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: 533
Скачиваний: 34
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
65 безмена на 10, получаем запас воды в тоннах на гектар. Обозначив запас воды в тоннах на гектар через Т, получаем формулу: Т = 10 n (т/га).
Весовым снегомером можно определить и запас воды в мм, (запас воды, как и количество осадков, можно определять толщиной слоя воды в миллиметрах, который образовался бы на ровной поверхности при условии, если бы вода не стекала с нее, не просачивалась и не испарялась).
Действительно, поперечное сечение цилиндра равно 50 см
2
, а цена деления на линейке шкалы – 5 г. Т.к. плотность воды равна 1г/см
3
, то объем 5 г воды составит 5 см
3
. Если 5 см
3
воды разлить по поверхности 50 см
2
, то будет слой воды толщиной 1 мм, т.е. одно деление шкалы на линейке безмена (5 г воды) дает слой воды толщиной 1 мм. Это означает, что число делений на шкале линейки соответствует толщине слоя воды в миллиметрах.
Задание 1
Усвоить устройство приборов, предназначенных для измерения снежного покрова. Ознакомиться с принципами наблюдения над снежным покровом и величинами, характеризующими его.
Задание 2. Решить задачу по усмотрению преподавателя:
1. От свежевыпавшего, рыхлого снега высотой 60 см может образоваться слой воды 20 мм, а весной при той же высоте снежного покрова запас воды составляет 200 мм. Какова плотность снега в том и другом случае?
2. Вес пробы снега в цилиндре 200 г. Высота снежного покрова 40 см.
Определить плотность снега и запас воды на гектаре.
3. Плотность снега в первом случае 0,1, во втором – 0,4 при одинаковой высоте покрова 40 см. Определить соответственно запас влаги и указать условия снегообразования.
4. Какой слой воды образуется при таянии снега, если объем взятой пробы составляет 3000 см
3
, объем воды при таянии этого снега составит 850 см
3
? Определить плотность снега и запас воды на гектаре.
66
ТЕМА № 9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ОБЛАЧНОСТЬЮ
Цель работы: Привить практические навыки в определении количества облаков и их формы, изучить методы измерения высоты нижней границы облаков и регистрации полученных результатов в дневнике погоды.
Оборудование: атлас облаков, электронный атлас облаков, РВО-2
Основные понятия и определения
Облака представляют собой системы взвешенных в атмосфере частиц воды в жидко-капельном или твердом (кристаллическом) состоянии, которые являются продуктами конденсации водяного пара.
При наблюдениях за облаками определяют:
количество облаков;
формы облаков;
высоту нижней границы облаков (ВНГО).
Количество и высоту облаков определяют визуально, ВНГО – визуально или инструментально. Наблюдения за количеством и формой облаков, а также визуальные наблюдения за ВНГО необходимо проводить из такого места, где виден весь небосвод (до горизонта).
Определение количества облаков
Количество облаков (облачность) оценивают в баллах суммарных долей небосвода, занятых облаками. Один балл составляет 10 % небосвода, занятого облаками, 5 баллов – 50 %, 10 баллов – все небо закрыто облаками.
Если наблюдается хотя бы небольшой просвет, то указывается 9 баллов облачности.
При наблюдениях оценивается общее количество облаков всех ярусов
(общая облачность) и отдельно количество облаков нижнего яруса.
Результаты определения количества облаков записывают в графу дневника погоды дробью: в числителе – общее количество облаков всех ярусов (общая облачность), в знаменателе количество облаков только нижнего яруса (нижняя облачность).
Примеры записи: 0/0 – ясно; 8/0 Ci – облаков нижнего яруса нет; 8/3 Ci,
Cu – общая облачность 8 баллов, 3 балла облачности нижнего яруса, представленной кучевыми облаками; 10/10 Ns – общая облачность и облачность нижнего яруса 10 баллов.
67
Определение формы облаков
При определении форм облаков по их внешнему виду пользуются
Международной морфологической классификацией, приведенной в Атласе облаков (1978 г.). Определение форм облаков, их видов и разновидностей производится для всех облаков, имеющихся на небосводе. Начинать следует с тех, которые занимают наибольшую часть небосвода, а затем переходить к следующим, в порядке убывания их видимого количества.
