Способ барометрического нивелирования

 

Изобретение предназначено для определения высот точек барометрического хода. С целью повышения производительности труда на барометрической станции измеряют давление, температуру и влажность воздуха. Измеряют высоту Солнца и степень облачности. Измеряют давление воздуха на точках хода. По полученным данным и приведенным формульным зависимостям определяют среднюю температуру и среднюю влажность без измерения температуры и влажности на точках хода. Полученные средние значения используют при определении высот точек барометрического хода.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„.SU„„1530 (5в 4 О 01 С 5/06 с,".,,)

ИТЫ ) . И

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (2) ) 4288400/24-10 (22) 23.07.87 (46) 23.12.89.Бюл. Р 47 (75) И. Н.Кулаков и В.В.Тарасов (53) 528.024.5 (088.8) (56) Геодезия и картография, 1974, )1 6, с.26-30.

Кулаков И.Н. Барометрическое нивелирование в предгорных и горных районах. — N. Недра, 1968. (54) СПОСОБ БАРО))ЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ (57) Изобретение предназначено для определения высот точек барометриИзобретение относится к технике барометрического нивелирования, широко применяемого для определения высот при производстве гравиметрических съемок.

Цель изобретения — повышение производительности труда путем исключения измерения температуры и влажности воздуха на точках хода.

В результате многолетних исследований выявлена связь между изменением вертикального температурного градиента и средней температурой столба воздуха. В ранние утренние часы в связи с имеющими место утренними инверсиями температуры воздуха, вертикальный температурный градиент бывает положительным и достигает значений

2-3 С/100 м (величина и знак градиено та зависят от величины превышения)

С началом прогрева дна долины и горных склонов солнечными лучами начи2 ческого хода. С целью повышения производительности труда на барометрической станции измеряют давление,, температуру и влажность воздуха. Измеряют высоту Солнца и степень облачности. Измеряют давление воздуха на точках хода. По полученным данным н приведенным дюрмульным зависимостям определяют среднюю температуру и среднюю влажность без измерения температуры и влажности на точках хода.

Полученные средние значения используют при определении высот точек барометрического хода. нается интенсивное разрушение утренних инверсий температуры воздуха и вместе с этим стремительное изменение величины и знака вертикального температурного градиента. В определенный момент времени наступает стабилизация вертикального температурного градиента и его величина практически не изменяется до захода Солнца.

Для проведения в единую систему наблюдений, выполнявшихся на разных географических широтах в разное время года, для светлого времени суток введена универсальная шкала времени, основанная на отношении высоты Солнца в данный момент времени h к высоте

Солнца в момент верхней кульминации от момента восхода Солнца до макс полудня употребляется отношение

h." — которое выражается ряBi

h, 0 макс дом десятичных дробей от 0 до 1, а

1530896 (4) (5) где Я

ll t„Решая чают

+ 0,5 }(<оо Q trn, ЬБС, + 10Ч., (8) от полудня до захода Солнца употребляho, ется разность }} . = 2 — --- —, выра}(Ома((с жаемая рядом десятичных дробей от 1 до 2. Высоту Солнца на любой момент времени можно определить по соответствующим формулам сферической астрономии. Стабилизация вертикального температурного градиента наступает при( мерно в момент h = 0,7 и величина

его в этот момент равна / о

0,8 С/100 м.

Связь между изменением вертикального температурного градиента il o u изменением средней температуры столбца воздуха t „ устанавливается посредством коэффициента (Д

Q lLto

ЬС (1) 20

Выделяются два значения коэффициента Q : И вЂ” от восхода Солнца до момента h! = 0,7 и Яп — от момента

0,7 до..захода Солнца. Величи- 25 на коэффициента 03, изменяется в зависимости от величины измеряемого превышения, а величина коэффициента 03 равна нулю (Mz=- О).

Зависимость величины коэффициента (21 от величины измеряемого превышения представлена на чертеже. В интервале превьппений от 0 до 1000 м коэффициент корреляции величины 63„ по величине превьппения (И„„, раI

35 вен r = 0,85. Уравнение регрессии

Я, по j h,oo ) в этом интервале

07, = 0,027 (Ь, ь(— 0,33 (2!

40 где Ь, о --абсолютное значение превьппения в сотнях метров.

