Temperatura

powietrza i
gruntu

Temperatura – wielkość określająca stan
cieplny ciał i decydująca o kierunku
wymiany cieplnej między tymi ciałami

•

Skale termometryczne:

1.

Farenheita – pierwsza skala, funkcjonuje do dziś w krajach
anglosaskich

0

o

F – temperatura mieszaniny wody i salmiaku w

jednakowych ilościach

2.

Celsjusza (1742) ; skala 0

o

C-100

o

C gdzie:

0

o

C- temperatura topnienia lodu

100

o

C – temperatura wrzenia wody

3.

Kelvina - 0K –objętość gazu doskonałego

0

o

C = 273 K

T

o

C= 5/9 (T

o

F –32)

T

o

F = 9/5T

o

C +32

T

o

C =TK –273,15

TK=T

o

C +273,15

• Uwaga !
ponieważ część z Państwa reprezentuje

poziom "alfizyków" - proszę bezwzględnie
zapamiętać, że temperatura i ciepło to nie to
samo.

• Przykłady przeliczeń temperatury:
• -20°F; ile to °C?; 5/9 = 0.5555... (-20 - 32) = -52, -52 *

0.5555 = -28.9°C

• 80°F; ile to w °C? (80-32) = 48, 48  * 0.5555 = 26.7°C,
• Chory na statku ma temperaturę 39.8°C. Amerykanin z

MEDICAL-RADIO gdy to słyszy, twierdzi, że pomoc

medyczna jest już zbędna. Z jakiego powodu? Jaka jest

temperatura chorego w jednostkach, które byłyby

zrozumiałe dla amerykańskiego strażaka po

przeszkoleniu medycznym lub amerykańskiego lekarza?

Liczymy: (1.8 * 39.8) = 71.64; 71.64 + 32 = 103.6°F.

Cóż, polski lekarz słysząc o takiej temperaturze

chorego (103.6°) też by zwątpił, przypuszczalnie w

taktowny sposób zwróciłby nam uwagę, że jesteśmy PPD
(przygłupim pijanym dowcipnisiem).

Przyrządy do pomiaru

temperatury - termometry

I. Termometry cieczowe
II. Termometry bimetaliczne
III. Termometry elektryczne:

 - oporowe
 - termistorowe
 - termoelektryczne

Termometry cieczowe

Zasada działania - wykorzystuje się rozszerzalność

cieplną cieczy

(długość słupka cieczy jest wprost proporcjonalna do

temperatury)

Wykorzystywane ciecze : rtęć, alkohol, toluen
Termometry cieczowe – aparatura standardowa na stacji

meteo.

Podział termometrów:
1.

Termometr zwykły (stacyjny)

2.

Termometry ekstremalne:
maksymalny minimalny

Lokalizacja- termometry te umieszczone
są na statywie w klatce meteorologicznej

Termometr zwykły

Przeznaczenie: pomiar

chwilowej temperatury
powietrza

Ciecz termometryczna: rtęć
Zakres pomiarowy: od -38

o

C

do +50

o

C,

działka elementarna 0,2

o

C

Budowa:
 Zbiorniczek z rtęcią

posrebrzany

 Kapilara połączona ze

zbiorniczkiem, wewnątrz
kapilary przesuwa się rtęć

 Skala z podziałką

termometryczną

 Szklana osłona

• Odczyt:
 w terminach pomiarowych
 z dokładnością do 0,1

o

C

 z taka dokładnością

(0,1

o

C ) zawsze

podajemy temperaturę

 Przy odczycie linia od oka

prostopadła do skali

Lokalizacja:
Klatka meteorologiczna ,
w pozycji pionowej,
zbiorniczek 2 m n.p.g.

