Obserwacje meteorologiczne mają wartość wtedy, gdy spełniają ściśle określone warunki. Muszą być prowadzone w jednym i tym samym miejscu przez wiele lat bez przerwy, w ogólnie przyjętych warunkach oraz terminach i przy użyciu tych samych, sprawdzonych przyrządów. Z uwagi na fakt ujednolicenia pomiarów, prowadzi się je w sieci stacji meteorologicznych na terenie jednego kraju. W Polsce początki stałej sieci meteorologicznej przypadają na drugą połowę XIX w. Eksploatowana obecnie sieć meteorologiczna zbudowana jest z wielu stacji o różnych zakresach pomiarów. Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO), uwzględniając wpływ otoczenia na jakość pomiarów, wprowadziła wspólne dla wszystkich krajów członkowskich zalecenia dotyczące ogródka meteorologicznegoogródek meteorologicznyogródka meteorologicznego. W nich dokonywana jest większość pomiarów i obserwacji meteorologicznych. Wytyczne te określają lokalizację ogródka meteorologicznego oraz rozmieszczenie przyrządów pomiarowych.

Wybrane zalecenia dotyczące ogródka meteorologicznego:

• wyrównany teren o kształcie kwadratu, wymiarach 25×25 m w przypadku dużej liczby przyrządów pomiarowych – przy niewielkiej liczbie instalacji teren ten może być mniejszy, np. 10×7 m;

• teren płaski bez zagłębień;

• przyrządy pomiarowe umieszczone w klatce na wysokości od 1,25 do 2 m nad poziomem gruntu;

• przyrządy pomiarowe rozmieszczone w ogródku w taki sposób, aby wzajemnie nie zakłócały pomiarów;

• w promieniu do 30 m od ogródka brak obiektów budowlanych, drzew, krzewów i upraw sztucznie zraszanych;

• pomiar temperatury gruntu i temperatury przy powierzchni gruntu na pozbawionym roślinności poletku o wymiarach 4×2 m, 2×2 m lub 1×1 m w zależności od ilości stosowanych czujników.

Na stacjach meteorologicznych dokonuje się pomiarów różnych elementów meteorologicznych. Pomiarom podlegają:

• temperatura powietrza i gruntu,

• ciśnienie atmosferyczne,

• wilgotność powietrza,

• parowanie,

• opady,

• kierunek i prędkość wiatru,

• usłonecznienie,

• promieniowanie Słońca,

• widzialność,

• zachmurzenie,

• inne w ramach badań specjalnych np. zanieczyszczenia atmosfery.

Do pomiarów stosowana jest różnorodna aparatura składająca się z reguły z 3 podstawowych części: czujnika, systemu przenoszenia i wskaźnika.

Temperatura powietrza jest jednym z podstawowych elementów meteorologicznych. Określa się ją w stopniach skali termometrycznej. Najczęściej stosowana jest skala Celsjusza. Do pomiarów temperatury używa się termometrów. Do podstawowego pomiaru służy termometr stacyjny umieszczony w klatce meteorologicznej. Termometr odczytuje się z dokładnością 0,1°C. W klatce metrologicznej znajdują się również termometry:

• psychrometr Augusta – termometr o stale zwilżanym zbiorniczku, wraz z termometrem stacyjnym służy do pomiaru wilgotności powietrza,

• termometr maksymalny – rtęciowy w zakresie od -30 do +50°C,

• termometr minimalny – alkoholowy w zakresie od -40 do +40°C.

Temperatura gruntu jest mierzona za pomocą rtęciowych termometrów kolankowych. Pomiary są wykonywane na głębokości 5, 10, 20 i 50 cm. Dla głębokości większych od 20 cm stosuje się też termometry wyciągowe. Podobnie jak kolankowe, są termometrami rtęciowymi pozostającymi całkowicie w gruncie w plastikowej osłonie. Termometr wyciąga się tylko w celu odczytania temperatury.

Ciśnienie atmosferyczne to siła nacisku słupa powietrza na jednostkę powierzchni. Tradycyjnie stosowaną jednostkę są milimetry słupa rtęci (mm Hg). Do pomiarów wykorzystuje się barometry cieczowe, barometry deformacyjne i hipsometry. W barometrach cieczowych ciśnienie atmosferyczne jest równoważone przez ciśnienie hydrostatyczne słupa rtęci. W pomiarach meteorologicznych najczęściej mierzy się wysokość słupa rtęci. Barometr wykorzystywany na stacjach meteorologicznych nazywa się barometrem stacyjnym. Barometr stacyjny umieszcza się w pokoju obserwatora. Musi znajdować się z dala od źródeł ciepła, światła, wstrząsów oraz na takiej wysokości, aby był na poziomie oczu obserwatora.

Wilgotnością powietrza nazywa się zawartość pary wodnej w powietrzu. W meteorologii do pomiarów wilgotności wykorzystuje się metody:

1. absorpcyjną – wykorzystuje się zjawisko zmiany objętości pary wodnej przy pochłanianiu pary wodnej przez różne ciała,

2. psychrometryczną – zależność intensywności parowania od niedosytu ciśnienia pary wodnej,

3. pomiaru temperatury punktu rosy,

4. elektryczną.

