Водный режим атмосферы 2 страница

Характеристики влажности воздуха по данным аспирационного психрометра вычисляют с помощью тех же психрометрических таблиц. Для приведения показаний упругости водяного пара к табличным условиям кроме поправки, зависящей от давления, вводится поправка на скорость аспирации. Она имеет знак плюс при любой величине атмосферного давления, так как скорость движения воздуха, обтекающего резервуары аспирационного психрометра, выше, чем в будке. Поэтому испарение и затрата тепла на него возрастают, а температура смоченного термометра понижается по сравнению с условиями для прибора.

По абсолютной величине поправка на скорость аспирации значительно больше поправки на давление. Поэтому общая поправка к смоченному термометру аспирационного психрометра при любых значениях атмосферного давления имеет знак плюс.

В «Психрометрических таблицах» суммарная поправка на давление и скорость аспирации вводится непосредственно к парциальному давлению водяного пара. Она определяется по разности температур сухого и смоченного термометров и величине атмосферного давления с помощью специальных таблиц, приведенных в психрометрической таблице.

В «Психрометрических таблицах» величины влажности воздуха по

данным аспирационного психрометра определяются так же, как и по данным станционного. Разница состоит в том, что поправка к парциальному давлению водяного пара на атмосферное давление и скорость аспирации определяется по разным таблицам в зависимости от разности показаний сухого и смоченного термометров.

Волосной гигрометр (рис. 5.2). Основной частью волосного гигрометра является обезжиренный (обработанный в эфире и спирте) человеческий волос, обладающий свойством изменять свою длину под влиянием изменения

влажности воздуха. При уменьшении влажности воздуха волос 1, укрепленный на раме 2, укорачивается, при увеличении удлиняется. Верхний конец волоса прикреплен к регулировочному винту 3, с помощью которого можно менять положение стрелки 5 на шкале 4 гигрометра. Нижний конец волоса соединен с блоком в виде дужки, сидящей на стержне. Грузик этого блока служит для натяжения волоса. На оси блока укреплена стрелка, свободный конец которой при изменении влажности перемещается по шкале.

Цена деления шкалы гигрометра – 1% относительной влажности. Деления на шкале неравномерны: при малых значениях влажности (до 30%) они крупнее, а при больших (выше 60%) – мельче.

Применение такой шкалы обусловлено тем, что изменение длины волоса идет быстрее при малых величинах влажности и медленнее при больших ее значениях. Гигрометр рассчитан на работу при температурах окружающего воздуха от (–50 до +55 °С).

Принцип работы гигрометра. Гигрометр волосной устанавливается в той же психрометрической будке, где помещается станционный психрометр и крепится на штативе между сухим и смоченным термометрами (см. рис. 4.5). Отсчет по гигрометру, с точностью до целого деления, проводится сразу же после отсчета по психрометрическим термометрам, чтобы разница во времени между наблюдениями была менее 30 сек. Необходимо учесть, что

волосной гигрометр – относительный прибор. Поэтому его показания сравнивают с показаниями психрометра. Для этого в течение одного месяца

до наступления морозов строят график по ежедневным отсчетам психрометра и волосного гигрометра. На миллиметровой бумаге, по оси абсцисс

Рис 5.2. Волосной гигрометр

откладывают значения относительной влажности воздуха по гигрометру, по оси ординат — относительную влажность по психрометру (рис. 5.3). Затем через середину полосы, где точки легли более густо, проводят плавную линию так, чтобы по обе стороны от нее было по возможности одинаковое количество точек. Затем, пользуясь этой линией, для любого показания гигрометра можно найти соответствующее значение относительной влажности по станционному (или по аспирационному) психрометру. Например, если отсчет по гигрометру был 60%, то исправленное значение относительной влажности будет 57%. Для удобства на графике строят переводную таблицу. В первом вертикальном столбце (десятки), а в первой горизонтальной строке верху приведены единицы шкалы гигрометра. В клетки выписываются значения

Рис. 5.3. График поправок гигрометра волосного

относительной влажности, снятые с кривой. Пользуясь этой таблицей, по показаниям гигрометра находят исправленные значения относительной влажности воздуха.