Na obszarach gdzie temperatura spada poniżej –
38

o

C stosuje się termometry alkoholowe lub

toluenowe, umożliwiających pomiar do –75 lub –
90

o

C

• (

Niestety - zazwyczaj jest to któryś z alkoholi

wielocząsteczkowych),

• Termometry cieczowe - niewielkie niedokładności konstrukcyjne
• Wskazania termometru błędy

świadectwo legalizacji

Poprawki do wskazań termometru dla kolejnych zakresów

temperatury

• Termometry stacyjne, przed dopuszczeniem do użytku są

sprawdzane w komorach termicznych, gdzie ich wskazania są
porównywane ze wskazaniami termometrów wzorcowych. Na
podstawie tych porównań dany termometr otrzymuje świadectwo
cechowania (dopuszczające do użytku) oraz tabelę poprawek
instrumentalnych (patrz: poprawka instrumentalna).

Termometry ekstremalne-

1.Termometr

maksymalny

Budowa:
 Zbiorniczek z rtęcią , w jego

dnie wtopiony jest szklany
pręcik, wchodzący swoim
końcem do kapilary, w tym
miejscu tworzy się przewężenie

 Skala z podziałką

termometryczną

 Szklana osłona

Przeznaczenie: pomiar
najwyższej (maksymalnej)
temperatury powietrza,
jaka wystąpiła w ciągu
doby

Ciecz termometryczna:
rtęć

Zakres pomiarowy:

od -35

o

C do +55

o

C,

działka elementarna
0,5

o

C

Zasada działania

• Termometr maksymalny działa na tej samej zasadzie, co

znany niemal wszystkim termometr lekarski.

• Podczas wzrostu temperatury rtęć rozszerza się (zwiększa swoja

objętość, znaczne ciśnienie w zbiorniczku przepycha rtęć przez

kapilarę i wysokość słupka rtęci w rurce pomiarowej rośnie aż do

danej w tym momencie temperatury W przypadku spadku

temperatury, rtęć w zbiorniczku kurczy się i w miejscu przewężenia

słupek rtęci w kapilarze ulega przerwaniu. Pozostały w kapilarze

słupek rtęci zachowuje swoja długość (nie opada). W ten sposób

koniec słupka rtęci rejestruje najwyższą temperaturę, jaka wystąpiła

w czasie od ostatniego przygotowania termometru do pomiaru.

• Odczyt:

Raz na dobę , o godz. 06 UTC
Dokładność odczytu 0,1

o

C

• Po odczycie
• Redukcja wskazań termometru do temperatury aktualnej – poprzez

strzepnięcie termometru

2.Termometr

minimalny

Przeznaczenie: pomiar

najniższej (minimalnej)
temperatury powietrza,
jaka wystąpiła w ciągu doby

Ciecz termometryczna:

toluen

Zakres pomiarowy:

od -55

o

C do +35

o

C,

działka elementarna 0,5

o

C

Budowa:
 Zbiorniczek w kształcie widełek
(ze względu na dużą bezwładność

toluenu)

 Kapilara, wewnątrz której

znajduje się szklany pręcik, który

przesuwa się w cieczy

 Skala z podziałką termometryczną
 Szklana osłona

Zasada działania

• Podczas spadku temperatury menisk cieczy ściąga wskaźnik

w stronę zbiorniczka. Przy wzroście temperatury ciecz

opływa wskaźnik nie zmieniając jego położenia. Koniec

wskaźnika od strony menisku wskazuje najniższą wartość

temperatury jaka wystąpiła w okresie od poprzedniego

pomiaru. Menisk wskazuje aktualną temperaturę powietrza .