При превншениях более 1000 м коэффициент Я, можно считать постоянным и равным (- 0,06).

На основании перечисленных закономерностей возможно определять среднюю температуру столба воздуха, используя только измерения температуры воздуха на ВБС, не измеряя ее на определяемой точке. Средняя температура столба воздуха t определяется как среднее арифметическое из измерений на точке (t„„;) и на ВБС

Itgc ) в данный момент 1

Вертикальный температурный гради= ент между ВБС и точкой в этот момент соответствует 7ОЧ вЂ” t aeC

1 I о

) ф

1 1(

Тогда

t>6c, вес, + llto 11(оо — + 0,5,. }„о.

Изменение вертикального температурного градиента связано с изменением средней температуры столба возду-. ха соотношением (1). От момента

0,7 до захода Солнца величина вертикального температурного градиента постоянна и равна о = — 0,8 С/ о ол

/100 м. Изменение величины 0 про1 исходит между моментами h = 0 и

}1 = 0,7.

Следовательно, Ь .,, — Ь, ь 1

1 (6) с„, эмпирический коэффициент; вертикальный температурный

I градиент в моиент hp = 0,7; вертикальный температурный градиент в момент измерений на точке; средняя температура столба

I воздуха в момент he = 0,7; средняя температура столба воздуха в момент измерений на точке. (6) относительно о, полу-

3t(2 = 11о -03 (tN tm ), I

Подставляя выражение (7) в формулу (5) и учитывая, что alta = — 0,8 С/

/100 м, получают

tm Ьььь. ь 0,5 h ьь (I to

- ы(с — ..)1 = t оа (7(д esc, )530896

Решая (8) относительно 1, ; и учитывая чтО t, mph t ьзс 0-1

0,4 h îî, получают

Учитывая, что коэффициеит Я имеет два значения

Ы, (0,027 !1, (— 0,33) „,. -0

tm, 1

0,5 Q 1 10o (9) 1 — 0,5 Я, 11,00 !

h

0 нач

a hAOIKe

"1 S01u (12) 503h)00 tB -0,4h, 0+0,2QhIoî

100 ЬБС01

10 BSc, 0 5Й1 1оо ььсо 1

16

От Ь = 0,7 до захода Солнца

tm,= вьс, — 0,4 Ь100

Для вычисления превышения h «pp в формулах (10) и (l l ) можно исполь- 20 зовать как приближенное значение средней температуры столба воздуха, так и измерения температуры на ВБС. Возни-кающие при таком допуске погрешности незначительно влияют на точность 25 определения окончательной величины

tR

Что касается влажности воздуха, то в 11ределах превышений до 500 м можно использовать значения влажности воздуха, измеренные на ВБС, считая их средними для всего измеряемого столба воздуха. Для превышений более

500 м можно использовать вертикальный градиент влажности, который прак35 тически постоянен в течение дня и согласно многолетним исследованиям в горах равен (e = — 0,3 мбар/100 и.

Поскольку для определения средней температуры воздуха по предложен- 40 ному способу используются измерения температуры воздуха, выполненные в приземном слое, вычисленная величина

t m содержит систематическую погрешнОсть 8tщ возникающую за счет ис — 45

I кажающего радиационного влияния подстилающей поверхности .

Формула для вычисления величины систематической погрешности средней температуры столба воздуха имеет 50 вид где E — эмпирический коэффициент, выражающий зависимость изменения погрешности сред"

НИ =О, средняя температура столба воздуха определяется по следующим формулам: от восхода Солнца до момента времеI ни, при котором h = 0,7

0,4 h10o+ 0,2а,h,Оо (10)

) ней температуры от изменения высоты Солнца: высота Солнца в момент начала рейса; высота Солнца в верхней кульминации;, эмпирический коэффици- ент, связывающий высоту

Солнца в момент нулевых погрешностей с высотой

Солнца в кульминации; эмпирический коэффици-.;". ент, связывающий величину изменения погрешнос-,. ти средней температуры столба воздуха с изменением средней температу.= ры этого столба; средняя температура столба воздуха в момент наблюдений на onðåäåëÿåмой точке, вычисляется по формулам (10), (11); средняя температура стол ба воздуха в момент начала рейса, вычисляется по формулам (10), (11)..

Способ включает выполнение следук щих операций.

