Измерение интенсивности осадков с помощью плювиографа П-2

Измерение интенсивности осадков с помощью плювиографа П-2

Плювиограф П-2 состоит из приемного сосуда- цилиндра приёмной площадью 500 см² ; регистрирующей части, смонтированной на горизонтальной металлической полке внутри корпуса и состоящей из поплавковой камеры и часового механизма с барабаном для ленты, укрепленном на стержне. Приёмный сосуд соединен с железным цилиндрическим корпусом. В его передней части имеется вырез, который закрывается дверцей. В рабочем состоянии приёмный сосуд закрывается крышкой.

Слив осадков из поплавковой камеры происходит через стеклянный сифон. Осадки из сифона сливаются с помощью принудительного слива, смонтированного на крышке поплавковой камеры. Перо при сливе прочерчивает на ленте вертикальную линию, параллельную часовым линиям бланка.

Наблюдения за росой

К гололедно - изморозевым отложениям относятся отложения льда на поверхности сооружений, ветвях деревьев, проводах. Эти отложения относятся к опасным метеорологическим являниям. Определяются следующие характеристики гололедно-изморозевых отложений: вид; продолжительность обледениния ( время начала и окончания явления); размеры отложения на проводе; масса отложения на одном метре провода; ход развития процесса.

Наблюдения проводятся на гололедном станке (рис.17) расположенном в северной части метеоплощадки.

Рис. 17. Гололёдный станок.

1-провод; 2-скобы; 3-столбы.
Состоит станок из трёх стоек 3 с укрепленными на них парами проводов 1, которые служат приёмниками отложений льда. Для определения массы отложений снимаются верхние провода, для этого надевается специальная ванна, закрывается и вместе с проводом переносится в помещение. Вместо снятого провода устанавливается запасной. Массу отложений на участке провода длиной 25 см определяют после таяния с помощью измерительного стакана (в см³). Масса отложений в граммах численно равна объёму в кубических сантиметрах. Затем умножением на 4 определяют массу отложения, приходящуюся на 1 м длины провода.

Размеры отложения и массу определяют после прекращения нарастания отложений. Наблюдения проводят каждые два часа.

Наблюдения за снежным покровом - это ежедневные наблюдения за изменениями снежного покрова и периодические ландшафтно-маршрутные снегомерные съёмки для определения снегонакопления и запаса воды в снеге на элементах природного ландшафта.

Ежедневные наблюдения ведутся с момента образования снежного покрова до его исчезновения, в срок, ближайший к 8 час зимнего времени. При этом определяют: степеь покрытия снежным покровом земли и характер его залегания визуальным осмотром окрестности станции с одного и того же возвышенного места вблизи метеорологической площадки. Степень покрытия оценивается по 10-балльной шкале (0.1 часть видимой поверхности соответствует 1 баллу). Характер залегания снежного покрова : равномерный – без сугробов; неравномерный – небольшие сугробы; очень неравномерный - большие сугробы; а также состояние поверхности почвы: замерзшая, оттаявшая. Оценивается структура снега: снег свежий, пушистый, липкий, рассыпчатый и др.

Высота снежного покрова измеряется с помощью снегомерных реек. На метеорологической площадке устанавливается с начала установления снежного покрова 3 рейки, длина 130-180 см, цена деления 1 см и оцифровка через 10 см. Деление шкалы рейки окрашены черной краской, отсчёты с точностью 1 см. Данные измерений записываются в книжку КМ-5.

Основная цель маршрутных снегосъёмок - определение запасов воды в снежном покрове. На маршруте измеряют высоту снежного покрова и плотность снега. Съёмки проводятся на основных формах ландшафта, характерных для окружающей местности: поле, лес, овраги и т.п. Длина полевого маршрута 2000 или 1000 м. Маршруты располагаются на расстоянии не более 5 км от станции. Обычно производятся ежедекадно, а в период максимума снегозапасов и снеготояния – 1 раз в 5 дней. Высота снежного покрова измеряется переносной рейкой (рис. 19), плотность снега с помощью снегомера, запас воды в снег по результатам вычисляется по формуле.