• Odczyt:

Raz na dobę , o godz. 06 UTC
Dokładność odczytu 0,1

o

C

• Po odczycie
• Redukcja wskazań termometru do temperatury aktualnej –

poprzez przechylenie termometru zbiorniczkiem do góry

• Lokalizacja:

klatka meteorologiczna , na statywie poziomo

poletko glebowe – do pomiaru temperatury przy gruncie

(5 cm nad gruntem)

Termometry do pomiaru

temperatury gruntu

•

Temperatura gruntu mierzona jest na głębokościach:

5, 10, 20, 50, 100 cm

•

Pomiar na głębokościach

5, 10, 20, 50 cm 100 cm

termometry kolankowe termometr

wyciągowy

Pomiar temperatury gruntu – w terminach

pomiarowych

Termometry

kolankowe

•

Termometr rtęciowy o

przedłużonej kapilarze

•

Budowa:

1 - część podziemna, osadzona w

gruncie, o długości odpowiedniej

do głębokości pomiaru,

zawiera zbiorniczek i kapilarę

pozbawiona skali

2 – cześć nadziemna, jest wygięta

pod kątem 45

0

(w celu ułatwienia

odczytu)

zawiera górną cześć kapilary i

skalę

Termometr wyciągowy

• Termometr zwykły umieszczony w

metalowej oprawie wykonanej z
materiału dobrze przewodzącego
ciepło ( mosiądz, miedź). Oprawa
umocowana jest na końcu pręta,
który wkłada się do wnętrza rury,
umieszczonej pionowo w glebie i
zakończonej płaskim mosiężnym
denkiem, znajdującym się na
głębokości pomiaru. Zbiorniczek
termometru dotyka tego denka.

• Termometr jest wyciągany na

zewnątrz tylko w czasie odczytu
temperatury

Termometry elektryczne

W termometrach elektrycznych wykorzystuje

się zależność oporu od temperatury.

1. Termometry oporowe

• Czujnik -

uzwojenie oporowe z

platyny, (rzadziej niklu, miedzi)

nawinięte na odpowiednim wsporniku

• Opór metali rośnie z temperaturą.
• Zasada działania tego przyrządu

polega na wykorzystaniu zmian

oporu drutu platynowego przy

zmianie temperatury powietrza.

W tym termometrze bateria jest

źródłem prądu, a miernik oporu

jest wykalibrowany tak, aby

wskazywał temperaturę.

Termometry te stosowane są

coraz częściej ze względu na duża

dokładność pomiaru i możliwość

ciągłego zapisu temperatury. 

•

2. Termometry

oporowe

półprzewodnikowe

• Czujnik półprzewodnik

zawierający termistor,

tranzystor lub diodę

• Zasada działania –

zależność zmian oporności

termistora od zmian

temperatury

• Opór elektryczny typowych

półprzewodników maleje

ze wzrostem temperatury,

• Stosowane w badaniach

terenowy, sprzęt

przenośny, pomiar

dokładny, krótkoterminowy

3.Termometry

termoelektryczne

termopara

• Termopara to druty z dwóch

metali o różnej pracy wyjścia,

połączone ze sobą przez dwa

złącza. Między złączami

powstaje różnica potencjałów

U, charakterystyczna dla pary

obu metali i zależna od różnicy

temperatur na złączach.

Zalety termometrów elektrycznych

• Możliwość przekazywania mierzonych wartości

na duże odległości

• Łatwa obróbka sygnału elektrycznego
• Łatwość osiągania korzystnych parametrów

technicznych : np. czułość, częstotliwość

• Zastosowanie

– pomiary zautomatyzowane
– Rejestracja ciągła
– Zdalne pomiary w kilku punktach

Termometry bimetaliczne -

deformacyjne

Czujnik – bimetal ( 2 płytki z metali różniących
się współczynnikiem rozszerzalności cieplnej,
spojone ze sobą wzdłuż całej płaszczyzny)
Zastosowany w Termografie

Budowa i zasada działania
Termografu

1. Bimetal
(srebrzysta metalowa płytka, "uginająca się"
pod
wpływem zmian temperatury. Z jednej strony
jest ona unieruchomiona, drugi jej koniec
jest swobodny.
2. System dzwigni przenoszący odkształcenia
bimetalu na ramię przyrządu, zakończoną
pisakiem z nieschnącym tuszem
3. Bęben z mechanizmem zegarowym, na
bęben
nawija się odpowiednio wyskalowaną taśmę
papierową ( termogram).
Pełen obrót bębna trwa dobę (termograf
dobowy) lub tydzień (termograf tygodniowy)

