Справочник путешественника и краеведа

ГЛАВА XVI БАРОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ

Ю.А. Мещеряков

1. Применение барометрического нивелирования. Барометрическое нивелирование является простым и быстрым способом определения высот. Наиболее точные результаты дает определение относительных высот (превышений). Например, с помощью барометра-анероида можно определять относительные высоты террас, обнажений и т.д. Такие определения часто бывают необходимы, даже если у исследователя имеется точная топографическая карта местности. При надлежащей постановке работ с помощью барометрического нивелирования можно получить также и абсолютные высоты пунктов наблюдения, что имеет важное значение при работе в малоисследованных районах.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БАРОМЕТРИЧЕСКОМ ОПРЕДЕЛЕНИИ ВЫСОТ

2. Принцип барометрического определения высот. Вычисление разности высот при барометрическом нивелировании производится на основании гипсометрической формулы, устанавливающей зависимость между высотами двух точек местности и измеренными в этих точках величинами атмосферного давления и температуры воздуха. Сокращенная гипсометрическая формула имеет вид:

h = 2*K*[(B₁-B₂)/(B₁+B₂)]*(1 + αt)

где h — разность высот двух станций (в метрах);

B ₁ и B ₂ — величины атмосферного давления на верхней и нижней станциях (в мм рт. ст.);

t = (t ₁ + t ₂) / 2 — полусумма показаний термометров t ₁ и t ₂ на верхней и нижней станциях (средняя температура воздуха) (в °С);

К и α — постоянные величины.

Формула (1) выведена в предположении, что воздушные массы неподвижны и слои воздуха одинакового состава и плотности располагаются концентрически с уроненной поверхностью земли

3. Единицы измерения атмосферного давления. Величина атмосферного давления выражаются в следующих мерах:

а) в миллиметрах (мм) ртутного столба; высота столба ртути, мм непосредственно измеряется в ртутном барометре;

б) в барах; бар — единица, равная 10⁶ дин/см². На практике применяется единица измерения давления, равная 1/1000 бара- миллибар (мб).

Перевод миллиметров в миллибары. Шкалы ртутных барометров и анероидов градуированы в мм; в ежедневных же бюллетеня; погоды и синоптических картах величины атмосферного давления указываются в мб. Необходимость перевода мм в мб часто встречается в практике барометрического нивелирования. Давлению 1 000 мб соответствует давление в 750,08 мм ртутного столба 1мб=0,75 мм; 1 мм=1,33 мб. Таблица VI (в конце книги) служит для перевода мм в мб и обратно.

4. Изменение атмосферного давления с высотой. Барометрическая ступень. «Нормальное» атмосферное давление на уровне моря равно 760 мм. С увеличением абсолютной высоты давление воздуха уменьшается. Так, на высотах около 2 000 м атмосферное давление выражается величинами порядка 600 мм. Разница высот двух пунктов наблюдения, соответствующая изменению давления в 1 мм называется барометрической ступенью.

Изменения величины барометрической ступени. Величина барометрической ступени зависит от абсолютной высоты местности и от температуры воздуха.

а) Барометрическая ступень меньше при высоких давлениях, т.е. в низменных областях, больше при низких давлениях, т.е. возвышенных областях.

Например, при постоянной температуре воздуха (0 °C) при давлении 760 мм (т.е. около уровня моря) барометрическая ступень равна 10,55 м (иными словами: на абсолютных высотах, близким уровню моря, изменение давления воздуха в 1 мм соответствует изменению высоты пункта наблюдения на 10,55 м); при давлении 590 мм (т.е. на высотах порядка 2000 м) барометрическая ступень равна 13,60 м.

б) Барометрическая ступень больше при высоких температурах, меньше при низких температурах.

Так, при неизменном давлении (например 760 мм):

Среднюю величину барометрической ступени в данных условиях работы полезно запомнить, чтобы в поле можно было в уме производить приближенные подсчеты относительных высот пунктов наблюдений. Полезно также помнить, что изменению давления ΔВ=0,1 мм соответствует разность высот h около 1 м.

5. Барометрические таблицы. При барометрическом нивелировании разность высот h находят по значениям следующих измеренных величин:

а) B ₁ — атмосферное давление на первой точке (станции)

б) t ₁ — температура воздуха

в) В₂ — атмосферное давление на второй точке (станции)

г) t ₂ — температура воздуха

Непосредственное вычисление разности высот по формуле (1) обычно не производится, и при подсчете величины h пользуются заранее составленными таблицами. Наибольшим распространением пользуются таблицы барометрических ступеней высот и таблицы приближенных альтитуд (абсолютных высот).

6. Таблицы барометрических ступеней высот (табл. III) вычислены по формуле (1), преобразованной к виду:

h = Δh(B₁-B₂), (2)

где Δh = 2K(1 + 2α(t₁ + t₂))/(B₁ + B₂)

Δh есть барометрическая ступень высот, величину которой находят в таблицах по аргументам — (B ₁ + B ₂)/2 и (t ₁ + t ₂)/2.

Таблицы вычислены для давлений от 400 до 800 мм (через 10,0 мм) и температур воздуха от — 14 до +40 °C; для облегчения подыскания ступени к основным таблицам приложены вспомогательные интерполяционные таблицы (табл. IV).

Пользование таблицами поясним на примере. В точках 1 и 2 измерены давления воздуха

B ₁ =719,2 мм и В₂=732,3 мм;

и температуры воздуха

t ₁ = +17,5 °C и t ₂ = +20,9 °C.

а) Подсчитываем средние — (B ₁ + B ₂) / 2 = 725,8 мм и (t ₁ + t ₂) / 2 = +19,2°.

б) В таблице III находим Δh (барометрическую ступень) для ближайших меньших табличных значений средней температуры и давления, т.е. для

В₀=720,0 мм t ₀ = +18,0°;

Δh ₀ =11,88 м.

Найденная величина Δh ₀ не соответствует в точности данным значениям аргументов, и наша задача заключается в отыскании поправок к величине Δh _0.

