3. fejezet - Meteorológiai állapothatározók és mérésük-I

Tartalom

3.1. Hőmérséklet
3.1.1. Hőmérsékleti skálák
3.1.2. Hőmérők
3.1.3. A hőmérők elhelyezése
3.2. Légnyomás
3.2.1. A légnyomás mértékegységei
3.2.2. A légnyomás mérése
3.3. Légnedvesség
3.3.1. Nedvességi mérőszámok
3.3.2. A levegő nedvességtartalmának mérése

(Termodinamikai állapothatározók)

A meteorológiai állapothatározók (meteorológiai elemek) a légkör és a vele közvetlenül érintkező felszín állapotáról szolgáltatnak információt. Az állapothatározókat az alábbi módon csoportosíthatjuk:

  1. termodinamikai állapothatározók (léghőmérséklet, légnyomás, sűrűség, légnedvesség),

  2. levegő mozgásállapotának jellemzői (szélirány, szélsebesség stb.),

  3. a légköri sugárzásforgalom jellemzői (sugárzási komponensek),

  4. a légköri vízforgalom jellemzői (csapadék, párolgás, evapotranszspiráció),

  5. levegőkémiai, csapadékkémiai tulajdonságok (nyomgázok koncentrációi stb.),

  6. a felszín állapotjelzői (talajhőmérséklet, talajnedvesség, hóvastagság, hósűrűség).

Az alábbi fejezetben a különböző termodinamikai állapothatározókat (hőmérséklet, légnyomás, légnedvesség) tárgyaljuk részletesen, bemutatva azok mérési módszereit a felszínközeli légrétegben. A levegő mozgásállapotának, sugárzásforgalmának, valamint vízforgalmának jellemzőit a 4. fejezet tartalmazza.

3.1. Hőmérséklet

A hőmérséklet a testek hőállapotára jellemző intenzív fizikai állapotjelző. (Az intenzív állapotjelzők két termodinamikai rendszer egyesítésekor kiegyenlítődnek, illetve átlagolódnak). A léghőmérséklet a légrészecskék mozgási energiájával arányos mennyiség. A hőmérséklet közvetett hatásának mérésére szolgáló eszközök a hőmérők. A hőmérséklet mérése azon alapul, hogy a hőmérséklet változásakor két termodinamikai rendszer egyensúlyba kerül (a két termodinamikai rendszer ez esetben a mérendő közeg és a hőmérőként használt eszköz).

A mérés során azt használjuk ki, hogy a hőmérséklet változásakor a hőmérőként használt testek különböző fizikai tulajdonságai megváltoznak. Ezek a változások a következők lehetnek:

  • térfogatváltozás (hőtágulás),

  • elektromos tulajdonságok (ellenállás, termoelektromos feszültség, kapacitás) megváltozása,

  • sugárzási, vagy akusztikai tulajdonságok megváltozása,

  • fázisváltozások.

A meteorológiai gyakorlatban kezdetben leginkább a hőtáguláson alapuló folyadék és fém hőmérők terjedtek el. A folyadékok hőtágulási együtthatója azonban 1–2 nagyságrenddel nagyobb, mint a fémeké, ezért azokkal pontosabb mérések végezhetők. A fémek ugyanakkor alkalmazhatók voltak regisztráló készülékeknél. A később megjelenő elektromos hőmérők számos pozitív tulajdonságuk miatt hamar elterjedtek a meteorológiai mérések során is. Az elektromos hőmérők kisméretűek, ezáltal gyorsan felveszik a környezet hőmérsékletét, a mérés kevésbé zavarja meg a környezetet (emiatt mikroklíma vizsgálatokra is alkalmasabbak), érzékenyek, folyamatos, automatikus mérésekre is alkalmasak. A fentieken túl, a különböző felszínek hőmérsékletének meghatározására távmérésen alapuló infrahőmérők használata is elterjedt.

A meteorológiai mérések során a hőmérséklet meghatározása az alábbi területekre terjed ki:

  1. léghőmérséklet a felszín közeli légtérben,

  2. felszín hőmérséklete,

  3. talajhőmérséklet különböző mélységekben,

  4. tengerek, tavak felszíni rétegének hőmérséklete,

  5. vertikális hőmérsékleti profil.