Международная классификация облаков
Верхний ярус C
H
(High) (от 6000 м до нижней границы тропопаузы):
Ci
– Перистые облака (Cirrus) — это отдельные облака волокнистой структуры и белесоватого оттенка. Иногда они имеют очень правильное строение в виде параллельных нитей или полос, иногда же наоборот, их волокна спутаны и разбросаны по небу отдельными пятнами. Перистые облака прозрачны, так как состоят из мельчайших ледяных кристалликов.
Часто появление таких облаков предвещает изменение погоды.
Сc –
– Перисто-кучевые облака (Cirrocumulus) —слой облаков, тонких и просвечивающихся, как перистые, но состоящих из отдельных хлопьев или мелких шариков, а иногда как бы из параллельных волн. Эти облака обычно образуют, образно говоря, «кучевое» небо. Часто они появляются вместе с перистыми облаками. Бывают видны перед грозами.
Cs –
– Перисто-слоистые облака (Cirrostratus) – тонкий, просвечивающийся беловатый или молочного оттенка покров, сквозь который отчетливо виден диск Солнца или Луны. Покров этот может быть однородным, как слой тумана, либо волокнистым. На перисто-слоистых облаках наблюдается характерное оптическое явление - гало (светлые круги вокруг Луны или Солнца, ложное Солнце и др.). Как и перистые, перисто- слоистые облака часто указывают на приближение ненастной погоды.
Ci Cc Cs – ледяные облака, осадки не достигают земли.
Средний ярус C
M
(Middle) (от 2000 до 6000 м).
Ac –
– Высококучевые облака (Altocumulus) – слой белых или серых облаков, состоящих из гряд или отдельных «глыб», между которыми обычно просвечивается небо. Гряды и «глыбы» сравнительно тонкие и располагаются правильными рядами или в шахматном порядке, реже - в
68 беспорядке. Обычно являются признаком приближения довольно плохой
погоды.
As -
- Высокослоистые – (Altostratus) – тонкая, реже плотная вуаль сероватого или синеватого оттенка, местами неоднородная или даже волокнистая в виде белых или серых клочьев по всему небу. Солнце или
Луна просвечиваются сквозь нее в виде светлых пятен, порой довольно слабых. Эти облака верный признак небольшого дождя.
Облака среднего яруса отличаются от сходных облачных форм нижнего яруса большой высотой, меньшей плотностью и большей вероятностью наличия ледяной фазы.
Нижний ярус (C
L
) (Low) (от поверхности земли до 2000 м).
По происхождению, т. е. по характеру процесса их образования, облака нижнего яруса можно разделить на слоистые и кучевые.
Слово «кучевые»
(от латинского «куча», «груда») обозначает скученность облаков.
St ––– – Слоистые облака (Stratus). Это облака, которые в противоположность конвективным облакам развиваются по горизонтали, а не по вертикали. Слоистые облакапредставляют собой однородный слой серого цвета, сходный с туманом, приподнятым над поверхностью земли. Обычно они закрывают всё небо, но иногда могут наблюдаться в виде разорванных облачных масс (St fr – слоистые разорванные (Stratus fractus)). Основание слоистых облаков располагается на высотах порядка нескольких десятков или сотен метров; иногда они сливаются с наземным туманом. Зимой эти облака часто удерживаются весь день, осадки на землю из них обычно не выпадают, иногда бывает морось. Летом они быстро рассеиваются, после чего наступает хорошая погода.
Ns – Слоисто-дождевые (Nimbostratus) – похожи на слоистые, но имеют более темный цвет, сопровождаются умеренными осадками, высота 0,1-1,0 км. Эти облака достаточно плотные, закрывают Солнце и Луну. Иногда сквозь них даже трудно определить местоположение светил, и вся облачная масса часто кажется равномерно освещенной изнутри. Как правило, основание облаков, едва различимое из-за выпадающих осадков (дождя или снега), маскируется более низкими, разорванными темными облаками, которые четко выделяются на темно-сером фоне.
Приближенно форму кучевообразных облаков можно определить по соотношению вертикальных h и горизонтальных L размеров.
