Правила проведения актинометрических и теплобалансовых наблюдений и работ ахова навакольнага асяроддзя I прыродакарыстанне Гiдраметэаралогiя правiлы правядзення актынаметрычных



жүктеу 7.76 Mb.
бет9/33
Дата17.06.2016
өлшемі7.76 Mb.
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   33

8 Правила выполнения теплобалансовых наблюдений



8.1 Общие сведения
8.1.1 Исходные положения

8.1.1.1 Подсистема наблюдений за составляющими теплового баланса деятельной поверхности является составной частью системы гидрометеорологических (геофизических) наблюдений. Она предназначена для получения данных о расходе солнечной радиации, поступающей на земную поверхность, поэтому тесно связана с подсистемой актинометрических наблюдений, составляя с нею единое целое.

8.1.1.2 Тепловой баланс деятельной поверхности записывается в виде уравнения теплового баланса, которое является частным случаем сохранения энергии:
B + P+ L+ V = 0, (8.1)
где В – радиационный баланс деятельной поверхности, кВт/м2;

Р – поток тепла в почве, кВт/м2;

L – турбулентный поток тепла в приземном слое атмосферы, кВт/м2;

V – затрата тепла на испарение с деятельной поверхности или его выделение при конденсации водяного пара на этой поверхности, кВт/м2.

Поскольку теплобалансовые наблюдения предназначаются в первую очередь для оценки расхода радиационного тепла, для деятельной поверхности уравнение теплового баланса можно записать в виде равенства:


B = P + L + V. (8.2)
Члены уравнения (8.2) называют составляющими теплового баланса деятельной поверхности.
Примечание - Термин деятельная поверхность здесь и ниже условно используется вместо более точного термина деятельный слой.
В зависимости от продолжительности интервала для которого они определяются, различают их «срочные» значения и «суммы» (суточные, месячные, за сезон, вегетационный период, год и т. п.). Срочные значения выражают в кВт/м2 точностью до сотых, суммы за соответствующий период – в МДж/м2 с точностью до целых.

Уравнение (8.2) включает в себя только основные составляющие теплового баланса. Наряду с ними на деятельную поверхность влияют и менее существенные источники прихода и расхода тепла, связанные, например, с затратой тепла на таяние льда и снега, выделением тепла при замерзании воды, затратой тепла в процессе фотосинтеза и т. д. Сумма всех этих видов прихода и расхода тепла значительно меньше каждого из значений четырех основных составляющих, входящих в уравнение (8.2). Такие источники прихода или расхода тепла учитывают при специальных исследованиях, когда в отдельных районах или в отдельные периоды может возникнуть необходимость дополнить уравнение членами, выражающими, например, расход тепла на снеготаяние или выделение тепла при формировании ледового покрова и т. п. Несколько иной вид уравнение (8.2) приобретает для поверхностей крупных водоемов и поверхностей, покрытых древесной растительностью или сельскохозяйственными культурами. В этом случае как наблюдения, так и обработка их проводятся по другой методике.



8.1.1.3 Радиационный баланс деятельной поверхности (В), или «остаточная радиация», представляет собой разность между приходом и расходом лучистой энергии. Приход состоит из поглощенной коротковолновой прямой и рассеянной солнечной радиации и длинноволнового излучения атмосферы, расход – из коротковолновой отраженной радиации и длинноволнового излучения деятельной поверхности. Если приходная часть больше расходной, т. е. поверхность поглощает больше лучистой энергии, чем отражает и излучает, то радиационный баланс положителен; избыток полученной энергии расходуется на прогрев почвы и воздуха и на испарение с деятельной поверхности. Если же приходная часть радиационного баланса меньше расходной, т. е. поверхность излучает и отражает больше лучистой энергии, чем поглощает, то радиационный баланс отрицателен. В этом случае потеря энергии поверхностью возмещается теплом, отнимаемым ею от почвы и воздуха и выделяющимся при конденсации на ней водяного пара.

