И продовольствия республики беларусь главное управление образования, науки и кадров



жүктеу 1.08 Mb.
бет2/7
Дата17.06.2016
өлшемі1.08 Mb.
1   2   3   4   5   6   7

Измерение температуры почвы. На метеорологических станциях наблюдения за температурой почвы осуществляются как на поверхности почвы, так и на различных глубинах. Для этого выбирают площадку размером 46 м, которую очищают от травяного покрова, а почву взрыхляют.


Для измерения температуры поверхности почвы и снежного покрова используют срочный, максимальный и минимальный термометры. Термометры устанавливают в середине оголенной площадки на расстоянии 5…6 см один от другого резервуарами на восток в приведенной ниже последовательности: первый с севера – срочный для измерения температуры поверхности почвы и снежного покрова, второй – минимальный, третий – максимальный. Срочный и минимальный термометры необходимо положить на поверхность строго горизонтально, а максимальный с небольшим наклоном в сторону резервуара. Термометры должны лежать на почве таким образом, чтобы их резервуары и наружная оболочка были наполовину заглублены в почву.

Срочный термометр применяется для измерения температуры поверхности почвы и снежного покрова в данный момент (сроки наблюдений). Это ртутный термометр с цилиндрическим резервуаром. Он имеет вставную шкалу с ценой деления 0,5°.

Минимальный термометр применяют для измерения самой низкой температуры за период между сроками наблюдений. Это термометр спиртовой, с ценой деления 0,5° со вставной шкалой и цилиндрическим резервуаром. Минимальные показания термометра определяются по легкому штифтику 1 (рис. 2.1), изготовленному из темного стекла с утолщениями на концах. При подъеме резервуара термометра штифтик свободно перемещается в спирте, но не выходит из него, так как благодаря своей легкости не может прорвать поверхностную пленку 2, ограничивающую мениск спирта.

Рис. 2.1. Приспособление для

отсчета минимальной температуры.
Штифтик подобран таким образом, что силы трения его о стенки капилляра больше силы расширения спирта и меньше силы поверхностного натяжения спирта. Поэтому при повышении температуры спирт, расширяясь, свободно обтекает штифт, а при понижении температуры, как только поверхностная пленка дойдет до штифтика, последний перемещается этой пленкой в сторону резервуара. Движется он до тех пор, пока температура понижается. При повышении температуры движение его прекращается. Положение конца штифта, который наиболее удален от резервуара, показывает по шкале минимальную температуру, а мениск спирта – температуру в данный срок измерения. Для приведения минимального термометра в рабочее положение резервуар термометра приподнимают вверх и держат до тех пор, пока штифт не соприкоснется с мениском спирта.

Максимальный термометр служит для измерения самой высокой (максимальной) температуры за период между сроками наблюдений. Это ртутный термометр с цилиндрическим резервуаром и вставной шкалой. Цена деления шкалы 0,5°. Показания максимальных значений температуры этим термометром сохраняются благодаря стеклянному штифту 2, который впаивается в дно резервуара 1 (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Приспособление для сохранения

максимальных показаний термометра.


Верхний конец штифта 2 входит в капилляр 3. В результате этого выход из резервуара в капилляр очень сужен. При повышении температуры ртуть в резервуаре расширяется и поднимается по капилляру, так как силы расширения ртути больше сил трения в месте сужения. При понижении температуры ртуть начинает уменьшаться в объеме, однако находящаяся в капилляре ртуть не может вернуться в резервуар, так как силы трения в месте сужения значительно превышают силы сцепления ртути. Столбик ртути, который останется в капилляре, показывает максимальную температуру за определенный промежуток времени. После отсчета максимальный термометр необходимо встряхнуть несколько раз сильными, но плавными движениями руки. После встряхивания показания максимального термометра должны быть близкими к показаниям срочного.

Для измерения температуры почвы на различных глубинах применяют ртутные коленчатые термометры Савинова и вытяжные термометры.



Ртутные коленчатые термометры Савинова (рис. 2.3) служат для измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15 и 20 см (пахотный слой). Это комплект из четырех термометров, которые имеют вставную шкалу с ценой деления 0,5. Резервуары термометров цилиндрические. Резервуар термометров изогнут под углом 135. Капилляр от резервуара до начала шкалы изолирован термоизоляционным материалом. Термоизоляция уменьшает влияние конвективных токов воздуха в стеклянной оболочке, которые могут возникнуть вследствие разницы температуры почвы на различных глубинах.

