Программа учебной дисциплины наименование дисциплины

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

Географический факультет

«Утверждено»

Академик РАН Н.С.Касимов

_______________________

« »__________ 20___г.

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Наименование дисциплины Методы метеорологических измерений (3-4-ый семестр)

по направлению подготовки 021600.62 «Гидрометеорология»

1. Цели и задачи освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины является получение знаний о принципиальных теоретических основах создания и работы метеорологических приборов. Также необходимым является формирование навыка профессионального применения стандартных метеорологических приборов и установок, умения определять их пригодность и исключать возникающие при их эксплуатации ошибки и ликвидировать мелкие неисправности, с целью получения сравнимых данных, используемых в мировой и национальных службах погоды.

Таким образом, в ходе дисциплины решаются следующие задачи:

- Обучение студентов методам поверки и ремонта метеорологических приборов в лабораторных и полевых условиях

- Обучение принципам выбора необходимой приборной базы для проведения узкоспециальных метеорологических измерений

- Формирование навыка критического анализа экспериментальных данных, получаемых при экспедиционных работах

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина включена в модуль «Физическая метеорология и химия атмосферы» профессионального цикла вариативной части ООП. Она изучается на 2 курсе в 3 и 4 семестрах. Изучение дисциплины базируется на предварительном усвоении студентами материала основных дисциплин математического и естественнонаучного цикла: «Физики», «Высшей Математики», «Химии» и метеорологических дисциплин: «Климатологии с основами метеорологии», «Физической метеорологии», а также опираясь на ранее известные материалы и теоретические знания, полученные на пройденных ранее учебных практиках и лабораторных работах.

Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь дисциплины " Методы метеорологических измерений" с другими частями ООП определяется следующей совокупностью входных компетенций, необходимых для освоения данной дисциплины:

Способность самостоятельно выполнять экспедиционные, лабораторные исследования и камеральную обработку данных, выбирать и применять технологии решения гидрометеорологических научно-исследовательских задач (технические средства измерений, гидрометеорологические информационные системы, сетевые ресурсы и программные продукты (ПК-4)
Готовность использовать современные методы обработки и интерпретации гидрометеорологической информации в профессиональной деятельности (ПК-5)

3. Требования к результатам освоения дисциплины
Студент должен знать:

основные принципы устройства стандартных метеорологических приборов для измерения метеорологических величин на государственной сети;
теоретические основы метеорологических измерений;

Уметь:

определять исправность используемых приборов и устранять их мелкие поломки и неверную установку;
критически анализировать получаемые результаты измерений и обнаруженные недостатки;
вводить поправки к приборам, для которых они необходимы, в том числе и приводить измеряемое атмосферное давление к уровню моря;
уметь измерять и рассчитывать поступление прямой и суммарной радиации на склоны различного наклона и ориентации по азимуту;
уметь читать синоптические карты.

Владеть:

методами стандартных измерений и наблюдений, определяемых на качественном уровне, например балл облаков различных ярусов, их формы, тип выпадающих осадков, характер ветра и т.д.
методами простейших астрономических расчётов для определения времени восхода и захода Солнца на различных широтах в разное время года, его высоту и зенитное расстояние в разное время суток и года, долготу светового дня;
методами поверки приборов в лабораторных и полевых условиях;

4. Структура и содержание дисциплины

4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 144 академических часа (4 з.е.) и изучается в 3 и 4 семестрах. В 3-ем семестре, ее трудоемкость составляет 108 ак. часов (3 з.е.). Аудиторная нагрузка по данной части курса - 54 часа (практические занятия), оставшиеся 54 часа – отведены на самостоятельную работу студентов. В 4-ом семестре, ее трудоемкость составляет 36 ак. часов (1 з.е.). Аудиторная нагрузка по данной части курса - 26 часов (практические занятия), оставшиеся 10 часов – отведены на самостоятельную работу студентов.