В умеренных широтах положительные значения радиационного баланса характерны для дневных часов, особенно в теплое время года, отрицательные значения – для ночных часов и в зимнее время.



8.1.1.4 Поток тепла в почве (Р) характеризует собой теплообмен между деятельной поверхностью и нижележащими слоями.

Теплообмен в почве имеет характер молекулярной теплопроводности, аналогичной теплопроводности в твердом теле. Поток тепла в почве зависит от величины и знака разности температур деятельной поверхности и нижележащих слоев, а также от коэффициента молекулярной теплопроводности почвы λ [Вт/(мК)].

Если температура деятельной поверхности больше температуры нижележащих слоев, то поток тепла направлен от поверхности вглубь и почва прогревается; такой поток тепла в почве принято считать положительным. Если же деятельная поверхность холоднее нижележащих слоев, то поток тепла направлен из глубины к поверхности и почва охлаждается; такой поток тепла в почве принято считать отрицательным. При определении теплообмена в почве необходимо иметь также сведения об ее объемной теплоемкости с [Дж/(м3К)] и коэффициенте температуропроводности  (м2/с). Эти характеристики почвы в свою очередь зависят от ее состава, структуры и особенно влажности.

8.1.1.5. Турбулентный поток тепла (L) характеризует собой теплообмен между деятельной поверхностью и приземным слоем атмосферы. Этот теплообмен осуществляется благодаря турбулентному перемешиванию атмосферы и прекращается при его отсутствии. Над достаточно обширной ровной и однородной деятельной поверхностью турбулентный поток тепла в приземном слое мало изменяется с высотой, поэтому принимается равным потоку, уходящему от деятельной поверхности в атмосферу или поступающему к ней из атмосферы. Турбулентный поток тепла зависит от разности температур поверхности и прилегающего к ней слоя атмосферы, а также от интенсивности турбулентного перемешивания в этом слое.

Если температура деятельной поверхности выше температуры воздуха, то турбулентный поток тепла направлен от поверхности в воздух; такой поток принято считать положительным. Получая тепло от поверхности, воздух нагревается. Если же температура деятельной поверхности ниже температуры воздуха, то турбулентный поток тепла направлен из воздуха к поверхности. Такой поток принято считать отрицательным. Отдавая тепло поверхности, воздух охлаждается.



Отличительной особенностью турбулентного теплообмена в атмосфере по сравнению с молекулярным теплообменом в почве является значительно большая его интенсивность при одинаковой разности температур.

8.1.1.6 Затрата тепла на испарение (V) также связана с турбулентным перемешиванием в приземном слое атмосферы и с переносом водяного пара в этом слое. Поток водяного пара, направленный от деятельной поверхности к атмосфере, принято считать положительным. Такой поток возможен лишь тогда, когда с деятельной поверхности происходит испарение. На испарение затрачивается тепло. Следовательно, при положительном потоке водяного пара деятельная поверхность теряет тепло на испарение. Поток водяного пара, направленный от атмосферы к деятельной поверхности, принято считать отрицательным. Такой поток связан с процессами, противоположными испарению, т. е. с конденсацией или сублимацией водяного пара на поверхности. При этих процессах выделяется тепло. Следовательно, при отрицательном потоке водяного пара деятельная поверхность получает тепло конденсации или сублимации.

8.1.1.7 В настоящее время из четырех составляющих теплового баланса на станциях непосредственно измеряется только радиационный баланс. Остальные составляющие рассчитываются по данным градиентных наблюдений над температурой и влажностью воздуха, скоростью ветра, а также над температурой и влажностью почвы на различных глубинах. Остальные составляющие рассчитываются по данным градиентных наблюдений над температурой и влажностью воздуха, скоростью ветра, а также над температурой и влажностью почвы на различных глубинах.

