Εργαστηρική Άσκηση 2

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2η

ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ

Α) ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ - ΟΡΓΑΝΑ

Οι μετρήσεις της επιφανειακής ατμοσφαιρικής πίεσης γίνονται , συνήθως, με τα "υδραργυρικά βαρόμετρα" (Σχ. 1) και καταγράφονται με τους "βαρογράφους" (Σχ. 2)

Σχήμα 1

Σχήμα 2

Η αρχή λειτουργίας των βαρομέτρων αυτών είναι η γνωστή ως αρχή Toriceli (Σχ. 3)
Δηλ. η ατμ. πίεση που ασκείται στην ανοιχτή λεκάνη του υδραργύρου ισορροπείται με την πίεση της υδραργυρικής στήλης εντός του κάθετου γιάλινου σωλήνα (Σχ. 3).

Σχήμα 3

Το ύψος αυτής της στήλης υδραργύρου εκφραζόμενο σε cm (π.χ. 76 cm) δίνει την τιμή της ατμ. πίεσης σε μονάδες cmHg.
Σε όλα τα υδραργυρικά βαρόμετρα στο πίσω μέρος του κάθετου σωλήνα είναι προσαρμοσμένη μία κλίμακα βαθμολογιμένη σε hPa ή mb και έτσι επιτυγχάνεται η μέτρηση της ατμ. πίεσης σε μονάδες hPa ή mb.
Σημειώνεται ότι: 1hPa=1mb=0.75mmHg=100Nt/m²

Αναγωγές των τιμών της επιφανειακής ατμοσφαιρικής πίεσης.

Σε μια ατμόσφαιρα σε ισορροπία ισχύει ως γνωστόν η σχέση:

dP= -ρ(θ) g(φ, z)dz (1) (υδροστατική εξίσωση)

Δηλ. η ατμ. πίεση και η μεταβολή της καθ'ύψος εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αέρα (θ), από το ύψος (z) και από το γεωγραφικό πλάτος (φ).
Άρα για να είναι οι τιμές ατμ. πίεσης , σε διάφορους τόπους, συγκρίσιμες μεταξύ τους (χάρτες καιρού) πρέπει να ανάγονται σε σταθερές συνθήκες: 1) θερμοκρασία 0°C 2) υψόμετρο μηδέν (Μέση Στάθμη Θάλασσας (ΜΣΘ)) και 3) κανονική βαρύτητα (φ=45°).

1) Αναγωγή της ατμ. πίεσης στους 0°C

Η αναγωγή της ατμ. πίεσης (P_θ) στους 0°C γίνεται, για κάθε βαρόμετρο, με βάση τη σχέση:

P₀ = P_θ (1+λθ)/(1+κθ) (2)

όπου λ ο συντελεστής γραμμικής διαστολής του μετάλλου της κλίμακας του βαρομέτρου (λ=15.10^-6grad^-1), κ : ο συντελεστής κυβικής διαστολής του Hg (k=18.10^-5grad^-1) (δηλ.. λ=(1/10)κ) και θ η θερμοκρασία του Hg του βαρομέτρου.

2) Αναγωγή της πίεσης στη ΜΣΘ

Για την αναγωγή της ατμ. πίεσης (P_z) στη ΜΣΘ (P₀) γίνεται χρήση της σχέσης:

P₀ = P_z. 10^z/67.4T (3) (z σε μέτρα και Τ σε °Κ)

όπου Τ η μέση θερμοκρασία του ατμοσφαιρικού στρώματος μεταξύ του σταθμού και της επιφάνειας της θάλασσας. Αν Τ=250°Κ (Τροπόσφαιρα) η (3) γράφεται:

P₀=P_z.10^z/17 (4) (το z σε Km)

Από τη σχέση (4) προκύπτει ότι : η πίεση ελαττώνεται κατά έναν παράγοντα του 10 κάθε 17 Km διαδρομή καθ'ύψος μέσα στην ατμόσφαιρα.
Για το ίδιο θέμα απλούστερος κανόνας είναι: Η πίεση ελαττώνεται , για κάθε 10m ύψος μέσα στην ατμόσφαιρα , κατά ένα hPa περίπου.
Δηλ. η κατακόρυφη βαροβαθμίδα είνα: dP/dz=1hPa/10m περίπου. Η οριζόντια βαροβαθμίδα εξάλλου είναι πολύ μικρότερη. ( dP/dx=1hPa/100Km).

3) Αναγωγή της ατμ. πίεσης στην κανονική βαρύτητα.

Η αναγωγή αυτή γίνεται με βάση τη σχέση:

P₀₀=P₀-26.10^-4P₀συν2φ (5)

όπου φ το γεωγ. πλάτος του τόπου ( σταθμού )
Σημειώνεται ότι για όλες τις παραπάνω αναγωγές, στην πράξη, γίνεται χρήση ειδικών πινάκων.

Β) ΠΡΑΚΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Να λυθούν οι ασκήσεις:

1) Η αναγνωσθείσα τιμή ατμ. πίεσης, καποια στιγμή , από το υδραργυρικό βαρόμετρο είναι: 1024 hPa. Αν η θερμοκρασία του Hg του βαρομέτρου ,εκείνη τη στιγμή είναι 15°C να γίνουν οι αναγωγές της τιμής αυτής α) στους 0°C β) στη ΜΣΘ και γ) στην κανονική βαρύτητα.

2) Οι 12 μέσες μηνιαίες τιμές και ακραίες τιμές ατμ. πίεσης, στο σταθμό του ΑΠΘ και για το έτος 2001 (σε mmHg) ήταν:

Μέσες	765	763	760	759	762	760	760	761	761	766	764	764
Μεγιστες	767	765	762	761	763	762	762	763	762	768	766	766
Ελάχιστες	764	761	758	757	760	759	759	760	759	765	761	762

Να γίνουν τα διαγράμματα της ετήσιας κύμανσης των τιμών αυτών.

3) Στα παρακάτω σχήματα να σημειώσετε με βέλη τη ροή του ανέμου ώστε να φανεί τελικά η επικρατούσα μορφή ροής σε κάθε περίπτωση.

4) Στο παρακάτω διάγραμμα να σημειώσετε με βέλη το είδος της κυκλοφορίας γύρω από κάθε κύκλο

5) Με βάση το παρακάτω διάγραμμα αν η ταχύτητα του ψυχρού μετώπου είναι 600 μίλια/ημέρα (~4εκ. πάνω στο διάγραμμα ) ενώ η ταχύτητα του θερμού είναι 400 μίλια/ημέρα (~2,5 εκ πάνω στο διάγραμμα) να σχεδιάσετε τις νέες θέσεις των μετώπων αυτών, πάνω στο ίδιο διάγραμμα μετά από 2 ημέρες.