Pierwszą z metod wykorzystuje się w higrometrze włosowym. Należy on do podstawowego wyposażenia stacji meteorologicznej. Służy on do pomiaru wilgotności względnej powietrza. Podstawową częścią jest pasmo odtłuszczonych ludzkich włosów. Jeden koniec przymocowany jest górnej części ramki, a dolny do ciężarka. Wydłużenie włosa następuje przy wzroście wilgotności względnej, skrócenie – przy spadku. Kolejna metoda wykorzystuje działanie dwóch termometrów stacyjnych. Jeden z nich, tzw. zwilżony, ma zbiorniczek owinięty batystembatystbatystem zwilżonym woda destylowaną. Woda ze zwilżonego batystu paruje, obniżając temperaturę termometru. Termometr zwilżony wskazuje niższą temperaturę niż suchy. Różnica jest tym większa, im mniej pary wodnej jest w powietrzu. Metoda pomiaru temperatury punktu rosy polega na sztucznym obniżaniu temperatury w przyrządzie, aż do osiągnięcia pary nasyconej i kondensacji. W metodach elektrycznych wykorzystuje się higrometry elektrolityczne, które posługują się zależnością przewodności elektrycznej elektrolitu od wilgotności powietrza.

Parowanie to proces, w wyniku którego para wodna przedostaje się do atmosfery. Podstawowym przyrządem wykorzystywanym do pomiarów jest umieszczany w klatce meteorologicznej ewaporometr Piche’a. Zbudowany jest ze szklanej rurki, którą napełnia się wodą destylowaną, oraz bibuły. Woda znajdująca się w rurce wsiąka w bibułę i z niej paruje. Różnice poziomu wody między kolejnymi obserwacjami informują o ilości wyparowanej wody. Pomiarów ewaporometrem dokonuje się najczęściej od połowy kwietnia do połowy października.

RUDfUQQGBnKMo

Grafika przedstawia ewapometr Piche'a. Z wyglądu przypomina termometr.

Opady atmosferyczne to woda w stanie ciekłym lub stałym wypadająca z chmur i docierająca do powierzchni Ziemi. Wyróżniamy następujące rodzaje opadów: deszcz, deszcz marznący, mżawka, mżawka marznąca, śnieg z deszczem, śnieg, śnieg ziarnisty, krupy lodowe, krupy śnieżne, ziarna lodowe, pył diamentowy, grad.

Pomiary opadów atmosferycznych polegają na gromadzeniu wody opadowej, a następnie wyznaczeniu wysokości warstwy wody, która utworzyłaby się na powierzchni gruntu. Przyrządem najczęściej stosowanym do pomiarów jest deszczomierz Hellmanna. Po napełnieniu deszczomierza mierzy się opad, przelewając wodę do menzurki. Wynik odczytuje się w mm.

Kierunek i prędkość wiatru

R1Gn1ur7QL1iK

Grafika przedstawia kierunki wiatru: N – północ, NNE – północny północny wschód, NE – północny wschód, ENE – wschodni północny wschód, E - wschód, ESE – wschodni południowy wschód, SE - południowy wschód, SSE - południowy południowy wschód, S – południe, SSW - południowy południowy zachód, SW - południowy zachód, WSW - zachodni południowy zachód, W – zachód, WNW – zachodni północny zachód, NW – północny zachód, NNW – północny północny zachód.

Prędkość wiatru wyraża się w metrach na sekundę (m/s). Można ją również podawać w kilometrach na godzinę. Przyrządy do pomiaru kierunku i prędkości wiatru instaluje się w ogródku meteorologicznym na masztach od strony północnej. Najczęściej wykorzystywane są anemometry czaszowe, które w sposób automatyczny zapisują prędkość wiatru o określonej godzinie. Anemometr czaszowy składa się z krzyżaka, na którym umocowane są półkuliste czasze. Szybkość obrotu układu jest proporcjonalna do prędkości wiatru. Do pomiaru prędkości wiatru wykorzystuje się nadal na niektórych stacjach wiatromierze Wilda. Składa się on z dwóch części:

• część ruchoma – płytka prędkościowa – porusza się na tle wygiętego łuku z 8 zębami, położenie płytki względem zębów pozwala na określenie prędkości wiatru, ster kierunkowy z kulistą przeciwwagą do określania kierunku wiatru,

• część nieruchoma – róża wiatrów z zaznaczonym kierunkiem północnym N, dłuższe pręty oznaczają kierunki główne: N, S, E, W; pręty krótsze – kierunki pośrednie: NE, SE, SW, NW.

Usłonecznienie to czas dopływu bezpośredniego promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi. Do rejestracji usłonecznienia służy heliograf. Główną częścią jest szklana kula, która skupia promienie słoneczne na umieszczonym w odległości ogniskowej kartonowym pasku. Jeżeli świeci Słońce, na pasku wypalany jest ślad. Paski zmienia się po zachodzie Słońca.