8.1.1.8 Кроме составляющих теплового баланса, результаты теплобалансовых наблюдений позволяют определять ряд других важных характеристик, таких, как интенсивность турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы, характеризуемая коэффициентом турбулентности, параметр шероховатости подстилающей поверхности, состояние вертикальной устойчивости в приземном слое воздуха и др., а результаты наблюдений за температурой и влажностью почвы – ряд теплофизических характеристик почвы: температуропроводность, объемную теплоемкость.
Примечание – приземным слоем атмосферы называется тот нижний ее слой, в котором изменение основных метеорологических элементов определяется непосредственными механическими, тепловыми и другими воздействиями деятельной поверхности. В частности, распределение с высотой скорости ветра определяется в этом слое силой трения, зависящей от шероховатости поверхности, и термической стратификацией слоя, а распределение температуры и влажности воздуха – притоком лучистой энергии, свойствами подстилающей поверхности и интенсивностью турбулентного перемешивания. Высота приземного слоя зависит от характера поверхности, размеров ее однородного участка и от интенсивности турбулентного перемешивания. Она может составлять от нескольких метров до нескольких десятков метров.
8.1.2 Принципы расчета составляющих теплового баланса

8.1.2.1. Расчет потока тепла в почве основан на данных об изменении температуры почвы с глубиной и во времени при известных теплофизических характеристиках почвы. Для точного определения этого потока следовало бы рассматривать весь слой почвы, в котором за данный интервал времени отмечается изменение температуры, однако для простоты иногда ограничиваются лишь глубиной 20 см. На этой глубине колебания температуры, как правило, еще не прекращаются, но основной теплообмен за короткие интервалы времени между сроками наблюдений совершается в пределах этого слоя.

Поток тепла в почве за интервал между двумя соседними сроками находится по результатам измерения температуры и влажности почвы до глубины 80 см по формуле


c

P1 = –––– S, (8.3)

τ
где с – средняя для слоя 0 – 80 см объемная теплоемкость почвы, определяемая с учетом измерений влажности почвы, Дж/(м3·К);

τ – продолжительность интервала, за который находится поток P1, с ;

S величина, характеризующая изменение температуры 80-сантиметрового слоя почвы за интервал τ, °С.

Если наблюдения проводятся только до глубины 20 см, то поток тепла в почве может быть рассчитан по формуле:



с

P2 = ––– ﴾S1 – ––––––– S2), (8.4)

τ H2H1

где S1 – величина, характеризующая изменение температуры 20-сантиметрового слоя почвы за интервал τ, °С;

 – средний коэффициент температуропроводности верхнего 20-сантиметрового слоя почвы, Вт/(м2·К);



Н1 и Н2 – фиксированные глубины в этом слое, причем Н2>Н1, см;

S2 — величина, характеризующая изменение во времени разности температур на глубинах H1 и Н2.

Расчет Р, S1, а и S2 производится в соответствии с 8.5.2.

Формула (8.4) содержит член с S2, характеризующий поток тепла в почве ниже уровня Н1 и зависящий от средней теплопроводности слоя почвы до глубины H1 и от разности температур на глубинах H1 и Н2. При расчете потока тепла по данным о температуре на глубинах 5, 10, 15 и 20 см принимают Н1 = 10 см, Н2 = 20 см. При приближенных оценках второе слагаемое в некоторых случаях может быть опущено.

Формулы (8.3) и (8.4) используются не только для расчета потока тепла в почве, среднего за интервал между сроками, но и для определения его суточных сумм. Путем интерполяции величин P1 можно определить поток тепла в почве Р в срок наблюдений.

