TEMPERATURA - UMIDITA' - PRESSIONE

TEMPERATURA - UMIDITA’ - PRESSIONE
Le capanne meteorologiche svolgono la funzione di schermi per la radiazione solare.
Devono consentire la libera circolazione dell’aria attorno agli strumenti (termometri,
igrometri) alloggiati all’interno.
La capanna meteorologica della stazione di Trieste del DST (disegno e costruzione
locali), sul tetto dell’Istituto Nautico in piazza Hortis. La porta è a nord; sul tetto della
capanna il collettore del pluviografo.

Interno della capanna precedente con gli strumenti convenzionali, meccanici:
barotermoigrografo SIAP, termoigrografo Salmoiraghi, pluviografo SIAP, evaporigrafo;
psicrometro ad aspirazione di August (i due termometri verticali con ventola),
termometro a massima (orizzontale, sopra) e a minima (orizzontale, sotto).
Barotermoigrografo SIAP:
viti di taratura per l’amplificazione (a) Termoigrografo SIAP
e per la costante (c).

Termoigrografo Salmoiraghi: lamina bimetallica (temperatura) e fascio di capelli
(umidità). Il modello a sinistra, al posto del diagramma su foglio, avvolge un rotolo
mensile montato su di un supporto a parte.
Modello di capannina commerciale (SIAP) con barotermoigrografo e pluviografo a
vaschette oscillanti.

Schermi solari per i sensori di temperatura e umidità Micros (stazione di Trieste DST) e
piranometro. La centralina per l’acquisizione programmata dei dati (a destra).
Schermi solari per sensori di temperatura/umidità.

La capanna del Talassografico (modello Mazelle, 1903) a Trieste ed il suo interno:
termoigrografo, evaporigrafo, termografo (grande modello), evaporimetro; psicrometro,
termometri di massima e minima

Psicrometro ad aspirazione di August (fisso, da capanna, a sinistra); psicrometro ad
aspirazione portatile di Assmann; psicrometri a rotazione manuale (sotto).

Termoigrometro digitale. Registra i dati su memorie interne ad intervalli di tempo
programmabili

Istituto Talassografico di Trieste: stanza dei barometri. Barometri a mercurio di controllo
(a sinistra) e barografo Sprung-Fuess (a destra).
Barografo Fuess
sistema Sprung
E’ una bilancia:
f fulcro
P peso mobile
F forza esercitata dalla pressione
atmosferica sulla superficie So
F a = P x
La distanza x è variata
automaticamente in modo da
garantire l’equilibrio tra i punti 1 e
2. I movimenti sono comandati
dall’orologio. La tabella sostiene il
diagramma e funge da peso che,
cadendo, mantiene il moto del
pendolo. Il contrappeso P sostiene
il pennino scrivente. La densità e
l’altezza h del mercurio sono
irrilevanti: la sola funzione della
canna è di mantenere il vuoto
torricelliano di riferimento.

Barometro Salmoiraghi n. 437, tipo Fortin.
(1) leggere la temperatura dello strumento (2) regolare il fondo per portare il mercurio
nella vaschetta a coincidere con la punta (zero della scala) (3) leggere l’altezza del
mercurio al nonio (4) applicare le correzioni.

Barografo aneroide. L’elemento sensibile è costituito da una batteria di capsule fissate
sul fondo; l’estremità superiore si schiaccia o si innalza al variare della pressione
atmosferica; il movimento amplificato da una leva aziona il pennino. Trasmissione e
sistema di regolazione (amplificazione e costante) sono simili a quelli adottati per altri
sensori (temperatura, umidità). A sinistra un barometro, stesso principio.
Sensori di pressione Vaisala: modello analogico (sinistra) e digitale con uscita seriale,
risoluzione 1 Pa (destra).

