokale Durchschnittszeit handelt, die sich im Allgemeinen von der Eisenbahnzeit unterscheidet, die sich nach einem bestimmten Hauptbahnhof richtet.

Das Thermometer zur Bestimmung der zu einem bestimmten Zeitpunkt herrschenden Lufttemperatur (das sogenannte gewöhnliche Thermometer, im Unterschied zum Maximum- oder Minimumthermometer) hat eine Skala von 100 Grad; jedes Grad auf der Skala ist in 5 kleinere Teile unterteilt, die 0°,2 entsprechen; mit dem Auge beurteilt und notiert man die

Daten bis zu 0°,l. Das Auge sollte bei der Ablesung immer auf gleicher Höhe mit der beobachteten Position der Quecksilbersäule sein, um Fehler durch die sogenannte Augenparallaxe zu vermeiden. Am besten verwenden Sie für alle Ablesungen ein Vergrößerungsglas.

Ein Quecksilberthermometer zeigt die höchste Temperatur zwischen zwei Beobachtungen an. Wir lesen die höchste Temperatur ab, indem wir die Stelle auf der Skala notieren, an der sich das obere Ende des freistehenden Quecksilberbalkens befindet; eine Teilung der Skala entspricht 0,5 Grad, aber mit etwas Geschick ist es leicht, Zehntelgrade zu beurteilen. Nach der Beobachtung wird die Quecksilbersäule mit ein paar leichten Stößen in das Reservoir abgelassen, und nach dem Schütteln sollte das Thermometer die für die Zeit angemessene Temperatur anzeigen (d.h. fast die gleiche wie ein gewöhnliches Thermometer); im Winter sollte dies mit großer Vorsicht geschehen, wobei das Thermometer mit der Hand am oberen Ende des Halters gehalten wird, um das Instrument nicht zu erwärmen. Der einzige Unterschied in der Konstruktion des Maximalthermometers zum Standardthermometer besteht darin, dass die Quecksilbersäule am unteren Ende gebrochen ist, so dass bei sinkenden Temperaturen das horizontale Ende der Säule an Ort und Stelle bleibt.

Das Minimum-Thermometer (Toluol-Thermometer) zeigt zur gleichen Zeit wie das vorhergehende die niedrigste Lufttemperatur an, da sich der Stab im Rohr in Richtung des Behälters mit der Flüssigkeit bewegt, wenn die Temperatur fällt, aber wenn die Temperatur steigt, bleibt der Stab an seinem Platz. Aus diesem Grund ergibt das obere Ende des Stabes, das am weitesten vom Tank entfernt ist, die gewünschte Temperatur. Nach der Beobachtung wird das Thermometer mit dem Tank nach oben gekippt, damit der Stab mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt. Das Thermometer wird dann in waagerechter Position auf das entsprechende Stativ gesetzt, wobei man sehr vorsichtig sein muss, da sich der Stab durch Erschütterungen leicht verschieben kann. Wenn man den Zustand des Thermometers (durch eine Lupe) abliest, notiert man zuerst die Zehntel- und dann die ganzen Grade. Temperaturen unter dem Nullpunkt werden durch ein Minuszeichen gekennzeichnet, und Zehntelgrade werden im Vergleich zu den Gradzahlen für Temperaturen über dem Nullpunkt in umgekehrter Richtung gelesen. Die nebenstehende Abbildung zeigt Beispiele für das Ablesen von Thermometern. Das Minimum-Thermometer zeigt zwei Werte an: Das obere Ende des Stabes zeigt - 20°.4 als niedrigste Temperatur des Tages an, während der Toluolpol - 13°.3 als Lufttemperatur zum Zeitpunkt der Beobachtung anzeigt.

Die Maximal- und Minimal-Thermometer sind viel weniger haltbar als die gewöhnlichen Thermometer; sehr oft, besonders beim Minimal-Thermometer, bricht der Balken (Toluol) während des Transports oder infolge von Stößen, die jedoch leicht repariert werden können. Die Höchst- und Mindestwerte des Thermometers sollten ebenfalls dreimal während der üblichen Beobachtungszeiträume abgelesen werden. Um 9 Uhr abends ist es jedoch obligatorisch, diese Instrumente zu justieren: Schütteln Sie das Maximalthermometer (damit es zur Normaltemperatur zurückkehrt) und kippen Sie das Minimalthermometer nach oben (ohne zu schütteln), um den Stab in Kontakt mit der Flüssigkeit (Toluol) zu bringen. Diese Einstellung kann auch dreimal täglich, nach jeder Beobachtung, vorgenommen werden. In diesem Fall wird die höchste Tagestemperatur als der höchste und die niedrigste als der niedrigste Wert der drei vom Höchst- oder Mindestthermometer aufgezeichneten Tageswerte betrachtet.