Объемной теплоемкостью почвы (с) называется количество тепла, требующееся для нагревания 1 см3 почвы на 1 °С. Объемная теплоемкость влажной почвы определяется по ее плотности, удельной теплоемкости и влажности. Ее можно представить в виде суммы теплоемкости сухой части почвы и теплоемкости воды, содержащейся в единице объема влажной почвы, и записать в виде:
c = cп g + cв g w, (8.5)
где с – объемная теплоемкость влажной почвы, Дж/(м3·К);

сп – удельная теплоемкость сухой части почвы, Дж/(кг·К);

св – удельная теплоемкость воды, Дж/(кг·К);

g – плотность сухой части почвы, г/см3;

w – влажность почвы, %.

В этой формуле cп g – объемная теплоемкость сухой части почвы; cв g w – объемная теплоемкость воды; g w – количество воды в 1 см3 почвы (при условии, что влажность почвы определена как отношение массы воды к массе сухой ее части).

Плотность сухой части почвы g, т. е. масса 1 см3 абсолютно сухой почвы при ненарушенной структуре, вычисляется как отношение массы абсолютно сухой части пробы почвы к объему бура или цилиндра, которым взята эта проба. Плотность сухой части почвы на станциях определяется при организации наблюдений над тепловым балансом специалистом Республиканского гидрометеоцентра или агрометеостанции в соответствии с Руководством по определению агрогидрологических свойств почвы на гидрометеостанциях ТКП 17.10-09. Отличие состоит лишь в том, что определяется средняя плотность слоя 0 – 20 см. Определение плотности сухой почвы в дальнейшем повторяется 1 раз в 3 года.

При расчете объемной теплоемкости на станции плотность сухой части почвы в период между ее определениями принимается постоянной.

Удельной теплоемкостью сухой части почвы сп называется количество тепла, необходимое для нагревания 1 г сухой почвы на 1 ºС. Каждому виду почв соответствует определенная удельная теплоемкость (таблица 8.4).

8.1.2.2 Движение воздуха в естественных условиях никогда не является плавным, спокойным. Отдельные объемы воздуха не могут перемещаться строго параллельно друг другу. Наоборот, под влиянием неровностей деятельной поверхности, неравномерного нагревания различных ее участков, а также изменения с высотой скорости ветра и температуры воздуха в атмосфере непрерывно возникают и беспорядочно перемещаются во всех направлениях отдельные объемы воздуха (вихри) разных размеров. Это беспорядочное перемещение объемов воздуха и называется турбулентным перемешиванием. В процессе перемешивания турбулентные вихри переносят с собою тепло, водяной пар, аэрозоль и различные другие свойства того объема воздуха, который они захватывают, осуществляя интенсивный теплообмен и влагообмен между деятельной поверхностью и атмосферой.

Интенсивность турбулентного перемешивания количественно характеризуется коэффициентом турбулентности (k), который может быть различным для разных субстанций.

Коэффициент турбулентности тем больше, чем шероховатее деятельная поверхность и чем больше скорость ветра. Коэффициент турбулентности в приземном слое атмосферы возрастает с высотой. С целью получения сравнимых результатов его принято при всех измерениях определять для одинаковой высоты – 1 м. Значение k на этой высоте обозначают через k1 и выражают в м2/с с точностью до сотых долей.

8.1.2.3 В соответствии с характером перераспределения радиационного тепла и с закономерностями изменений составляющих теплового баланса в каждом районе происходит формирование определенного метеорологического режима приземного слоя атмосферы в то или иное время года. Оно в значительной мере зависит от того, является ли сумма радиационного баланса за это время года положительной или отрицательной.

Если радиационный баланс деятельной поверхности положителен, то обычно имеет место уменьшение температуры и влажности воздуха с высотой и температуры почвы с глубиной. Над поверхностями с малым увлажнением наблюдается отклонение от такого распределения метеорологических элементов. Например, над очень сухими поверхностями, с которых испарение не происходит, не будет заметного изменения влажности воздуха с высотой. А на поверхностях с избыточным увлажнением испарение так велико, что радиационного баланса иногда может не хватить для обеспечения теплом столь большого испарения. Тогда некоторое количество тепла «отнимается» деятельной поверхностью от прилегающего к ней слоя атмосферы, в связи с чем в этом слое устанавливается инверсия.