Измеряется плотность снега с помощью снегомера (рис. 18).

Рис. 18. Снегомер весовой ВС-43 Рис.19. Рейки снегомерные

Снегомер состоит из снегозаборника, весов и лопатки. Снегозаборник выполнен в виде металлического цилиндра 9, который с одного конца закрывается крышкой 10, а с другого -оканчивается кольцевым утолщением с пилообразной режущей кромкой 7. Вдоль цилиндра нанесена шкала от 0 до 50 см. На цилиндре находится подвижное кольцо с душкой для подвешивания к весам 6. Весы снегомера состоят из металлической линейки 1, которая двумя осями 3 и 4, в виде призм, делится на два неровных плеча. Ось, расположенная под стрелкой и обращенная острием вниз, опирается на подушку кронштейна 7, который за кольцо 8 удерживается наблюдателем.

Для уравновешивания весов служит передвижной груз 2, скользящий по линейке весов и фиксирующийся в определенном месте пластинчатой пружиной. На линейке нанесены деления; каждое десятое деление обозначено цифрами от 1 до 30. Цена одного деления 5г.

Для отсчёта делений в грузе сделан вырез, на скошенном крае которого нанесена риска. Весы с подвешенной пустой трубой находятся в равновесии, когда риска в окне груза совпадает с нулевым делением шкалы. Положения равновесия определяют по совпадению стрелки с риской, нанесенной на кронштейне.

- Снегомер следует вынести наружу не менее чем за 0.5 часа до начала работы.

- Снегомер с помощью груза привести в состояние равновесия, зафиксировать показание, которое будет служить «0» отсчёта.

-Снять крышку с трубы снегомера и погрузить в снег зубчатым краем. Произвести отсчёт высоты снежного покрова по шкале трубы с точностью до 1 см.

-Надеть крышку и с помощью лопатки отгрести снег с одного бока трубы, подсунуть лопатку под трубу, закрывая нижнее отверстие, и не отнимая лопатки поднять трубу из снега. Перевернуть трубу крышкой вниз и подвесить за ручку.

-Перемещая груз по линейке весов, уравновесить взятую пробу снега и отсчитать положение груза на линейке. Результаты записать.

- Провести измерение 3 раза. При всех последующих измерениях необходимо вновь определить нулевое положение весов.

Если высота снежного покрова выше 60 см, весь столб снега вырезают последовательно в несколько приёмов.

Плотность снега вычисляют по формуле 11:

5n n

50h 10h

h- высота пробы снега, отсчитанная по делениям шкалы трубы, см.

Плотность снега вычислить с точностью до сотых долей г /см³.

Запас воды вычисляется по средней высоте и средней плотности снега ( формула12):

D = 10 hd ; (12 )

Где D- запас воды в снеге;

h - средняя высота снежного покрова в см;

d- средняя плотность снега в г\см³.

Общий запас воды в снежном покрове складывается из запаса воды в снеге; запаса воды в ледяной корке и слоя снега насыщенного водой, и воды, имеющейся в почве.

Запас воды в ледяной корке вычисляется умножением средней толщины ледяной корки на её плотность , равную 0.8

Запас воды в снеге, насыщенном водой, средняя толщина умножается на 0.8; а в слое талой воды – средняя толщина умножается на 10 .

Занятие 6.3. Распределение осадков по территории Западной Сибири.

Задание 6.3.1: Пользуясь данными таблицы 27 оценить изменение среднемесячного и годового количества осадков (мм), проанализировать изменение количества осадков в теплый (с мая по октябрь) и холодный ( с ноября по апрель) периоды года; объяснить такое распределение.