69
Если горизонтальные размеры превышают вертикальные L > h –
слоисто-кучевая (Sc) облачность:
Sc – Слоисто-кучевые – (Stratocumulus) – облачный слой, состоящий из гряд, валов или отдельных их элементов, крупных и плотных, серого цвета.
Почти всегда имеются более темные участки.
Облака вертикального развития имеют вид отдельных плотных облачных масс, сильно развитых по вертикали. Их основание обычно располагается в нижнем ярусе, а вершина — иногда в среднем и даже верхнем ярусе облаков. Основание этих облачных масс плоское, вершины имеют вид куполов с выпуклостями или громоздящихся облачных гор и башен. Один из отличительных признаков: вершины облаков всегда ослепительно белого цвета, а основание белого, сероватого или темно-серого цвета.
В случае приблизительного равенства горизонтальных и вертикальных размеров облаков L ≈ h, их можно отнести к кучевой облачности:
Cu – Кучевые облака (Cumulus) – плотные, резко очерченные, с плоским, сравнительно темным основанием и куполообразной белой, как бы клубящейся, вершиной, напоминающей цветную капусту. Облака небольшого и среднего размера, хорошо выраженные в чистом небе, являются признаком хорошей погоды и называются «облака хорошей погоды».
В случае, когда вертикальные размеры превышают горизонтальные
L < h, наблюдаются кучевые мощные облака:
70
Cu cong –
– Кучевые мощные облака (Cumulus congestus) – являются развитием кучевых облаков. Из кучевых мощных облаков осадки не выпадают. Если из кучевых мощных выпадают осадки, то это кучево-
дождевые облака.
Cb
– Кучево-дождевые облака – (Cumulonimbus) – формируются в процессе дальнейшей эволюции Cu cong. Это более массивные, сильно развитие по вертикали облака. Наличие грома, молний и наковален говорит о том, что перед нами Cb.
Косвенные признаки формы облаков
Для того чтобы не допустить ошибки в определении форм облаков, кроме внешнего вида, необходимо также принимать во внимание их высоту, происхождение и развитие (переход из одной формы в другую), характер выпадающих из них осадков (ливневые, обложные, моросящие), наличие оптических явлений (гало, венцы) и теней от предметов на земле.
При определении форм облаков нужно учитывать и следующие признаки:
Солнце сквозь облака верхнего яруса дает тени от наземных предметов, а сквозь облака среднего яруса – нет;
диск Солнца и Луны сквозь высокослоистые облака просматривается, а сквозь слоисто-дождевые – нет;
слоисто-кучевые облака отличаются от высококучевых размерами облачных элементов: пластин, валов, гряд. У слоисто-кучевых облаков они больше и темнее;
71
облакам верхнего яруса присущ белый, шелковистый цвет, среднего яруса – серо-голубой, а нижнего яруса – серый с желтизной. Основания кучево-дождевых облаков имеют темно-серый, свинцовый цвет с фиолетовым оттенком;
ливневые осадки выпадают только из кучево-дождевых облаков, обложные – из слоисто-дождевых, моросящие – из слоистых.
Видоизменения некоторых форм облаков
Если Ci
увеличиваются, то могут преобразоваться в
Cs,
Cs переходят в
As в Ns.
Ас уплотняясь переходят
Sc, а Sc при снижении в
St, при уплотнении в
Ns; плотные Ns в период распада в
Sc.
As переходят в тонкие
Ас
Определение высоты нижней границы облаков
Под высотой облаков понимают высоту их нижней границы
(НГО)
над поверхностью земли. В основном измеряют высоту облаков нижнего яруса, т.е. до 2000 м. При этом определяется высота самых низких облаков.
На практике используются следующие методы определения нижней границы облаков:
1.
Светолокационный.
2.
Лазерный.
3.
Шар-пилотный.
4.
Триангуаляционный.
5.
Визуальный.
Основным методом в настоящее время на метеорологических станциях
Росгидромета является светолокационный метод определения НГО. Суть этого метода состоит в том, что высота облаков определяется по времени прохождения светом расстояния от источника светового импульса до НГО и обратно до приемника:
2
ct
H
, (19) где с – скорость света (3×10 8
м/с); t – время.
72
Этот метод реализуется в импульсном измерителе высоты облаков (ИВО-
1 М,
РBО-2M и др.