Если температура воздуха у поверхности меньше, чем в вышележащих слоях, т. е. имеется инверсия, то создается устойчивое состояние атмосферы, уменьшающее интенсивность турбулентного перемешивания. Если же температура воздуха у поверхности больше, чем в вышележащих слоях, то создается неустойчивое состояние атмосферы, усиливающее турбулентное перемешивание,

Соотношение между составляющими теплового баланса может быть разным в зависимости от характера и состояния деятельной поверхности. Чем больше увлажнена поверхность, тем больше затраты тепла на испарение. На сухих же поверхностях преобладает турбулентный поток тепла.

Если радиационный баланс деятельной поверхности отрицателен, то происходит охлаждение почвы и обычно наблюдается увеличение температуры и влажности воздуха с высотой, т. е. инверсия температуры и влажности, а температура почвы возрастает с глубиной.

Существенное влияние на изменение метеорологических элементов с высотой оказывает ветер. С увеличением скорости ветра усиливается турбулентное перемешивание воздуха, что приводит к выравниванию температуры и влажности на разных высотах, в частности к ослаблению инверсий.


8.2 Организация наблюдений
8.2.1 Содержание наблюдений

8.2.1.1 Теплобалансовые наблюдения выполняются на метеорологических станциях, проводящих актинометрические наблюдения. В объем работы теплобалансовых станций входит:

- проведение систематических наблюдений;

- контроль и сравнение приборов;

- первичная обработка результатов наблюдений;

- составление таблицы ТМ-16;

- технический контроль материалов.



8.2.1.2 Теплобалансовые наблюдения проводятся по полной или по сокращенной программе. Наблюдения по полной программе включают:

- измерение (или регистрацию) радиационного баланса и его составляющих;

- измерение температуры и влажности воздуха (упругости водяного пара) на уровнях 0,5 и 2 м (по пяти отсчетам в срок наблюдений на каждом уровне);

- измерение скорости ветра на тех же уровнях (в некоторых случаях допускается измерение скорости ветра на одном уровне – 1 м);

- измерение температуры деятельной поверхности и температуры на глубинах 5, 10, 15, 20 см под естественным травяным покровом;

- определение влажности верхнего слоя почвы (до 20 см);

- наблюдение за направлением ветра, облачностью, интенсивностью солнечного сияния, состоянием деятельной поверхности, высотой растительного или снежного покрова, характером погоды.

Для расчета упругости водяного пара проводятся измерения давления воздуха.

При сокращенной программе уменьшается число сроков наблюдений, число отсчетов по приборам и могут быть исключены измерения температуры и влажности почвы на глубинах.
8.2.2 Организация наблюдений за элементами теплового баланса

8.2.2.1 Наблюдения за составляющими теплового баланса организуются на всех актинометрических станциях и на станциях, имеющих площадку (репрезентативную) для проведения этих наблюдений.

В отдельных случаях могут быть организованы и специальные теплобалансовые наблюдения для определения всех или некоторых составляющих теплового баланса. Такие наблюдения проводятся по особой программе.



8.2.2.2 Площадка для теплобалансовых наблюдений должна быть открытой, ровной и находиться от таких препятствий, как здания, заборы, отдельные деревья и т. п., на расстоянии, превышающем 20-кратную их высоту. В случае необходимости можно допустить, чтобы указанная удаленность имела место только со стороны преобладающего направления ветра, а с других сторон удаленность до препятствий была меньше. Если имеющаяся метеорологическая площадка отвечает этому требованию, то с юга к ней прирезается дополнительный участок 10x26 м, на котором и размещаются необходимые установки. Если метеорологическая площадка (далее – метеоплощадка) не соответствует этим требованиям, то установки для теплобалансовых наблюдений следует вынести за ее пределы. При значительном отличии поверхности выбранного участка от поверхности основной метеорологической площадки за пределы последней нужно выносить также и актинометрические наблюдения.