Nakręcanie" zegara termografu dokonuje się za pomocą klucza tak jak zegar sprężynowy
(budzik). Nowoczesne samopisy mają napęd elektryczny, znajduje się w nich silnik krokowy,
sterowany zegarem

 

      

    

Opracowanie termogramu

Termogram – pasek papieru z wykresem przebiegu

temperatury

Linie poziome (proste) – skala wartości co 1

o

C

Linie pionowe (łuki) – skala czasowa, na termogramach

tygodniowych co 2 godz.

Reper – pionowa kreska, wykonywana na termogramie w czasie

każdej obserwacji, stanowi punkt nawiązania do pomiarów
wykonywanych termometrem rtęciowym

Etapy opracowania termogramu

1. Odczytanie cogodzinnych wartości temperatury powietrza z dokładnością do0,1

o

C

2. Przyporządkowanie wartościom temperatur z termogramu w czasie reperu

wartości temperatur pochodzących z pomiarów wykonywanych termometrem

zwykłym

3. Obliczenie poprawek miedzy wartościami odczytanymi z termogramu a

wartościami z pomiarów termometrem zwykłym

2,4 –2,1 = 0,1

12,8-12,1=0,7 5,2-5,8= -0,6

•

Godz.

7

8

9

10

11 12

13

14

15

16

17

18

t

termog

2,1 2,7

3,5 7,8

9,

1

11,

3

12,

1

10,

1

9,1 7,6 6,9 5,8

Popr

0,1

0,7

-

0,6

t

rzeczyw

2,2

12,

8

5,2

1

Etapy opracowania termogramu cd

4. Obliczenie poprawek do wartości temperatur odczytanych z termogramu w pozostałych terminach:

.

Założenie – poprawka miedzy dwoma sąsiednimi reperami zmienia się liniowo
obliczanie poprawki na daną godzinę:-
od wartości poprawki dla danego terminu pomiarowego odejmujemy wartość poprawki z terminu poprzedniego a

następnie te wartość dzielimy przez liczbę godzin jaka upłynęła między tymi pomiarami :
0,7 – 01= 0,6

o

C

0,6

o

C: 6 godzin=0,1

o

C/h

poprawka na godz. 8: obliczoną wartość dodajemy do wartości poprawki z godz.7 (0,1+0,1=0,2
poprawka na godz. 9: obliczoną wartość dodajemy do wartości poprawki z godz.8 (0,2+0,1=0,3
i tak dalej

Godz.

7

8

9

10

11 12

13

14

15

16

17

18

t

termog

2,1 2,7

3,5 7,8

9,

1

11,

3

12,

1

10,

1

9,1 7,6 6,9 5,8

Popr

0,1 0,2

0,3 0,4

0.

5

0.6

0,7

-

0,6

t

rzeczyw

2,2

12,

8

5,2

2

Etapy opracowania termogramu cd

4. Obliczenie poprawek do wartości temperatur odczytanych z termogramu w pozostałych terminach:

.

poprawka na godz. 18: wynosi -0,6

o

C

poprawka na godz. 13 wynosi 0,8

o

C

różnica między nimi: - 06

o

C-0,8

o

C = - 1,4

o

C

między 18 a 13 upłynęło 5 godzin czyli poprawka godzinna wynosi: -1,4

o

C; 5 = - 0,28

o

C/h

poprawka na godz. 14 wynosi:

obliczoną wartość dodajemy do wartości poprawki z godz.13 (0,8+ (-0,28)=0,52

poprawka na godz.15:

obliczoną wartość dodajemy do wartości poprawki z godz.14 (0,52+(-0,28)=0,24

i tak dalej

Godz. 7

8

9

10

11 12

13

14

15

16

17

18

t

termog

2,

1

2,7 3,

5

7,8

9,

1

11,

3

12,

1

10,

1

9,1 7,6

6,9

5,8

Popr

0,

1

0,2 0,

3

0,4

0.

