В точках с разными высотами будет разное атмосферное давление

Барометрическое нивелирование.

Из физических методов нивелирования наибольшим распространением пользуется барометрическое нивелирование, основанное на физическом законе, устанавливающим связь между высотой места и атмосферным давлением.

Согласно этим законам:

- в двух точках, имеющих одну и ту же высоту, должно существовать одинаковое атмосферное давление,

и наоборот:

Атмосферное давление измеряется весом столба воздуха, который уравновешивается столбиком ртути в ртутном барометре.

Вес столба воздуха зависит от температуры воздуха. Поэтому при производстве барометрического нивелирования следует учитывать не только давление, но и температуру среды.

Учитывая все факторы, влияющие на плотность атмосферы, Лапласом была предложена барометрическая формула. Известным русским географом М.В. Певцовым была предложена барометрическая формула, пригодная для европейской части бывшего СССР:

Для измерения атмосферного давления при производстве барометрического нивелирования используются:

- ртутные инспекторские барометры для станционных наблюдений на баростанциях,

- барометры-анероиды

- микробаронивелиры для полевых работ.

Основной частью анероида является гофрированная коробка, воспринимающая вес столба воздуха. При увеличении атмосферного давления коробка сжимается, а при уменьшении - разжимается. Движения коробки трансмиссией передаются на стрелку анероида, передвигающуюся по круговой шкале, градуированной в миллиметрах ртутного столба через каждые 0,5мм.

Анероид является инструментом механического типа, поэтому ему присущи инструментальные погрешности, приводящие к тому, что показания анероида не будут соответствовать показаниям ртутного барометра, находящегося в той же точке.

Для того, чтобы получить величину атмосферного давления, в показания анероида следует ввести три поправки:

- к показаниям шкалы,

- за температуру прибора,

- добавочную, в которую входят неучтенные погрешности за шкалу и температуру.

Эти поправки определяются на испытательных станциях путем сравнения показаний анероида с показаниями эталонного ртутного барометра при различных атмосферных давлениях и температурах. Результаты испытаний в виде поправок вписываются в аттестат каждого анероида. Производить барометрическое нивелирование анероидом, не имеющим аттестата или с устаревшим аттестатом, бессмысленно.

Усовершенствованной разновидностью анероидов являются микробаронивелиры. От анероидов они отличаются отсчетным устройством, позволяющим брать отсчеты с точностью до сотых долей миллиметра, а также тем, что датчик атмосферного давления состоит не из одной коробки, а из целой батареи коробок, поэтому чувствительность этих приборов значительно выше, чем анероидов.

Производство барометрического нивелирования заключается в измерении атмосферного давления в точках, высоты которых желательно определить. Существует ряд методов барометрического нивелирования, но в каждом из них существенной частью является регистрация суточного хода атмосферного давления.

Изменение атмосферного давления в двух точках, очевидно, будет следствием не только изменения высоты, но и изменения общего атмосферного давления, которое могло произойти во время перехода наблюдателя с одной точки на другую. Поэтому необходимо исключить из результатов измерения давления те величины, которые не связаны с изменением высоты.

Каков бы ни был метод, на каждой точке, высоту которой нужно определить, порядок наблюдений остается одинаковым. Графы журнала барометрического нивелирования располагаются в том порядке, в котором следует производить измерения.

Последовательность снятия отсчетов и записи их результатов в графы журнала следующая:

В графе 1 записывают номера точек, высоты которых определяют. В графу 2 вписывают время наблюдений с точностью до 5-10 мин, а в графу 3 - температуру воздуха, измеряемую термометром-пращом с точностью до 0,1º. После этого открывают футляр анероида и со шкалы термометра, вмонтированного в анероид, считывают температуру прибора. Эту величину записывают в графу 4. Затем, слегка постучав пальцем по стеклу анероида, для того, чтобы преодолеть сопротивление его деталей, берут отсчет со шкалы прибора с точностью до 0,1 мм. рт. ст. Эту величину записывают в графу 5. Далее из аттестата прибора выбирают поправки за шкалу, температуру прибора и добавочную (графы 6 и 7), вводят их в показания анероида и полученный результат записывают в графу 8. Эта величина будет равна отсчету по шкале ртутного барометра, если бы последний находился в данной точке. На этом заканчивается полевая работа, а остальные графы журнала заполняются в процессе камеральной обработки результатов барометрического нивелирования.

Простейший и наименее точный способ барометрического нивелирования заключается в том, что на первой точке А (например, у подножия холма) измеряют атмосферное давление В₁, после чего измеряют атмосферное давление во второй точке, на вершине холма В₂. Зная, что изменение давления на 1мм. соответствует Хм. превышения, получим:

h= (В₁- В₂) Х,

где Х - барометрическая ступень.

В этой формуле величина Х может изменяться в пределах от 10 до 15м. в зависимости от широты места, температуры воздуха и величины атмосферного давления. Поэтому в начале нивелирования нужно опытным путем определить величину Х, измерив давления В₁ и В₂ на точках с известными высотами. В этом способе не учитывается суточный ход атмосферного давления, поэтому удовлетворительные результаты можно получить только тогда, когда между измерениями давления в точках А и В прошло не более 30 мин., т.к. за этот короткий промежуток времени существенных изменений в равновесии атмосферы не произойдет.

Более точен метод замкнутого хода, в котором может быть учтен суточный ход атмосферного давления.

Работая этим методом, возьмем первый отсчет в начальной точке маршрута, который может быть тригонометрическим пунктом, абсолютная высота которого известна. Второй отсчет, допустим, был взят на том же пункте через 3 часа, причем оказалось, что за это время давление понизилось на 0,6мм.рт.ст. Предполагая, что давление понижается равномерно, будем считать, что каждый час давление понижалось на 0,2мм.рт.ст. Очевидно, что за два часа давление понизилось на 0,4мм., а за три часа - на 0,6мм.рт.ст.

Учитывая время, в которое производилось нивелирование на точках маршрута, введем в величины, записанные в графе 8, поправки за время (графа 9) и получим так называемое приведенное давление (графа 10).

Действуя таким образом, мы исключаем влияние суточного хода атмосферного давления и получаем значение давления В, зависящее только от высоты. Недостатком метода является то, что изменение атмосферного давления в сутки считается здесь равномерным, тогда как в действительности оно может изменяться скачкообразно.

Чтобы учесть действительный ход атмосферного давления, нивелирование целесообразно производить с опорой на стационарную барометрическую станцию, где через каждый час измеряют давление и температуру воздуха. Благодаря этому можно более правильно установить реальное изменение атмосферного давления в данном районе и, следовательно, рассчитать правильные поправки к В₀. Радиус действия таких баростанций равен приблизительно 20-25км.

Дальнейшая обработка нивелирного хода идет по схеме данной в табл. В ней графа 11 заполняется данными из «Таблиц приближенных высот», взятых по значениям В. Из этих таблиц выбирается поправка за температуру воздуха по аргументам, записанным в графах 12 и 13. Поправки (в метрах) записываются в графу 14. Сумма данных из граф 13 - 14 является исправленным превышением h и записываться в графу 15.

Точность определения высот методом барометрического нивелирования находится в пределах от 2 до 5м., но преимуществом этого метода является большая производительность труда.

Кроме того, сам процесс нивелирования не отвлекает географа или геолога от его основной работы во время маршрутных исследований. Применение для барометрического нивелирования баронивелиров позволяет повысить точность до 0,5 - 1м.

Дата добавления: 2014-01-14