Полностью открытые, ровные и однородные площадки встречаются лишь в степях, пустынях, тундре. В лесостепях, на лесных полянах и в других местностях допускаются отклонения от правила о 20-кратном удалении от препятствий. Но при этом важно, чтобы защищенность или неоднородность поверхности отвечала естественным условиям (например, кромка леса или урез воды), а не являлась искусственным сооружением (забор, стена дома или какие-либо другие препятствия).

Одновременно с выбором площадки для теплобалансовых наблюдений выбирается постоянный участок для наблюдений над влажностью почвы площадью около 100 – 150 м2. Этот участок и площадка для теплобалансовых наблюдений должны иметь сходные условия: рельеф, естественный покров, почву, глубину залегания грунтовых вод, условия снегонакопления, ориентировку и расстояние до лесных массивов, полос, зарослей кустарника.

Теплобалансовые наблюдения должны проводиться над естественным покровом, характерным для выбранного района. Этому требованию должна удовлетворять не только площадка для наблюдений, но и местность вокруг нее радиусом 100 – 200 м.



8.2.2.3 Уход за площадкой для теплобалансовых наблюдений должен быть таким же, как за основной метеорологической площадкой. Главная задача состоит в том, чтобы сохранить естественное состояние травяного покрова, предохранить его от вытаптывания и проводить периодическое подкашивание травы. Высота травы на площадке не должна превышать 20 см. При большей высоте траву необходимо скашивать не только на площадке, но и в радиусе 100 – 200 м вокруг нее, а также на участке для наблюдений над влажностью почвы.

Хождение на площадке допускается только по специальным дорожкам. При значительном вытаптывании травяного покрова, особенно вблизи психрометра, находящегося на нижнем уровне, рекомендуется выложить вытоптанные места свежим дерном или перенести установку на новое место. В зимнее время не следует нарушать естественный снежный покров путем расчистки площадки и дорожек.



8.2.2.4 Ежегодно в начале теплого сезона составляется описание площадки для теплобалансовых наблюдений и окружающей местности и дается характеристика открытости площадки по отношению к странам света на расстоянии до 500 м, удаленности установок от ближайших препятствий, указываются размеры препятствий (в радиусе 200 м). Здесь же дается характеристика почвы на площадке (состав, плотность и удельная теплоемкость сухой части). Описание площадки присылается в центр сбора и обработки материалов.
Пример - Станция Николаевское

Площадка расположена на склоне возвышенности, имеющей небольшое понижение к С. На С в 100 м – шоссейная дорога, вдоль дороги – строения поселка высотой 5 – 6 м, сады и огороды. На ЮЗ в 200 м – заболоченный лес высотой 10 – 15 м. На В в 80 м – узкая полоса кустарника шириной 3 – 4 м, высотой до 1,5 м. Вокруг площадки поле с отдельными кустами. Почва – легкий суглинок. Плотность сухой части почвы 1,38 г/см3, удельная теплоемкость 0,84 кДж/(кг К).
8.2.3 Приборы и их установка

8.2.3.1 При проведении теплобалансовых наблюдений на актинометрических станциях актинометрические приборы дополнительно не устанавливаются.

Если теплобалансовые наблюдения проводятся на специальных площадках, то для измерения радиационного баланса следует установить балансомер и актинометр. Методика установки актинометрических приборов описана в приложении М.



8.2.3.2 Для измерения температуры и влажности воздуха и их градиентов (разностей) используют аспирационные психрометры, а для измерения скорости ветра и его разности – ручные (МС-13) или контактные (М-25) анемометры.

Наблюдения над температурой почвы выполняют с помощью ртутных термометров: метеорологических (ТМ-3) и коленчатых (Савинова ТМ-5) или термометров сопротивления установки М-54-1.