5

0.6

0,7 0,5

2

0,2

4

-

0,04

-

0,3

2

-0,6

t

rzeczyw

2,

2

12,

8

5,2

3

Etapy opracowania termogramu cd

Aby obliczyć poprawkę na godziny od 1 do 7 rano musimy znać:

wartość poprawki o godz. 7 oraz wartość poprawki z ostatniego terminu pomiarowego z dnia

poprzedniego

różnica między nimi wynosi 0,1

o

C – (0,4

o

C) = 0,5

o

C

upłynęło 10 godzin czyli poprawka godzinna wynosi: 0,5

o

C: 10 = 0,05

o

C/h

Wartość poprawki godzinnej dodajemy kolejno tak jak omówiono wcześniej czyli

Godz

.

21

22

23

24

1

2

3

4

5

6

7

8

t

termog

6,1 5,7

5,1 4,3

4,0 3,2

3,0 2,7

1,5

1,

9

2,1

2,7

Popr

-

0,4

-

0,3

5

-

0,3

-

0,2

5

-

0,2

-

0,1

5

-

0,1

-

0,05

0

0,

5

0,1 0,2

t

rzeczyw

5,7

2,2

4

Godz.

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

t

termog

3,5 7,8 9,1 11,

3

12,

1

10,

1

9,1 7,6

6,9

5,8

Popr

0,3 0,4 0.5 0.6 0,7 0,5

2

0,2

4

-

0,0

4

-

0,32

-

0,6

t

rzeczyw

12,

8

5,2

Aby obliczyć poprawkę na godziny od 18 do 24 rano musimy znać:

wartość poprawki z pierwszego terminu pomiarowego z dnia poprzedniego

oraz wartość poprawki o godz. 18 czyli: 0,7

o

C

–(-0,6

o

C

) = 1,3

o

C

upłynęło

13 godzin czyli poprawka godzinna wynosi 1,3

o

C

;13=0,1

o

C/h czyli:

Godz. 21

22

23

24

1

2

3

4

5

6

7

8

t

termog

6,1 5,7

5,1

4,3

4,0

3,2

3,0 2,7

1,

5

1,9

2,1 2,7

Popr

-

0,4

-

0,3

5

-0,3 -

0,25

-0,2 -

0,15

-

0,1

-

0,05

0

0,5

0,1 0,2

t

rzeczyw

5,7

2,2

5

Godz

.

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

t

termog

3,5

7,8 9,1

11,3 12,

1

10,1 9,1 7,6

6,9

5,8 5,1 4,8

Popr

0,3

0,4 0.5

0.6

0,7

0,52 0,2

4

-

0,0

4

-

0,3

2

-

0,6

-

0,5

-

0,4

t

rzeczyw

12,

8

5,2

Godz.

21

22

23 24

1

2

3

4

5

6

7

t

termog

4,4

4,0

3,5 3,2

2,8

2,5

2,0

1,6

1,3

2,0

3,1

Popr

-0.3

0.2

-

0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

t

rzeczyw

3,8

5. Obliczenie temperatury rzeczywistej na podstawie wprowadzonych

poprawek

Temperaura rzeczywista= temperatura z termogramu + poprawka

Proszę pamiętać temperaturę zawsze podajemy z
dokładnością do 0,1

o

C

Godz. 21

22

23

24

1

2

3

4

5

6

7

8

t

termog

6,1 5,7

5,1

4,3

4,0

3,2

3,0 2,7

1,

5

1,9

2,1 2,7

Popr

-

0,4

-

0,3

5

-0,3 -

0,25

-0,2 -

0,15

-

0,1

-

0,05

0

0,5

0,1 0,2

t

rzeczyw

5,7

2,2

5

Godz

.

