Файл: С. М. Матвеев Л. М. Акимов Учение об атмосфере Метеорология и климатология.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 535
Скачиваний: 34
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Задание 1
1. Ознакомиться с устройством барометра-анероида.
53 2. Определить давление по шкале прибора, определить температуру его.
3. Определить поправки к показаниям барометра и действительное атмосферное давление.
Задание 2
Решить задачу на приведение давления воздуха к уровню моря.
Условие задачи: давление воздуха на метеостанции, расположенной на высоте 250 м и широте 65º с.ш., при температуре воздуха 14 º
С равно 1010 мб. Каким будет давление на уровне моря, 45º с.ш. при t = 0 º
С?
Задачи
1. Определить высоту горы, если у подножия давление 1015 гПа, температура воздуха 24 °С; на вершине горы давление 990 гПа, температура воздуха 16,0 °С.
2. На уровне моря измерено атмосферное давление 1040 гПа. На какой высоте атмосферное давление уменьшается в два раза, если принять, что температура воздуха по всей высоте 0 °С?
3. При выпуске радиозонда у поверхности Земли давление равнялось
1012,6 гПа, а температура воздуха 24,6 °С. При входе прибора в кучевое облако отмечено давление 942,4 гПа и температура воздуха 19,4 °С. Какова высота нижней границы облаков?
4. Вычислить барическую ступень у поверхности Земли при давлении
1000 гПа и температуре воздуха: -40,0 °С, 0,0 °С и +40,0 °С. На сколько метров надо переместиться по вертикали вблизи земной поверхности при стандартных условиях, чтобы давление изменилось на 1 гПа?
Контрольные вопросы
1. В каких единицах принято измерять давление воздуха?
2. Чему равно нормальное атмосферное давление?
3. Какому количеству мм ртутного столба соответствует 1 гПа?
4. Какому количеству гПа соответствует 1 мм ртутного столба?
5. Какими приборами измеряется давление воздуха? Назовите их типы.
6. Устройство и принцип действия ртутного барометра.
7. Поправки к показаниям ртутного барометра.
8. То же о барометре-анероиде.
9. Поправки к показаниям анероида.
10. Дайте определение барической ступени и приведите формулу.
54
ТЕМА № 7
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА
Цель работы: научиться работать с приборами, применяющимися при определении направления и скорости ветра.
Оборудование: флюгер, анемометр ручной чашечный, анемометр крыльчатый, анемометр ручной индукционный, анеморумбометр
Общие понятия
Атмосфера находится в непрерывном движении. Перемещение воздуха в горизонтальном направлении называется ветром. Вызывает это движение разность давления воздуха, возникающая от неодинакового нагревания подстилающей поверхности солнечными лучами. Воздушные массы, расположенные над сушей или морем, соответственно имеют разную температуру. В более нагретом воздухе наблюдается пониженное давление, а в менее нагретом – повышенное давление. Ветровой поток всегда направлен в сторону меньшего давления.
Ветер характеризуется скоростью и направлением. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду, а направление определяется точкой горизонта, откуда дует ветер, и записывается по 16-и румбам (С – север, СВ – северо-восток, ВСВ – восток-северо-восток и т.д.), либо указывают угол, который горизонтальный вектор скорости ветра образует с меридианом
(азимут), при этом север принимается за 360º или 00º, восток – за 90º, юг – за
180º, запад – за 270º). Наиболее распространенными приборами для наблюдений за направлением и скоростью ветра на метеорологических станциях являются флюгер и электромеханический измеритель ветра – анеморумбометр. При наблюдениях в более высоких слоях атмосферы используется шар-пилот.
Флюгер имеет следующее устройство (рис. 27). На вертикальный стержень 1, закрепленный на флюгерном столбе, надевается металлическая трубка, которая свободно вращается на стержне. На нижней части трубки насажена флюгарка 2, состоящая из двух лопастей, расходящихся под углом
22
о и противовеса, который указывает, откуда дует ветер. В нижней части неподвижного стержня укреплено восемь прутьев, ориентированных по сторонам света и дающих возможность определить направление ветра. К верхней части трубки прикреплена рама с дугой 4, на которой имеется
55 восемь штифтов 5 с нумерацией от 0 до 7 и прямоугольная дощечка 3 размером 15х30 см. Вес ее бывает 200 г – легкая доска или 800 г – тяжелая.