Установка стрелки на соответствующее деление шкалы производится по показаниям относительной влажности, рассчитанной по психрометру до составления графика поправок, так как всякое перемещение стрелки вызывает изменение поправок гигрометра.

В зимнее время года волосной гигрометр является единственным прибором для определения величины относительной влажности воздуха.

Гигрограф предназначен для непрерывной регистрации изменений относительной влажности воздуха (рис.5.4).

Рис. 5.4. Схема гигрографа

Приемной частью прибора является пучок обезжиренных человеческих волос 1, прикрепленный к раме. Изменение длины волос с помощью системы рычагов 3 и 4 передается на стрелку 5 и на перо 6. В средней части пучок волос оттянут при помощи крючка 2, соединенного с осью криволинейного рычага 3, вращающегося около горизонтальной оси. Криволинейный рычаг скользит по другому криволинейному рычагу 4, соединенному общей осью с длинной стрелкой 5, имеющей на конце перо 6. Кривизна криволинейных рычагов рассчитана так, чтобы обеспечить равномерное перемещение пера на ленте при неравномерных изменениях длины пучка волос. Таким образом, деления на ленте по всей шкале влажности в отличие от шкалы гигрометра остаются одинаковыми. Для регулировки пера гигрографа служит винт 7, с помощью которого можно сблизить между собой концы пучка волос, или, наоборот, удалить их друг от друга и тем самым сместить перо на ленте. Отвод стрелки с пером 5 от барабана часового механизма 6 для прекращения записи и съема барабана при смене диаграммной ленты осуществляется поворотом отвода стрелки до упора против часовой стрелки. Опускание пера на поверхность барабана осуществляется поворотом отвода до упора в обратном направлении. Прибор снабжен приспособлением – кнопкой засечки на ленте, не открывая крышки гигрографа. Легким нажимом на кнопку, находящуюся на торцевой стенке корпуса, можно делать на диаграммной ленте засечки времени наблюдений. Регистрирующая часть гигрографа устроена так же, как и у других самописцев. Запись производится на ленте, надетой на барабан с часовым механизмом. В зависимости от скорости оборота барабана гигрограф может быть суточным или недельным.

Принцип работы гигрографа заключается в том, что при изменении влажности воздуха длина пучка волос либо укорачивается (при сухой погоде), либо удлиняется по мере повышения влажности воздуха. Это изменение через систему рычагов передается на перо самописца, который регистрируется на ленте. Вначале значение влажности воздуха на ленте устанавливается по величине ƒ, рассчитанного по показаниям аспирационного психрометра.

Обработка лент гигрографа производится графическим методом. Для этого по отсчетам психрометра в срочные часы и отсчетам, снятым с лент гигрографа для тех же моментов времени, составляют график и таблицу подобно тому, как это делается для гигрометров (см. рис. 5.3). Дальнейшая обработка заключается в том, что для каждого отсчета, снятого с ленты гигрографа, в таблице находят исправленные значения относительной влажности. Отсчеты по ленте гигрографа, как и по гигрометру, снимаются с точностью до 1%.

Важными характеристиками осадков, выпадающих из облаков, являются количество и интенсивность. Количество осадков выражается толщиной слоя воды в миллиметрах, который образовался бы на горизонтальной поверхности при условии, что выпавшие осадки не просачивались бы в почву, не стекали и не испарялись. Их обычно измеряют с точностью до 0,1 мм. Слой осадков в 1 мм на площади 1 га составляет 10 м³ воды (0,001 м х 10 000 м²). Поэтому для перевода выпавших осадков в м³ / га необходимо их количество, измеренное в миллиметрах, умножить на 10. Интенсивность осадков выражается их количеством в миллиметрах, выпавшим за 1 мин (мм/мин).

Измерение количества осадков производится осадкомерами и дождемерами, регистрация интенсивности выпадающих осадков – плювиографом.