в) Находим табличные изменения барометрической ступени за температуру и давление.

г) По средним значениям табличных изменений барометрической ступени за давление Δh ₀ (В)=0,17 м и за температуру Δh ₀ (t)=0,08 м, во вспомогательных таблицах IV ищем поправки к величине Δh ₀ = 11,88 м для данных значений аргументов — (B ₁ + B ₂) / 2 и (t ₁ + t ₂) / 2 /

Находим величину ΔВ = (B ₁ + B ₂) / 2 — В₀=725,8 — 720,0=5,8 мм.

По аргументам ΔВ = 5,8 мм и Δ h (В)=0,17 м входим в таблицу IV А. Определяем, что при Δ h ₀ (В) = 0,17 м

поправка на 5,0 мм …. 0.085 м

«>» 0,8» ……> 0,014»

__ … __

« 5,8 мм 0,099 м ~ 0.10 м

Эта поправка (А) всегда имеет знак минус (при условии, если Δ h ₀ находят по ближайшим меньшим аргументам).

д) Вычисляем Δ t = (t ₁ + t ₂)/2 — t° =19,2° — 18,0°=1,2°

Входим в таблицу IV Б по аргументам Δ h ₀ (t) и Δ t

В таблице находим, что при Δ h ₀ (t) = 0.08 м поправка (Б) на 1,2º равна 0,05 м. При положительных температурах знак этой поправки плюс (если Δ h ₀ находят по ближайшим меньшим аргумента), при отрицательных температурах — минус.

е) Исправляем приближенное значение барометрической ступени Δ h ₀, вводя в него поправки (А) и (Б):

Δ h = Δ h ₀ — (А)+(Б) = 11.88 — 0,10 + 0,05 = 11.83 м.

ж) По формуле (2) определяем превышение точки 1 над точкой 2: h = Δ h (B ₁ — B ₂) = 11.83 * (719.2 — 732.3) = 11.83 * (-13.1) = -154.97 м;

Знак (-) превышения означает, что точка 1 расположена выше точки 2.

Мы видели, что поправки (А) и (Б), введенное в приближенное значение барометрической ступени Δ h отличается от приближенного всего на 0,05 м. Если вычислить превышение h, взяв приближенное значение Δ h ₀ = 11,88 м, вместо Δ h — 11,83 м, мы получим в нашем примере -155,6 м вместо — 155,0 м. В тех случаях, когда не требуется большой точности, поправки (А) и (Б) можно не отыскивать.

7. Таблицы приближенных высот (таблицы Певцова) (табл. I) вычислены ио формуле (1), преобразованной к виду:

h = [(Н₂) — (H ₁)] + α t [(H ₂) — (H ₁)];

где (Н₂) и (H ₁) — приближенные значения абсолютных высот двух точек земной поверхности; второй член поправочный, t — среднее значение температуры воздуха в этих точках. В таблицы входят по данным значениям давлений воздуха B ₁, и В₂. в двух точках 1 и 2 и отыскивают поправку ва температуру воздуха.

Таблицы вычислены для давлений от 400 до 800 мм через 0,1 мм. К основным таблицам приложены вспомогательные, служащие для отыскания поправок за температуру воздуха (табл. II). Наибольшая разница высот между двумя определяемыми точками не должна при пользовании этими таблицами превышать 500 м.

Пользование таблицами поясним на том же примере. В точках 1 и 2 измерены давления воздуха

B ₁ = 719,2 мм и В₂=732,3 мм;

и температуры воздуха

t ₁ = +17,5 °C и t ₂ = +20,9 °C.

а) В таблице I находим значения приближенных высот (H ₁) и (H ₂), соответствующие данным значениям B ₁ и B ₂.

Для B ₁ = 719,2 мм … (H ₁)=442,6 м

B ₂ = 732,3» ……. „. (H ₂) = 297,8»

б) Находим приближенное значение разности высот точек 1 и 2:

h₀ = (H₂) — (H₁) = -144,8 м.

в) Вычисляем среднюю температуру воздуха точек 1 и 2:

t = (t₁ + t₂)/2 = +19,2°.

г) По аргументам t = +19,2° и h ₀ = -144,8 м во вспомогательной таблице II находим поправку за температуру воздуха Δ h (t).

При t = +19,2° поправка

На 100 м ………………. 7,0 м

40 ……………………….. 2,8»

« ………………………… 0,3»

0,8» …….> 0,1»

_______________________

на 144,8 м ….. 10,2 м

Знак этой поправки Δ h (t) при положительной средней температуре тот же, что м знак превышения; при отрицательной средней температуре знак поправки обратен знаку превышения. Правило знаков поправки Δ h (t) может быть представлено следующей таблицей:

В нашем примере h имеет знак минус, а средняя температура положительна, следовательно, поправка Δ h (t) будет иметь знак превышения, т.е. минус:

Δh(t)= — 10,2 м.

д) Находим исправленное значение разности высот точек 1 и 2

h == h₀ + Δh (t) = — 144,8 + (— 10.2) = -155,0 м.

8. Изменения атмосферного давления с течением времени. Вследствие циркуляции атмосферы величина атмосферного давления в данной точке редко остается постоянной в течение длительного срока. Обычно изменение давления не превышает 0,3 мм за один час, но иногда достигает 0,5 мм и больше.

Изменения давления могут быть учтены по «срочным» наблюдениям барометров, производимым четыре раза в сутки (в 1, 7. 13 и 19 часов но местному времени) на метеорологических станциях. При барометрическом никелировании следует либо вводить в наблюдаемые значения давления поправки за изменение давления, либо сокращать время между наблюдениями на смежных точках.

9. Изменения атмосферного давления в различных точках земной поверхности. По данным «срочных» наблюдении метеорологических станций в Бюро погоды (центральном и местных) ежедневно составляются синоптические карты для моментов «срочных» наблюдении. Эти карты изображают распределение атмосферного давления на земной поверхности. На синоптических картах величины атмосферного давления приведены к уровню моря и выражены в мб. Пункты с одинаковыми значениями атмосферного давления соединены линиями, называемыми изобарами.