). Установка состоит из датчика и приемника световых импульсов, расположенных на расстоянии 8-10 м, пульта управления, соединительных кабелей (рис. 35). Датчик посылает вертикально к облаку световой импульс. Приемник с помощью фотоэлектронного умножителя преобразует отраженный от облака световой импульс в электрический сигнал и передает его на пульт управления. На экране пульта управления, представляющем собой модифицированный осциллограф, появляется всплеск, по которому и определяется НГО.
Рис. 35. Блок-схема светолокатора
Измерение высоты НГО с помощью РBО-2M
РВО-2M (рис. 36 а, б, в) обеспечивает возможность дистанционного измерения высоты нижней границы облаков в пределах от 30 до 1000 м в любое время суток при отсутствии осадков и тумана.
Рис. 36. Регистратор высоты облаков РВО – 2М: а - пульт управления, б - приемник, в - передатчик.
73
Измерение высоты нижней границы облаков осуществляется с пульта управления, для чего необходимо:
- подключить кабель питания к электросети;
- тумблер "СЕТЬ" поставить в положение ВКЛ;
- через 10-12 секунд летом и 15-20 секунд зимой нажать на ручку потенциометра и вращать ее до появления на экране ЭЛТ сигнала, после чего совместить середину переднего фронта сигнала с риской на экране и отпустить ручку. Учитывая, что импульсная лампа имеет ограниченный срок службы, держать ее включенной нужно 7-10 с;
- отсчитать значение высоты НГО по положению риски на стрелке
(рис. 37) относительно шкалы с точностью до десятка метров и записать его в рабочую книжку;
Например: 21.01.91 12.00 ВНГО – 180 м St.
Рис. 37. Характерные изображения отраженных сигналов на экранах пультов управления светолокаторов при различных условиях.
Лазерный методреализуется помощью прибора ЛИВО. Прибор посылает и принимает отраженный от облаков лазерный луч. При небольшой плотности облаков прибор позволяет определить и их расслоенность.
Достоинством прибора являются его небольшие размеры и малый вес.
Поэтому он устанавливается на подвижные метеостанции (ПМС).
До внедрения ИВО и ЛИВО использовались шар-пилотный и
триангуляционный методы.
Шар-пилот представляет собой резиновый шар диаметром 60-80 см, наполненный водородом. Перед пуском шара определяют с помощью гирь
74 его подъемную силу и рассчитывают скорость подъема. Наблюдая за шаром в теодолит или бинокль, определяют по секундомеру время от момента выпуска до момента, когда шар войдет в облако (начнет туманиться). Высота нижней границы облаков будет составлять
H = V ×t, (20)
где V – вертикальная скорость шар – пилота, м/мин, t – время, мин.
В темное время суток определение ВНГО может осуществляться триангуляционным методом с использованием прожекторной установки, дающей сильный узконаправленный пучок света. Луч прожектора направляется строго вертикально, а с помощью угломерного устройства, установленного на расстоянии L от прожектора, измеряют вертикальный угол α,под которым виден центр светового пятна на облаке от луча прожектора. ВНГО определяется по формуле
H = L ×tg α . (21)
Визуальный
метод
основывается на использовании значений характерных высот НГО различных форм и видов облаков, а также на опыте синоптика. Опыт синоптика достигается длительным по времени сравнением визуальных наблюдений за облачностью с показаниями приборов.
Визуальный способ определения высоты НГО разрешается:
– при отсутствии или неисправной аппаратуре;
– при неполной облачности (менее 5 баллов), когда над точкой наблюдения имеются значительные просветы в облаках, и с помощью приборов измерить высоту невозможно.
ВНГО записывается в метрах – до 2000 м, в километрах с десятыми – от 2 до 4 км, выше 4 км – в целых километрах.
При инструментальных измерениях высоту облаков отмечают с точностью до 10 м, а при визуальных – в градациях международного синоптического кода.
Например, высота облаков, определенная светолокатором, равна 175 м, записывается в дневник 170 м. Высота облаков, определенная визуально равна 350-400 м, записывается 300 м.
Верхняя граница облаков указывается в случаях, когда она определена с помощью самолета или радиолокатора.