При определении скорости ветра отмечают номера штифтов, около которых происходит колебание дощечки и, используя данные табл. 4, определяют скорость ветра.
Таблица 4
Определение скорости ветра (м/с) по отклонению доски флюгера
Дос- ка
Положение доски у штифта
0 0-1 1 1-2 2
2-3 3 3-4 4 4-5 5 5-6 6 6-7 7
Лег- кая
0 1 2
3 4
5 6
7 8
9 10 12 14 17 20
Тяж елая
0 2 4
6 8
10 12 14 16 18 20 24 28 34 40
Рис. 27. Флюгер Вильда: 1– вертикальный стержень с трубкой, 2 – флюгарка (лопасти с противовесом), 3 – доска, 4 – рама с дугой, 5 – штифты; общий вид флюгера, закрепленного на мачте
56
Флюгер устанавливается на открытом месте на высоте 10-12 метров. От зданий или деревьев он должен быть отнесен на расстояние, равное 10- кратной высоте этих предметов.
Наблюдатель для определения направления ветра должен подойти к основанию флюгерного столба, наблюдая за флюгаркой в течение двух минут, определить среднее положение ее по отношению к указателям сторон горизонта.
Для определения скорости ветра необходимо отойти от столба в направлении, перпендикулярном к положению флюгарки, так, чтобы видеть лишь ребро доски. В течение двух минут следует наблюдать за качанием доски и отметить ее среднее положение по отношению к штифтам дуги.
Отмечается и самое большое отклонение дуги за это же время. В наблюдательной книжке записываются номера штифтов среднего и максимального положения доски, вес доски и скорость ветра в м/с, полученная по таблице.
Анеморумбометр М-63 (рис. 28) – предназначен для дистанционного измерения мгновенной, максимальной и средней скоростей и направления ветра в стационарных условиях.
В состав прибора входит датчик ветра, пульт управления, соединительные кабели.
Рис. 28. Анеморумбометр М-63
Диапазон измерения:
– мгновенной скорости ветра от 1,5 до 60 м/с;
– максимальной скорости от 3 до 60 м/с;
57
– средней скорости от 1,2 до 40 м/с;
– направления ветра от 0 до 360º.
Питание от сети переменного тока напряжением 220 В или от источника постоянного тока напряжением 12 В.
Прибор является дистанционным электромеханическим устройством довольно сложной конструкции. В качестве чувствительного элемента скорости ветра используется четырехлопастной воздушный винт, а направления – флюгарка с хвостовым оперением. Принцип действия М-63 основан на преобразовании измеряемых характеристик скорости и направления ветра в электрические величины, которые передаются по соединительному кабелю на измерительный пульт. На передней панели пульта выведены стрелочные указатели средней и мгновенной скорости ветра, направления ветра и ручки управления.
Анемометр ручной чашечный МС-13 (рис. 29) предназначен для измерения средней скорости ветра от 1 до 20 м/с с погрешностью + 0,6 +0,3 м/с.
Приемной частью анемометра является четырехчашечная метеорологическая вертушка 1, насаженная на ось, вращающуюся в камневых опорах. На нижнем конце оси нарезан червяк, связанный с зубчатым редуктором, передающим движение трем указывающим стрелкам счетного механизма. Циферблат счетного механизма имеет, соответственно, три шкалы: единиц 2, сотен 3, тысяч 4. Включение и выключение счетного механизма производится арретиром 5. Если прибор установлен высоко, то к арретиру привязывают шнур, концы которого пропускают сквозь неподвижные кольца 6, расположенные по обе стороны арретира. Для включения прибора достаточно потянуть за шнур, пропущенный через верхнее кольцо. Анемометр при помощи винта 7 закрепляют на деревянном шесте в вертикальном положении.
Перед началом наблюдений анемометр устанавливают на заданной высоте так, чтобы шкала была обращена в подветренную сторону, и дают ему повращаться в течение 1-2 минут. Выключив счетчик, записывают показания стрелок. В нашем примере (рис. 29) показания анемометра равны
2178. После этого включают счетчик на 100 секунд и вновь записывают показания счетчика. Вычтя из конечного отсчета начальный и разделив полученную разность на 100 секунд, получают число делений в 1 секунду.