A hőmérsékleti adatok alapvető információt jelentenek a numerikus előrejelző modellek számára, hidrológiai, mezőgazdasági alkalmazásokhoz, az éghajlat változékonyságának vizsgálatához, továbbá fontos tájékoztatást nyújtanak a mindennapi életben is.

3.1.1. Hőmérsékleti skálák

A hőmérséklet meghatározásánál különböző skálák ismeretesek. Az elmúlt évszázadokban számos hőmérsékleti skálát dolgoztak ki (3.1. táblázat). Ezek közül azonban széles körben csak néhány skála terjedt el.

3.1. táblázat: Hőmérsékleti skálák. A skálák közül az abszolút hőmérsékleti skála (Kelvin-skála) mellett a Celsius- és a Fahrenheit-skála terjedt el széles közben.

Skála

Jele

Megalkotója

Évszám

Newton-skála

°N

Isaac Newton

1700

Rømer-skála

°Ro

Ole Christensen Rømer

1701

Fahrenheit-skála

°F

Daniel Gabriel Fahrenheit

1714

Réaumur-skála

°Re

René Antoine Ferchault de Réaumur

1730

Delisle-skála

°De

Joseph-Nicolas Delisle

1732

Celsius-skála

°C

Anders Calsius

1742

Kelvin-skála

K

William Thomson

1847

Rankine-skála

°Ra

William John Macquorn Rankine

1859

Definíció szerint a részecskék teljes mozdulatlanságakor fellépő elméleti hőmérséklet jelöli ki az abszolút nulla fokot, ami a termodinamikai, vagy Kelvin-skála nullpontját adja meg. Ezt az abszolút skálát használjuk a hőmérséklet SI-mértékegységeként, s a termodinamikai számítások során is kelvinben számolunk.

A meteorológiai mérések során általában Celsius-fokban mérjük a hőmérsékletet. A Celsius-skálát Anders Celsius (1701–1744) svéd csillagász definiálta 1742-ben. A skála két alappontja az olvadó jég (0 °C) illetve a forrásban lévő víz (100 °C) hőmérséklete normál légköri állapot esetén. Eszerint az a rendszer, amely termikus egyensúlyban áll az 1013,25 hPa normál nyomáson lévő tiszta víz és jég keverékével, t = 0°C-os, továbbá az a rendszer, amely termikus egyensúlyban áll az 1013,25 hPa normál nyomáson lévő forrásban lévő víz feletti gőzzel t = 100°C-os.

Az abszolút hőmérsékleti skála és a Celsius skála közötti kapcsolat:

  • °C = K – 273,16,

  • K = °C + 273,16.

Egyes országokban (elsősorban az USA-ban) nem a Celsius-skálát alkalmazzák, hanem a Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) német fizikus által 1714-ben megalkotott Fahrenheit-skálát. Fahrenheit két alappontnak a víz fagyáspontját (32 °F) és az emberi test feltételezett hőmérsékletét tekintette (96 °F). E skálán a víz forráspontja normál légköri körülmények között 212 °F, ami azt jelenti, hogy a skálát a víz fagyáspontja és forráspontja között 180 részre oszthatjuk.

Az átszámítás a Celsius- és Fahrenheit-skálák között az alábbi módon történik:

  • °C = 5/9 (°F – 32),

  • °F = (9/5 °C) + 32.

3.1.2. Hőmérők

A mérés elve alapján a meteorológiai gyakorlatban használt hőmérőket az alábbiak alapján osztályozhatjuk:

Kontakt hőmérők:

I.)Térfogatváltozáson alapuló hőmérők

  1. Sűrűségváltozáson alapuló hőmérők (kezdetben használták, nem terjedt el),

  2. folyadékhőmérők (hőmérsékletváltozás hatására a folyadékok kiterjedése változik meg),

  3. fémhőmérők (hőmérsékletváltozás hatására deformáció következik be).