По конструкции осадкомеры очень просты: приемной емкостью служит цилиндрическое ведро, устанавливаемое на столбе так, чтобы верхний край был на уровне 2м от поверхности земли. К нему прилагается конусообразная защита, служащая для уменьшения завихрений, образующихся в воздушном потоке вокруг цилиндрического ведра. Наиболее распространенным прибором для измерения осадков служит осадкомер Третьякова 0-1. В полевых условиях при микроклиматических измерениях используют полевой дождемер М-99.

Осадкомер Третьякова 0-1 снабжен следующими частями: к нему прилагается два цилиндрических ведра 1, планочная защита 2, таганок для установки ведра на столбе (или на треноге) 3, лестница 4 и измерительный стакан 5(рис. 5.5). Ведро осадкомера имеет высоту 40 см и площадь приемной поверхности 200 см². Внутри ведра впаяна диафрагма в виде усеченного конуса для предотвращения выдувания снега в зимнее время. В летнее время для

уменьшения испарения осадков из ведра конус закрывается воронкой. Слив выпавших осадков производится через отверстие с носиком, припаянным на корпусе ведра. На носик одевается колпачок для исключения попадания в ведро посторонних предметов и от испарения. Для уменьшения влияния ветра на количество осадков, попавших в ведро, применяется ветровая защита, состоящая из 16 трапециевидных планок. Верхние концы планок отогнуты во внешнюю сторону и находятся на одной высоте с верхним краем ведра. Крепятся они за ушки на металлическом кольце, которое с помощью четырех кронштейнов соединено с таганком. Планки расположены на равном

Рис. 5.5. Общий вид осадкомера 0-1 и измерительного стаканчика

расстоянии друг от друга и соединены между собой внизу и вверху цепочками.

Осадки измеряют четыре раза в сутки: в сроки 3, 9, 15, и 21 час. Для этого ведро с осадками закрывают крышкой, снимают с таганка, вместо него ставят второе ведро и уносят в помещение. Там через сливное отверстие осадки выливают в измерительный стакан. Зимой перед сливом осадки оттаивают.

Измерительный стакан имеет 100 делений. Цена каждого деления равна 2 см³. При приемной площади ведра в 200 см² каждое деление будет соответствовать 0,1 мм высоты слоя осадков в ведре. Если количество осадков превышает емкость измерительного стакана, их измеряют в два или несколько приемов. Число делений записывают после каждого измерения. Затем определяется общая сумма осадков в мм.

Вторым распространенным прибором для измерения осадков является полевой дождемер М-99 (рис.5.6). Он предназначен для определения

Рис. 5.6. Полевой дождемер

количества жидких осадков, выпадающих на поверхность земли. Часто его используют при микроклиматических измерениях на сельскохозяйственных полях. Кроме того, его используют на лесных географических стационарах при оценке распределения осадков под пологом леса.

Дождемер полевой М-99 представляет собой стеклянный мерный стакан высотой 34 см с расширенной верхней частью, являющейся приемником осадков. Приемная поверхность дождемера 30 см². На узкой части стакана нанесены деления в мм слоя воды. Число делений 60. Цена деления 1 мм. В комплект дождемера входит воронка, служащая для уменьшения испарения осадков, попавших в стакан. Устанавливают дождемер в деревянный защитный кожух, закрывающий его нижнюю часть.

Плювиограф П-2 предназначен для непрерывной регистрации количества продолжительности и интенсивности выпадающих жидких осадков.

Рис. 5.7. Общий вид плювиографа (а) и его внутреннее устройство (б)

Общий вид плювиографа приведен на рис. 5.7(а). Его внутреннее устройство представлено на рис. 5.7 (б). Прибор состоит из корпуса, поплавковой камеры, механизма принудительного слива и регистрирующей части.

Принцип работы плювиографа заключается в том, что осадки попадая в приемную площадь(500 см²) через воронку 1 и сливную трубу 2 попадают в цилиндрическую камеру 3, где имеется полый металлический поплавок 4. Поплавок соединен со стержнем 5, на котором укреплена стрелка самописца с пером 6. Рядом с поплавковой камерой на расстоянии стрелки устанавливается барабан 7 с суточным часовым механизмом. На барабан накладывается лента. В отличие от других лент самописцев, на ленте плювиографа вертикальные линии проведены через 10 минут, а горизонтальные линии – через 0,1 мм осадков. При переполнении камеры осадками происходит их самослив через отверстие с трубкой 8, соединенного со стеклянным сифоном 9. Сифон с трубкой плотно закрепляется муфтой 10. Вылившаяся дождевая вода попадает в водосборный сосуд 11, находящийся в нижней части корпуса.