58
Рис. 29. Анемометр ручной чашечный МС-13
К каждому анемометру прилагается сертификат в виде переводной таблицы или графика, по которым, зная число делений в секунду, можно определить скорость ветра в м/с (рис. 30).
Рис. 30. График перевода показаний счетчика в показания скорости движения воздуха
59
Анемометр крыльчатый АСО-3 (рис. 31) предназначен для измерения средней скорости ветра от 0,3 до 5 м/с с погрешностью + 0,05 + 0,1 м/с.
Рис. 31. Анемометр крыльчатый АСО-3: 1 – крыльчатка (ветроприемник);
2 – защитное кольцо; 3 – счетный механизм
Ветроприемником анемометра служит крыльчатка 1, насаженная на трубчатую ось с подшипниковыми втулками. На конце трубчатой оси закреплен червяк, передающий вращение ветроприемника зубчатому редуктору счетного механизма. Счетный механизм имеет три стрелки, его циферблат имеет соответственно три шкалы единиц, сотен, тысяч.
Включение и выключение прибора производится арретиром. Перед началом работы записывают начальное показание счетчика по трем шкалам.
После этого анемометр устанавливают в воздушном потоке ветроприемником навстречу потоку и осью крыльчатки вдоль направления потока. Через 15-20 секунд одновременно включают механизм анемометра и секундомер. Анемометр держат в воздушном потоке 1-2 минуты, после этого механизм выключают, записывают конечное показание счетчика и
60 определяют скорость ветра по градуируемому графику, прилагаемому к прибору.
Анемометр ручной индукционный АРИ-49 (рис. 32) предназначен для измерения мгновенной скорости ветра (осреднённой за 2-3 с за счет инерции прибора).
Чувствительным элементом является трёхчашечная вертушка. На нижнем конце оси вертушки находится жестко связанная с ней магнитная система, выполняющая роль электрического генератора, вырабатывающего электрический ток пропорционально угловой скорости вращения вертушки.
Измерение тока производится стрелочным гальванометром, шкала которого проградуирована в единицах скорости ветра (м/с).
Рис. 32. Анемометр ручной индукционный АРИ-49
Пределы измерения скорости 2-30 м/с; цена наименьшего деления шкалы 1 м/с; начальная чувствительность 1,5 м/с; погрешность измерения ±
(0,5 + 0,5v) м/с.
Прибор снабжен ручкой, навертываемой на резьбовую часть хвостовика, а также комплектуется специальным наконечником, навертываемым вместо ручки, при установке прибора на шесте.
На боковой поверхности корпуса имеются два штыря, на которые анемометр устойчиво опирается, так чтобы чашки не касались поверхности.
61
Задание 1
Усвоить общие понятия о приборах, предназначенных для измерения скорости и направления ветра. Измерить скорость ветра по заданию преподавателя.
Задание 2
Решить задачу:скорость воздушного потока измерялась чашечным анемометром МС-13 в течение одной минуты. Найти число делений в секунду и определить скорость ветра по графику, если начальный отсчет счетного механизма прибора был 2178, а конечный 2457.
Контрольные вопросы
1. Какими показателями характеризуется ветер?
2. В чем заключается порядок наблюдений по флюгеру?
3. Какие скорости ветра измеряются флюгерами с легкой и тяжелой доской?
4. Каковы правила установки флюгера на метеоплощадках?
5. Как устанавливается анемометр а) чашечный, б) крыльчатый?
6. Какой диапазон скорости ветра можно измерить анеморумбометром?
Тема № 8
ИЗМЕРЕНИЕ СНЕЖНОГО ПОКРОВА
Цель работы: ознакомиться с основными методами и приборами для измерения снежного покрова.
Оборудование: снегомерная рейка, весовой снегомер.
Снежный покров оказывает очень большое влияние на температурный режим почвы, защищая ее от сильного промерзания, а зимующие части растений от холода. Снежный покров дает запас воды, который используется растениями летом. При наблюдениях определяют степень покрытия местности снегом, высоту снежного покрова и его плотность.
Для измерения высоты снежного покрова применяется снегомерная рейка. Снегомерные рейки бывают двух типов: постоянная и переносная.