II.) Ellenállás hőmérők (hőmérsékletváltozás hatására valamilyen elektromos paraméter értéke változik meg)

Távhőmérők:

III.) Infrahőmérők (a műszert érő infravörös sugárzásból számszerűsíti a kibocsátó felület hőmérsékletét)

3.1.2.1. A folyadékhőmérők

A hőmérsékletváltozás hatására a folyadék kiterjedése változik meg. A rendszer egy nagy térfogatú tartályból és egy hozzá kapcsolódó vékony csőből áll. A tartályban lévő anyag a hőváltozáskor csak a csőben tud kiterjedni, ami megfelelő beosztással számszerűsíthető. Elvileg bármelyik folyadék alkalmas hőmérő készítésére, alkalmazási lehetőségüket az anyag fagyás, illetve forráspontja szabja meg.

A higany forráspontja magas (357 °C), de –38,3 °C-nál megdermed, ezért alacsonyabb hőmérsékleten alkoholos hőmérőket használnak (–100 °C-ig jó). Az ún. minimum hőmérőkben is alkoholt használnak. Az alkoholos hőmérők ugyanakkor magas hőmérsékleten nem alkalmazhatók, mert az alkohol párolog, átgőzölög a cső falára, így a folyadékoszlop megrövidül.

A meteorológiai gyakorlatban elterjedten alkalmazták a folyadék hőmérőket. Megjegyezzük, hogy ezeket mára a legtöbb helyen kiszorították az elektromos hőmérők.

a.) Állomási hőmérő:

Celsius beosztású, higanyos hőmérő, ami (–30) – (+ 50) °C közötti tartományban mér. Alul higannyal teli gömb, felette vékony, légüres üvegcső. A kapilláris cső mögött 0,2 °C-os beosztás. A leolvasás 0,1 °C-ként történik.

b.) Fuess-féle maximum hőmérő:

Szerkezete hasonló az állomási hőmérőhöz. A hajszálcsőben, rögtön a tartály és a cső között szűkület van. A tartály aljára forrasztott vékony üvegpálcika benyúlik a kapillárisba, növelve a higany súrlódását. A mérőtestből kivezető cső kétszer meg van hajlítva, szintén a súrlódás fokozása miatt. Hőmérséklet emelkedéskor a higany átpréselődik az akadályokon. Lehűléskor azonban nem tud visszafolyni a tartályba, hanem a kapillárisban marad. Ekkor a higany-szál két részre szakad, külön-külön húzódik össze a tartályban és a kapillárisban. A kapillárisban végbemenő összehúzódás elhanyagolható mértékű. Egy adott időtartam alatt bekövetkezett maximum hőmérsékletet a higanyszál vége jelzi. Az alapállapot visszaállításához a hőmérőt le kell rázni. Annak érdekében, hogy lehűléskor ne csússzon a higanyszál magasabbra, ezt a hőmérőt a vízszinteshez képest 2 fokos szögben megdöntik úgy, hogy a higanygömb felőli rész van alacsonyabban (3.1 ábra). A maximum hőmérő fél fokos beosztású, a tizedeket becsüljük. Leolvasása naponta kétszer történik.

Maximum hőmérő

3.1. ábra: Maximum hőmérő. Egy adott időtartam alatt bekövetkezett maximum hőmérsékletet a higanyszál vége jelzi. Az alapállapot visszaállításához a hőmérőt le kell rázni.

c.) Fuess-féle minimum hőmérő:

A minimum hőmérőt alkohollal töltik meg. A hőmérőtest nyújtott, egy-, vagy kétágú, hogy minél nagyobb felületen érintkezzen a környezettel, ezáltal gyorsabban kövesse a hőmérsékletváltozást (3.2. ábra).

Minimum hőmérő

3.2. ábra: Minimum hőmérő. Az alkohollal töltött hőmérőben szabadon mozog egy sötét színű üvegpálcika. Ez az alkoholban ide-oda csúszhat, azonban az alkohol felületén nem léphet túl. A hőmérséklet emelkedésekor az alkohol körülfolyja a pálcikát, lehűléskor viszont magával húzza az alacsonyabb értékek felé. A minimum hőmérsékletet a pálcika jobb oldali vége mutatja. Az alkohol meniszkusza pedig az éppen aktuális hőmérsékletet mutatja.