Promieniowanie to zjawisko wysyłania fal elektromagnetycznych. To forma przekazywania energii od jednego ciała do drugiego. Do pomiarów wykorzystuje się najczęściej pyranometr Molla–Gorczyńskiego. Podłączony do niego miliwoltomierzmiliwoltomierzmiliwoltomierz pozwala na określenie natężenia poszczególnych rodzajów promieniowania. Aktynometr Linke‑Feussnera pozwala na pomiar bezpośredniego promieniowania Słońca. Urządzenie jest wyposażone w filtry Schotte’a, umożliwiające – oprócz pomiarów w pełnym zakresie widma słonecznego – pomiary natężenia w wydzielonych jego obszarach.

Widzialność to największa odległość, z której:

• w porze dziennej czarny przedmiot odpowiednich rozmiarów na powierzchni gruntu jest jeszcze widoczny na tle nieba lub zmętnienia atmosfery;

• w porze nocnej czarny przedmiot odpowiednich rozmiarów na powierzchni gruntu byłby jeszcze widoczny w sytuacji nocnego oświetlenia, albo jest to największa odległość, z której widoczne jest jeszcze światło o określonym natężeniu.

R11hmYBX9Qmvi

Grafika przedstawia tabelkę ze stopniami widzialności i informacjami odnośnie tego, czy przedmiot znajdujący się w danej odległości jest widoczny. Tabela podzielona jest na stopnie oraz kolumny z opisem: jeszcze można rozpoznać, już nie można rozpoznać. Zgodnie z tym opisem odpowiednio: przy 0 stopniach - brak danych w kolumnie zatytułowanej jeszcze można rozpoznać, pięćdziesiąt metrów w kolumnie: już nie można rozpoznać. Przy jednym stopniu jest kolejno pięćdziesiąt metrów i dwieście metrów, przy dwóch stopniach - dwieście metrów i pięćset metrów, przy trzech stopniach - pięćset metrów i jeden kilometr, przy czterech stopniach - jeden kilometr i dwa kilometry, przy pięciu stopniach - dwa kilometry i cztery kilometry, przy sześciu stopniach - cztery kilometry i dziesięć kilometrów, przy siedmiu stopniach - dziesięć kilometrów i dwadzieścia kilometrów, przy ośmiu stopniach - dwadzieścia kilometrów i pięćdziesiąt kilometrów, przy dziewięciu stopniach - powyżej pięćdziesięciu kilometrów i brak danych w kolumnie zatytułowanej: już nie można rozpoznać.

Do przeprowadzania pomiarów widzialności wyznacza się w terenie przedmioty, np. budynki, wieże, góry. W nocy widzialność określa się za pomocą pojedynczych świateł. Do pomiarów wykorzystuje się również widzialnościomierz Vaisala.

Zachmurzenie

Podczas obserwacji chmur określany jest ich rodzaj, gatunek, odmiany, cechy dodatkowe, rodzaj chmury macierzystej oraz zjawiska z nią związane. Zachmurzenie składowe wyrażone jest ułamkiem określającym to, ile ósmych części nieba pokrywa dana chmura lub zespoły chmur występujących w momencie obserwacji. Określa się również wysokość podstawy chmur. Wysokość podstawy chmur to najniższy poziom chmury lub warstwy chmur nad poziom gruntu (w Polsce podawany w metrach). Określenie wysokości podstawy oparte jest na ocenie wzrokowej lub pomiarze instrumentalnym z wykorzystaniem ceilometrów. Coraz częściej wykorzystuje się laserowe mierniki podstawy chmur.

Obserwacje radarowe i satelitarne

We współczesnych pomiarach wykorzystuje się też radary. Za ich pomocą można śledzić rozwój i przemieszczanie się zjawisk takich jak huragany. Pomagają opracowywać prognozy pogody, szczególnie krótkoterminowe.

RQlVgLlS9m0r9

Grafika przedstawia anteny i sprzęt radarowy. Widocznych jest kilka metalowych masztów z przyczepionymi po bokach różnymi rodzajami anten. Po lewej stronie na metalowym słupie znajduje się duża, biała kula.

Wraz z rozwojem badań kosmicznych zaczęto korzystać z satelitów meteorologicznych. Są to sztuczne satelity Ziemi przeznaczone do pomiarów, zbierania i przekazywania informacji o stanie atmosfery. Procesy, które obserwujemy przez satelity meteorologiczne, służą przede wszystkim meteorologii i hydrologii, dotyczą zarówno atmosfery, jak i powierzchni Ziemi:

1. atmosfera: chmury, fronty, opad, para wodna, rozkład temperatury, wilgotności, ozonu, pole wiatru, stabilność atmosfery i wiele innych;

2. powierzchnia Ziemi: temperatura, pokrywa śnieżna i lodowa, wegetacja, dynamika mórz i oceanów, pole wiatru na powierzchni morza itd.

RcLAFBZoAPmHq

Grafika przedstawia stację meteorologiczną. Na górze duży monitor przedstawia mapę świata, poniżej mniejsze monitory przedstawiają różnego rodzaju informację: opady, zachmurzenie, siłę i kierunek wiatru.

W prognozowaniu pogody w Polsce i Europie wykorzystuje się dane z satelitów meteorologicznych METEOSAT oraz MSG i NOAA.

Słownik