Таким образом, при выпадении осадков вода из приемного сосуда попадает в поплавковую камеру, поднимая вверх поплавок. Перо стрелки, плотно закрепленное на стержне поплавка, тоже поднимается и начинает писать на ленте кривую линию, угол наклона которой зависит от интенсивности осадков. Как только осадки заполнят поплавковую камеру до уровня, на котором находится колено сифона, начинается слив воды из камеры в водосборный сосуд. (Количество осадков потом измеряется и служит для контроля сумм осадков, зарегистрированных плювиографом). В момент слива перо опускается вниз и чертит на ленте вертикальную линию от верхнего края до нулевого положения. Если осадки продолжают выпадать, поплавковая камера снова наполняется водой и перо продолжает запись, поднимаясь вверх. Если осадки прекращаются, перо на ленте чертит горизонтальную линию. Ленты плювиографа меняют ежедневно, если был дождь (хотя и слабый). При смене лент заводят часовой механизм. В сухую погоду одну ленту используют пять-шесть дней. Обработку производят для каждого дождя. По записи на ленте отмечают время начала и конца дождя, записывают количество осадков, выпавших за каждый час, вычисляют общую сумму осадков за 24 ч и интенсивность дождя в 1 мин (мм/ мин).

Плювиограф устанавливают горизонтально на открытой площадке на специальном столбе, укрепленном для надежности проволочными растяжками. Верхний край плювиографа должен быть на высоте 2 м от поверхности почвы. Осенью из плювиографа вынимают барабан и поплавковую камеру и откладывают на хранение. Приемную часть корпуса закрывают крышкой 12.

В труднодоступных местах для измерения осадков используют суммарные осадкомеры, а также автоматические радиометрические установки.

5.3. Задания по теме

Задание 1. Изучить устройство и принцип работы станционного психро-метра.

Порядок выполнения задания

1. Ознакомиться с правилами техники безопасности при работе с метеорологическими приборами.

2. Ознакомиться с правилами установки в психрометрической будке термометров для определения характеристик влажности воздуха.

3. Произвести отсчеты по сухому и смоченному термометрам с точностью до 0,1°С.

4. В паспортах термометров найти соответствующие поправки для измерен ных значений температуры воздуха и записать в таблицу.

5. Измерить давление по барометру анероиду и ввести к нему все три поправки.

6. По «Психрометрическим таблицам» определить основные характеристики влажности воздуха.

7. Результаты наблюдений занести в таблицу 5.1. Над таблицей отметить дату и место наблюдений.

Таблица 5.1.

Место наблюдений_________________ Дата ________________

отсчет

Р, гПа

Станционный психрометр

Характеристики влажности

сухой термометр

смочен. термометр

td

e

ƒ

d

E

отсчет

Δ

t испр

отсчет

Δ

tиспр

Контрольные вопросы и задания

1. Где устанавливаются психрометрические термометры?

2. Начертите схему станционного психрометра.

3. Какова цена деления психрометрических термометров?

1. Почему при наблюдениях по смоченному термометру нужно определить агрегатное состояние батиста?

2. Могут ли быть одинаковыми показания обоих термометров?

3. На какой высоте должны быть установлены резервуары термометров и почему?

7. Как определяют характеристики влажности воздуха с помощью «Психрометрических таблиц»?

Отчет по заданию 1 должен содержать:

1. Схему станционного психрометра.

2. Ответы на контрольные вопросы.

3. Таблицу с результатами измерений.

Задание 2. Ознакомиться с устройством и принципом работы волосного гигрометра

Порядок выполнения задания

1. Изучить устройство и принцип работы гигрометра.

2. На миллиметровой бумаге построить график сравнения психрометра и гигрометра по данным таблицы на рис.5.3.

