Измерение влажности воздуха
Следующим элементом, очень важным для характеристики погоды, является влажность воздуха. От того, какое количество влаги содержится в воздухе и какова степень его увлажнения, зависит образование тумана, облаков, выпадение дождя и снега. Дальше об этом будет сказано подробнее. Сейчас укажем только, как измеряется влажность воздуха. Для этого существуют два способа. Один основан на свойствах человеческого волоса поглощать влагу, отчего волос удлиняется. Величина удлинения волоса измеряется на шкале, по которой движется соединенная с ним стрелка.
Надежнее измерить влажность воздуха можно вторым способом. Берут два одинаковых метеорологических термометра. Шарик с ртутью одного из них обматывают в один слой небольшим кусочком тонкого и чистого батиста. Батист опускают в стаканчик с дистиллированной водой. Смачивающая батист вода испаряется, при этом термометр охлаждается и показывает более низкую температуру, чем сухой. Чем суше воздух, тем больше испаряется воды и тем меньшую температуру показывает смоченный термометр. Чем влажнее воздух, тем меньше разница между показаниями обоих термометров. По величине этой разницы с помощью особых таблиц и определяют влажность воздуха.
Все термометры и гигрометр — прибор для определения влажности по удлинению волоса — устанавливают в метеорологической будке.
Нам также важно знать, откуда дует ветер, какова его скорость я как она и направление ветра меняются во времени. Для этих измерений применяется флюгарка, легко поворачиваемая ветром на вертикальной оси. По повороту флюгарки и определяют направление, откуда дует ветер. Над флюгаркой укреплена небольшая металлическая дощечка. Она подвешивается за верхние углы таким образом, что это позволяет ей легко качаться, отклоняясь под напором ветра. Степень отклонения доски определяют по штифтам, укрепленным рядом с доской. Такой прибор, измеряющий направление и скорость ветра, называется флюгером; устанавливается он на открытом месте на металлической мачте или на столбе не ниже 10 метров.
Имеется также много приборов, обеспечивающих непрерывную запись скорости и направления ветра. Некоторые из них позволяют очень подробно записывать все порывы ветра.
Когда и сколько выпало дождя и снега, или, как говорят, атмосферных осадков, из каких облаков выпадали эти осадки — все это также служит предметом постоянных наблюдений на всех метеорологических станциях. Количество выпавшего дождя измеряется дождемером. Дождемер состоит из ведра с прямыми стенками, которое ставят на открытом месте. Попадающие в это ведро дождевые капли стекают на его дно.
Количество скопившейся в сосуде дождевой воды измеряют специальным стаканом и узнают, какой слой дождевой воды выпал на Землю. Это легко подсчитать, зная размеры венца дождемерного ведра. Легко понять, что дождемеры всех станций должны иметь одинаковую величину, иначе измерения в разных местах дадут неодинаковые результаты.
Дождемер устанавливается так, чтобы венец ведра был на высоте 2 метров над поверхностью Земли. Если дождемерное ведро поставить на столб, то ветер образует вокруг него вихри и измерения будут неточными, обычно заниженными: в некоторых случаях в ведро попадут не все осадки, приходящиеся на его площадь, а уже попавшие в него ветер выдует; в других случаях в дождемер попадет большее количество осадков: они будут принесены ветром со стороны. Чтобы ослабить вредное действие ветра, дождемерное ведро окружают специальным щитом в виде широкой воронки или воронки, состоящей из отдельных лепестков.
Дождемер работает и зимой, только снег приходится растапливать в ведре, а затем уже выливать воду в измерительный стакан. При этом ведро закрывают крышкой, чтобы не испарилась вода.
Толщину (или, иначе, высоту) слоя снега можно измерить, пробив его до земли хотя бы обыкновенной палкой. Целесообразнее сделать это линейкой, разделенной на сантиметры, а еще лучше специальной снегомерной рейкой. Пробив снег такой рейкой, чтобы ее конец уперся в землю, а не в твердую снежную корку, мы легко отсчитаем по ней толщину снежного покрова. Там, где такие наблюдения ведутся постоянно, снегомерную рейку осенью просто вкапывают в Землю, строго следя за тем, чтобы начало делений совпало с поверхностью Земли, иначе отсчеты будут неправильными. Понятно, что толщину снежного покрова надо измерять в таком месте, где снег лежит ровным слоем, без сугробов.
Количество выпавшего снега мы определяем не ведрами или литрами на гектар, а толщиной слоя, покрывшего Землю. Количество жидких осадков (дождя) также пересчитывают на толщину того слоя, который покрыл бы почву, если бы выпавшая вода не стекала и не испарялась. Снежный покров состоит из бесчисленного множества снежинок, образующих рыхлый слой. Толщина этого слоя обычно бывает во много раз больше толщины того слоя воды, который мог бы образоваться, если бы весь этот снег растаял. Толщину снежного покрова выражают в сантиметрах, а толщину слоя дождевой воды — в миллиметрах.
На большинстве метеорологических станций измеряют также, сколько часов каждый день светило Солнце, записывают, какие и когда были облака, была ли гроза, выпадала ли роса, садился ли туман и пр. На многих станциях в интересах сельского хозяйства и транспорта измеряют температуру не только воздуха, но и почвы на разных глубинах. На станциях, расположенных на берегу моря, озера или реки, измеряют также температуру воды, высоту ее уровня, скорость течения.
Из всех перечисленных приборов только один барометр помещается в доме. Все остальные ставятся на открытом воздухе и на открытой площадке, подальше от зданий, деревьев и т. д.
Мы видим, что метеорологические станции ведут большую и кропотливую работу, непрерывно наблюдая за всеми изменениями погоды. Но и этого оказывается недостаточно.
Приборы на метеорологических станциях устанавливаются на высоте всего 2 метров от поверхности почвы. Только флюгер поднимается выше, но все же обычно не более 10-15 метров. Таким образом, приборы слишком сильно отражают непосредственные влияния разнообразных местных особенностей земной поверхности. Поэтому давно уже стала ясной необходимость пополнить приземные наблюдения сведениями из более высоких слоев земной атмосферы, где местные искажающие влияния или сильно ослаблены или полностью исключены. Наиболее просто, казалось бы, этого можно добиться, построив метеорологические станции в горах. Сейчас таких станций уже довольно много. Высоко расположены и хорошо оборудованы станции на Кавказе и Памире, как, например, на Казбеги, Эльбрусе (Кавказ), леднике Федченко (Памир)
В этих пунктах наблюдения ведутся на высотах от 2 до 4 с лишним тысяч метров над уровнем моря.
Организация высокогорных станций, их снабжение и условия жизни и работы их наблюдателей чрезвычайно трудны. И все же высокогорные наблюдения далеко не полностью удовлетворяют поставленным перед ними задачам. Горы также искажают — и притом очень сильно — условия в свободной атмосфере. Поэтому одновременно с постройкой высокогорных станций люди старались проникнуть в атмосферу на летательных аппаратах.