№ п/п	Раздел, тема	Семестр	Неделя	Всего	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)			Форма промежу-точной аттеста-ции
					Лекции	Практ.. работы	Самостоятельная работа.
1.	Введение. Теория приборов. Теория измерений	3	1-2	12	6	-	6
2.	Атмосферное давление	3	3-5	21		9	12	Зачет по заданию
3.	Термометрия	3	6-8	21		9	12	Зачет по заданию
4.	Измерение влажности воздуха и испаряемости	3	9-10	10		6	4	Зачет по заданию
5.	Измерения скорости и направления ветра	3	11-14	22		12	10	Зачет по заданию
6.	Изучение современных автоматических метеорологических cтанций (Davis Vantage Pro, Vaisala WTX 520, AWS – 2700).	3	15-18	22		12	10	Зачет по заданию
7.	Актинометрия. Введение	4	1-5	15		10	5	Зачет по заданию
8.	Актинометрия. Освещенность	4	6-13	21		16	5	Зачет по заданию
	Итого	3,4		144		80	64	Экзамен, зачет

4.2 Содержание дисциплины

Раздел 1. Введение и теория приборов. Теория измерений.

Очевидна необходимость получения методом непосредственных измерений,

сопоставимых по своей точности метеорологических величин для получения единой картины атмосферных процессов, происходящих, в данный момент времени, на обширных территориях, где наблюдения ведутся синхронно, но сетью разрозненных станций. Необходимо измерять метеорологические величины сопоставимыми приборами в одни и те же сроки. Основы теории приборов и теории измерений.

Раздел 2. Атмосферное давление.

Различные способы определения атмосферного давления. Барометрические датчики и шкалы. Ртутные барометры. Барометры-анероиды. Выполнение практических работ по определению атмосферного давления с помощью ртутного чашечного барометра. Определение шкаловых поправок анероида, температурной и добавочной поправки.

Раздел 3. Термометрия.

Контактные методы определения температуры любой среды. Термометрические жидкости. Термометры сопротивления, полупроводниковые термометры. Термометрические шкалы. Поверка шкалы ртутного термометра при положительной температуре. Определение тепловой инерции термометров и коэффициентов их теплообмена с окружающей средой. Градуировка термоэлементов и термометров сопротивления. Особые виды термометров: почвенный, водный наземный и др.

Раздел 4.Измерения влажности воздуха и испаряемости.

Термодинамика фазовых переходов воды в атмосфере. Аспирационный метод определения влажности воздуха. Поверка аспирационного психрометра. Исследования влияния скорости ветра на показания смоченного термометра и психрометрический коэффициент. Определение термогигрометрических величин в воздухе лаборатории. Измерение испаряемости в лаборатории с помощью испарителя В.В.Шулейкина.

Раздел 5. Измерения скорости и направления ветра.

На метеорологических станциях направление и скорость ветра измеряется с помощью флюгеров Вильда с тяжелой и лёгкой доской, дистанционных метеорологических станций, оснащенных индукционным анемометром, восьмилопастная вертушка которого направляется навстречу ветровому потоку флюгаркой. В экспедиционных условиях обычно используется ветромер Третьякова или полосатый конус. Наиболее точно скорость ветра у земной поверхности можно измерить ручным анемометром Фусса. По данному разделу в лабораторные занятия входит поверка ручных анемометров и датчиков ДМС.

Раздел 6. Изучение современных автоматических метеорологических

cтанций (Davis Vantage Pro, Vaisala WTX 520, AWS – 2700).

Ознакомление с описанием и устройством каждой станции. Измерения в лаборатории величин, регистрируемых ею. Описание принципов работы её датчиков, кодирования и передача сигнала. Работа с программным обеспечением каждой станций. Сравнительный анализ станций. Самостоятельная настройка и измерение каждой станцией метеорологических параметров на территории кампуса МГУ.

Раздел 7. Актинометрия. Введение

Основные принципы конструкции термоэлектрических приборов. Определение переводного множителя актинометра, внутреннего сопротивления и цены деления гальванометра ГСА-1.Определение нормальной чувствительности и переводного множителя пиранометра, определение поправочных множителей к показаниям пиранометра при различных высотах Солнца над горизонтом.

Раздел 8. Актинометрия. Освещенность

Поверка балансомера. Расчёты возможной и действительной энергетической освещенности земной поверхности, наклонных и различно ориентированных по азимуту поверхностей.

4.3 Аннотация программы.