2. Psychrometric computations
The percentual relative humidity is commonly measured, in practical meteorology, by means of
the aspirating psychrometer. This
instrument yields the dry (θ) and wet (θw ) bulb Celsius temperatures. Sprung's psychrometric
formula:
e(θ) = ew (θw ) - A p (θ - θw ) (1)
relates the water vapour pressure e, the water vapour pressure at saturation ew , the psychrometric
temperature lapse and the atmospheric pressure p. The Ferrel's coefficient:
A = 0.000660 (1 + 0.00115 θw /°C) °C-1 (2)
is used for ventilations in the range 4-10 m/s. The water vapour pressure at saturation as a
function of the air temperature is given by the Goff-Gratch formula (Stravisi 1988); using the
natural logarithm, this is:
L1 = 10.79574 T2 - 2.183633 log(T3 ) + 0.78614 ,
L2 = 1.50475 x 10-4 (1 - 10 (-8.2969(T3 - 1)) ) ,
L3 = 4.2873 x 10-4 (10 (4.76955 T2) - 1) ;
ew (T)= 10 (L1 + L2 + L3) ;
T = θ + To ,
To = 273.15 K ,
T1 = 273.16 K ,
T2 = 1 - T1 /T ,
T3 = T/T1 .
(3)
The moist atmosphere is characterized by p, θ, θw , ε, εw above and by the following quantities:
mole fraction : e/p
mixing ratio : r = ε e/(p - e)
virtual temperature : Tv = T(1 + r/ε)/(1 + r)
adjusted virtual temperature : Tv' = 0.9995 Tv moist air density : ρ = p/(R Tv') specific humidity : q = r/(1 + r)
absolute humidity : dv = ρ q
relative humidity : u = (e/ew )(p - ew )/(p - e)
percentual relative humidity : U = 100 u (4)
R = 287.053 J.kg-1 .K-1 is the dry air constant and ε = 0.62198 is the molar mass ratio of water
vapour and dry air. Further details are given by Stravisi (1988).
Given p, θ, θw , quantities above are computed by the BASIC program "PSYBAR" described in
section 4.
3. The mercury barometer
The mercury barometer is the reference instrument for measuring the atmospheric pressure in
a meteorological station. The atmospheric pressure is balanced by the pressure of the mercury
column plus the pressure (p c ) resulting from the different curvature of the meniscus at the top of
the mercury column and in the container:
p = ρ m g h + p c . (5)
The mercury pressure is a function of the local gravity g, of the mercury density ρ m at the
barometer temperature θ b and of the column height h above the mercury level in the container.
The thermal dilatation of mercury inside the barometer is linear, and:
ρ m = ρ o (1 - µ θ b ) , (6)
µ = 1.818 x 10 -4 °C -1 .
Introducing the standard gravity g o , (5,6) give:
p = (g/g o ) (1 - µ θ b ) ρ o g o h + p c . (7)

Using SI units (IAPSO, 1979), the numerical values of the physical quantities in (7) are defined
as follows:
P = p/Pa ,
Ro Go = ρ o /(kg.m -3 ) = 13.5951 x 10 3 ,
= go /(m.s-2 ) = 9.80665 ,
RoGo = 1.33322387 x 105 ,
H = h/m , (8)
The equation between numerical values corresponding to (7) is:
P = (g/go ) (1 - µ θb ) Ro Go H + Pc . (9)
The mercury column height h is commonly measured on a scale drawn on the barometer, using a
conventional unit of length. We can call the length unit at present in use for barometers the
"barometer hectopascal", symbol σ. The barometer hectopascal increases with temperature
according to the linear dilatation of the material which supports the scale drawings:
σ = σo (1 + β θb ) . (10)
For a brass ruler it is:
β = 0.184 x 10-4 °C-1 .
The barometer hectopascal at 0 °C is a constant unit of length; it is defined by:
1 σo = 102 (RoGo ) -1 m . (11)
The mercury column height is therefore
h = H m = B σ , (12)
where B is its numerical value on the barometer scale, and
H = B σ/m = 102 B (1 + β θb ) (RoGo ) -1 . (13)
Substituting (13) in (9):
10-2 P = (g/go ) (1 - a θb ) B + 10-2 Pc , (14)
where a = µ - β = 1.6339 x 10-4 °C-1 (15)
is the linear dilatation of mercury with respect to brass. The numerical value of the atmospheric
pressure in hectopascals is therefore (14, 8, 9) given by:
p/hPa = (g/go ) (1 - a θb ) h/σ + pc /hPa . (16)
Formula (16) is used to convert the barometer reading B=h/σ in "barometer hectopascals" into the
corresponding pressure value in hectopascals; local gravity, the capillary correction of the
instrument and its temperature must be known. The reading reduction to 0 °C can be computed
also as
(1-a θb ) B = B - C(θb ) ;
C(qb ) are reported in Table 1.
If the barometer scale is in "millimeters", pressure values in (16)
are substituted by the corresponding values expressed in
"conventional millimiters of mercury". This unit, whose use is
"strongly discouraged" (IAPSO, 1979), is defined by:
1 mmHg = RoGo x 10-5 hPa = 1.333 223 87 hPa .
Measurement of the mercury height. A reference point is
used in the Fortin barometer to define h=0 (Fig.1); the mercury
level is set to zero by adjusting the volume of the bulb. In the fixedbulb
barometers this operation is avoided, since the scale is
compensated for zero level changes according to the surface ratio
between capillary and bulb. A third method used in some
barometers is taking the difference between the heights of the
upper and lower mercury levels. If the bulb diameter is the same of
the barometer tube at the reading level, the capillary corrections
cancel each other. The correction for the capillary depression is
given by:
pc /hPa = 0.087 + 0.063 X/σ ,
Fig. 1. Fortin barometer.
where X/σ is the meniscus height in barometer hectopascals.
Pressure reduction to sea level. The exact computation of the