Es ist von größter Bedeutung, dass die Thermometer genau konstruiert sind und kontrolliert werden, d.h. die Daten müssen berücksichtigt werden. Bei diesem Thermographen ist der Temperaturaufzeichnungsteil ein Zylinder mit einer Messuhr. Das Thermometer, dessen Messwerte auf dem den Zylinder umgebenden Papier aufgezeichnet werden, kann als Metallthermometer eingestuft werden. Es besteht aus einem Messingrohr, das gebogen und stark abgeflacht ist, so dass es im Schnitt eine sehr langgestreckte Ellipse darstellt; dieses 18 mm breite und 10 cm lange Rohr ist mit Alkohol gefüllt, einer Flüssigkeit, die nur bei extrem niedriger Temperatur erstarrt; sein Innenvolumen beträgt etwa 2 Kubikzentimeter. 

Wie bei den bekannten Metallthermometern verändert die unterschiedliche Ausdehnung der beiden Metallstäbe, die Ausdehnung des Alkohols, die Krümmung des Rohres; da ein Ende des Rohres auf dem Sockel befestigt ist, auf dem das ganze Instrument steht, geben die Bewegungen des anderen Endes des Rohres ein genaues Bild der stattfindenden Temperaturänderungen. Das freie Ende ist mit einem Stift verbunden, der leicht auf die Oberfläche des Papiers auf der Trommel drückt. Die Skala des Thermometers wird durch Vergleich mit einem normalen Thermometer ermittelt und reicht von 35° bis 40°C. Die Abmessungen des Stabes sind so gewählt, dass eine Temperaturänderung von 1 °C eine

eine Verschiebung des Stifts um 1 mm; daher beträgt der Abstand zwischen den horizontalen Linien auf dem Papier ebenfalls 1 mm.

Unter solchen Bedingungen lassen sich sogar Fünftel eines Grades recht einfach bestimmen. Die große Oberfläche der Röhre, die direkt von der Temperatur der Luft beeinflusst wird, und eine kleine Flüssigkeitsmenge, die die Temperaturänderung durch eine Volumenänderung anzeigt, verleihen dem Thermometer eine sehr hohe Empfindlichkeit und Sensibilität, da die Temperatur der umgebenden Luft viel schneller aufgenommen wird als bei einem gewöhnlichen Quecksilberthermometer. 

Wie bei allen anderen Thermometern kann der Nullpunkt dieses Metallthermometers durch Veränderungen in der Molekularstruktur des Rohrs verschoben werden; die Korrektur des Nullpunkts und generell die korrekte Justierung des Thermometers erfolgt mit einer Schlüssel.

Tageszeit der Lufttemperatur.

Im Laufe eines Tages ist die Lufttemperatur zwei Arten von Schwankungen unterworfen: einer stetigen und einer zufälligen Schwankung. Zufällige Variationen. Diese sind ausschließlich von vorübergehenden, kurzlebigen Ursachen abhängig, wie z. B. dem Durchzug von Wolken vor der Sonnenscheibe, die Windböen verursachen.  Solche Veränderungen haben wenig Einfluss auf den tatsächlichen Verlauf des Phänomens; sie wechseln sich in der Regel ab und kompensieren sich teilweise gegenseitig.

Statische Änderungen. Diese Veränderungen ergeben die so genannte Tagesperiode der Temperatur während des Tages; denn tagsüber ist die Temperatur höher, während sie nachts abnimmt. 

Um diese Art von Kurs zu untersuchen, müssen wir das Konzept der so genannten Normaltemperatur einführen. Wir bezeichnen dies als die durchschnittliche (mittlere) Zahl, die sich aus den Temperaturen ergibt, die an einem bestimmten

Temperaturen für eine bestimmte Stunde und einen bestimmten Tag über eine möglicherweise lange Reihe von Jahren. Die zufälligen Veränderungen in diesem langfristigen Durchschnitt heben sich gegenseitig auf, da sie sich entweder in einem oder in zwei Bereichen manifestieren in die andere Richtung. 

So wird die normale Temperatur verschiedener Stunden eines bestimmten Tages als die an diesem Tag beobachtete Temperatur bezeichnet, nachdem die Unregelmäßigkeiten zufälliger Natur beseitigt wurden. Eine solche Kurve lässt sich so darstellen, dass auf der Ordinatenachse die zu den Stunden proportionalen Längen abgeschnitten werden, auf der Abszissenachse die zu den Normaltemperaturen proportionalen Längen. Die resultierenden Kurven sind viel regelmäßiger als die direkt vom Barographen erhaltenen. In der Tagesperiode unterscheiden wir vier allgemeine Faktoren, nämlich: die Epoche der Höchsttemperatur, die Epoche der Tiefsttemperatur, die Amplitude und die Durchschnittstemperatur. Mindesttemperatur. 