В начале рейса все рейсовые и стан— ционные микробарометры сверяются между собой на временной барометрической станции, имеющей твердую высотную отметку. Сверка производится для приведения всех приборов к одному уровню. Затем посредством рейсовых приборов производится измерение атмосферного давления на определяемых точках. Температура воздуха на рейсовых точках при этом не измеряется. На ВБС в зто время ведутся срочные измерения атмосферного давления, температуры и влажности воздуха.

1530896

IIn окончании рейса все микробарометры опять сверяются для определения ц ел ич и нь1 с и о л з а н и я н уль пункта" р е и с овых приборов, которая разбрасывается

5 в показания рейсовых приборов пропорционально времени.

Вычисление высот осуществляется следующим образом.

Вычисляется предварительное превышение между точкой и ВБС в сотнях метров. Вычисление можно вести-по сокращенной или полной барометри" ческой формуле: вычисляется средняя температура воздуха между определяемой точкой и ВБС по формуле (IO) или {11); вычисляется предварительная высота точки, вычисляется величина систематической погрешности

$t m. 1Io формуле (1 2) вычисляется поI правка в высоту за систематическую погрешность

3hg, = — 0,003665 Etm h, 1

25 а также вычисляется окончательная выСпособ барометрического нивелирования, включающий измерение давления, температуры и влажности воздуха на барометрической станции, измерение давления воздуха на точках хода и определение по полученным данным

35 превышений точек относительно ста"ции, отличающийся - тем, что, с целью повышения производительности за счет сокращения времени измерений на

40 точках хода, во время измерений определяют высоту Солнца и состояние облачности, определяют среднюю темпера-.. туру столба воздуха между станцией и точками хода по формуле

t m =(ебс вес ) 1-0,005ЫЬ) + t — 0,004 h + 8Сщ, >

Вес 0) где t

1 средняя температура столба воздуха между станцией и точкой в момент измерений давления на точке; температура воздуха, измеренная на барометрической станции в момент изме-рений давления на точке; сота. формула изобретения

30 температура воздуха, извес 01 меренная на барометрической станции в момент вреI мени, при котором h@ =

0 7

> э — приближенное значение превышения между барометрической станцией и точкой, полученное по барометрической формуле без учета фактического значения температуры и влажности воздуха на точке;

Π— эмпирический коэффициент;

И = (0,00027lhI — 0,33) — при величине измеряемого превышения не более 1000 м, в интервале времени от

I момента hp = 0 (восход Солнца) до

I момента hp = О, 7, где hp — отношение высоты Солнца к высоте Солнца в верхней кульминации;

Q = — 0,6 — при величине измеряе-. мого превышения более 1000 м, в интервале времени дня от момента

hp = 0 (восход Солнца) до момента

1 = 0,7; (2 = 0 — вне зависимости от величины измеряемого превышения, в интерI вале времени дня от момента h@ = 0,7 до захода Солнца; о t „, — поправка к средней темпе-! ратуре столба воздуха;

+ 0,5(С„, „- t ), если ход барометрического нивелирования начинается в первой половине дня и е, = 0,6 Е,Ьо + Я (? о если ход барометрического нивелирования начинается во второй половине дня;

Я,и Š— эмпирические коэффициенты при отсутствии облачности:

0,20 + 0,0035 (30 hÎ макс

Е = 0,13 + 0,0022 (30- h ) ° ,при переменной облачности:

I 530896

+ 0022 30 hp„акс) Яа 0 08 + 0 OOI2 (30 ? о ) Омакс при сплошной облачности:

E, - i, - 0,04 + 0,0005(30-?i@ );

@макс

h, Омакс

h, 0 мач е к; е ввс, 0,0015 h, где еввс — влажность воздуха на станции в момент измерений давления на точке;

h — приближенное значение нач превышения между станцией и точкой.

Составитель В.Лыков

Редактор А.Мотыль- Техред М.Ходанич Корректор В.Кабаций

Заказ 7940/40 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 высота Солнца в верхней кульминации; высота Солнца в момент начала барометрического хода; средняя температура столба воздуха в момент на—

15 чала барометрического хода; — средняя температура столба воздуха в момент измерений давления на точке, и определяют среднюю влажность столба воздуха между станцией и точками хода в момент измерений давления на точке е„„ ° по формуле