Изменение давления на единицу расстояния, равную длине дуги меридиана в 1° (около 111 км), считая по направлению нормали к изобаре, называется барометрическим градиентом. Только в 20% случаев барометрический градиент превышает 2 мм или 0,5 мм на 25 км. Градиенту в 2 мм обычно соответствует сильный ветер. При барометрическом нивелировании следует либо учитывать изменение давления между пунктами наблюдения, либо по возможности сокращать между ними расстояние.

ПРИБОРЫ ДЛЯ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ

При барометрическом определении высот пользуются приборами для измерения давления и температуры воздуха.

10. Ртутный барометр является весьма совершенным прибором для определения давления воздуха. С его помощью величина давления воздуха может быть определена с ошибкой, не превышающем ±0,1 мм. Однако прибор этот громоздок, хрупок и в настоящее время при работе в маршруте не применяется. В поле работают с барометрами — анероидами (см. §11), а ртутный барометр используется для определения добавочных поправок анероидов (см. §14). В отсчет по ртутному барометру вводят следующие три поправки:

поправку шкалы и поправки за приведение показаний прибора к t =0° и к широте φ=45°.

На метеостанциях, кроме того, вводят поправку за приведение давления к уровню моря.

При сличении своих анероидов со ртутным барометром надо следить, чтобы эта последняя поправка и не была введена.

11. Устройство анероида в основных чертах таково: внутри прибора находится металлическая коробка, из которой выкачен воздух; верх коробки придерживается пружиной. Поверхность коробки колеблется в зависимости от перемен давления воздуха. Системой пружины, рычагов и цепочки Гааля колебания коробки передаются стрелке анероида. Ввиду трения в системе передачи и недостаточности упругих свойств коробки, точность определения давления по анероиду ниже, чем по ртутному барометру. Анероид снабжается внутренним термометром для измерения температуры прибора В компенсированных анероидах такой термометр отсутствует.

12. Отсчеты по анероиду. Шкалы анероидов градуированы в мм ртутного столба. Подписи на шкале даны либо в мм (760, 770 и т.д.), либо в см (76, 77 и т.д.). Отсчеты давления следует производить при горизонтальном положении анероида. Прибор не следует класть на холодные или сильно нагретые предметы. Отсчет давления рекомендуется производить спустя пять-десять минут после прихода на точку, чтобы анероид успел воспринять давление в данном пункте. Особенно важно соблюдать это правило после подъема, спуска, переходя глубокого оврага и т.д. По возможности следует повторить отсчет через несколько минут, чтобы убедиться в отсутствии упругого последействия. Перед каждым отсчетом надо слегка постучать пальцем по стеклу, чтобы облегчить стрелке преодоление трения. Отсчет давления делается с точностью до 0,1 мм строго по направлению оси стрелки анероида, во избежание параллакса (§15 г). Температуру анероида отсчитывают по внутреннему термометру до 0,2°.

13. Введение поправок в отсчеты по анероиду. Отсчет по анероиду не показывает истинной величины атмосферного давления в данной точке. В этом легко убедиться, сопоставив между собою отсчеты по нескольким анероидам или сверив их с показаниями ртутного барометра. Отсчеты по анероидам будут различаться между собой

Чтобы определить величину атмосферного давления, в отсчет по анероиду должны быть введены следующие три поправки: 1) поправка шкалы, 2) за температуру анероида (не путать с температурой воздуха!) и 3) добавочная.

Значения этих поправок для каждого анероида определяются в метеорологических лабораториях (Бюро поверки) и указываются в аттестате, который прикладывается к анероиду (рис. 378).

Главное Управление Гидрометеорологической Службы при Совете Министров СССР

Бюро проверки: __________________

Адрес: __________________________

АНЕРОИД №544258

Поправки анероида выведены из сличения его с нормальным барометром Обсерватории, приведенным и нормальной тяжести.

1. Поправки шкалы:

2. Поправка для приведения показаний к 0°= -0.05* t, где t обозначает температуру анероида.

3. Добавочная поправка +5.0. Определена в марте 1947 г. Время определения поправок шкалы: март 1947 г.

«> температурой поправки: март 1947 г.

Примечание. Поправки должны быть придаваемы, если имеют знак +, и вычитаемы при знаке — .

Начальник Бюро проверки _____________ Отв. поверитель ________

Рис. 378 Образец аттестата анероида

Порядок введения поправок покажем на примере. Положим в Иркутске 5 мая 1947 г. в 9 час. 27 мин. по анероиду № <544258 отсчитаны:

Давление (показание стрелки)……………….724,7 мм,

термометра)……………………………….+14,4 °C

а) Поправка шкалы, как видно в аттестате (рис. 378), при отсчете 724,7 мм равна — 1,5 мм. Знак минус означает, что поправку следует вычесть из значения отсчета; следовательно, освобожденный от погрешности шкалы отсчет равен

724,7–1,5=723,2 мм.

К полученной величине следует, соответственно знаку, придать или вычесть

б) поправку за температуру анероида, которая для данного анероида вычисляется по формуле

— 0,05* t

где t — температура анероида. В нашем примере температурная поправка равна

— 0,05 * 14,4= — 0,7 мм.

Освобожденный от погрешности шкалы и приведенный к 0° отсчет равен

723,2–0,7=722,5 мм.

К последней величине следует еще придать или вычесть из нее, смотря по знаку,

в) добавочную поправку, т.е. +5,0 мм и нашем примере. Следовательно, окончательно исправленный отсчет анероида, соответствующий величине атмосферного давления, равен

722,5+5,0=727,5 мм.