A hőmérőt vízszintesen kell elhelyezni. Az alkoholban szabadon mozog egy sötét színű üvegpálcika. Ez az alkoholban ide-oda csúszhat, azonban az alkohol felületén nem léphet túl, abban a felületi feszültség megakadályozza. Ezért lehűléskor a pálcikát lefelé mozgatja az alkohol. A hőmérséklet emelkedésekor viszont az alkohol körülfolyja a pálcikát. A pálcika jobb oldali vége mutatja egy adott időtartam alatt bekövetkezett minimum hőmérsékletet. A minimum hőmérő fél fokos beosztású, a tizedeket becsüljük. Leolvasása naponta kétszer történik. Leolvasás után a pálcikát az alkoholszál meniszkuszáig kell csúsztatni.

d.) Radiációs minimum hőmérő:

A talaj mentén kialakuló minimum hőmérséklet mérésére szolgál. Ehhez is Fuess-féle minimum hőmérőt alkalmaztak, a talaj felett 5 cm-re elhelyezve, vízszintesen. Kihelyezése este, leolvasása reggel 7órakor történik.

e.) Six-rendszerű maximum-minimum hőmérő:

Bizonyos idő alatt bekövetkező minimum és maximum hőmérséklet mérésére. Egyszerű, olcsó, de nem túl pontos műszer. Régen általánosan ezt használták a meteorológiai állomásokon. Mára visszaszorult.

Six-rendszerű maximum-minimum hőmérő

3.3. ábra: Six-rendszerű maximum-minimum hőmérő

A hőmérőben higany és alkohol is van. A mérőfolyadék az alkohol. A higany a közvetítő folyadék szerepét játssza. A hőmérő felépítése a következő (3.3. ábra): egy U alakú üvegcső, aminek bal oldala (minimum ága) újból kiszélesedik és visszahajlik egy tartályba. Ezt az oldalt az alkohol teljesen kitölti. A másik ágban is alkohol van, de felette gáz található egy kisebb tartályban. A higanyoszlopok felett, mindkét oldalon az alkoholban egy-egy színes acélpálcika található. Ezek rugalmasan nekifeszülnek a cső falának. Ha a hőmérséklet emelkedik, a minimumágban kiterjedő alkohol nyomása áttolja a higany egy részét a maximum ágba. Ott a higany maga előtt tolja a pálcikát a maximum hőmérséklet eléréséig. Eközben a tartályban levő gáz összenyomódik. Ha a hőmérséklet csökken, a mérőfolyadék összehúzódik, a gáz nyomása a higanyszálat is nyomja visszafelé, így az a baloldali részen tolja felfelé a pálcikát a minimum hőmérsékletig. Közben a maximum ágban a pálcika a helyén marad. Újabb felmelegedéskor a minimum ágban levő pálcika marad a helyén. A hőmérő tehát egyszerre mutatja a minimum, maximum és aktuális hőmérsékletet. A két oldal beosztása ellentétes irányú. Akkor működik megfelelően a hőmérő, ha mindkét ágban azonos aktuális hőmérsékletet mutat.

f.) Talajhőmérők:

A talajhőmérséklet mérése a nagyjából 40 cm-es mélységig a napi hőingásról, ennél mélyebb rétegekben a szezonális, valamint évközi változásokról szolgáltat információt. A talajhőmérséklet mérésére higanyos hőmérőkkel is történhet. A standard mérési szintek: 5, 10, 20, 50 és 100 cm mélységben a felszín alatt (további szintek is lehetnek). A Meteorológiai Világszervezet ajánlása szerint (WMO, 2003) a mérések feletti terület csupasz talaj növényzet nélkül, a talaj pedig a környezetre jellemző típusú.

A magyarországi gyakorlatban a meteorológiai főállomásokon két rétegben történik a talajhőmérséklet mérése. A felszíni talajhőmérőket 5, 10, 20 és 40 cm mélyre telepítették. Ezek görbített nyakú, egyszerű higanyos hőmérők, a skálarész és a higany tartály közti rész megfelelő távolságúra nyújtva. A benyúló rész függőlegesen áll a talajban, a skálarész 60 fokos szögben meg van döntve, azért hogy könnyebb legyen a leolvasás és elkerülhető legyen az ún. parallaxis hiba. Állandó beásással telepítik. A tartó támaszték olyan, hogy mozgást biztosít a talajmozgások (pl. fagyás, felolvadás esetén) is. A fentiek mellett a mélységi talajhőmérők 50, 100, 150, 200 cm mélyen találhatók egyes állomásokon. Ezek is higanyos hőmérők, csak nagyobb tartállyal, hogy nagyobb legyen a hőtehetetlenségük. A hőmérőt 30–40 cm hosszú, műanyag csőben bocsátják le a mérés helyére. A hőmérő alján egy réz kupak található, ami véd a töréstől a leeresztés során, és segít a hőátadásban. Felhúzás után először a tized fokokat, majd az egészeket olvassuk le.