Основной задачей курса является формирование навыка профессионального применения стандартных метеорологических приборов и установок, умения определять их пригодность и исключать возникающие при их эксплуатации ошибки и ликвидировать мелкие неисправности, с целью получения сравнимых данных, используемых в мировой и национальных службах погоды. Студенты в процессе курса углубляют теоретические знания, осваивают методы экспериментальных работ, анализируют причины возникновения и способы исключения систематических и случайных ошибок, всегда сопровождающих эксперимент.

Основные разделы дисциплины:

Раздел 1 Введение и теория приборов. Теория измерений

Раздел 2.Атмосферное давление.

Раздел 3.Термометрия.

Раздел 4.Измерения влажности воздуха и испаряемости.

Раздел 5.Измерения скорости и направления ветра.

Раздел 6 Изучение современных автоматических метеорологических станций(Davis Vantage Pro, Vaisala WTX 520, AWS – 2700)

Раздел 7.Актинометрия. Введение

Раздел 8.Актинометрия. Освещенность.

5. Рекомендуемые образовательные технологии
В процессе преподавания дисциплины «Методы метеорологических измерений» применяются следующие виды образовательных технологий: развивающее и проблемное обучение, коллективная система обучения, исследовательские методы в обучении, технология развития критического мышления, информационно-коммуникационные технологии.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Примерный перечень вопросов для подготовки к зачету и экзамену:

Каковы особенности устройства чашечного барометра?
Каким образом определяется добавочная поправка анероида?
Как устранить разрыв столбиков ртути или спирта в капиллярах ртутных и спиртовых термометров?
Вследствие каких причин необходимо определять поправки шкал у всех термометров?
Какова цена деления и реальная точность показаний ртутных и спиртовых термометров, применяемых в метеорологии?
Что называют инерцией термометра и его чувствительностью?
Какова зависимость инерции термометра от состояния среды, температура которой изменяется?
В чем преимущество полупроводниковых датчиков термометров сопротивления перед металлическими?
Влияет ли скорость воздушного потока на время, в течение которого устанавливается термическое равновесие смоченного термометра?
Что такое порог чувствительности анемометра?
Какова зависимость скорости испарения от скорости ветра?
Каково назначение полушарового стекла на пиранометре?
Как и почему ветер влияет на показания пиргеометров и балансомеров?
Какие автоматические метеорологические станции из проходимых в курсе являются наиболее точными?
В чем различия в принципе измерения ветра и осадков между станциями WTX-520 и Davis Vantage Pro?
Принципиальные ограничения метеорологических измерений

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Литература

а) основная

1. Евневич Т.В., Полтараус Б.В., Самойленко В.С., Семенченко Б.А. "Метеорологический практикум", изд.МГУ им.М.В.Ломоносова, М., 2004г.149с

2.Янишевский Ю.Д."Актинометрические приборы и методы наблюдений" Л. ГИМИЗ, 1957, 414 с.

Перечень контрольных вопросов для самопроверки и сдачи зачета помещен в конце описания порядка выполнения практических работ в пособие Т.В.Евневич и др.Этим пособием обеспечен каждый студент в обязательном порядке.

б) дополнительная

1."Атмосфера" Справочник.Л.ГИМИЗ,1991, 502.

2.Кедроливанский "Метеорологические приборы"
Программное обеспечение и Интернет-ресурсы

Сайт Всемирной метеорологической организации (ВМО) www.wmo.ch

Сайт Метеорологических систем измерений Davis http://www.davisnet.com/

Сайт Метеорологических систем измерений Vaisala http://www.vaisala.com

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Учебная аудитория на 20 мест с набором лабораторных и стандартных метеорологических приборов и установок для их поверки.

2. Компьютерный класс с доступом в Интернет.

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта МГУ по направлению подготовки 021600.62 «Гидрометеорология».
Программа одобрена на заседании кафедры метеорологии и климатологии

Протокол №___ от ______20__г.

Заведующий кафедрой Кислов А.В. ____________________________

подпись

Разработчики:

Семенченко Б.А., доцент географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова Константинов П.И., ст.преп. географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова

Эксперт:

____________________________________, географический факультет МГУ