Чтобы упростить работу по введению поправок в отсчеты по анероиду, рекомендуется построить для каждого анероида отдельный график суммарной поправки. Для этого складывают поправки шкалы с добавочной поправкой (в пределах, требуемых условиями местности); по полученным значениям на миллиметровке, строят кривую значении и правок в отсчеты по анероиду при t =0 (рис. 379). Сбоку от этой кривой строят ряд других кривых для соединенной поправки при 10°, 20°, 30° и т.д. Эти кривые будут и точности повторять изломы первой кривой, но отстоять от нее на величины температурной поправки соответственно при 10°, 20° и 30° (в масштабе графика). В приведенном выше примере сумма всех Поправок равна

— 1,5–0,7 +5,0= +2,8 мм.

Эту же величину легко найти и на графике рис. 379 по аргументам: отсчет давления 724,7 мм; температура анероида +14,40 (показаны пунктиром).

14. Определение добавочной поправки. В аттестате анероида укалывается значение добавочной поправки для определенного момента времени (например, для анероида №544258 добавочная поправка была равна +5,0 мм в марте 1947 г.). С течением времени особенно от толчков и от небрежного обращения с анероидом, величина добавочной поправки изменяется. Поэтому перед началом полевых работ и после их окончания следует сдавать анероид для исследования в Бюро поверок, а во время экспедиционных работ наблюдатель должен сам регулярно определять значение добавочной поправки путем сравнения показаний анероидов и ртутного барометра на метеорологических станциях. При этом в отсчет по ртутному барометру вводятся все необходимые поправки, кроме приведения на уровень моря (см. §10), а показания анероида исправляются поправками шкалы и поправками за температуру анероида (см. §16). Разность поправленных показаний ртутного барометра и каждого анероида укажет добавочную поправку этого анероида в данным момент. Ниже приводится образец записи определений добавочной поправки.

Рис. 379. График суммарной поправки

Определение добавочной поправки анероида №544258 на метеорологической станции 1/ VI 1947 г.

1. Станционный ртутный барометр №134213

Отсчет …………………….. 742,9 мм

Поправка шкалы ………. — 0,2»

Поправка за температуру инструмента — 1,4»

Поправка за широту… +0.9»

__________________________________

Сумма поправок — 0,7

Атмосферное давление 742,2 мм

2. Анероид №544258

Температура анероида. +20,6°

Отсчет но шкале …….. 739.8 мм

Поправка шкалы … — 1,1

Поправка за температуру анероида — 1,0

__________________________________

Сумма поправок — 2,1

Исправленный отсчет 737,7 мм

Атмосферное давление 742,2

____________________________________

Добавочная поправка 1/ VI 1947 г. +4,5~мм

Через некоторое время определение добавочной поправки следует повторить. Особенно важно знать величину добавочной поправки, когда анероидом пользуются для определения абсолютных высот. Отдельные превышения (относительные высоты) можно определить достаточно точно без знания величины добавочной поправки.

15. Выбор анероида. Перед выездом в экспедицию следует отобрать только такие приборы, которые могут обеспечить успех работы. Анероид должен удовлетворять следующим требованиям:

а) Шкала анероида должна соответствовать абсолютным высотам в районе предстоящих работ.

Для работы в горных областях существуют особые горные анероиды.

б) К анероиду должен быть приложен аттестат (см. §13). Величины поправок шкалы хорошего анероида не превосходят:

Температурный коэфициент не должен превышать 0.05 мм на 1° Значение добавочной поправки, данное в аттестате необходимо проверить (§14), особенно, если с момента лабораторных определении прошло много времени. Желательно определения добавочной поправки произвести несколько раз в течение ряда дней, чтобы убедиться в ее постоянстве (в пределах ±0,3–0,4 мм). '

в) Отклонения стрелки анероида от первоначального положения после легких постукиваний пальцем по стеклу не должны выходить за пределы ±0,3–0,4 мм.

г) В хорошем анероиде тонкая, не загнутая стрелка располагается близко к циферблату, благодаря чему отсутствует параллакс при отсчитывании (т.е. при изменении положения головы наблюдателя отсчет изменяется не больше, чем на 0,1–0,2 мм).

д) Термометр при анероиде должен плотно прилегать циферблату, ртутный столбик должен быть без разрывов, стекло — без трещин.

Рекомендуется также до отъезда и поле провести пробное барометрическое нивелирование дома, — например, определить относительные высоты лестничных клеток и сравнить их с превышениями, измеренными рулеткой. Не следует измерять с помощью анероида превышения меньше 5 м, так как даже от хорошего анероида можно ожидать ошибок порядка ±1–2 м (см.§19).

16. Гипсотермометр. Температура кипения дистиллированной воды t ° и величина атмосферного давления B связаны следующей зависимостью

t ° = 100° + 0,0375(B — 760),> (4)

где B выражено в мм, t — в градусах Цельсия. Прибор, служащий для определения давления воздуха B по температуре кипения воды t °, называется гипсотермометром. Зная t °, находят В по приведенной выше формуле или с помощью табл. V. Гипсотермометр используют, главным образом, для определения добавочных поправок анероидов (если отсутствует ртутный барометр), кроме того, им пользуются непосредственно для определения высот местности.

Гипсотермометр типа Бодэна (рис. 380) состоит из футляра, в гнездах которого укреплены два термометра, сосуд для воды, спиртовая лампочка и раздвижная трубка, и которую вставляются поочередно термометры.

а) Перед началом кипячения приближенно определяют ожидаемую температуру кипения воды (например, отсчет по анероиду с введением поправок — 746,0 мм; по табл. V находим температуру 99,5° при ближайшем давлении 746,48 мм)

б) Надевают на термометры резиновые кольца так, чтобы не закрыть шкалы в нужных местах (в нашем примере — около 99,5°). Резиновое кольцо препятствует термометру провалиться внутрь раздвижной трубки и поддерживает его на нужной высоте.

в) Наливают в лампочку спирт и очищают фитиль. При всех наблюдениях фитиль должен выступать примерно одинаково.

