Көктөбе шарлары: Бұлттардың биіктігін анықтау және ауа райын бақылау

Кіріспе

Төбе шары, сондай-ақ пилоттық шар немесе пибал деп те аталады, метеорологтар күндізгі уақытта жер бетінен бұлттардың төменгі жиегінің биіктігін анықтау үшін қолданады. Бұрын, және кейде қазірге дейін, желдің жылдамдығы мен бағытын анықтау үшін шардың қозғалысын бақылауға теодолит пайдаланылған. Төбе шарының принципі – белгілі бір жылдамдықпен (қаншалықты жылдам көтеріледі) көтерілетін шардың босатылған сәттен бастап бұлттардың ішіне жоғалып кеткенге дейінгі уақытын өлшеу арқылы бұлттардың төменгі жиегінің биіктігін есептеуге болады.

Қалай қолданылады

Төбе шары – кішкентай, көбінесе қызыл түсті, (жіңішке қабырғалы) резеңке шар, құбыршаққа дейін 76 мм (3 дюйм) диаметрде болады, содан кейін ~40 см (~15,75 дюйм) диаметрге дейін үрленеді. Шарды үрлегеннен кейін оны сыртқа алып, босатады. Шарды босатудан бастап бұлтқа кіргенге дейін өлшенген уақыт арқылы төбе биіктігін анықтауға болады. Дұрыс үрленгенде шар 140 м/мин (460 фут/мин) жылдамдықпен көтеріледі. Бұлттардың төменгі жағы сирек тегіс және қатты болады, сондықтан төбе биіктігі шардың жоғалып кеткен сәтінде емес, оның түсінің солған кезде анықталады. Шарды тұман немесе қарлы боранының қалыңдығындағы вертикальді көрінуді өлшеу үшін де қолдануға болады. Бұл жағдайда шар босатылғаннан кейін бірден солғына бастайды, сондықтан вертикальді көріну шардың жоғалып кеткен сәтінде болады. Егер шар бұлт қабатына айқын қашықтықтан көрінсе, бақылаушы оны ескеруі керек, себебі бұл әуе кемелері үшін маңызды. Төбе шары – бұлттардың биіктігін анықтаудың сенімді, қауіпсіз және оңай әдісі. Дегенмен, бақылаушы білуі тиіс кейбір кемшіліктері бар. Жаңбыр мен ылғалды қар шардың көтерілуін баяулатып, дұрыс емес биік төбе көрсетуі мүмкін, ал күшті жел мен нашар көріну шардың бұлтқа кіргенінен бұрын кіргендей көрінуіне себеп болуы мүмкін. Шар 140 м/мин (460 фут/мин) жылдамдықпен көтерілгендіктен, 700 м (2300 фут) биіктікке жетуіне бес минуттан астам уақыт кетеді. Бұл биіктіктен кейін, тіпті бинокльмен шарды қадағалау қиын, себебі көздің шарынан кез келген қозғалыс оның жоғалып кетуіне әкелуі мүмкін. Түнде шарды пайдалануға жарамсыз болған жағдайда төбе проекторы қолданылады. Алайда, суықшылдақ уақытта төбе проекторын пайдалану мүмкін болмауы мүмкін, сонда пибал (пилоттық шар) шамды пайдалануға болады. Бұл батареяға қосылған қарапайым фонарь шам. Батареяны зарядтау үшін оны үш минутқа суға батырып, содан кейін шарды үрлемес бұрын оған байлап қояды. Бүгінгі таңда мұндай шамдар сирек қолданылады.

A ceiling balloon is a small, usually red, (fluted) rubber balloon commonly measuring 76 mm (3 in) across prior to inflation, inflated to ~40 cm (~15.75 in) diameter. After inflation the balloon is taken outside and released. By timing the balloon from release until it enters the cloud a ceiling height can be obtained. When correctly inflated the balloon will rise at rate of 140 m/min (460 ft/min). The bases of clouds are very rarely flat and solid, so the ceiling height is not when the balloon disappears but when the colour begins to fade. The balloon can also be used to measure the vertical visibility into a layer of fog or blowing snow. In this case the balloon will begin to fade as soon as it is released, so the vertical visibility is when the balloon disappears. If the balloon is visible for a considerable distance into the cloud layer the observer should make note of it as it is of importance to aircraft. The ceiling balloon is a reliable, safe and simple way to get an indication of the height of clouds. However, it does suffer from some disadvantages that the observer must be aware of. Rain and wet snow may slow the ascent of the balloon, giving a falsely high ceiling and high winds and poor visibility may cause the balloon to appear to enter the cloud before it actually does. As the balloon rises at a rate of 140 m/min (460 ft/min) it will take over five minutes for the balloon to reach 700 m (2300 ft). Beyond this height the ability to follow the balloon, even with binoculars, is poor, as even the slightest movement of the eye off the balloon will almost certainly ensure that it vanishes. At night when it is not practical to use a balloon the ceiling projector is used. However, during twilight it may be impossible to use the ceiling projector and then a pibal (pilot balloon) light may be used. This is a simple flashlight bulb attached to a battery. To charge the battery it is immersed in water for three minutes and then tied to the balloon prior to inflation. These are rarely used today.