Таблица 27. Среднемесячное и годовое количество осадков (мм)

Таблица 28. Даты появления и схода снежного покрова, число дней в году со снежным покровом

Таблица29. Высота снежного покрова

Нормальное атмосферное давление 760 мм. рт.ст. или 1013.25 мб.

Для прогностических целей наряду с абсолютной величиной атмосферного давления на метеостанциях определяют величину и форму барической тенденции. Барическая тенденция- это изменение атмосферного давления за время между сроками наблюдений (3 часа). Имеет знак «+» при росте давления и знак «-» при понижении. Форму тенденции определяют по записи измерения давления самописцем (барографом).

Занятие 7.1. Методы и средства измерения атмосферного давления.

Задание: Составить план-схему по представленному материалу.

Для измерения атмосферного давления на сети метеостанций применяются следующие средства:

- барограф метеорологический М -22А (Рис. 20 а)

- барометр станционный чашечный ртутный СР-А (рис.20 б).

Принцип действия основан на свойстве анеройдных коробок реагировать на изменение атмосферного давления изменением своих геометрических размеров по высоте за счёт деформации мембран. Барограф состоит из датчика давления ( анеройдных коробок); температурного компенсатора; передаточного механизма, состоящего из системы рычагов с осями и тягами; регистрирующей части, состоящей из стрелки с пером и барабана с часовым механизмом ; корпуса.

Бланк разделен по вертикали горизонтальными параллельными линиями с ценой деления 1 гПа, а по горизонтали – вертикальными дугообразными линиями с ценой деления 15 мин для суточного и 2 часа – для недельного барографа.

Барометр станционный чашечный ртутный СР-А (рис.20 б) состоит из барометрической трубки - стеклянной, запаянной с верхнего конца, диаметром 7.2 мм, длиной 800 мм. Открытым концом трубка крепится в пластмассовой крышке или чугунной чашке 9, состоящей из трёх свинчивающихся частей. Трубка и чашка заполняются очищенной ртутью. С атмосферным воздухом барометр сообщается через отверстие в крышке чашки, закрывающейся винтом 1. Высота ртутного столба в стеклянной трубке измеряется по шкале 3, нанесенной в верхней части металлической защитной оправы 2. Сквозная прорезь позволяет видеть мениск ртутного столба в стеклянной трубке. В прорези с помощью кремальеры 7 движется кольцо с укрепленным на нём нониусом 5 для отсчётов с точностью до десятых долей шкалы. В нижней прорези защитной оправы укреплён термометр 8 для определения температуры барометра.

а) б)

а) барограф б) барометр станционный чашечный

В отсчёты по шкале барометра вводят три поправки:

-инструментальную поправку, учитывающую индивидуальные особенности конкретного прибора; она длительное время остаётся неизменной, определяется сличением с инспекторским барометром и указывается в поверочном свидетельстве;

-поправку на приведение веса ртути к нормальному ускорению свободного падения на широте 45^о на уровне моря;

-поправку на приведение показаний барометра к температуре 0^оС, так как удельный вес ртути зависит от температуры. Определяется по таблице «Поправки для приведения показаний барометра к показаниям при температуре 0^оС».

Постоянная поправка, поправка на приведение показаний барометра к температуре 0^оС и отсчёт по барометру алгебраически складываются. Полученное значение есть атмосферное давление на уровне станции.

Для вычисления атмосферного давления на уровне моря к атмосферному давлению на уровне станции прибавляется поправка, которая находится по таблицам, рассчитанным для каждой станции (таблица высылается на станцию отделом метеорологии Гидрометцентра).

Значение барометрической тенденции вычисляется как разность значений атмосферного давления на уровне станции ( с учётом поправок) в срок наблюдения и предыдущий срок (3 часа тому назад) с точностью до 0.1 гПа. Результат записывается в книжку КМ-1. Характеристика барометрической тенденции, определенная по таблице и записывается в книжку КМ-1 цифрой кода с изображением вида кривой, полученной на диаграммном бланке барографа.

Ртутные барометры неудобны для переноски, поэтому в полевых условиях используют барометры - анеройды. Барометр-анеройд предназначен для измерения атмосферного давления в наземных условиях при температуре от 0 до 40^оС и относительной влажности до 80%.

Задание 6.3 Лабораторная работа измерение давления с помощью барометра - анеройда (рис.21).


Рис.21. Внутреннее устройство барометра - анеройда

1-металлическая коробка, 2-полосовая пружина, 3-стрелка, 4-шкала.
Занятие 7.2. Измерение атмосферного давления с помощью барометра – анеройда.

Задание: Изучить методику измерения атмосферного давления с помощью барометра-анеройда, провести измерение давления.

Атмосферное давление воспринимается анеройдной коробкой 1, с волнистой крышкой. При повышении давления волнистая крышка прогибается внутрь коробки, при уменьшении распрямляется. Эти движения система рычагов 2 передаёт стрелке 3, указывающей на шкале 4 давление в мб (кПа) или мм. рт.ст. В шкале может быть укреплён термометр для определения температуры барометра.

- Поместить барометр горизонтально, при этом барометр должен быть защищен от влияния прямого солнечного излучения и резких колебаний температуры.

- Перед отсчётом для устранения влияния трения в механизме барометра, необходимо слегка постучать по корпусу или стеклу барометра.

- Отсчёт должен производится перпендикулярно к плоскости шкалы. Отсчёт производится с точностью до 0.05 кПа ( 0.5 мм. Рт. Ст).

• 
  Температура отсчитывается по термометру, погрешность которого не более 1^о С.
  
• 
  Отсчёт исправляется введением поправок, путём алгебраического сложения всех полученных значений.
  

Pt = Q+ bt +ct² + dt³ + K ( t -20) (Pk-P si ); (13)

Где Q= 24 Па ( 0.18 мм рт ст)

b = -1.2 Па / град ( - 0.009 мм рт ст /град );

с = /0.00186 Па / град ² (- 0.000014 мм рт ст /град²);

d= 0.00026 Па / град ³ ( 0.000002 мм рт ст /град³);

К = 0.000312;

Рк = 116954 Па ( 732 мм рт ст);

t = температура среды во время поверки;

Р si = значение давления определенное по барометру после установки стрелки, Па (мм. рт.ст)

С высотой атмосферное давление понижается. Изменение давления на единицу высоты называется вертикальным градиентом атмосферного давления. За единицу высоты принимается 100м. Величина градиента зависит от температуры воздуха и давления.

Величина обратная вертикальному градиенту давления , называется барической ступенью. Барическая ступень представляет собой высоту, на которую нужно подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на единицу давления, и выражается в м / гПа.

Разность давления на разных высотах можно определить с помощью барометрической формулы. На практике применяется упрощенной вариант формулы Лапласса-Бабине (14).

h = 1600 (1+αt) • (P_H – P_B)/(P_H + P_B) (14)

где: h-высота; t-средняя температура слоя атмосферы;P_H , P_{B –} давление на нижней и верхней кромке выделенного слоя; Α- постоянная величина, равная 0.0036.

С помощью этой формулы можно решить следующие задачи:

-приведение давления к уровню моря;

-вычисление распределения давления по высоте;

-определение превышений по разности давлений (барометрическое нивелирование).

Распределение давления в пространстве представляют с помощью изобарических поверхностей. Изобарическая поверхность- это поверхность, давление всех точек которой одинаково. Вследствие изменения температуры и давления в горизонтальном направлении изобарические поверхности не параллельны друг другу и земной поверхности и по своей форме разнообразны. В одних местах изобарические поверхности прогибаются вниз, образуя «котловины», в других- они выгибаются вверх, образуя «холмы».

В зависимости от формы изобар и распределения давления различают следующие виды барических образований (рис. 22).

Рис.22.Элементы барического поля ( Н-циклон, В - антициклон)