г) Вытирают сосуд для воды чистой тряпочкой и наливают и него (на ¾ высоты сосуда) дистиллированную воду или дождевую — фильтрованную или кипяченую. Вода, содержащая минеральные примеси совершенно непригодна.

д) Вставляют в футляр лампочку, надевают на сосуд с водой раздвижную трубку так, чтобы отверстие в трубке для выхода пара приходилось к задней стенки футляра.

е) Вытирают первый термометр чистой тряпочкой; смотрят, не разъединилась ли ртуть (в таком случае термометр слегка встряхивают) и вставляют термометр в трубку. Трубку раздвигают настолько, чтобы конец термометра располагался на 2–3 см выше поверхности

ж) Зажигают лампочку (пламя не должно быть большим) и прикрывают дверцу футляра для защиты от ветра. Во время кипячения слегка постукивают по термометру, не вынимая его, для преодоления волосности ртути.

з) Спустя 2–3 минуты после того, как ртуть перестанет подниматься, с помощью лупы берут отсчет до 0,01° или 0,1 мм, в зависимости от градуировки шкалы (0,01° соответствует 0,25 мм давления или примерно 2,8 м по высоте). Отсчет записывают в журнал наблюдений и исправляют его поправкой шкалы, указанной и аттестате прибора.

и) Вынимают термометр к опускают его в гнездо футляра. Согревают в руке второй термометр и повторяют с ним манипуляции, указанные в пунктах е — з.

к) Во время кипячения воды в сосуде не должно оставаться меньше 3–5 мм, иначе термометр может лопнуть. Если в трубке термометра появятся пары ртути, термометр несколько раз встряхивают, чтобы собрать капли ртути, или очень осторожно подогревают над пламенем лампочки.

л) Сделав отсчеты по второму термометру и записав их в журнал, убирают термометр и гнездо футляра, гасят лампочку и дают прибору остынуть. После этого кипятят поду в гипсотермометре еще два-три раза, затем выливают воду и спирт в соответствующие сосуды для хранения, разбирают и укладывают прибор. Из всех значений температуры кипения берут среднее. По этому среднему значению t ° определяют величину атмосферного давления В.

Термометр-пращ служит для определения температуры воздуха. Термометр снабжен металлическим футляром, на конце которого укреплено металлическое кольцо. К кольцу прочно привязан шнур, другой конец шнура прикреплен к ушку термометра. Проверив целость шнура, при помощи его вращают термометр-пращ над головой в горизонтальной плоскости в течение 1–2 минут. Затем быстро производят отсчет, не касаясь рукой резервуара термометра и держа термометр в тени; отсчет записывают в журнал. Если термометр-пращ сломается, и нет запасных, можно заменить его обыкновенным комнатным термометром, к которому привязывают шнур. При отсутствии термометров, можно при некотором навыке определить температуру воздуха «по ощущению» с ошибкой Δ° не больше ±2–3°. Такая точность вполне достаточна, когда превышения невелики, что видно из таблицы 57.

Рис. 380. Схема устройства гипсотермометра: А — футляр прибора; а — сосуд для вода, b — спиртовая лампочка; t ₁ — первый термометр, укрепленный в раздвижной т рубке С (Второй термометр t ₂, укрепленный в гнезде футляра А, на рисунке не показан)

Таблица 57

Ошибки и определении превышений (в метрах) (по М.Н.Карбасникову)

18. Перевозка и упаковка приборов. а) Анероиды неподвижно укрепляют и футлярах с помощью прокладок из мягкой бумаги и помещают в ящик с крышкой: футляры прокладывают тампонами из тонких стружек, обернутых и бумагу, или< мягкими вещами. Ящик с анероидами всегда перевозят крышкой вверх, подкладывая под него что-либо мягкое, упругие. Во время маршрута следует всячески предохранять анероиды от сильных толчков. Анероиды всегда держат в плотных футлярах, чтобы предохранять их от засорения пылью и от проникновения влаги.

б) Гипсотермометр. Все детали прибора перекладывают тампонами из ваты и укладывают в ящик среди не тяжелых и мягких вещей. Спирт и дестиллированную воду перевозят в флаконах с притертыми навинчивающимися пробкам.

в) Термометры обертывают мягкой бумагой и укладывают в металлические или деревянные футляры; в оба конца футляра закладывается вата. Футляры следует обернуть во что-либо мягкое и плотно уложить в ящик.

Бережное обращение с приборами обеспечивает их сохранность и постоянство инструментальных поправок.

МЕТОДЫ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ

19. Общие указания. а) Точность барометрического нивелирования. Различают две группы ошибок в определении высот при барометрическом нивелировании.

1) Ошибки инструментальные, т.е. неправильности показаний приборов. Они исправляются введением поправок. При работе с анероидами наиболее существенно, чтобы добавочные поправки приборов сохранились неизменными или изменялись постепенно от одного определения поправок до другого. Рекомендуется работать с несколькими (двумя-тремя) анероидами и следить за сохранением постоянства разности их показаний.

2) Ошибки, проистекающие вследствие неравновесия атмосферы во времени и пространстве. Эти ошибки можно исключить правильной организацией барометрического определения высот.

б) С помощью барометрического нивелирования определяют как относительные высоты (превышения), так и абсолютные высоты точек местности. Определение относительных высот (превышений) (§§20–22) проще и дает более надежные результаты. Однако всегда возможны ошибки в превышениях порядка ±2–5 м, хотя бы потому, что только ошибка отсчитывания по шкале прибора в ±0,2 мм влечет ошибку в превышении, равную ±2 м. Значительные превышения (больше 200–300 м) лучше определять по частям. Для повышения точности результатов смежные точки не следует удалять друг от друга более чем на 5 — 10 км.

Определение абсолютных высот (§§23–24) требует более сложной организации работ. Ошибки барометрических определений абсолютных высот оцениваются в лучшем случае в ±5 — 10 м.

в) Время для наблюдении. Н e ведут наблюдения при сильных изменениях атмосферного давления во время бури, грозы и непосредственно перед грозой. По возможности не следует производить ответственные наблюдения в жаркое время дня (от 12 до 15 часов).

