Файл: С. М. Матвеев Л. М. Акимов Учение об атмосфере Метеорология и климатология.pdf

24
Одна половина каждого витка константановой ленты посеребрена, конец и начало серебряного слоя служат термоспаями, все батареи соединены между собой последовательно. Провода от первой и последней батарей выведены наружу и пропущены через рукоятку прибора 3.
На верхний диск поступает поток суммарной радиации и встречного излучения атмосферы, на нижний – поток земного излучения и отраженнной радиации. Разность температур верхнего и нижнего дисков вызывает ток в термоэлектрической батарее. Четные спаи батарей испытывают тепловое воздействие одной пластинки, нечетные – другой. Разность температур пластинок пропорциональна разности потоков приходящей и уходящей радиации.
На метеорологических станциях отсчеты по актинометрическим приборам производят через каждые 3 часа. Это не дает возможности учесть влияние облачности на приход прямой радиации. Поэтому для подсчета действительных сумм прихода и расхода лучистой энергии необходимо знать, кроме интенсивности солнечной радиации, также и продолжительность солнечного сияния.
Прибор, служащий для определения продолжительности солнечного сияния, называется гелиографом (рис. 10).
Приемником гелиографа служит стеклянный шар, который собирает в фокусе падающую на него солнечную радиацию. На расстоянии фокуса шара размещается металлическая чашка, в пазы которой закладывается картонная лента с разметкой на часы и получасы.
Лента прокалывается иглой на штифте, который вставляется в специальное отверстие на чашке; этим фиксируется правильное положение ленты.
Солнечные лучи, проходя через стеклянный шар, собираются в фокусе на картонной ленте и оставляют на ней прожог. Так как фокус перемещается вследствие движения Земли относительно Солнца, то прожог образует длинную прожженную линию.
Если в течение дня Солнце некоторое время закрывалось облаками, то прожженная линия получается прерывистой.
По суммарной длине прожога на ленте определяется время, свободное от облаков, т.е. продолжительность солнечного сияния в часах за сутки.

25
Рис. 10. Гелиограф
Недостатком этого прибора является то, что прожог на ленте начинается при интенсивности солнечной радиации больше 0,3 кал/см
2
× мин, иными словами – прожог на ленте начинается позднее восхода Солнца и кончается, когда Солнце еще над горизонтом. Это укорачивает измеренную продолжительность солнечного сияния.
Устанавливают гелиограф на прочном столбе или на крыше здания.
Чашке прибора придают наклон, соответствующий широте станции, которая отсчитывается на шкале по индексу указателя; затем чашка закрепляется винтом. После этого гелиограф ориентируют так, чтобы в истинный полдень фокус пучка солнечных лучей на ленте совпадал с центральной линией чашки прибора.
В зависимости от возможной продолжительности солнечного сияния (от восхода до заката) ленты в течение суток меняются один или два раза. Зимой при коротком дне ленты меняются один раз в сутки после захода солнца. В остальное время, при продолжительности солнечного сияния более 9 часов, ленты меняются дважды: после захода солнца и в 12- часовой срок наблюдений по московскому времени.
Перед выходом на площадку наблюдатель должен определить тип ленты по дате производства наблюдений и на оборотной стороне ленты записать

26 название станции, номер прибора и дату установки. Часы и минуты записываются непосредственно при ее наложении. После замены отмечается время снятия ленты.
Для установки лент чашка имеет три пары пазов. В верхнюю пару пазов закладываются конические (зимние изогнутые) ленты с 16 октября до конца февраля. В среднюю – прямые ленты, которые используют с 1 марта по 15 апреля и 1 сентября по 15 октября. В нижнюю пару пазов конические (летние изогнутые) ленты закладываются с 16 апреля по 31 августа (рис. 11).
Рис. 11. Ленты гелиографа
При смене лент один раз в сутки чашку гелиографа устанавливают с северной стороны шара так, чтобы индекс совмещался с меткой «Б» на лимбе. Если ленты меняются дважды, то при вечерней смене чашку поворачивают так, чтобы индекс диска совместился с меткой «А» при смене в полдень – с меткой «В».
При наложении ленты необходимо затенять прибор, чтобы не получились лишние прожоги. Ежедневно наблюдатель обязан проверить, что гелиограф чист и не сдвинут с места.
Ленты необходимо менять ежедневно в установленные сроки, даже если была пасмурная погода и прожога на ленте не получилось.

27
Задачи
1. Какое количество солнечной энергии поглощается верхушками молодых дубков, произрастающих на горизонтальной поверхности лесного питомника, при интенсивности солнечной радиации на перпендикулярную поверхность 0,84 × 10 3
Вт/м
2
и высоте Солнца 30º ?
2. Сколько энергии получает в 1 секунду 1 м
2
поверхности, перпендикулярной и горизонтальной солнечным лучам, при высоте Солнца
30º, коэффициенте прозрачности атмосферы 0,82?
3. Суммарная радиация равна 0,63 × 10 3
Вт/м
2
. Сколько тепла поглощает поверхность, альбедо которой 40 %?
4. Выразить в единицах системы СИ средние полуденные значения интенсивности солнечной радиации:
Месяц
I
II
III
IV
V
VI
Кал/см
2
мин.
0,92 1,18 1,27 1,25 1,22 1,19
Месяц
VП
VШ
IХ
Х
ХI
ХII
Кал/см
2
мин.
1,22 1,18 1,17 1,10 0,96 0,90
Контрольные вопросы
1. Что такое солнечная радиация?
2. Что понимают под прямой солнечной радиацией? С помощью какого прибора она измеряется?
3. От каких факторов зависит интенсивность солнечной радиации?
4. Формула Бугера и ее значение.
5. Что такое альбедо поверхности? Формула для определения альбедо.
6. С помощью какого прибора измеряется суммарная солнечная радиация?
7. Альбедометр, его устройство и назначение.
8. Прибор, служащий для измерения освещенности, его устройство и принцип действия.
9. Что такое солнечная постоянная?
10. Почему при уменьшении высоты Солнца над горизонтом уменьшается количество солнечной радиации у поверхности Земли?
11. В какое время дня и по какой причине гелиограф не фиксирует солнечное сияние при безоблачном небе?