62
Постоянная снегомерная рейка представляет собой деревянный брусок высотой 2 м, шириной 6 см и толщиной 2,5 см, размеченный на сантиметры и раскрашенный (рис. 33, б). Рейка устанавливается до выпадения снега. В местах наблюдений забивают в землю на 30-35 см заостренный брусок. Общая длина его 60 см. На уровне земли в бруске делается запил, на котором и закрепляется рейка. На метеорологических площадках устанавливаются три рейки. Отсчет берется ежедневно утром с расстояния в 2-3 метра. При отсчетах глаз должен находиться возможно ближе к поверхности снега. Результаты записываются в целых сантиметрах.
Рис. 33. Снегомерная рейка: а – переносная; б – постоянная
Переносная снегомерная рейка представляет собой брусок высотой
180 см, шириной 4 см и толщиной 2 см. Нижний конец рейки заострен и обит жестью (рис. 33, а). При снегомерных съемках рейка опускается в снег до
63 почвы, после чего производится отсчет в целых сантиметрах. Переносная рейка применяется для измерения высоты снежного покрова непосредственно в лесу или на вырубке. Определяют высоту снежного покрова по намеченному маршруту через каждые 15-20 метров.
Для этого рейку резким движением опускают вертикально вниз, это движение повторяют 2-3 раза, пока не убеждаются, что конец рейки дошел до земли, и делают отсчет. При измерениях на пересеченной местности делают более частые определения высоты снежного покрова. Через каждые
10 измерений высоты снежного покрова измеряют плотность снега. Это дает возможность определить запасы снега на конкретном участке. Для определения плотности снега пользуются весовым снегомером. Плотностью называется количество воды, содержащееся в единице объема снега. Зная плотность снега, можно легко рассчитать запас воды на единицу площади, например, на 1 га.
Весовой снегомер (рис. 34) состоит из цилиндра 10 и весов 1. Высота его 60 см, площадь сечения 50 см
2
. Нижний край цилиндра 8 заточен, верхний закрыт крышкой 11. На боковой поверхности нанесены сантиметровые деления. Вдоль цилиндра перемещается кольцо 9 с дужкой 7, за которую цилиндр подвешивается к крючку 6 весов-безмена. Линейка этих весов имеет деления. Каждое такое деление соответствует 5 г. Вдоль линейки перемещается движок 2, уравновешивающий вес ведра со снегом. Безмен подвешивается на подвес 5 с кольцом 4 и стрелкой 3. Если на безмен подвешен пустой цилиндр, то движок стоит на "0". Если при равновесии штрих на движке стоит против деления 15, то это означает, что масса снега в цилиндре равна 5 × 15 = 75 г.
Определение плотности снега производят следующим образом.
Погружают цилиндр в снег до поверхности земли и отсчитывают по шкале толщину снежного покрова. Специальной лопаточкой 12 отгребают снег с одной стороны цилиндра и подводят под него ту же лопатку, после чего поднимают цилиндр и опрокидывают крышкой вниз. Цилиндр со снегом подвешивают на крючок весов и определяют массу пробы снега.
В тех случаях, когда высота снежного покрова больше 60 см, пробу надо брать в несколько приемов. Первую пробу берут на глубину 50 см, а если внутри снега есть корка, то до корки, но не глубже 60 см, и взвешивают.
Затем, выбросив снег, берут вторую пробу уже до поверхности земли. Когда высота снежного покрова менее 5 см, плотность его не определяется.
64
Плотность снега определяется по массе и объему его пробы. Масса его
m равна 5 n, где n – число делений на безмене, 5 г. – цена деления линейки.
Объем V равен 50 h, где 50 - площадь основания цилиндра, h - высота снежного покрова.
Таким образом, плотность снега будет равна
h
n
V
m
10
h
50
n
5
. (18)
Рис. 34. Весовой плотномер (весовой снегомер): весы 1, движок 2, стрелка 3, подвес 5 с кольцом 4, крючок 6, кольцо 9 с дужкой 7, заточенный край цилиндра 8, цилиндр 10 крышка 11, лопаточка 12
Легко можно рассчитать запас влаги на целый гектар. Гектар занимает площадь 100 000 000 см
2
(100 млн. см
2
), на этой площади 50 см
2
(сечение цилиндра) уложится 2 000 000 раз (2 млн. раз). Масса пробы снега (запас воды) на каждые 50 см
2
составляет 5 n г. На 1 га запас воды составит 5 × 2 млн. n г, или 10 млн. n г., т.е. 10 n тонн. Это значит, что, умножая показание
1. Ознакомиться с устройством барометра-анероида.