Техникалық мәліметтер

Баллондар мен олармен байланысты жабдықтар әдетте газ баллондарына жақын орнатылған қабырғаға бекітілген шкафта сақталады. Шкафта үш есігі бар, оның бірі төмен қарай ашылады және оған толтыру тіреуі бекітіледі. Толтыру тіреуінің жоғарғы жағында екі сақинасы бар L тәрізді құбыр орналасқан, төменгісі кішкентай, ал үстіңгісі үлкенірек, бұл толтыру созғысы деп аталады. Сақиналар шарды толтырғанда түтікшеге түсіп кетуіне немесе тым жоғары көтерілуіне кедергі келтіреді. Жоғарғы сақинада шарды ұстауға көмектесетін бірнеше ойықтар бар. Құбырдың төменгі жағында салмақ орналасқан, ол қажетті мөлшерде газ қосылғанда көтеріліп, шардың толы екенін көрсетеді. Бұл құбырға резеңке шланг бекітіледі және толтыру тіреуі арқылы екі рет өтеді. Бірінші тесік түтікшеден үлкенірек, ол қозғалуға мүмкіндік береді, ал екіншісі түтікшені орнында ұстау үшін қолданылады. Содан кейін түтікше шарға ағып жатқан газ мөлшерін бақылайтын инелі клапанға жетеді. Одан кейін екінші түтікше клапаннан газ баллонына бекітілген реттегіш клапанға дейін созылады. Бұл клапанға екі қысым көрсеткіші орнатылған. Біреуі газ баллонындағы қалған жалпы қысымды, екіншісі түтікше арқылы ағып жатқан газ мөлшерін көрсетеді. Цилиндр әдетте болаттан жасалған және салмағы шамамен 140 фунт (65 кг) болады. Ол стандартты қысымда шамамен 200 куб. фут (5.7 м³) газға тең, 2000 фунт/квадрат дюйм (14 мегапаскаль) қысымда сақталады және шамамен 120 шарды толтыруға жетеді (45 см номиналды диаметрі бар). Шкафтың қарама-қарсы жағында шарларды, жіптерді және пибал шамдарын сақтауға арналған орын бар. Шарды толтыру үшін гелий немесе сутек қолданылады. Төмен құнына байланысты, көбінесе сутек газы қолданылады, бірақ кейде гелий де пайдаланылады. Шар толтыру созғысына бекітіліп, мойнына жіп оралады. Қауіпсіздік көзілдірігі мен есітуді қорғау құралдарын кигеннен кейін инелі клапанның толығымен жабық екені тексеріледі. Содан кейін цилиндрдегі негізгі клапан, одан кейін реттегіш клапан ашылады. Келесі қадам – инелі клапанды ашу, содан кейін шардың қабынуы басталады. Шар қажетті өлшемге жеткенде, толтыру созғысы көтеріле бастайды. Осы сәтте инелі клапан, реттегіш клапан және цилиндр клапаны жабылады. Содан кейін жіп шардың мойнын байлап, газдың шығуына жол бермейді. Шардың ақаулы болуы және жарылуы мүмкін болғандықтан, оны толтыру кезінде сақтық таныту қажет. Егер шарды толтырушы көздік қорғаныш немесе есітуді қорғау құралдарын кимесе, көзге немесе құлаққа зақым келуі мүмкін.

The balloons and associated equipment are usually stored in a cabinet mounted on a wall close to the gas cylinders. The cabinet has three doors one of which opens down and to it the filler stand is attached. At the top of the filler stand is an L shaped pipe with two rings, a small one on the bottom and a larger one on the top called the inflation nozzle. The rings stop the tube from dropping through the stand or rising too far when the balloon is inflated. The top ring has several grooves cut into it, to help grip the balloon which is fitted to it. At the bottom of the pipe is a weight that, when the precise amount of gas has been added, will lift to indicate the balloon is full. A rubber hose is attached to this pipe and passes through the filler stand twice. The first hole is larger than the tube to permit movement, while the second is used to hold the tubing in place. From there the tube runs to a needle valve that controls the amount of gas flowing to the balloon. A second tube will then run from the valve to a regulator valve that is attached to the gas cylinder. This valve has two pressure gauges attached. One showing the total pressure remaining in the gas cylinder and the second showing the amount of gas flowing through the tubing. Typically the cylinder, which is made of steel and weighs about 140 lb (65 kg). It contains the equivalent of about 200 ft3 (5.7 m3) of gas at standard pressure, stored at a pressure of 2000 psi (14 megapascals) and will inflate approximately 120 balloons (according to a nominal diameter of 45 cm). On the opposite side of the cabinet is space to store balloons, string and pibal lights. The gas used to fill the balloon is helium or hydrogen. Because of its low cost ceiling balloons are often filled with hydrogen gas, but sometimes helium is used. The balloon is attached to the inflation nozzle and a piece of string is wound around the neck. After donning safety glasses and hearing protection a check is made to ensure the needle valve is fully closed. The main valve on the cylinder is then opened, followed by the regulator valve. Next, the needle valve is opened and the balloon begins to inflate. As the balloon reaches the correct size the inflation nozzle will begin to lift. At this point the needle valve is closed along with the regulator valve and cylinder valve. The string is then used to tie off the balloon neck to ensure that no gas can escape. Caution must be used during inflation due to the occasional faulty balloon and its rupture. If the person inflating the balloon is not wearing goggles or hearing protectors then eye or ear damage can result.