sea level pressure p(0) requires the knowledge of the vertical profile of the air density up to the
station height z. An approximate solution is usually given by assuming a constant air temperature
for the atmospheric layer below z. Integration of the equation of state then yields:
p(0) = p(z) exp(g z/(R T v ')) ; (17)
and, for typical atmospheric conditions,
p(0) = p(z) exp(1.184 x 10 -4 z/m) . (18)
For a small station height (below about 100 m) a constant density can be assumed, and
p(0) = p(z) + ρ(z) g z . (19)
°C 950 960 970 980 990 1000 1010 1020 1030 1040 1050
1 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17
2 0.31 0.31 0.32 0.32 0.32 0.33 0.33 0.33 0.34 0.34 0.34
3 0.47 0.47 0.48 0.48 0.49 0.49 0.50 0.50 0.50 0.51 0.51
4 0.62 0.63 0.63 0.64 0.65 0.65 0.66 0.67 0.67 0.68 0.69
5 0.78 0.78 0.79 0.80 0.81 0.82 0.83 0.83 0.84 0.85 0.86
6 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00 1.01 1.02 1.03
7 1.09 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20
8 1.24 1.25 1.27 1.28 1.29 1.31 1.32 1.33 1.35 1.36 1.37
9 1.40 1.41 1.43 1.44 1.46 1.47 1.49 1.50 1.51 1.53 1.54
10 1.55 1.57 1.58 1.60 1.62 1.63 1.65 1.67 1.68 1.70 1.72
11 1.71 1.73 1.74 1.76 1.78 1.80 1.82 1.83 1.85 1.87 1.89
12 1.86 1.88 1.90 1.92 1.94 1.96 1.98 2.00 2.02 2.04 2.06
13 2.02 2.04 2.06 2.08 2.10 2.12 2.15 2.17 2.19 2.21 2.23
14 2.17 2.20 2.22 2.24 2.26 2.29 2.31 2.33 2.36 2.38 2.40
15 2.33 2.35 2.38 2.40 2.43 2.45 2.48 2.50 2.52 2.55 2.57
16 2.48 2.51 2.54 2.56 2.59 2.61 2.64 2.67 2.69 2.72 2.74
17 2.64 2.67 2.69 2.72 2.75 2.78 2.81 2.83 2.86 2.89 2.92
18 2.79 2.82 2.85 2.88 2.91 2.94 2.97 3.00 3.03 3.06 3.09
19 2.95 2.98 3.01 3.04 3.07 3.10 3.14 3.17 3.20 3.23 3.26
20 3.10 3.14 3.17 3.20 3.24 3.27 3.30 3.33 3.37 3.40 3.43
21 3.26 3.29 3.33 3.36 3.40 3.43 3.47 3.50 3.53 3.57 3.60
22 3.41 3.45 3.49 3.52 3.56 3.59 3.63 3.67 3.70 3.74 3.77
23 3.57 3.61 3.65 3.68 3.72 3.76 3.80 3.83 3.87 3.91 3.95
24 3.73 3.76 3.80 3.84 3.88 3.92 3.96 4.00 4.04 4.08 4.12
25 3.88 3.92 3.96 4.00 4.04 4.08 4.13 4.17 4.21 4.25 4.29
26 4.04 4.08 4.12 4.16 4.21 4.25 4.29 4.33 4.38 4.42 4.46
27 4.19 4.24 4.28 4.32 4.37 4.41 4.46 4.50 4.54 4.59 4.63
28 4.35 4.39 4.44 4.48 4.53 4.57 4.62 4.67 4.71 4.76 4.80
29 4.50 4.55 4.60 4.64 4.69 4.74 4.79 4.83 4.88 4.93 4.98
30 4.66 4.71 4.75 4.80 4.85 4.90 4.95 5.00 5.05 5.10 5.15
31 4.81 4.86 4.91 4.96 5.01 5.07 5.12 5.17 5.22 5.27 5.32
32 4.97 5.02 5.07 5.12 5.18 5.23 5.28 5.33 5.39 5.44 5.49
33 5.12 5.18 5.23 5.28 5.34 5.39 5.45 5.50 5.55 5.61 5.66
34 5.28 5.33 5.39 5.44 5.50 5.56 5.61 5.67 5.72 5.78 5.83
35 5.43 5.49 5.55 5.60 5.66 5.72 5.78 5.83 5.89 5.95 6.00
36 5.59 5.65 5.71 5.76 5.82 5.88 5.94 6.00 6.06 6.12 6.18
37 5.74 5.80 5.86 5.92 5.98 6.05 6.11 6.17 6.23 6.29 6.35
38 5.90 5.96 6.02 6.08 6.15 6.21 6.27 6.33 6.40 6.46 6.52
39 6.05 6.12 6.18 6.24 6.31 6.37 6.44 6.50 6.56 6.63 6.69
40 6.21 6.27 6.34 6.40 6.47 6.54 6.60 6.67 6.73 6.80 6.86
TABLE 1. Corrections to reduce mercury barometer readings (950-1050) at given instrument
temperature (1-40 °C) to the 0 °C scale.