28
Тема № 4
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОЧВЫ И ВОЗДУХА.

29 2. Для измерения температуры верхних слоев почвы применяют
коленчатые почвенные термометры Савинова (рис. 13). Немного выше резервуара коленчатые термометры изогнуты под углом 135°. Для предотвращения влияния температур верхних слоев почвы нижняя часть оболочки от резервуара до шкалы засыпана золой, над которой помещается вата с сургучными прослойками.
Рис. 13. Коленчатый почвенный термометр Савинова
Устанавливаются термометры на глубине 5, 10, 15, 20 см на расстоянии
10 см друг от друга в направлении с востока на запад по нарастающим глубинам на участке без растительного покрова (с мая по сентябрь). Для установки коленчатых термометров вырывают канавку глубиной около 30 см. Северная стенка канавки делается отвесной, а южная пологой. На отвесной стенке отмеряется соответствующая глубина, на которую должен быть установлен термометр, и на этой глубине резервуар термометра до изгиба заглубляется в почву. После этого канавку засыпают землей вровень с поверхностью всего участка. Для большей устойчивости термометры часто подпирают рогатиной из деревянных палочек.
3. Вытяжные термометры (рис. 14) служат для измерения температуры почвы на глубине до 320 см. Комплект из 5 термометров устанавливается на глубине 20, 40, 80, 160, 320 см; комплект из 8 термометров – на глубине 20, 40, 60, 80, 120, 240, 320 см под естественным покровом в почвогрунтах. При установке вытяжного термометра в почве сначала делают скважину, в которую вставляют эбонитовую трубку, закрытую снизу медным колпаком. В эту трубку вставляют на деревянном

30 стержне термометр, заключенный в оправу с прорезью для шкалы. Нижняя часть оправы, где помещается резервуар термометра, засыпана медными опилками и залита парафином, смешанным с медными опилками. Это создает "температурную инерцию", т.е. способность термометра при производстве отсчетов не менять показания. Вытяжные термометры устанавливаются в ряду на расстоянии 50 см один от другого, глубина установки возрастает в направлении с востока на запад.
Рис. 14. Вытяжной термометр
5. Для измерения глубины промерзания и оттаивания почвы применяют мерзлотомер Данилина (рис. 15). Он состоит из резиновой

31 трубки 1, заполненной водой. На трубке нанесены сантиметровые деления, нулевое деление устанавливается на уровне поверхности почвы.
Рис. 15. Мерзлотомер Данилина
Мерзлотомер опускают в заранее подготовленную скважину, в которую вставлена эбонитовая труба 2. Глубина скважины не менее 1,6 м. О глубине промерзания почвы судят по величине промерзания воды в резиновой трубке.
Контрольные вопросы
1. Какие термометры используются для измерения температуры поверхности почвы?
2. Какие термометры используются для измерения температуры почвы на различных глубинах?
3. Как устроен коленчатый термометр Савинова?
4. Принцип устройства мерзлотомера Данилина.
5. Поясните особенность работы инерционного термометра.

32
Часть 2. ТЕМПЕРАТУРА ВОЗДУХА
Цель работы: научиться работать с приборами, применяющимися при измерении температуры воздуха, обрабатывать данные наблюдений и анализировать их.
Оборудование: термометры: а) психрометрический (ТМ-4) (срочный); б) максимальный (ТМ-1); в) минимальный (ТМ-2); г) спиртовой низкоградусный (ТМ-9); термограф (М-16) (суточный).
Общие понятия
Земная атмосфера непосредственно лучами Солнца нагревается очень мало. Ее нагревание осуществляется за счет тепла поступающего от поверхности земли, которая поглощает лучистую энергию Солнца. Тепловое состояние почвы не остается постоянным, оно меняется в течение суток и года. Эти тепловые изменения передаются воздуху за счет молекулярной теплопроводности, длинноволнового излучения, тепловой конвекции, турбулентности. Температурный режим почвы и атмосферы характеризует климат конкретного района.
Для измерения теплового состояния среды используются жидкостные,
деформационные и электрические термометры.
Принцип устройства жидкостных термометров (рис. 16) следующий.
Они состоят из резервуара, переходящего в стеклянный капилляр с запаянным концом 1, шкалы с делениями 2 и защитной стеклянной трубки 3.
В качестве термометрической жидкости применяют ртуть (цвет серебра), спирт (бесцветная) и толуол (красный цвет). Точки замерзания и кипения их приведены в табл. 3.
Таблица 3
Температуры замерзания и кипения термометрических жидкостей
Жидкость
Температура (°С)
Замерзания
Кипения
Ртуть
- 38,9 356,9
Спирт
-117,3 78,5
Толуол
-95,1 110,5