53 2. Определить давление по шкале прибора, определить температуру его.
3. Определить поправки к показаниям барометра и действительное атмосферное давление.
Задание 2
Решить задачу на приведение давления воздуха к уровню моря.
Условие задачи: давление воздуха на метеостанции, расположенной на высоте 250 м и широте 65º с.ш., при температуре воздуха 14 º
С равно 1010 мб. Каким будет давление на уровне моря, 45º с.ш. при t = 0 º
С?
Задачи
1. Определить высоту горы, если у подножия давление 1015 гПа, температура воздуха 24 °С; на вершине горы давление 990 гПа, температура воздуха 16,0 °С.
2. На уровне моря измерено атмосферное давление 1040 гПа. На какой высоте атмосферное давление уменьшается в два раза, если принять, что температура воздуха по всей высоте 0 °С?
3. При выпуске радиозонда у поверхности Земли давление равнялось
1012,6 гПа, а температура воздуха 24,6 °С. При входе прибора в кучевое облако отмечено давление 942,4 гПа и температура воздуха 19,4 °С. Какова высота нижней границы облаков?
4. Вычислить барическую ступень у поверхности Земли при давлении
1000 гПа и температуре воздуха: -40,0 °С, 0,0 °С и +40,0 °С. На сколько метров надо переместиться по вертикали вблизи земной поверхности при стандартных условиях, чтобы давление изменилось на 1 гПа?
Контрольные вопросы
1. В каких единицах принято измерять давление воздуха?
2. Чему равно нормальное атмосферное давление?
3. Какому количеству мм ртутного столба соответствует 1 гПа?
4. Какому количеству гПа соответствует 1 мм ртутного столба?
5. Какими приборами измеряется давление воздуха? Назовите их типы.
6. Устройство и принцип действия ртутного барометра.
7. Поправки к показаниям ртутного барометра.
8. То же о барометре-анероиде.
9. Поправки к показаниям анероида.
10. Дайте определение барической ступени и приведите формулу.
54
ТЕМА № 7
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА
Цель работы: научиться работать с приборами, применяющимися при определении направления и скорости ветра.
Оборудование: флюгер, анемометр ручной чашечный, анемометр крыльчатый, анемометр ручной индукционный, анеморумбометр
Общие понятия
Атмосфера находится в непрерывном движении. Перемещение воздуха в горизонтальном направлении называется ветром. Вызывает это движение разность давления воздуха, возникающая от неодинакового нагревания подстилающей поверхности солнечными лучами. Воздушные массы, расположенные над сушей или морем, соответственно имеют разную температуру. В более нагретом воздухе наблюдается пониженное давление, а в менее нагретом – повышенное давление. Ветровой поток всегда направлен в сторону меньшего давления.
Ветер характеризуется скоростью и направлением. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду, а направление определяется точкой горизонта, откуда дует ветер, и записывается по 16-и румбам (С – север, СВ – северо-восток, ВСВ – восток-северо-восток и т.д.), либо указывают угол, который горизонтальный вектор скорости ветра образует с меридианом
(азимут), при этом север принимается за 360º или 00º, восток – за 90º, юг – за
180º, запад – за 270º). Наиболее распространенными приборами для наблюдений за направлением и скоростью ветра на метеорологических станциях являются флюгер и электромеханический измеритель ветра – анеморумбометр. При наблюдениях в более высоких слоях атмосферы используется шар-пилот.
Флюгер имеет следующее устройство (рис. 27). На вертикальный стержень 1, закрепленный на флюгерном столбе, надевается металлическая трубка, которая свободно вращается на стержне. На нижней части трубки насажена флюгарка 2, состоящая из двух лопастей, расходящихся под углом
22
о и противовеса, который указывает, откуда дует ветер. В нижней части неподвижного стержня укреплено восемь прутьев, ориентированных по сторонам света и дающих возможность определить направление ветра. К верхней части трубки прикреплена рама с дугой 4, на которой имеется
55 восемь штифтов 5 с нумерацией от 0 до 7 и прямоугольная дощечка 3 размером 15х30 см. Вес ее бывает 200 г – легкая доска или 800 г – тяжелая.