Термометры Савинова устанавливают на одной площадке с термометрами для измерения температуры поверхности почвы в направлении с востока на запад. Их устанавливают весной после оттаивания почвы и убирают осенью. Для установки каждого коленчатого термометра выкапывают траншею в виде трапеции АВСD (рис.2.3).

Северная сторона АВ траншеи отвесная. В ней в углубления, параллельно поверхности почвы, вставляют резервуары термометров по мере возрастания глубины. После установки необходимо проверить угол наклона выступающей части термометра к поверхности почвы. Этот угол должен быть равен 45°. Затем траншею засыпают землей, сохраняя последовательность вынутых пластов.

В сроки измерений наблюдатель становится с северной стороны и последовательно снимает показания, начиная с термометра, который установлен на глубине 5 см.




Рис. 2.3. Установка почвенных коленчатых

термометров Савинова.



Вытяжные ртутные термометры служат для измерения температуры почвы на глубинах 20, 40, 60, 80, 120, 160, 240 и 320 см. Они имеют цену деления 0,2°.

С целью уменьшения влияния внешней среды в момент отсчета термометр 1 вмонтирован в специальную оправу 2 с металлическим колпачком 3 (рис. 2.4). Для лучшего теплового контакта и увеличения инерции термометра пространство между резервуаром термометра и стенками колпачка заполнено медными опилками. Оправа с термометром крепится на деревянной штанге 4, длина которой зависит от глубины установки термометра. Штанга заканчивается колпачком 5 с кольцом 6, за которое термометр вынимают из почвы.






Рис. 2.4. Термометр вытяжной.

Вытяжные термометры опускают в пластмассовые или эбонитовые трубки 7, погруженные в почву на необходимую глубину и имеющие на нижнем конце металлические наконечники 8. Термометр воспринимает температуру только того слоя почвы, на котором находится металлический наконечник.

Вытяжные термометры размещают на открытом месте с естественным покровом. С помощью бура делают скважины нужной глубины и в них устанавливают трубы 7 в один ряд через каждые 50 см в направлении с востока на запад. Трубы должны выступать над поверхностью почвы на 40…50 см во избежание заноса их снегом в зимний период. После установки труб в них опускают термометры. Чтобы почва вокруг термометров не уплотнялась, отсчет по ним производят со специального помоста, расположенного с северной стороны термометров.

В сроки наблюдений термометры по очереди, начиная с наименьшей глубины, достают из трубки 7 за кольцо 6 и снимают отсчеты температуры. После этого термометр опускается в трубку. Наблюдения по термометрам на глубинах 60, 80, 120, 160, 320 см проводят на протяжении года один раз в сутки, днем, а на глубинах 20 и 40 см – во все сроки наблюдений.



Измерение температуры воздуха. На метеорологических станциях для измерения температуры воздуха применяются термометры: психрометрический (срочный), максимальный и минимальный. Для непрерывной регистрации температуры воздуха служит термограф.

Психрометрический термометр. Температуру воздуха измеряют при помощи сухого термометра, который является частью психрометра, и в свою очередь предназначен для измерения влажности воздуха. Наиболее широкое применение получили два типа психрометров – станционные и аспирационные.

Психрометрический термометр – ртутный, с шаровидным резервуаром и металлическим колпачком в верхней части с ценой деления 0,2°. Станционный психрометр устанавливают в психрометрической будке 1 (рис. 2.5).



Рис. 2.5. Психрометрическая будка.

Стенки психрометрической будки состоят из двойных жалюзи, расположенных одна над другой под углом 45° к горизонту. Жалюзийные стенки защищают термометры от прямого попадания солнечных лучей и вместе с тем не препятствуют свободному доступу воздуха. Будка ориентируется дверцей на север, чтобы во время отсчетов на термометры не падали солнечные лучи, и укрепляется на подставке 2 высотой 175 см. Для удобства отсчетов около будки устанавливают лесенку 3.