3. Ознакомиться с правилами установки гигрометра в психрометрической будке для определения относительной влажности воздуха.

Контрольные вопросы и задания

1. Почему гигрометр является относительным прибором?

2. Почему деления на шкале прибора неравномерные?

3. По какому прибору устанавливают в первый раз значения влажности воздуха на гигрометре?

4. Начертите схему гигрометра.

5. Постройте график сравнений показаний психрометра и гигрометра.

Отчет по заданию 2 должен содержать:

1. Схему гигрометра.

2. График сравнений показаний психрометра и гигрометра.

3. Ответы на контрольные вопросы.

Задание 3. Изучить устройство и принцип работы аспирационного психрометра.

Порядок выполнения задания

1. Изучить устройство и принцип работы аспирационного психрометра.

2. Обвязать правый термометр батистом в 2 оборота.

1. Набрать в пипетку дистиллированную воду.

2. Проверить правильность установки защитных цилиндров резервуаров

(при правильной установке резервуары должны находиться в середине

цилиндров, чтобы воздух свободно их обдувал).

3. Ввести пипетку в правый цилиндр и произвести смачивание батиста.

Для этого пипетку надо держать 3-5 секунд, затем открыть зажим и от-пустить воду в пипетку.

4. Проверить батист на предмет увлажнения.

5. Завести психрометр и засекать время.

6. Произвести отчеты в соответствии с правилами пользования прибором.

7. Снять отсчеты по барометру анероиду.

8. Ввести поправки к барометру и к показаниям термометров.

9. Определить с помощью «Психрометрических таблиц» характеристики влажности воздуха.

10. Результаты наблюдений в помещении и на улице записать в таблицу 5.2.

11. Дать анализ характеристик влажности в помещении и на улице.

Таблица 5.2.

Результаты наблюдений

Место наблюдений_________________ Дата ________________

отсчет

Р, гПа

Аспирационный психрометр

Характеристики влажности

сухой термометр

смочен. термометр

td

e

ƒ

d

E

отсчет

Δ

t испр

отсчет

Δ

tиспр

Контрольные вопросы и задания

1. В чем заключается основное отличие аспирационного и станционного психрометров?

2. В каких случаях используют ветровую защиту?

3. Как можно определить скорость вращения аспиратора?

4. Почему при температурах воздуха ниже (-10 °С) нельзя пользоваться аспирационным психрометром?

5. Почему производятся параллельные отсчету по барометру анероиду?

6. Составить сравнительную характеристику показателей влажности на улице и в помещении.

Отчет по заданию 3 должен содержать:

1. Схему аспирационного психрометра.

2. Ответы на контрольные вопросы.

3. Результаты наблюдений.

4. Анализ характеристик влажности воздуха на улице и в помещении.

Задание 4. Знакомство с устройством и принципом работы гигрографа и с обработкой лент

Порядок выполнения задания

1. Изучить устройство и принцип работы гигрографа.

2. Приготовить ленту гигрографа и специальные чернила.

3. Установку ленты на часовом механизме произвести аналогично с термографом.

4. Специальным винтом на передаточном механизме перо самописца устанавливают на деление ленты, соответствующей полученной с помощью «Психрометрических таблиц» величины относительной влажности.

5. Ленту гигрографа обрабатывают после ее снятия. Для этого сначала на ленту записывают исправленные значения влажности воздуха в сроки наблюдений по психрометру. Затем определяют поправки между показаниями на ленте гигрографа и показаниями влажности воздуха. Полученную разность в поправках между двумя соседними сроками равномерно разбрасывают на промежуточные часы. На заключительном этапе к значениям на ленте гигрографа в целые часы прибавляют с учетом знака поправки и получают исправленные величины. Данные влажности обрабатывают с точностью до 1%.

Контрольные вопросы и задания

1. Почему показания на ленте гигрографа надо привести к показаниям относительной влажности, полученной по психрометру?

2. Почему надо совмещать линии на ленте левого и правого концов?

3. Как рассчитывается поправка на лентах между сроками?

4. Через какие интервалы времени нанесены линии времени на суточных и недельных гигрографах?