При определении скорости ветра отмечают номера штифтов, около которых происходит колебание дощечки и, используя данные табл. 4, определяют скорость ветра.
Таблица 4
Определение скорости ветра (м/с) по отклонению доски флюгера
Дос- ка
Положение доски у штифта
0 0-1 1 1-2 2
2-3 3 3-4 4 4-5 5 5-6 6 6-7 7
Лег- кая
0 1 2
3 4
5 6
7 8
9 10 12 14 17 20
Тяж елая
0 2 4
6 8
10 12 14 16 18 20 24 28 34 40
Рис. 27. Флюгер Вильда: 1– вертикальный стержень с трубкой, 2 – флюгарка (лопасти с противовесом), 3 – доска, 4 – рама с дугой, 5 – штифты; общий вид флюгера, закрепленного на мачте
56
Флюгер устанавливается на открытом месте на высоте 10-12 метров. От зданий или деревьев он должен быть отнесен на расстояние, равное 10- кратной высоте этих предметов.
Наблюдатель для определения направления ветра должен подойти к основанию флюгерного столба, наблюдая за флюгаркой в течение двух минут, определить среднее положение ее по отношению к указателям сторон горизонта.
Для определения скорости ветра необходимо отойти от столба в направлении, перпендикулярном к положению флюгарки, так, чтобы видеть лишь ребро доски. В течение двух минут следует наблюдать за качанием доски и отметить ее среднее положение по отношению к штифтам дуги.
Отмечается и самое большое отклонение дуги за это же время. В наблюдательной книжке записываются номера штифтов среднего и максимального положения доски, вес доски и скорость ветра в м/с, полученная по таблице.
Анеморумбометр М-63 (рис. 28) – предназначен для дистанционного измерения мгновенной, максимальной и средней скоростей и направления ветра в стационарных условиях.
В состав прибора входит датчик ветра, пульт управления, соединительные кабели.
Рис. 28. Анеморумбометр М-63
Диапазон измерения:
– мгновенной скорости ветра от 1,5 до 60 м/с;
– максимальной скорости от 3 до 60 м/с;
57
– средней скорости от 1,2 до 40 м/с;
– направления ветра от 0 до 360º.
Питание от сети переменного тока напряжением 220 В или от источника постоянного тока напряжением 12 В.
Прибор является дистанционным электромеханическим устройством довольно сложной конструкции. В качестве чувствительного элемента скорости ветра используется четырехлопастной воздушный винт, а направления – флюгарка с хвостовым оперением. Принцип действия М-63 основан на преобразовании измеряемых характеристик скорости и направления ветра в электрические величины, которые передаются по соединительному кабелю на измерительный пульт. На передней панели пульта выведены стрелочные указатели средней и мгновенной скорости ветра, направления ветра и ручки управления.
Анемометр ручной чашечный МС-13 (рис. 29) предназначен для измерения средней скорости ветра от 1 до 20 м/с с погрешностью + 0,6 +0,3 м/с.
Приемной частью анемометра является четырехчашечная метеорологическая вертушка 1, насаженная на ось, вращающуюся в камневых опорах. На нижнем конце оси нарезан червяк, связанный с зубчатым редуктором, передающим движение трем указывающим стрелкам счетного механизма. Циферблат счетного механизма имеет, соответственно, три шкалы: единиц 2, сотен 3, тысяч 4. Включение и выключение счетного механизма производится арретиром 5. Если прибор установлен высоко, то к арретиру привязывают шнур, концы которого пропускают сквозь неподвижные кольца 6, расположенные по обе стороны арретира. Для включения прибора достаточно потянуть за шнур, пропущенный через верхнее кольцо. Анемометр при помощи винта 7 закрепляют на деревянном шесте в вертикальном положении.
Перед началом наблюдений анемометр устанавливают на заданной высоте так, чтобы шкала была обращена в подветренную сторону, и дают ему повращаться в течение 1-2 минут. Выключив счетчик, записывают показания стрелок. В нашем примере (рис. 29) показания анемометра равны
2178. После этого включают счетчик на 100 секунд и вновь записывают показания счетчика. Вычтя из конечного отсчета начальный и разделив полученную разность на 100 секунд, получают число делений в 1 секунду.