3.1.2.2. Fémhőmérők

A meteorológiai gyakorlatban a két fémlapból álló deformációs hőmérők, a bimetál hőmérők terjedtek el. Működésük a különböző fémek eltérő mértékű hőtágulásán alapul (3.4. ábra).

A fémhőmérők érzékelője a bimetál lemez. Ez egy nagyobb és kisebb hőtágulású fémből készített, lapjukkal összehegesztett fémszalag. Az ilyen kettős fémszalag a hőmérséklet változásakor meggörbül, deformálódik. Az elektromos hőmérők megjelenése előtt nagy előnyt jelentett, hogy alkalmas volt hőmérsékletíró (termográf) készítésére is (3.5. ábra). A deformáció egy áttétel segítségével egy írókart mozgat, ami folyamatosan regisztrálja a hőmérséklet menetét egy forgóhengerre rögzített szalagra.

Két eltérő hőtágulási együtthatójú fém deformációja hőmérsékletváltozás hatására

3.4. ábra: Két eltérő hőtágulási együtthatójú fém deformációja hőmérsékletváltozás hatására. Szobahőmérsékleten két különböző fémlap (például réz és acél) egyforma hosszúságú (a.). Hőmérsékletváltozás hatására a fémek eltérő hőtágulása miatt az egyik fém jobban, másik kevésbé változtatja kiterjedését (b.). Ha a két fémet összehegesztjük, akkor a görbületük változik meg (c.). Ha a fémeket rögzítjük, akkor e változás egyszerűen számszerűsíthető (d.). A görbület változása arányos a hőmérséklet változásával.

Bimetál hőmérő elvi felépítése

3.5. ábra: Bimetál hőmérő elvi felépítése

A fémhőmérők hátránya, hogy mivel a fémek hőtágulása kicsi, ezért nagyító áttételek segítségével sem érhető el nagy pontosságú felbontás. További hátrány, hogy a fémek elöregszenek, megváltozik a tulajdonságuk, ezért a pontos mérés érdekében gyakori verifikáció szükséges.

3.1.2.3. Elektromos hőmérők:

Az elektromos hőmérők a hőmérséklet változását valamilyen elektromos tulajdonság megváltozása alapján érzékelik. Közülük a legelterjedtebbek az ellenállás hőmérők.

a.) Ellenállás hőmérők:

Az ellenállás hőmérők működési elve azon alapul, hogy a tiszta fémek elektromos ellenállása a vezető hőmérsékletével arányosan változik. Leginkább a platina és a nikkel (esetleg volfrám) alkalmasak ellenállás hőmérő szerkesztésére. Ezekből általában spirális huzalt készítenek, és azt valamilyen burkolatba ágyazzák. A meteorológiai mérések során alkalmazott ellenállás hőmérők általában 100 Ohm körüliek. A mérés során az érzékelő ellenálláson átfolyó áram mennyiségét határozzák meg.

Az ellenállás és a hőmérséklet közti kapcsolatot a (3-1) egyenlet írja le kis hőmérsékletváltozás esetén:

,

(3-1)

ahol RT a fém ellenállása t hőmérsékleten, R0 az ellenállás a t0 referencia hőmérsékleten, α a fémre jellemző hőmérsékleti együttható a t0 referencia hőmérséklet környezetében. Ha a referencia hőmérsékletnek t0 = 0 °C-ot választjuk, akkor a (3-1) egyenlet az alábbi módon írható:

.

(3-2)

Nagyobb hőmérsékletváltozás, valamint fémötvözetek esetén a hőmérséklet és az ellenállás közti kapcsolat az alábbi (3-3) egyenlettel írható le:

,

(3-3)

illetve t0 = 0 °C referencia hőmérsékletre:

,

(3-4)

ahol α, és β együtthatók a műszer kalibrációja alapján határozhatók meg.