г) Порядок наблюдений на станции и форма записи. По приходе на станцию записывают название места наблюдений (заполняют графу 1 журнала наблюдений, табл. 53), время наблюдений (графа 2), температуру воздуха, измеренную термометром-пращом (графа 3). Затем отсчитывают температуру анероидов по шкалам внутренних термометров (графа 5) и производят отсчеты давления по шкалам анероидов (графа 6). Тут же заполняют графу 4, записывая номера анероидов. После этого вводят поправки в отсчеты давлений (графы 7 — 10) и вычисляют среднее значение давления из показаний всех анероидов (графа 11). Перед уходом со станции для контроля повторяют отсчет анероидов.

Давление по шкалам анероидов отсчитывают до 0,1 мм.

Температуру воздуха отсчитывают по шкале термометра-праща до 0,1° (в ряде случаев отсчет можно округлять до 1°, см §17).

Температуру анероидов по шкалам внутренних термометров отсчитывают до 0,1–0,2° (в ряде случаев отсчет можно округлять до 1°)

Время определяют по часам с округлением до 1 мин.

Вычисленные превышения и абсолютные высоты округляют до 1 м.

Определение относительных высот

При барометрическом нивелировании важно учесть или уменьшить влияние общих изменении атмосферного давления.

С целью уменьшения влияния ошибок, вызываемых неравновесием атмосферы, ограничивают длины маршрутов 15–20 км.

Ниже описаны способы учета общих изменений давления за время наблюдений в таких коротких маршрутах.

20. Непосредственный учет изменения давления. а) Способ замкнутых ходов. Сущность этого способа учета изменения давления заключается в том, что наблюдатель возвращается в исходную точку маршрута и, сравнивая давление в этой точке в момент ухода и в момент возвращения, определяет величину общего изменения давления за время работы (в примере к настоящему §— табл. 58 — давление изменилось на +0,5 мм за 1 час — графа 11). Полагая, что изменение давления происходило равномерно (во времени), вводят поправки в наблюденные величины давления пропорционально времени. В указанном примере табл. 58, в отсчет на точке, сделанный через 1/2 часа после ухода в маршрут, введена поправка — 0,2 мм (графы 12, 13).

б) Способ станционных наблюдений. Для учета изменения давления по этому способу необходимо участие двух наблюдателей и двух комплектов анероидов. Один наблюдатель остается в начальной точке маршрута (на «станции») и регулярно через 1/2 часа отсчитывает свои анероиды. Таким образом определяются общие изменения давления в данной местности. Другой наблюдатель уходит в маршрут и производит отсчеты анероидов в нужных местах, не забывая записывать время наблюдений. Зная общее изменение давления в отсчеты второго наблюдателя легко ввести поправки. Поправки равны изменению давления на станции со времени начала наблюдений, а знак поправок обратен знаку этих изменении. Часы обоих наблюдателей должны быть сверены. Не следует удаляться от станции больше, чем на 15–20 км.

В тех случаях, когда барометрическое нивелирование производится «звездными» маршрутами, на базе экспедиции следует установить барограф или организовать регулярные наблюдения давления по анероидам (через 30 мин — 1 час) и гипсотермометру (ежедневно или один раз в два дня).

20. Барометрические ходы между пунктами с известными высотами. Предположим, что абсолютная отметка начального пункта маршрута (в дер. Ливенки), указанная в формуляре (см. §18) гл. XV) или взятая с карты, равна H ₁ = 163 м. Урез веды в конечном пункте маршрута (оз. Боровое) также известен и ранен 112 м. Но данным барометрического нивелирования последовательно вычисляют превышения: h ₁ — между точкой 1 (дер. Ливенки) и точкой 2; h ₂ — между точкой 2 и точкой 3 и т.д. К известному значению абсолютной высоты первой точки H ₁, прибавляют (со своим знаком) превышение h ₁, и получают приближенное значение абсолютной высоты второй точки (H ₂), к (H ₂) прибавляют h ₂. и получают (Н₃) и т.д. Дойдя таким образом до конечного пункта маршрута, обычно обнаруживают, что полученная абсолютная высота ею не равна высоте, взятой с карты. Так, в примере (табл. 59) полученная высота озера Борового (H ₈)=90,8 м отличается от его истинной высоты H ₈ =112 м на — 21,2 м. Эта невязка получилась потому, что за время работ (3 часа 20 мин.) давление, очевидно, повысилось на 1,9 мм. Невязку — 21,2 (с обратным знаком) пишут как поправку последней точки, а во все промежуточные точки вводят поправки пропорционально времени. Для расчета этих поправок, oco бенно если точек много, можно построить график.

21. Составление барограмм-профилей (способ М.Н. Карбасникова) применяется в т ex случаях, когда требуется получить подробный профиль, рельефа вдоль линии маршрута. Все записи производятся на миллиметровой бумаге в записных книжках. Способ заключается в том, что на каждом перегибе рельефа отсчитывается анероид и по отсчетам постепенно строится график-барограмма от точки к точке. Вертикальный масштаб удобно брать: в 1 см 1 мм давления. Расстояния между точками берут с подробной карты (аэроснимка) или рассчитывают по времени движения. Горизонтальный масштаб берут: в 1 см 100 или 200 м или в 1 см — 5 или 10 мин. движения. Температуру воздуха и инструмента определяют изредка, через 20–30 мин. Эти данные записывают и соответствующих местах профиля. Тут же записывают сведения, относящиеся к специальному исследованию. Пример барограммы дает рис. 381.

Обработка барограмм-профилей. Даже не обработанная барограмма дает представление о характере рельефа. Чтобы получить точные значения превышений рельефа, необходимо исправить отсчеты поправками за температуру анероида, учесть общие изменения давления и температуры воздуха. Для этого одним из описанных выше (см. §§20–21) способов вычисляют высоты опорных точек маршрута, т.е. тех, в которых производились наблюдения температуры воздуха и прибора. Затем, полагая ход изменения давления и температуры равномерным, вводят поправки ко все промежуточным точки. Удобно построить график изменения поправки.