58
Рис. 29. Анемометр ручной чашечный МС-13
К каждому анемометру прилагается сертификат в виде переводной таблицы или графика, по которым, зная число делений в секунду, можно определить скорость ветра в м/с (рис. 30).
Рис. 30. График перевода показаний счетчика в показания скорости движения воздуха
59
Анемометр крыльчатый АСО-3 (рис. 31) предназначен для измерения средней скорости ветра от 0,3 до 5 м/с с погрешностью + 0,05 + 0,1 м/с.
Рис. 31. Анемометр крыльчатый АСО-3: 1 – крыльчатка (ветроприемник);
2 – защитное кольцо; 3 – счетный механизм
Ветроприемником анемометра служит крыльчатка 1, насаженная на трубчатую ось с подшипниковыми втулками. На конце трубчатой оси закреплен червяк, передающий вращение ветроприемника зубчатому редуктору счетного механизма. Счетный механизм имеет три стрелки, его циферблат имеет соответственно три шкалы единиц, сотен, тысяч.
Включение и выключение прибора производится арретиром. Перед началом работы записывают начальное показание счетчика по трем шкалам.
После этого анемометр устанавливают в воздушном потоке ветроприемником навстречу потоку и осью крыльчатки вдоль направления потока. Через 15-20 секунд одновременно включают механизм анемометра и секундомер. Анемометр держат в воздушном потоке 1-2 минуты, после этого механизм выключают, записывают конечное показание счетчика и
60 определяют скорость ветра по градуируемому графику, прилагаемому к прибору.
Анемометр ручной индукционный АРИ-49 (рис. 32) предназначен для измерения мгновенной скорости ветра (осреднённой за 2-3 с за счет инерции прибора).
Чувствительным элементом является трёхчашечная вертушка. На нижнем конце оси вертушки находится жестко связанная с ней магнитная система, выполняющая роль электрического генератора, вырабатывающего электрический ток пропорционально угловой скорости вращения вертушки.
Измерение тока производится стрелочным гальванометром, шкала которого проградуирована в единицах скорости ветра (м/с).
Рис. 32. Анемометр ручной индукционный АРИ-49
Пределы измерения скорости 2-30 м/с; цена наименьшего деления шкалы 1 м/с; начальная чувствительность 1,5 м/с; погрешность измерения ±
(0,5 + 0,5v) м/с.
Прибор снабжен ручкой, навертываемой на резьбовую часть хвостовика, а также комплектуется специальным наконечником, навертываемым вместо ручки, при установке прибора на шесте.
На боковой поверхности корпуса имеются два штыря, на которые анемометр устойчиво опирается, так чтобы чашки не касались поверхности.
61
Задание 1
Усвоить общие понятия о приборах, предназначенных для измерения скорости и направления ветра. Измерить скорость ветра по заданию преподавателя.
Задание 2
Решить задачу:скорость воздушного потока измерялась чашечным анемометром МС-13 в течение одной минуты. Найти число делений в секунду и определить скорость ветра по графику, если начальный отсчет счетного механизма прибора был 2178, а конечный 2457.
Контрольные вопросы
1. Какими показателями характеризуется ветер?
2. В чем заключается порядок наблюдений по флюгеру?
3. Какие скорости ветра измеряются флюгерами с легкой и тяжелой доской?
4. Каковы правила установки флюгера на метеоплощадках?
5. Как устанавливается анемометр а) чашечный, б) крыльчатый?
6. Какой диапазон скорости ветра можно измерить анеморумбометром?
Тема № 8
ИЗМЕРЕНИЕ СНЕЖНОГО ПОКРОВА
Цель работы: ознакомиться с основными методами и приборами для измерения снежного покрова.
Оборудование: снегомерная рейка, весовой снегомер.
Снежный покров оказывает очень большое влияние на температурный режим почвы, защищая ее от сильного промерзания, а зимующие части растений от холода. Снежный покров дает запас воды, который используется растениями летом. При наблюдениях определяют степень покрытия местности снегом, высоту снежного покрова и его плотность.
Для измерения высоты снежного покрова применяется снегомерная рейка. Снегомерные рейки бывают двух типов: постоянная и переносная.