A meteorológiai mérések során leggyakrabban alkalmazott ellenállás hőmérő a Pt100-as platina ellenállás hőmérő. Ennek referencia ellenállása 0 °C-on 100 Ohm. A hőmérséklet növekedésével arányosan növekszik, csökkenése esetén csökken az ellenállás (3.6. ábra). A igen nagy hőmérsékleti tartományban lineárisnak tekinthető, a légköri hőmérsékleti viszonyok között ezért egyszerűen alkalmazható.

Egy Pt100-as platina ellenállás hőmérő ellenállásának változása a hőmérséklet függvényében

3.6. ábra: Egy Pt100-as platina ellenállás hőmérő ellenállásának változása a hőmérséklet függvényében.

A 3.7. ábra egy ellenállás hőmérő mérési pontosságát mutatja.

Vaisala HMP45A ellenállás hőmérő (Pt100) pontossága

3.7. ábra: Vaisala HMP45A típusú platina ellenállás hőmérő (Pt100) pontossága. A mérés +20 °C-on a legpontosabb, a hőmérséklet csökkenésével és növekedésével arányosan növekszik a pontatlanság.

b.) Termisztorok:

A termisztorok (félvezetők) ellenállása is változik a hőmérséklet változásával. A változás nagyobb, mint az ellenállások esetén, de nem lineáris:

,

(3-5)

ahol a és b a félvezetőre jellemző állandók, T a hőmérséklet Kelvinben.

A termisztor hőmérők előnye, hogy az adott hőmérsékletváltozás hatására bekövetkező nagyobb ellenállás változás miatt (légköri viszonyok között legalább tízszer nagyobb, mint az ellenállás hőmérők esetén) pontosabb mérés végezhető velük, különösen alacsony hőmérsékleten. További előny, hogy gyorsan reagálnak a hőmérséklet változására. Ugyanakkor a mérés során hátrányt jelent, hogy a hőmérséklet és az ellenállás között nem lineáris a kapcsolat.

c.) Termoelemes hőmérők:

Ha két különböző fémszálat összeforrasztunk, és a két forrasztási pont között hőmérséklet különbség alakul ki, akkor az így létrehozott áramkörben gyenge termo-feszültség jön létre, ami mérhető (ezt a jelenséget először Thomas Johann Seebeck tapasztalta 1812-ben, ezért tiszteletére Seebeck-effektusnak nevezik). A rendszer egyik pontját állandó hőmérsékleten kell tartani. Ez a termoelem referencia, vagy fix pontja. A másik pont, az aktív pont, ami a hőmérséklet változását érzékeli (3.8. ábra).

A leggyakrabban alkalmazott fém-kombinációk a következők: réz-konstantán, ezüst-konstantán, platina+platina irídium ötvözet, volfrám-molibdén, réz-nikkel.

A termoelem előnye, hogy az aktív pont rendkívül kis helyet foglal el, ezért elsősorban kutatási feladatoknál alkalmazzák. Hátránya, hogy a referencia pont állandó hőmérsékleten tartása gyakran nehezen megvalósítható.

Termoelem működési elve

3.8. ábra: Termoelem működési elve. Két különböző fémszálat végpontjaiknál összeforrasztva az egyik pont hőmérsékletének változása gyenge termo-feszültséget hoz létre.

A különböző elektromos hőmérők hőmérséklet függése a 3.9. ábrán látható.

Különböző típusú elektromos hőmérők (ellenállás hőmérő, termisztor, termoelem) ellenállás-változása a hőmérsékletváltozás hatására

3.9. ábra: Különböző típusú elektromos hőmérők (ellenállás hőmérő, termisztor, termoelem) ellenállás-változása a hőmérsékletváltozás hatására

3.1.2.4. Infra hőmérők:

Az infra hőmérők olyan távhőmérők, melyekkel gyorsan és viszonylag pontosan meghatározható a testek felületének hőmérséklete. Általában 8–14 µm hullámhossztartományban mérnek. Alkalmazási területük a meteorológiában pl. felszínek, tengerfelszín, felhőalap hőmérsékletének meghatározása.