5. Начертите схему гигрографа

6. Можно ли зимой пользоваться гигрографами?

7. Для чего выполняются «засечки» на гигрографах в сроки наблюдений?

Отчет по заданию 4 должен содержать:

1. Схему гигрографа.

2. Ответы на контрольные вопросы.

3. Обработанную ленту гигрографа.

Задание 5. Изучить устройство, правила установки осадкомера 0-1 и дождемера М-99

Порядок выполнения задания

1.Изучить устройство и принцип работы осадкомера 0-1.

2. Ознакомиться с принципом работы и правилами установки полевого

дождемера М-99.

3. Ознакомиться с правилами установки осадкомера на метеорологической площадке.

4. Налить в осадкомерное ведро, установленное на таганке определенное количество воды (если зимой, то набрать в ведро снега, занести в помещение и дождаться, пока снег растает) и вылить через носик ведра в измерительный стакан.

5. Отсчитать число делений и определить слой воды в мм.

6. Налить воду из измерительного стакана в полевой дождемер и отсчитать количество воды в нем в мм.

7. Результаты измерений записать в таблицу 5.3.

Таблица 5.3.

Результаты измерений осадков

Место наблюдений_________________ Дата ________________

Вид осадкомера	Число делений измерительного стакана	Количество осадков, в мм
Осадкомер 0-1
Полевой дождемер

Контрольные вопросы и задания

1. Что входит в комплект осадкомера 0-1?

2. Почему на диафрагму ведра летом устанавливают воронку?

3. Для чего служит планочная защита осадкомера?

4. В каких случаях применяется полевой дождемер М-99?

5. Какие виды осадков вы знаете?

6. Чем отличаются гидрометеоры от осадков?

7. Чем отличается гололед от гололедицы?

8. В каких случаях используют суммарные осадкомеры?

Отчет по заданию 5 должен содержать:

1. Схемы осадкомера 0-1 и полевого дождемера.

2. Ответы на контрольные вопросы.

3. Результаты измерения осадков.

Задание 6. Ознакомиться с устройством и принципом действия плювиографа и обработкой плювиограммы.

Порядок выполнения задания

1. Ознакомиться с устройством и принципом работы плювиографа.

2. Приготовить ленту плювиографа.

3. Отрегулировать сифон, чтобы самослив произошел при положении пера на делении 10 мм.

4. Установить ленту на часовой механизм и налить в приемную часть определенное количество воды до тех пор, пока не произойдет самослив.

5. Рассчитать интенсивность осадков в мм/мин.

6. Результаты записать в таблицу 5.4.

Таблица 5.4.

Результаты измерений осадков по плювиографу

Место наблюдений_________________ Дата ________________

Показатели	Число делений на ленте
Время начала дождя (час, мин) Продолжительность дождя (мин) Суммы осадков по 10 минутным интервалам (мм) Средняя интенсивность осадков (мм/мин) Максимальная интенсивность осадков (мм/мин) Общая сумма осадков (мм)

Контрольные вопросы и задания

1. Как определяется интенсивность выпадающих осадков по ленте плювиографа?

2. Почему нельзя делать засечки ленты плювиографа во время дождя?

3. Для чего служит сифон?

4. Как нужно установить стрелку на стержне поплавка, чтобы при самосливе перо показывал верхнее деление ленты?

5. Какие виды осадков вы знаете?

6. Почему зимой не используют плювиограф?

7. Какие характеристики осадков можно получить по ленте плювиографа?

8. Почему у плювиографа нет ветровой защиты?

Отчет по заданию 6 должен содержать:

1. Схему плювиографа.

2. Ответы на контрольные вопросы.

3. Обработанную ленту плювиографа.

4. Результаты таблицы 5.4.

Задание 7. Знакомство с классификацией облаков и производством наблюдений над облачностью

Порядок выполнения задания

1. По атласу облаков ознакомиться с описанием десяти основных форм и видов облаков.

2. Сравнить 10 основных форм облаков с формами «электронного» Атласа облаков.

3. Выписать и запомнить характерные черты 10 основных форм облаков и их видов.

Дата добавления: 2015-06-28