Рис. 381. Барограмма-профиль. Полевые записи и обработка наблюдений (по М. Н. Карбасникову). Полевая запись показана сплошной линией, обработка наблюдений — пунктиром

При многодневных маршрутах для повышения точности о пределений нужно ежедневно или один раз в два дня производить сравнение показаний анероидов и гипсотермометра с целью определения добавочных поправок анероидов. При работе в местности для которой отсутствуют надежные топографические карты, такие наблюдения производят в часы «срочных отсчетов» на метеорологических станциях с целью определения абсолютных высот пунктов наблюдений (обычно ночных стоянок) (см. §§23, 24).

По данным барометрических наблюдений, сделанных во время переходов, вычисляют впоследствии (приближенно) абсолютные отметки.

Определение абсолютных высот

23. Способ срочных отсчетов заключается в сопоставлении давления на определяемой точке с давлением на метеорологической станции, абсолютная высота которой известна. Сведения о метеорологических станциях в районе работ можно получить в специальных справочниках. В этих справочниках содержатся сведения об абсолютных высотах нульпунктов барометров метеостанций. Наблюдения на метеостанциях производятся в 1, 7, 13 и 19 часов местного гражданского времени. В эти же часы по местному гражданскому времени следует производить наблюдения анероидов в поле.

Поясное время совпадает с местным гражданским временем лишь на меридианах 30°, 45°, 60°, 75° и т.д. (через 15°). Кроме того, в СССР декретное поясное время на 1 час впереди международного поясного времени. Надо уметь рассчитать, каким часам по декретному времени соответствуют для данного места 1, 7, 13 и 19 часов местного гражданского времени. Для перевода декретного времени в местное гражданское служит таблица 60. Для расчета поправки необходимо знать долготу места и отстояние от осевого меридиана пояса. Например, долгота г. Кунгур равна 57°, следовательно, его удаление от осевого меридиана 60° — к западу на 3°. По таблице находим, что местное гражданское время отличается от декретного на 1 час 12 мин. Значит, когда по декретному времени в Кунгуре 8 час. 12_мнн., по местному гражданскому 8 час. 12 мни. — 1 час 12 мин. = 7 час. 00 мин., и в это время на метеостанции в Кунгуре производятся 7-часовые «срочные» наблюдения. Наблюдения на полевых станциях следует записывать по декретному времени (в 24-часовом исчислении), а затем переводить моменты всех наблюдении и местное гражданское время. Часы проверяют по сигналам точного времени, передаваемым по радио.

Для обработки полевых наблюдений необходимо иметь материалы наблюдений давления и температуры воздуха на опорной станции, а также знать абсолютною высоту нульпункта станционного барометра. Обработка ведется по приводимой в табл.61 форме.

При обработке сопоставляют наблюдения на полевой станции и на метеостанции, произведенные в один и те же часы по местному гражданскому времени.

Более точные результаты будут получены, если в обработку включить материалы не одной, а двух-трех станций, и произвести наблюдения на нолевой станции не в один какой-нибудь «срочный.» час, а в течение нескольких моментов срочных отсчетов в продолжение ряда дней. Это можно выполнить, например, во время дневок. Расстояния между пунктами полевых наблюдений и метеостанциями не рекомендуется брать больше 100 км. Ошибки в определении абсолютных высот описанным способом ±5-10 м.

В случае, если полевые наблюдения производились в промежутках между «срочными» часами, значения давления В₀ и температуры воздуха T ₀ на опорной метеорологической станции получают интерполяцией. Способ этот менее точен, так как далеко не всегда давление изменяется равномерно. Поэтому, если на метеостанции есть барограф, следует брать отсчеты давления по барографу для моментов полевых наблюдений.

24. Вычисление абсолютных высот с помощью карт изобар (способ Б.И.Срезневского). Способ применяется в тех случаях, когда наблюдения выполняются в районе, удаленном от метеорологических станций на расстояния более 100 км. Идея способа заключается в сопоставлении определенного в поле атмосферного давления на искомой высоте с давлением в этом же пункте на уровне моря. Последнее находят с помощью карт изобар. На картах изобар по данным «срочных» отсчетов метеостанций с помощью линий равных давлений (изобар) изображают распределение атмосферного давления на уровне моря в миллибарах (см. §3) Для каждых c уток составляют четыре карты изобар (на 1, 7, 13 и 19 часов местного времени). Поэтому в поле производят наблюдения в эти же часы по местному гражданскому времени (см. §23). Таким образом, полевые наблюдения при этом способе определения высот не отличаются от описанных в §23.

Обработка наблюдений. Зная место положение пунктов полевых наблюдений и время наблюдений, по соответствующей карте изобар находят давление на уровне моря для данного часа и данного места. Это давление В₀ заносят в графу 7 приводимой в табл. 62 формы обработки наблюдений. В графе 8 записывается температура воздуха, соответствующая уровню моря. Она рассчитывается по температуре воздуха, измеренной в определяемой точке. При этом считают, что температура воздуха понижается на 1° на каждые 200 м высоты. Так как высота пункта наблюдений еще неизвестна, рассчитывают ее грубо приближенно. Например, в точке 2 (холм в 4 км от дер. Боры) давление В = 741,4 мм, температура воздуха t = +18,2°. На уровне моря в этой же точке в этот момент давление В₀=762,7 мм (взято с карты изобар). Находим разность давлений В₀-В=762,7 — 741,4 = 21,3 мм. Разница давлений в 1 мм приближенно соответствует разнице высот в 10 м (см §4), следовательно, высота точки 2 — около 213 м. Значит, для приведения температуры к уровню моря, наблюдению температуру воздуха надо повысить на

213 / 200 ~ 1.1°.