Для определения влажности почвы необходимы: почвенный бур, весовые стаканчики ВС-1, сушильный шкаф и технические весы с разновесом.

Направление ветра определяется по М-63М-1, «Пеленг СФ-03» или по флюгеру.



8.2.3.3 Установки для теплобалансовых наблюдений размещаются на площадке так, как показано на рис. 8.1. По согласованию с Республиканским гидрометеоцентром допускаются отклонения от этой рекомендации, особенно при невозможности увеличения стандартных размеров метеоплощадки или если она защищена с какой-либо стороны. Однако расположение установок при этом должно быть таким, чтобы они были открыты для прямых лучей солнца и не находились в ветровой тени со стороны преобладающего направления ветра.




Расшифовка обозначений: 1 – актинометрическая стойка; 2 – термометры ТМ-3 и ТМ-5 или установка М-54-1 на участке с естественной растительностью; 3 – 4 – анемометры на высоте 0,5 и 2 м; 5 – 6 – аспирационные психрометры на высоте 0,5 и 2 м.

А – дорожки, Б – реечный подходной мостик




Рисунок 8.1 – План размещения приборов и оборудования на участке метеоплощадке,

отведенном под теплобалансовые наблюдения


8.2.3.4 Психрометры устанавливают на отдельных стойках (рисунок 8.2) в горизонтальном положении на специальных кронштейнах так, чтобы резервуары термометров находились на уровнях 0,5 и 2 м над деятельной поверхностью.


Рисунок 8.2 Стойка для психрометров


Трубки психрометра устанавливают навстречу ветру (но с защитой от солнца), поэтому необходимо предусмотреть возможность поворачивания кронштейна.

Основным требованием при установке психрометров является строгая вертикальность стоек и горизонтальность кронштейнов.

Для отсчетов по психрометру, установленному на высоте 2 м, нужно иметь переносную лесенку высотой 70 см. Чтобы не вытаптывать естественный покров возле стойки с психрометром на высоте 0,5 м, следует иметь реечный настил или мостик от дорожки до стойки.

Для производства теплобалансовых наблюдений могут применяться специальные установки, снабженные электрическими психрометрами и контактными анемометрами.. Психрометры с электромотором устанавливают так же, как и обычные аспирационные. Важно лишь принять меры предосторожности при подводке электропитания.

8.2.3.5 Стойки для психрометров изготовляются из металлических или асбестоцементных труб диаметром до 60 мм. В трубах через каждые 100 мм просверливают сквозные отверстия 1 диаметром 5 – 8 мм для опорного штыря 2 (шпильки), фиксирующего муфту 3 с кронштейном 5 на заданной высоте. Верх трубы закрывают заглушкой 4. К нижней части металлической трубы приваривают четыре якоря 6 в виде пластин 80х130х4 мм для лучшего укрепления трубы в грунте.

Длина стойки для установки психрометра на уровне 0,5 м должна составлять 1 м (с учетом погружения в почву на 30-40 см), а на уровне 2 м - 3 м (с учетом погружения в грунт на 60-80 см).



8.2.3.6 Анемометры устанавливают на отдельных вертикальных деревянных или металлических стойках. Допустима любая конструкция стоек, обеспечивающая устойчивое положение анемометра и удобство эксплуатации.

На рисунке 8.3 показаны стойки для установки анемометров на уровнях 0,5 и 2 м. Раздвижные стойки изготавливают из труб разного диаметра. Нижнюю неподвижную трубу диаметром 45 – 55 мм зарывают в землю на 500 – 700 мм.







Расшифровка обозначений: 1 – отверстие под штырь прибора; 2 – шуруп; 3 – место сварки.

а) – на высоте от 2 до 3 м; б) – на высоте от 0,5 до 1,5 м.