62
Постоянная снегомерная рейка представляет собой деревянный брусок высотой 2 м, шириной 6 см и толщиной 2,5 см, размеченный на сантиметры и раскрашенный (рис. 33, б). Рейка устанавливается до выпадения снега. В местах наблюдений забивают в землю на 30-35 см заостренный брусок. Общая длина его 60 см. На уровне земли в бруске делается запил, на котором и закрепляется рейка. На метеорологических площадках устанавливаются три рейки. Отсчет берется ежедневно утром с расстояния в 2-3 метра. При отсчетах глаз должен находиться возможно ближе к поверхности снега. Результаты записываются в целых сантиметрах.
Рис. 33. Снегомерная рейка: а – переносная; б – постоянная
Переносная снегомерная рейка представляет собой брусок высотой
180 см, шириной 4 см и толщиной 2 см. Нижний конец рейки заострен и обит жестью (рис. 33, а). При снегомерных съемках рейка опускается в снег до
63 почвы, после чего производится отсчет в целых сантиметрах. Переносная рейка применяется для измерения высоты снежного покрова непосредственно в лесу или на вырубке. Определяют высоту снежного покрова по намеченному маршруту через каждые 15-20 метров.
Для этого рейку резким движением опускают вертикально вниз, это движение повторяют 2-3 раза, пока не убеждаются, что конец рейки дошел до земли, и делают отсчет. При измерениях на пересеченной местности делают более частые определения высоты снежного покрова. Через каждые
10 измерений высоты снежного покрова измеряют плотность снега. Это дает возможность определить запасы снега на конкретном участке. Для определения плотности снега пользуются весовым снегомером. Плотностью называется количество воды, содержащееся в единице объема снега. Зная плотность снега, можно легко рассчитать запас воды на единицу площади, например, на 1 га.
Весовой снегомер (рис. 34) состоит из цилиндра 10 и весов 1. Высота его 60 см, площадь сечения 50 см
2
. Нижний край цилиндра 8 заточен, верхний закрыт крышкой 11. На боковой поверхности нанесены сантиметровые деления. Вдоль цилиндра перемещается кольцо 9 с дужкой 7, за которую цилиндр подвешивается к крючку 6 весов-безмена. Линейка этих весов имеет деления. Каждое такое деление соответствует 5 г. Вдоль линейки перемещается движок 2, уравновешивающий вес ведра со снегом. Безмен подвешивается на подвес 5 с кольцом 4 и стрелкой 3. Если на безмен подвешен пустой цилиндр, то движок стоит на "0". Если при равновесии штрих на движке стоит против деления 15, то это означает, что масса снега в цилиндре равна 5 × 15 = 75 г.
Определение плотности снега производят следующим образом.
Погружают цилиндр в снег до поверхности земли и отсчитывают по шкале толщину снежного покрова. Специальной лопаточкой 12 отгребают снег с одной стороны цилиндра и подводят под него ту же лопатку, после чего поднимают цилиндр и опрокидывают крышкой вниз. Цилиндр со снегом подвешивают на крючок весов и определяют массу пробы снега.
В тех случаях, когда высота снежного покрова больше 60 см, пробу надо брать в несколько приемов. Первую пробу берут на глубину 50 см, а если внутри снега есть корка, то до корки, но не глубже 60 см, и взвешивают.
Затем, выбросив снег, берут вторую пробу уже до поверхности земли. Когда высота снежного покрова менее 5 см, плотность его не определяется.
64
Плотность снега определяется по массе и объему его пробы. Масса его
m равна 5 n, где n – число делений на безмене, 5 г. – цена деления линейки.
Объем V равен 50 h, где 50 - площадь основания цилиндра, h - высота снежного покрова.
Таким образом, плотность снега будет равна
h
n
V
m
10
h
50
n
5
. (18)
Рис. 34. Весовой плотномер (весовой снегомер): весы 1, движок 2, стрелка 3, подвес 5 с кольцом 4, крючок 6, кольцо 9 с дужкой 7, заточенный край цилиндра 8, цилиндр 10 крышка 11, лопаточка 12
Легко можно рассчитать запас влаги на целый гектар. Гектар занимает площадь 100 000 000 см
2
(100 млн. см
2
), на этой площади 50 см
2
(сечение цилиндра) уложится 2 000 000 раз (2 млн. раз). Масса пробы снега (запас воды) на каждые 50 см
2
составляет 5 n г. На 1 га запас воды составит 5 × 2 млн. n г, или 10 млн. n г., т.е. 10 n тонн. Это значит, что, умножая показание