Внутри будки имеется штатив 6 (рис. 2.6), на котором крепятся вертикально два психрометрических термометра: слева – сухой 1, по которому определяют температуру воздуха, справа – смоченный 2. Максимальный 4 и минимальный 5 термометры располагают резервуарами к востоку на особые дугообразные лапки, прикрепленные к нижней перекладине штатива, причем максимальный термометр устанавливают в верхней паре лапок, а минимальный – в нижней паре папок горизонтально.



Рис. 2.6. Установка термометров в

психрометрической будке.

После отсчета температуры максимальный термометр встряхивают и повторно делают второй отсчет. Штифтик минимального термометра подводят к мениску спирта.



Термограф. Термограф служит для непрерывной записи изменений температуры воздуха на протяжении суток или недели. Поэтому термографы бывают суточные и недельные. Он состоит из трех основных частей: приемной, передающей и регистрирующей (рис.2.7). Приемником термографа является биметаллическая пластинка 1, изготовленная из металлов с различным термическим коэффициентом линейного расширения. В результате этого биметаллическая пластинка изгибается пропорционально изменению температуры. Один конец биметаллической пластинки закреплен неподвижно к колодке 2, а второй – перемещается. К свободному концу биметаллической пластинки прикреплен рычаг 3, который соединен тягой 4 с рычагом 5 коленчатого вала. Вторым рычагом коленчатого вала является стрелка 6, заканчивающаяся пером, которое касается ленты барабана 7. Перо заполняется специальными чернилами с примесью глицерина.

Рис. 2.7. Термограф биметаллический.
Барабан вращается при помощи часового механизма вокруг оси, а перо, касаясь бумажной ленты, вычерчивает на ней график, который соответствует изменениям температуры воздуха.

Регистрирующая часть термографа – барабан 7 с часовым механизмом внутри. Благодаря часовому механизму барабан вращается вокруг неподвижной оси укрепленной на основании корпуса. В зависимости от скорости вращения барабана термографы делятся на суточные и недельные.

Часовые механизмы бывают двух типов: суточные (продолжительность одного оборота барабана 26 ч) и недельные (продолжительность одного оборота барабана 176 ч). Бумажная лента термографа расчерчена прямыми горизонтальными и вертикальными дугообразными линиями. Горизонтальные линии образуют шкалу температуры с ценой деления 1°С. Вертикальные дугообразные линии образуют шкалу времени с ценой деления 15 мин для суточного термографа, 2 часа – для недельного. Перед запуском термографа на ленте делается засечка с указанием времени и температуры воздуха.
Задачи лабораторной работы
1. Произвести обработку ленты термографа (суточного хода изменения температуры воздуха).

2. Построить графики годового хода температуры почвы на различных глубинах по данным одной из метеостанций.

3. Построить графики годового хода среднемесячной температуры воздуха, абсолютного максимума и абсолютного минимума температуры воздуха по данным одной из метеостанций.
Порядок выполнения работы
Подготовка термографа к работе.
1. На барабан термографа накладывают ленту и закрепляют ее специальной пружиной.

2. В таком виде барабан надевают на неподвижную ось корпуса и к нему подводят стрелку с пером.

3. В месте установки пера на ленте засечками отмечают время и температуру воздуха в данный момент.

4. Заводят часовой механизм на сутки и закрывают крышку термографа.

5. На открытой площадке термограф устанавливают в жалюзийной будке.

6. По истечении суток на ленте самописца отмечают время окончания записи и температуру воздуха. После этого производится обработка ленты термографа.


Обработка записи на ленте термографа
1. Выделяют при помощи карандаша на графике хода температуры каждый час в промежутке времени между засечками, сделанными в «срочные» часы наблюдений.

2. Снимают и записывают в таблицу ежечасовые показания температуры термографа с точностью до 0,1°С.

3. Заносят в таблицу действительные значения температуры воздуха, полученные в сроки наблюдений по сухому термометру психрометра.

4. Вычисляют разность между действительными значениями температуры, полученными в «сроки» наблюдений, и показаниями термографа. Эта разность температур представляет собой поправку к показаниям записи термографа в сроки наблюдений.