Die niedrigste Temperatur wird um die Zeit des Sonnenaufgangs erreicht. 

Das ist leicht zu verstehen: Während der Nacht strahlt die Erde weiterhin Wärme in den interplanetaren Raum ab, ohne dass dies kompensiert wird, so dass die Temperatur weiter sinkt, bis die Sonne über den Horizont steigt und beginnt, ihre Strahlen auszusenden. Maximale Temperatur. Der höchste Stand wird vom Thermometer etwas später nach dem eigentlichen astronomischen Maximum erreicht, nach dem Zeitpunkt der Mittagszeit. Die Gründe für diese Verzögerung wurden bereits erläutert. Diese Verzögerung ist immer und überall vorhanden, aber sie ist nicht vorhanden.

Amplitude (Ausmaß der Veränderung). 

Die Differenz zwischen der niedrigsten normalen Temperatur und der höchsten Temperatur des Tages

wird als die periodische Tagesamplitude bezeichnet. Nimmt man die Differenz zwischen dem aus den höchsten Tagestemperaturen eines bestimmten Monats abgeleiteten Durchschnitt und dem aus den niedrigsten Tagestemperaturen abgeleiteten Durchschnitt, so erhält man die nichtperiodische tägliche Temperaturamplitude. Die nicht-periodische Amplitude ist größer als die periodische Amplitude; in der Tat treten Temperaturmaxima und -minima im Laufe des Tages nicht zur gleichen Stunde auf, so dass sie sich bei der Berechnung der Durchschnittszahlen teilweise gegenseitig kompensieren, während bei der Methode zur Ermittlung der nicht-periodischen Amplitude der Veränderungen sie behalten ihre volle Wirkung. 

In der Praxis ist es einfacher, die nicht-periodische Amplitude zu berechnen als die periodische Amplitude; daher wird die erstere am häufigsten berücksichtigt. Im Allgemeinen ist der Verlauf des einen und des anderen gleich, da sie parallel verlaufen; daher können sie gleichermaßen genutzt werden. Aus klimatologischer Sicht ist die Temperaturamplitude von herausragender Bedeutung; daher müssen die Umstände, die sie bestimmen, genau betrachtet werden. 

Die wichtigsten sind die folgenden:

1. Breitengrad. 

Im Allgemeinen nimmt die Amplitude in Richtung der Pole und des Äquators zu. In der Tat steigt die Sonne in den Polarregionen nicht weit über den Horizont; die Wärmemenge, die sie zu verschiedenen Tageszeiten aussendet, ist gering. Am Äquator ist das Gegenteil der Fall: Die Sonne steht mittags im Zenit, der Tag dauert nur 12 Stunden, und die Wärmezufuhr schwankt im Laufe des Tages stark und schnell. Dies wirkt sich auf die Temperatur der Luft aus, die in der Nacht extrem niedrig sein kann. So kann man in Bengalen, obwohl sich die Tagestemperaturen um 25° bewegen, eine nächtliche Eisschicht, indem das auf dem Tablett verschüttete Wasser der nächtlichen Strahlung ausgesetzt wird.

2 Jahreszeiten. 

Im Allgemeinen ist der Einfluss der Jahreszeiten vernachlässigbar, sowohl unter dem Äquator, wo die Jahreszeiten nicht akzentuiert sind, als auch unter den Polen, wo die Amplitude im Allgemeinen gering ist. In den mittleren Breitengraden ist jedoch der Einfluss der Jahreszeiten entscheidend, wobei die Amplitude im Sommer in der Regel größer ist als im Winter. So beträgt in Paris im Juli die periodische Amplitude 9°,3, die nichtperiodische 11,9; im Januar ist die periodische 3°,6, die nichtperiodische 5°,4.

3. Trübung. 

(Verhältnis zwischen der von Wolken bedeckten Himmelsfläche und der gesamten Himmelsfläche). Je bewölkter der Himmel ist, desto kleiner wird die Temperaturamplitude und umgekehrt. Das Vorhandensein von Wolken schwächt tagsüber die Wirkung der Sonneneinstrahlung ab, wodurch die Tageshöchsttemperatur sinkt; nachts verringert sich die Intensität der Wärmestrahlung, wodurch die Mindesttemperatur steigt. Im Allgemeinen ist der Effekt der Bewölkung sehr ausgeprägt; bei völlig bedecktem Himmel beträgt die Amplitude nur die Hälfte oder ein Drittel der Amplitude bei klarem Himmel.