CLIMATOLOGÍA E HIDROLOGÍA. Estación Meteorológica

Transcripción

1 CLIMATOLOGÍA E HIDROLOGÍA Estación Meteorológica INTRODUCCIÓN. Los instrumentos destinados a medir los fenómenos meteorológicos se instalan en la estación meteorológica, que debe estar situada en un lugar que sea representativo de sus características medias. Lo mejor es una instalación en pleno campo que satisfaga las siguientes condiciones. a) franca circulación del aire y visibilidad en todas las direcciones b) hallarse separado de edificaciones de muros altos que pueden alterar la temperatura del aire c) estar alejada de obstáculos susceptibles de producir remolinos de viento. Los instrumentos deben ser medidos en horarios determinados, en Chile las horas de observación son a las 08,14 y 19 horas (hora de invierno).es necesario precisar la ubicación de la estación por su latitud y longitud y, además, conocer los puntos cardinales. Un instrumento meteorológico es simplemente un dispositivo diseñado para indicar o registrar una respuesta cuantitativa de un objeto (el sensor) producto de una influencia ambiental. Todos los objetos responden a las condiciones ambientales, pero el grado, linealidad y consistencia de la respuesta varía considerablemente según el elemento sensor. La sensibilidad de un instrumento en su habilidad para indicar pequeñas diferencias en alguna propiedad ambiental, la sensibilidad está medida en términos de la más pequeña diferencia que es detectable según el mecanismo de lectura. La precisión se refiere al grado de concordancia entre una serie de mediciones bajo circunstancias constantes. Los instrumentos diseñados para realizar mediciones meteorológicas constituyen un grupo numerosísimo. Las descripciones que se entregan a continuación se refieren a lo más comúnmente usados en estaciones meteorológicas, que realizan observaciones en el nivel del suelo.

2 INSTRUMENTOS A. DE RADIACIÓN SOLAR Heliógrafo: Registra en forma continua la duración de la radiación solar directa. Como medio de registro se emplea el efecto calórico del sol y el avance se obtienen por su curso aparente. La esfera de cristal actúa como una lupa que concentra los rayos solares y quema el cartón registrador cuando el está despejado. Las interrupciones se deben a la presencia de nubes, por lo que también se puede hacer una estimación de la duración de la nubosidad. Piranómetro de Bellani : el piranómetro esférico a destilación mide la intensidad de la radiación global que llega a un punto, expresándole la valoración en unidades de energía por unidad de superficie del receptor esférico (cal*cm 2 ). La lectura del instrumento se hace en el tubo graduado, y la diferencia de valores en momentos distintos multiplicada por el factor de contraste (constante del instrumento) entrega la energía en cal*cm 2, que ha llegado a la esfera en el período comprendido entre las dos lecturas. Actinógrafo: registra la intensidad de la radiación global sobre una superficie horizontal. Los sensores consisten en dos tiras metálicas idénticas, una de las cuales está ennegrecido mientras que la otra está pulida y cubierta con una sombra. La tira ennegrecida está expuesta tanto a la temperatura ambiente como a la energía solar, mientras que la tira sombreada está expuesta solo a la temperatura ambiente y resguardada de la energía radiante. Las tiras están interconectadas de tal forma que comienzan la influencia de los cambios de temperatura, haciendo que la posición de la plumilla sobre el registro sea solamente función de la energía radiante recibida. Entonces, el giro de la tira ennegrecida debido al ascenso de temperatura por la radiación es lo que se registra. B. DE LUMINOSIDAD Luxímetro: Es ampliamente usado por ecólogos y forestales ya que permite medir la radiación fotosintéticamente activa, es decir, radiación que está entre las longitudes de onda 0,36-0,76 um. Los sensores más comúnmente usados con cédulas fotovoltaicas de silicicon o selenio. Los luxímetros están usualmente calibrados en unidades de luminosidad (lux), las cuales tienen alguna equivalencia con unidades de radiación (1 cal*cm - 2 *min -1 es equivalente aproximadamente a lux). C. DE TEMPERATURA Termómetro de máxima: es un termómetro a dilatación de mercurio, el cual tiene un estrangulamiento parcial cerca del bulbo. Este estrechamiento

3 ofrece resistencia al paso del mercurio, el cual es vencido por la presión del mercurio al dilatarse con el aumento de la temperatura ambiental. Pero la columna de mercurio no puede recogerse hacia el bulbo al bajar la temperatura, quedando así la temperatura máxima del período. Para normalizarlo, se toma el termómetro con el bulbo hacia abajo y se dan suaves golpes con la mano hasta que el mercurio desciende. Termómetro de mínima: es un termómetro a dilatación de alcohol. La superficie del bulbo está aumentada por la forma de horquilla que tiene, de este modo se reduce el retraso de la indicación por la mala conductividad térmica del alcohol. Dentro del capilar con el alcohol, se encuentra el índice de cristal fácilmente movible. Al bajar la temperatura este índice es arrastrado por el líquido en retroceso, debido a la tensión superficial del menisco final del líquido, hasta que la temperatura deja de bajar. Al subir la temperatura, en cambio, el indicador queda en su sitio marcando la mínima temperatura observada. Se normaliza calentando con la mano y levantando la parte del depósito del termómetro, hasta que la varilla de vidrio queda en contacto con la superficie del alcohol. Geotermómetros : son instrumentos que miden la temperatura del suelo, trabajan a base de la dilatación del mercurio. Los termómetros más usados son generalmente de y 350 cm de profundidad. Los geotermómetros usados hasta los 50 cm de profundidad son fijos y tienen una forma típica que facilita su lectura. Los ubicados a mayor profundidad son móviles, es decir, se deben extraer para hacer la medición. Termógrafos: permiten un registro continuo de la temperatura. Estos instrumentos deben ser vigilados puestos que valores obtenidos en ellos no son muy preciso, además de ser poco sensibles y de una respuesta un tanto lenta. El elemento sensor usado en estos instrumentos puede ser: 1.- Lámina bimetálica: basada en la dilatación en longitud de dos láminas metálica (invar.-acero o invar.-bronce). La ubicada en el interior es de dilatación más lenta y el exterior de respuesta más rápida, de suerte que se obtiene un movimiento de enrollamiento cuando el calor aumenta y de enderezamiento al disminuir la temperatura, esto es transmitido por un sistema amplificador o un registrados. 2.- Tubo de Bourdon : consiste en una cápsula herméticamente cerrada y llena de alcohol o mercurio u otro líquido apropiado. Esta cápsula, de paredes muy delgadas y de metal inoxidable, se endereza al aumentar la temperatura, puesto que el líquido al dilatarse aumenta la presión. Este movimiento se lleva amplificadamente al papel registrador.

4 Termistores : estos instrumentos utilizan la propiedad común de los metales, de que la resistencia al flujo de electricidad se incrementa con la temperatura. Si las características de resistencia de un elemento metálico (sensor) es conocida, la medida de resistencia del elemento a una pequeña corriente eléctrica es equivalente a la medición de temperatura. El Platino es el metal preferido para termómetros de resistencia debido a su estabilidad. Ciertos óxidos metálicos (termistores) exhiben una especial sensibilidad a los cambios de temperatura y son usados frecuentemente como elementos sensores en termómetros termistores. Termocuplas: están constituidos en base a metales que generan electricidad generalmente se usan dos alambre de distintos metales, los cuales están soldados en los extremos (lo más común es Cu-constantán). Se forma un circuito, en donde el voltaje producido de éste es proporcional a la diferencia de temperatura de las dos uniones. Una unión se llama unión medidora y la otra, unión de referencia, el voltaje generado es de 40 micro-volts por cada grado de diferencia entre ambos extremos. La gran ventaja de este sistema es que el tamaño de la soldadura puede ser muy pequeño de modo que actúan como micro termómetros, permitiendo medir, por ejemplo: la temperatura de hojas, cuerpos de insectos, etc. Además, son muy sensibles y de respuesta muy rápida a los cambios de temperatura. D. DE HUMEDAD Psicrómetro: este instrumento consta de dos termómetros de mercurio o termocuplas. Uno de ellos es de tipo corriente, el otro lleva un trozo de tejido húmedo alrededor del sensor, a través del cual se hace circular aire con un ventilador para provocar la evaporación del agua. Si el aire está saturado (humedad relativa = 100%) el tejido húmedo no experimentará evaporación y ambos termómetros marcarán los mismo. Si, por el contrario, el aire no está saturado (humedad relativa<100%), tendrá lugar evaporación y el termómetro cubierto por el tejido húmedo marcará una temperatura inferior a la del termómetro seco. Con estos valores, se introducen en formulas que entregan la humedad del aire. Higrógrafo: sirve para el registro continuo de la humedad relativa del aire. Este aparato está basado en las diferencias longitudinales que experimenta un haz de cabellos humanos o una membrana animal con los cambios de humedad. Los que se transmiten por sistema de engranaje a una aguja registradora. El cabello humano se incrementa en un 2 a 3% de su longitud, cuando la humedad relativa pasa del 0% al 100%. El instrumento registrador higrotermógrafo entrega la Temperatura ambiental y humedad relativa en la misma carta.

5 E. PRECIPITACION Pluviómetro: se trata de un recipiente metálico cuya superficie recogedora está ubicada en un plano horizontal y recibe la lluvia que se produce durante cierto período de tiempo. El contenido de agua se vacía en una probeta especialmente diseñada para superficies receptoras de 200 cm 2 que tiene una graduación en mm. Para calcular los milímetros de precipitación en probetas comunes, se debe dividir el volumen de agua recogida (cm 3 ) por la superficie recolectora (cm 2 ). La superficie recolectora debe estar a 1.50 m sobre el suelo. Es conveniente instalarlo alejado de cualquier obstáculo, susceptible de acusar remolinos que perturben las mediciones. Pluviógrafo: registra continuamente el agua caída. De estas anotaciones no solo la altura de las precipitaciones pueden precisarse, sino también la cantidad por unidad de tiempo (intensidad de lluvia). F. DE EVAPORACIÓN Evaporímetro de Piche: el instrumento consiste en una probeta graduada que está permanentemente abastecida con agua, por lo que entrega una medida de la evaporación potencial. La abertura tiene que ser cerrada por un disco redondo de papel secante de superficie conocida. Una brida de presión sirve para asegurar esta cerradura. El instrumento se cuelga de un anillo de tal manera que la abertura está abajo. El agua evaporada del disco es repuesta por el agua de la probeta. Por esto, el nivel del agua dentro de la probeta es una medida de la cantidad evaporada. Este tipo de evaporímetro puede ser instalado en la caseta meteorológica o al exterior a nivel del suelo. Bandeja evaporimétrica : consiste en una bandeja de superficie conocida llena de agua, donde la evaporación es medida por el descenso del nivel de agua controlada por un tornillo micrométrico. Como instrumentos adicionales lleva adjunto un anemómetro, y un pluviómetro. La bandeja está expuesta a la radiación solar como importante fuente de energía para la evaporación. G. DE PRESION Barómetro de mercurio: es un instrumento apropiado para la determinación exacta de la presión del aire. Se compone de un tubo de cristal cerrado por la parte superior y parcialmente lleno de mercurio. La parte baja del tubo esta cubierta y metida en una cubeta también llena de mercurio. La cámara sobre el nivel superior esta prácticamente vacía de aire. La altura barométrica que debe ser recogida debido a la influencia de la

6 temperatura del aire y aceleración de gravedad, para que entregue la presión atmosférica. Barógrafo aneroide: este instrumento permite el registro continuo de la presión atmosférica. Por su cómodo manejo se emplea en estaciones meteorológicas. Como elemento sensor se emplea un juego de cápsulas aneroides. La deformación que sufren las cápsulas depende del peso del aire y se transmite por un sistema de palancas al brazo registrador, provisto de una plumilla. Los valores de la presión se señalan en hojas de diagramas sujeta sobre el tambor que tiene un mecanismo de relojería. En contraste con los valores de presión obtenidos con el barómetro de mercurio los del barógrafo no se ven influenciados por la temperatura del aire ni la aceleración de gravedad. Por consiguiente son innecesarias las correcciones usuales aplicadas a los valores entregados por el barómetro de mercurio. H. De Ventilación Anemómetro: Los anemómetros son usados para medir el componente horizontal de la velocidad del aire. Como la velocidad del viento tiende a fluctuar rápidamente, las características del flujo se expresen en términos de promedio, extremas y distribución de frecuencias. Los anemómetros más comunes se aprovechan de la energía cinética del aire en movimiento. El viento ejerce presión (fuerza/área) sobre un cuerpo sólido y tiende a desplazarlo, la presión es proporcional al cuadrado de la velocidad del viento perpendicular a la superficie. El anemómetro de cazoletas rota libremente alrededor de un eje vertical. Las rotaciones pueden ser transmitidas mecánicamente o electrónicamente a un velocímetro calibrado o un papel registrador. Veleta: Sirve para determinar la dirección del viento. La dirección del viento se determina comparando la posición de la veleta con la cruz indicadora de los cuatro puntos cardinales, cuyo brazo al norte tiene una N. El anemómetro y la veleta deben instalarse en un mástil alto (8-10 m) y en un sitio libre de obstáculos. OBJETIVOS Este práctico pretende entregar un conocimiento de aquellos instrumentos utilizados más comúnmente en las estaciones meteorológicas.

7 PROCEDIMIENTO Se realizará una visita a la estación meteorológica Isla Teja, destinada a conocer la instalación, características y funcionamiento de los instrumentos meteorológicos descritos anteriormente.

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