3.1.3. A hőmérők elhelyezése

A léghőmérséklet mérése során a levegő hőmérsékletét kívánjuk meghatározni úgy, hogy az minél nagyobb területre reprezentatív legyen. A legoptimálisabb helye egy szabad terület, ahol a környezetben nincsenek a mérést befolyásoló tereptárgyak (pl. épületek, növényzet stb.) A felszín közelében tapasztalható lokális hatások, illetve a felszín közeli légrétegben előforduló jelentős vertikális gradiens miatt a felszín közeli hőmérsékletet a Meteorológiai Világszervezet ajánlása alapján 1,2 és 2,0 m között kell mérni. A hazai gyakorlatban a meteorológiai állomásokon 2 m-es magasságban helyezik el a hőmérőket. Emellett a felszín közvetlen közelében, a felszín felett 5 cm magasságban is végeznek méréseket. Ez a fűszinti, vagy radiációs minimum hőmérséklet.

A mérések során ügyelni kell arra, hogy a hőmérő kizárólag a mérendő közeggel álljon kölcsönhatásban. Nem érheti a hőmérőt közvetlen napsugárzás (ez a levegőt alig, a hőmérőt viszont jelentősen befolyásolja). Közvetlen napsugárzásnak kitett hőmérő jóval magasabb értéket mutathat, mint a levegő tényleges hőmérséklete. A közvetlen sugárzás mellett a visszavert rövidhullámú, továbbá a hosszúhullámú sugárzási komponensek is befolyásolják a mérést, ezért ezek hatását is ki kell valahogy küszöbölni. További mérést befolyásoló hatások lehetnek a csapadék és a szél is. A hőmérőre hulló víz elpárolgása során hőt von el, ami csökkenti a hőmérsékletet, ezért a hőmérő a levegő tényleges hőmérsékleténél alacsonyabb értéket mér. A szél hűtő hatású, ami egyes műszereket szintén jelentősen befolyásolhat.

A külső zavaró hatások mérséklése érdekében a léghőmérséklet mérése során megfelelő megoldásokat kell alkalmazni. Ezek lehetnek a következők:

  1. kis méretű szenzor alkalmazása (az elenyésző tömege és hőkapacitása miatt nem képes levegőtől eltérő hőállapot felvételére),

  2. a hőmérő elhelyezése közvetlen napsugárzástól védett helyen, egyéb sugárzások hatásának kiküszöbölése, pedig megfelelő mesterséges ventillációval,

  3. kielégítő sugárzásvédelem.

Stevenson-féle hőmérőház

3.10. ábra: Stevenson-féle hőmérőház. A hőmérőket fehérre festett, dupla zsaluzású házikóban helyezik el a felszín felett 2m magasságban. Az árnyékolás a Nap közvetlen sugarainak hatását gátolja, a zsaluzott falak az erős szél hatását redukálják, a légmozgást azonban biztosítják.

Régebben elterjedten használták a Stevenson-féle hőmérőházikót, mely egy fehérre festett, dupla zsaluzású házikó. Az árnyékolás a Nap közvetlen sugarainak hatását gátolja, a zsaluzott falak az erős szél hatását redukálják, a légmozgást azonban biztosítják (3.10. ábra). A hőmérőházat úgy telepítették, hogy ajtaja észak felé nézzen, hogy még az észlelések időpontjában se süssön be közvetlenül a Nap.

Egy másik lehetőség az árnyékoló lapok alkalmazása, ami szintén védi a külső hatásoktól a műszert. Ezt mind a 2 m-es szinten történő hőmérséklet mérés (3.11. ábra), mind a fűszinti hőmérséklet mérés (3.12. ábra) során alkalmazzák.

Elektromos hőmérő árnyékolása

3.11. ábra: Elektromos hőmérő árnyékolására használt lapok. A lapok felső része fehérre festve, a lapok közötti rész a levegő áramlását biztosítja.

A fűszinti hőmérséklet mérésekor alkalmazott árnyékolás

3.12. ábra: A fűszinti hőmérséklet mérésekor alkalmazott árnyékolás. Az automata elektromos hőmérő az árnyékoló tányérok alatt található. Régebben alkohollal töltött hőmérőt használtak a minimum hőmérséklet meghatározására.