5. Определяют поправки для всех остальных часов в промежутке между сроками наблюдений. Для этого необходимо найти разность поправок двух соседних сроков наблюдений и разделить эту разность на количество часов между ними с точностью до 0,01. Полученная величина будет средним значением поправки термографа за каждый час.

Например, поправка в 12 ч была –0,4°, в 18 ч стала + 0,2°. За 6 ч работы поправка изменилась на 0,6° (от – 0,4 до 0,2°) а за 1час – на 0,1°. Зная изменение поправки за 1 ч, можно рассчитать значение поправок для каждого часа. В нашем примере получаются следующие величины.




Часы

12

13

14

15

16

17

18

Поправка, °С

– 0,4

– 0,3

–0,2

–0,1

0,0

+ 0,1

+ 0,2

6. Алгебраически суммируя поправку с показаниями термографа в соответствующие часы, получают исправленные значения температуры по термографу. Аналогичная работа проводится и для других участков ленты термографа.

7. Определяют по графику на ленте самое высокое (абсолютный максимум) и самое низкое (абсолютный минимум) значения температуры воздуха с учетом поправок, отмечают время наступления экстремальных температур, определяют амплитуду суточных температур воздуха.

По данным одной из метеостанций (приложение 1) построить графики годового хода температуры почвы на различных глубинах. Определить величину годовой амплитуды, месяц начала и время (в сутках) опоздания максимума и минимума для каждой глубины.

Используя данные одной из метеостанций (приложение 2), построить графики годового хода среднемесячной температуры воздуха, абсолютного максимума и абсолютного минимума температуры воздуха.

Контрольные вопросы
1. Какие типы термометров используются в метеорологии?

2. Устройство и принцип работы жидкостных термометров.

3. Температурные шкалы. Переход от температуры одной шкалы к другой.

4. Устройство и принцип работы термометров для измерения температуры поверхности почвы (срочный, максимальный и минимальный).

5. Почвенные термометры и их устройство.

6. Термометры для измерения температуры воздуха.

7. Назначение и устройство термометра.

8. Последовательность обработки ленты термографа.


Р а б о т а 3. ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА
Водяной пар, находящийся в воздухе, характеризует влажность воздуха. Он поступает в атмосферу в результате испарения с поверхности Мирового океана, рек, озер, поверхности суши, ледяного и снежного покрова, растительности и т.д.

Содержание водяного пара в воздухе характеризуется следующими величинами: абсолютной влажностью, парциальным давлением (упругостью) водяного пара, относительной влажностью, дефицитом упругости водяного пара, точкой росы.



Абсолютная влажность а – количество водяного пара в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха при данной температуре (г/м3).

Парциальное давление (упругость) водяного пара е – давление, которое имел бы водяной пар, находящийся в воздухе, если бы он занимал объем, равный объему воздуха при той же температуре.

Парциальное давление в Международной системе единиц СИ измеряется в гПа. 1гПа = 100 Па, парциальное давление может также измеряться в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), 1 мм рт. ст. = =1,33гПа.

Между абсолютной влажностью и парциальным давлением существует зависимость

, (3.1)
где а – абсолютная влажность, г/м3;

е – парциальное давление водяного пара, гПа;

t – температура воздуха, °С,

α – объемный коэффициент теплового расширения воздуха,С–1. α = 0,00366 С–1.

Парциальное давление (упругость) водяного пара, находящегося в воздухе, может возрастать до определенного предела, который называется давлением (упругостью) насыщенного водяного пара Е. Вычисленные значения давления насыщенного водяного пара над плоской поверхностью чистой воды представлены в приложении 3.

Парциальное давление (упругость) водяного пара вычисляется по психрометрической формуле
е = Е´ – А Р (tt´), (3.2)
где е – парциальное давление (упругость) водяного пара, гПа;

Е´– давление (упругость) насыщенного водяного пара, взятое по показаниям смоченного термометра, гПа (прилож.3);

Р – атмосферное давление, гПа;

t – температура сухого термометра, С;

t´ – температура смоченного термометра, С;

Апсихрометрический коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха около резервуара смоченного термометра, С–1.

Для станционного психрометра А = 0,0007947 С –1 , для аспирационного А = 0,000662 С –1 .