Таким образом рассчитываем, что в то время, когда на высоте 213 м температура воздуха t = +18,2 °, на уровне моря температура воздуха T ₀ = 18.2 + 1.1 = 19.3 ° (графа 8).

Таблица 60

Таблица 61

Вычисление абсолютных высот по способу срочных отсчетов (по М.Н. Карбасникову)

Затем сопоставляем давление В₀ и температуру Т₀ на уровне моря (Н₀=0 м) с давлением В и температурой t ° в точке с неизвестной высотой H. Вычисления ведут по таблицам Певцова.

Точность этого способа определения высот примерно та же, что и способа срочных отсчетов (±5 — 10 м), если карта изобар построена точно и по данным достаточно густой сети метеостанций.

В случае, если некоторые полевые наблюдения производились не в срочные часы, давление В₀ (на уровне моря) определяют по картам для двух ближайших срочных часов и интерполируют затем на момент полевого наблюдения.

ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВАМ XV и XVI

Геодезия и топография

Близняк Е.В. Руководство к барометрическому нивелированию. Изд. 4-е Приложение: барометр. Табл. 1939. Бубнов И.А., Кремп А.И., Филимонов С.П. Военная топография. Приложения: Таблицы условных знаков, образцы топографических карт, аэроснимки для дешифрирования, 1945. Витковский В.В. Топография. Изд. 4-е под ред. А.В. Граура, 1940. Геодезия. Справочное руководство, под общей ред. М.Д. Бонч-Бруевича. 8 томов (т. III — Съемка и нивелировка. 1947: т. VI — Картография. 1939; т. VIII — Применение геодезии и аэрофотосъемки. 1941) Граур А.В. Практическая геодезия. 1934. Дитц О.Г. Геодезия для гидротехников и строителей. 1940. Карбасников М.Н. Барометрическое нивелирование. Практическое пособие для определения относительных и абсолютных высот с помощью анероижов. Для географов, геологов, геоморфологов, почвовежов и ботаников, 1938. Коробко С.Ф. и Федоров Б.А. Практическое пособиедля полевых картографо-геодезических работ. Под ред. А.С. Филоненко.1939. Обручев В.А. Полевая геология. Ч.1 глава «Карты и съемка».1926. Обручев С.В. Маршрутная лодочная съемка. «Землеведение»,1925, т. 2, вып. 1–2, стр. 124–134. Орлов И.М. Курс геодезии. 1947. Сериков И.А. Глазомерная и перспективная съемка. 1942. Справочник по военной топографии. 1936. Срезневский Б.И.Инструкции для определения высот помощью барометрических наблюдений. Под ред. Ю.М. Шокальского, с табл., 1912. Филоненко А.С. Руководство к мензульным топографическим съемкам крупных масштабов, изд. 2, 1931. Филоненко А.С. Картографо-геодезтческие работы для составления государственной топографической карты СССР в масштабе 1:200000. Труды ЦНИИГАиК, вып.28, 1939. Чеборарев А.С. Геодезия. Ч.1, 1948.

Аэрофототопография

Веселовский Н.Н. Фотограмметрия, 1945. Гавеман А.В. Аэросъемка и исследование природных ресурсов. 1937. Дешифрирование аэроснимков. Альбом аэроснимков. 1942. Добровольский а, и Александров С. Аэрофототопография. Изд. 2-е 1939. Жробышев Ф.В. Фотограмметрия. 1945. Материалы по дешифрированию аэроснимков. Под ред. Акад. А.Е. Ферсмана, 1942. Мирошниченко В.П. Аэрогеосъемка.1946. Пронин А.К. Руководство по дешифрированию лесных аэроснимков. 1935. Шеляггин И.И., Бордюков М.П., Жуков Ю.П., Лобанов А.Н. Аэрофототопография. Под общ. Ред. М.К. Кудрявцева 1947.

Картография

Гедымин А.В. Картография, 1946. Гинзбург Г.А. Карта и работа с ней. 1935. Егоров Н.И. Топографическая карта и работа с ней.1943. Макеев З.А. Основные типы рельефа земной поверхности в изображении на картах 1945. Салищев К.А. Основы картоведения. Часть историческая и картографические материалы. 1948. Общая часть, 2-е изд. Составление и редактирование карт, ч. 1, 1947, Филипов Ю.В. Основы генерализации рельефа на топографических картах. 1946.

Инструкции

Инструкция но топографической съемке в масштабе 1:100 000.. 1939 Инструкция по топографической съемке в масштабе I: 50 000. Инструкция по топографической съемке в масштабе 1: 25 000. 1939. Временное наставление по производству топографических съемок в неисследованных и малоисследованных районах Севера. Северо-востока и Дальнего Востока, изд. 2-е, 1943. Инструкция по составлению, вычерчиванию и подготовке к изданию государственной карты СССР в масштабе 1: 1 000 000, 1940. Наставление по составлению, вычерчиванию и подготовке к изданию карты масштаба i: 100 000, 1940. Наставление по составлению и подготовке к изданию карт масштабов 1: 25 000 и 1: 50 000, 1941. Условные знаки, образцы шрифтов и сокращения для топографических карт масштабов 1: 25 000, 1: 50 000, 1: 100 000 (1: 75 000), 19415.

Таблицы

Дробышев Ф.В. Таблицы высот для определении превышения двух точек. 1945. Егоров Г. Г. Таблицы превышений, вычисляемых по горизонтальным проложением для углов наклона от О до 30, изд. 2-е, 1945. Каврa йский В. В. Таблицы прямоугольных координат Гаусса-Крюгера, изд. 5, 1941. Савицк ий М.А. Таблицы высот (для вычислении превышении при мензульной съемке), 1940. Таблицы координат Гаусса-Kp югера для широт от 32° до 80° через 5'. для долгот от 0° до 3 1/2° через 7' и таблицы размеров рамок и площадей трапеций топографических съемок. Эллипсоид Красовского, 1948. Чеботарев А. С. Барометрические таблицы и способы их применения, 1932.