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

t

termog

3,5

7,8 9,1

11,3 12,

1

10,1 9,1 7,6

6,9

5,

8

5,1 4,8

Popr

0,3

0,4 0.5

0.6

0,7

0,52 0,2

4

-

0,0

4

-

0,3

2

-

0,

6

-

0,5

-

0,4

t

rzeczyw

12,

8

5,

2

Godz.

21

22

23 24

1

2

3

4

5

6

7

t

termog

4,4

4,0

3,5 3,2

2,8

2,5

2,0

1,6

1,3

2,0

3,1

Popr

-0.3

0.2

-

0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

t

rzeczyw

3,8

Opracowywanie danych

pomiarowych – charakterystyki

klimatologiczne

I. Średnia dobowa temperatura powietrza
1.

Obliczanie średniej dobowej z 24 h ( rzeczywistej)

t

1

+ t

2

+ t

3

+ t

4

+ .............t

24

24

2. Obliczanie średniej dobowej do 1970 r ( pomiary wg czasu miejscowego)

3. Obliczanie średniej dobowej po 1970 r ( pomiary wg czasu GMT)
t

0

+ t

6

+ t

12

+ t

18

4

4 . Obliczanie średniej dobowej po 1990 r (pomiary wg czasu GMT)

t

max

+ t

min

+ t

6

+ t

18

4

t

24 =

t

7

+ t

13

+2 * t

21

4

t

śr

=

t

śr

=

t

śr

=

2. Temperatura średnia miesięczna - wartość charakteryzująca

temperaturę w danym miesiącu; obliczana jako średnia
arytmetyczna z temperatur średnich dobowych danego miesiąca.

3. Średnia wieloletnia temperatura miesięczna - uśrednione wartości

temperatur danego miesiąca na danej stacji z okresu wielolecia
(średnia arytmetyczna). Normą podstawową jest tu okres 30.lecia
(1911-1930, 1931-1960, 1961-1990), choć stosowane są i inne
okresy uśredniania. Zaleca się uśrednianie szeregów, których
pierwszy rok rozpoczyna się od roku XXX+1 i kończy na roku
XXX+0 (np. 1971-1980 - średnia 10.letnia).

4. Temperatura średnia roczna - średnia arytmetyczna z temperatur

miesięcznych w danym roku.

5. Średnia wieloletnia temperatura roczna - uśredniona temperatura

roczna (średnia arytmetyczna) z okresu wielolecia (zazwyczaj
30.letnia).

1.

Wartość anomalii temperatury miesięcznej lub rocznej - różnica
między wartością temperatury średniej miesięcznej danego
miesiąca lub roku a średnią temperaturą wieloletnią danego
miesiąca lub wieloletnią temperaturą średnią roczną. Wartość ta
informuje o ile dany miesiąc lub rok był cieplejszy lub
chłodniejszy od średniej. Tą samą wartość nazywa się także
odchyleniem od średniej temperatury miesięcznej lub rocznej.
Średnią 30.letnią WMO traktuje jako normę klimatyczną .

2.

Dobowa amplituda temperatury powietrza : różnica między
odnotowaną w czasie danej doby temperaturą maksymalną
(tmax) a temperaturą minimalną (tmin); Ad = tmax - tmin

3.

Roczna amplituda temperatury powietrza (Ar): różnica między
średnią miesięczną temperaturą najcieplejszego miesiąca w
danym roku (t

mmax

) a najchłodniejszego miesiąca w danym roku

(t

mmin

): Ar = tmmax - tmmin

4.

Średnia wieloletnia amplituda temperatury powietrza:

oblicza się jako wartość różnicy najcieplejszego i

najchłodniejszego miesiąca ze średnich miesięcznych wieloletnich