Относительной влажностью f называется отношение парциального давления (упругости) водяного пара к давлению (упругости) насыщенного водяного пара при данной температуре, выраженное в процентах. Относительная влажность характеризует степень насыщения воздуха водяным паром при данной температуре и выражается формулой

. (3.3)
Дефицитом упругости водяного пара d называется разность между давлением насыщенного водяного пара Е находящегося в воздухе при данной температуре и парциальным давлением е. Дефицит упругости водяного пара измеряется в гПа.
d = Ее. (3.4)
Точкой росы td называется температура, до которой должен охладиться воздух при данном давлении, чтобы содержащийся в нем водяной пар стал насыщенным.

При f = 100 % фактическая температура воздуха совпадает с точкой росы. Зная парциальное давление водяного столба е, можно определить точку росы td по таблицам упругости насыщенного водяного пара Е (приложение 3).

Влажность воздуха может быть измерена несколькими методами. Наибольшее распространение получили психрометрический и гигрометрический методы. Приборы, которые используются при измерении влажности воздуха психрометрическим методом, называются психрометрами.

Психрометрический метод. Влажность воздуха определяется по разности показаний двух одинаковых психрометрических термометров– сухого и смоченного. С поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение, которое зависит от влажности окружающего воздуха. Чем суше воздух, тем интенсивнее испарение с резервуара смоченного термометра и тем ниже его показания по сравнению с сухим термометром. Следовательно, по разности показаний сухого и смоченного термометров можно определить влажность воздуха.

Гигрометрический метод измерения влажности воздуха основан на использовании свойства обезжиренного человеческого волоса менять свою длину при изменении влажности окружающего воздуха. Удлинение волоса с изменением относительной влажности воздуха происходит неравномерно.

Станционный психрометр состоит из двух одинаковых психрометров с ценой деления 0,2°, помещенных рядом на особом штативе в психрометрической будке и стаканчика для дистиллированной воды (см. рис. 2.5). Левый термометр – «сухой», предназначен для измерения температуры воздуха, а правый – «смоченный», служит для измерения температуры собственного резервуара. Резервуар смоченного термометра плотно обернут батистом, нижний конец которого погружен в стаканчик с дистиллированной водой 2. При помощи батиста обеспечивается капиллярное поступление воды к поверхности резервуара и беспрерывное поддержание его во влажном состоянии.

Отсчеты по психрометрическим термометрам производят быстро, причем сначала отсчитывают десятые доли, а потом целые градусы. Для определения влажности воздуха психрометры используются при температурах не ниже – 10°С.

При температуре ниже 0°С батист обрезают на 2 – 3 мм ниже термометра и стаканчик с водой убирают. Смачивают батист за 30 мин до отсчета водой комнатной температуры, погружая резервуар смоченного термометра в стаканчик. Стаканчик убирают после того, как температура смоченного термометра повысится на 2 – 3° выше 0°; это значит, что лед на батисте растаял.

Аспирационный психрометр очень удобен для измерения влажности воздуха в полевых условиях. По принципу действия он аналогичен станционному.

Аспирационный психрометр (рис. 3.1) состоит из двух одинаковых психрометрических термометров 1 и 2 с резервуарами цилиндрической формы.

Термометры закреплены в оправе, состоящей из трубки 3, раздваивающейся книзу на две трубочки 5, 6, планок 4 и аспиратора 7. В трубочках 5, 6 имеются еще внутренние трубки 11, 12, в которых помещаются резервуары термометров. Двойные трубки защищают резервуары от нагревания солнечными лучами. Чтобы тепло от корпуса не передавалось к резервуарам, трубки изолируются от него пластмассовыми кольцами 9, 10. Важной частью аспиратора является пружина, которую заводят ключом 8. В результате работы аспиратора вокруг резервуаров термометров создается постоянный ток воздуха со скоростью 2 м/с. Поэтому показания прибора не зависят от скорости ветра.

Рис. 3.1. Аспирационный психрометр.


Для лучшего отражения солнечных лучей металлические части прибора никелированы.

Психрометр подвешивают за железный крюк-подвес 13, который может быть ввинчен в деревянный столб на требуемую высоту.

Для смачивания батиста пользуются резиновой грушей 14 со стеклянной пипеткой 15 и зажимом 16.

1   2   3   4   5   6   7


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет