Сущность метода однопунктных шаропилотных наблюдений

Метод однопунктных шаропилотных наблюдений предназначен для определения скорости (f) и направления(d) ветра в нижних слоях атмосферы, т.е. до высоты нижней границы облаков. (В дальнейшем тексте слово “однопунктные” будет опущено, и под термином «шаропилотные наблюдения» будут подразумеваться именно «однопунктные шаропилотные наблюдения»).

При шаропилотных наблюдениях шаропилотную оболочку наполняют газом легче воздуха (водородом или гелием), определяют ее вертикальную скорость и выпускают в свободный полет. Шар-пилот под действием свободной подъемной силы поднимается вверх на высоту (Н), а под действием ветра смещается в горизонтальном направлении на расстояние L – горизонтальное удаление. За летящим шаром-пилотом наблюдают с помощью аэрологического теодолита и определяют его координаты в последовательные моменты времени. С помощью теодолита определяют две угловые координаты шара-пилота: вертикальный угол (δ) и горизонтальный угол - азимут (α).

Вертикальный угол δ – это угол между направлением на шар-пилот и направлением на его проекцию на поверхности земли. Вертикальный угол может изменяться в диапазоне 0÷90^о.

Горизонтальный угол (азимут) α – это угол между направлением на северный географический полюс Земли (СГП) и направлением на проекцию шара-пилота, отсчитывается по часовой стрелке от направления на СГП. Азимут может изменяться в диапазоне 0÷360^о.

Зная вертикальную скорость шара-пилота и его угловые координаты, определяют скорость и направление ветра. (Рисунок 14).

Точка О – место установки теодолита.

Точка А – местоположение шара-пилота в атмосфере в какой-то момент времени (τ).

Точка В – проекция шара-пилота на поверхность земли.

Отрезок АВ = Н – высота шара-пилота, на которую он поднимается под действием подъемной силы .

Отрезок ОВ = L – горизонтальное удаление шара-пилота, на которое он перемещается под действием ветра.

Вектор ЮГП – СГП - географический меридиан, соединяющий северный и южный географические полюсы Земли и проходящий через место установки теодолита.

Угол АОВ = δ – вертикальный угол.

Угол (СГП)ОВ = α – азимут.

Скорость и направление ветра определяют следующим образом:

· Т.к. шар-пилот под действием ветра смещается на горизонтальное удаление (L) за определенный промежуток времени (τ), то скорость ветра определяют по формуле:

 (м/с) (15)

· Горизонтальное удаление L определяют из прямоугольного треугольника АОВ, умножая высоту шара-пилота (Н) на котангенс вертикального угла (δ):

L = Н×ctg (δ) (16)

· Высоту шара-пилота (Н) определяют, умножая его вертикальную скорость (W), которую определяют перед его выпуском по формулам и таблицам и принимают ее постоянной, на время полета шара-пилота (τ)

Н = W× τ (17)

· Если шар-пилот под действием ветра перемещается строго на восток, то его азимут равен 90^о, а ветер дует с запада, т.е. направление ветра d = 270^о. Если шар-пилот под действием ветра перемещается строго на юг, то его азимут равен 180^о, а ветер дует с севера, т.е. направление ветра d = 0^о (360^о). Т.о., направление ветра (d) определяется по азимуту (α)

d = α ± 180°    (18)

1.3.9. Проведение шаропилотных наблюдений

1. За 10 – 15 минут до срока выпуска шара-пилота устанавливают теодолит (горизонтируют, фокусируют, ориентируют) и включают визирную систему.

2. Определяют давление, температуру, влажность воздуха и заносят в книжку КАЭ-1. Также в КАЭ-1 записывают порядковый номер шара-пилота, дату, время. Рисунок 15.

3. Наполняют оболочку газом и определяют ее вертикальную скорость. Если оболочку наполняют до стандартной вертикальной скорости 200 или 240 м/мин, то сначала определяют ее грузоподъемность, а затем наполняют оболочку. (Значения А, С, q , k , W _табл , W , массу фонарика записывают в книжку КАЭ-1).

4. За 5 минут до срока выпуска определяют и записывают в КАЭ-1 в графу «до подъема» скорость и направление ветра, количество и формы облачности (в числителе - общее количество облачности, в знаменателе – количество нижней облачности). Также определяют атмосферные явления (осадки, туман, мгла и т.п.), которые записывают условными обозначениями с указанием интенсивности в КАЭ-1 после форм облаков. (Например, 10/10 Ns, *^о).

5. Перед выпуском шара-пилота проверяют,  включена ли система визира, и трубу теодолита направляют в ту сторону, куда должен полететь шар-пилот.

6. В момент выпуска шара-пилота включают секундомер и записывают в КАЭ-1 местное среднее солнечное время выпуска с точностью до 1 минуты.

7. Через 10 – 15 секунд после выпуска с помощью мушки и целика наводят трубу теодолита на шар-пилот. (Как только шар будет виден при наблюдении в окуляр, прекращают ручную наводку).

8. Вращая микрометренные винты, удерживают изображение шара-пилота вблизи креста нитей в той четверти зрительного поля, которая противоположна направлению движения шара. При этом следят за показаниями секундомера. За 5 секунд до отсчета («без пяти»), наблюдая в окуляр, приводят шар-пилот в крест нитей и одновременно произносят «без пяти», «без одной», «отсчет». При слове «отсчет» шар должен быть точно в кресте нитей. (Сопровождать шар-пилот удобнее вдвоем, но обычно эту работу выполняет один наблюдатель).

9. После слова «отсчет» микрометренные винты не вращают и отсчитывают сначала вертикальный, а затем горизонтальный угол с точностью 0,01^о и записывают в КАЭ-1. Рисунок 16. (Отсчеты углов произносят вслух). Углы отсчитывают через 0,5 минуты до 3-х минут, а затем каждую минуту. (Если по какой-либо причине не смогли отсчитать углы, то в КАЭ-1 в строках, соответствующих пропущенным минутам, ставится прочерк).

10. Момент, когда шар-пилот начинает туманиться при входе в облако, записывают в КАЭ-1 с точностью до 1 секунды. Также указывают форму облака и время, когда шар окончательно скрылся.

11. Если нет специального распоряжения, то наблюдают за шаром-пилотом, пока он виден в теодолит. Причинами прекращения наблюдения могут быть следующие:

· шар вошел в облако или его закрыло нижележащее облако;

· лопнула оболочка;

· шар слился с фоном;

· шар не виден из-за тумана, мглы, осадков;

· шар пропал из поля зрения.

12. По окончании наблюдения в КАЭ-1 записывают:

· причину прекращения наблюдения;

· направление (по восьми румбам: С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ), в котором скрылся шар-пилот;

· облачность и ветер записывают в строку «после подъема»;

· метеорологические явления.

13. Если в ясную погоду при дневных наблюдениях шар-пилот не достиг высоты 3км, а при ночных наблюдениях 2км, то выпускают повторный шар-пилот.

14.  Для наблюдений в темное время суток заранее должен быть подготовлен теодолит, проверено его освещение и фонарик, который подвешивают к шару-пилоту, и свет которого наблюдают в теодолит. (При определении вертикальной скорости шара-пилота необходимо учитывать массу фонарика и сопротивление его движению). Во время наблюдения не допускать выхода шара-пилота из поля зрения теодолита и не путать его со звездой. Отличительным признаком шара-пилота является желтоватый мигающий свет и движение среди звезд.