Рисунок 8.3 – Стойки для установки анемометров

Для большей устойчивости к нижней части трубы приваривают такие же якоря, как к стойкам для психрометров. В выступающей над землей части трубы просверливают 10 сквозных отверстий через каждые 100 мм для опорного штыря, фиксирующего анемометр на высотах от 2 до 3 м. Верхняя подвижная труба, внутренний диаметр которой должен на 2 – 5 мм превышать наружный диаметр нижней трубы, надевается на неподвижную трубу сверху и удерживается опорным штырем на выбранной высоте. В верхний конец трубы вставляется деревянная заглушка, закрепляемая шурупами через отверстия в трубе. В заглушке делается отверстие для установочного штыря анемометра; чтобы отверстие не разбалтывалось, в него забивается отрезок медной трубки, имеющей внутренний диаметр 5 – 6 мм.

Стойка для установки анемометра на уровне 0,5 м (рисунок 8.4 б) состоит из нижней неподвижной трубы, диаметром 36 – 54 мм, укрепляемой в земле, и нескольких вставляемых в нее деревянных стержней, различных по длине, позволяющих менять высоту анемометра. Нижние концы их должны обтачиваться по внутреннему диаметру трубы.

Для постоянной стойки можно использовать также сплошную металлическую штангу или шест из твердого дерева (дуб, лиственница).

Для ввинчивания анемометра на стойках из металлических труб в верхнюю часть трубы плотно вставляется деревянная пробка с отверстием. Чтобы отверстие не разбалтывалось, рекомендуется на деревянную пробку набить металлическую пластинку с отверстием, диаметр которого соответствует диаметру установочного винта анемометра. Для наблюдений в зимнее время, когда по мере роста снежного покрова необходимо перемещать анемометры, рекомендуется снабжать стойки специальными насадками или заранее устанавливать дополнительные стойки. Насадкой может служить отрезок трубы такого диаметра, чтобы он свободно надевался на основную стойку. На насадке делается несколько отверстий на расстоянии 10 см друг от друга, через которые насадка с помощью шплинта или толстого гвоздя укрепляется на стойке на нужной высоте.

8.2.3.7 На поверхности почвы устанавливают два термометра. Термометры размещаются на специально отведенной площадке размером 4X6 м2 с естественным растительным покровом на расстоянии 10 см друг от друга.

Площадка для термометров на поверхности почвы и коленчатых термометров должна быть ровной и покрытой однородным растительным покровом (если он характерен для данной местности).

При установке термометров в почву необходимо сохранить ее естественную структуру и растительный покров. Коленчатые термометры устанавливают весной после схода снежного покрова и достаточного подсыхания почвы.

Перед установкой термометров выясняются сроки их поверки и проверяется отсутствие амальгамирования шкал. Неисправность можно обнаружить, просматривая шкалы термометров в лупу против света при низкой температуре, когда ртуть не заполняет капилляр. Термометры с амальгамированными шкалами устанавливать не разрешается.

В случае, если амальгамирование шкалы будет замечено в процессе эксплуатации установки, термометры с такими шкалами заменяют, о чем делается соответствующая отметка. На исправные коленчатые термометры наносят кольцевые метки, как описано в ТКП 17.10.12.

Установка коленчатых термометров под дерн производится в центре площадки для термометров.


Примечание – По линии восток-запад делается выемка длиной 40 см и шириной 25 – 30 см. Северная стенка выемки должна быть отвесной. Дерн аккуратно подрезается и откладывается в сторону, а почва осторожно вынимается и складывается на лист картона, фанеры, брезент или плотную бумагу.

При правильной установке термометра нанесенная на нем кольцевая метка должна располагаться в горизонтальной плоскости па уровне верхнего края почвы или дерна, а выступающая часть термометра имеет наклон 45°. В таком положении термометр засыпают землей, которую размельчают и осторожно уплотняют пальцами или палочкой Почву укладывают в выемку в порядке естественного чередования слоев, а дерн – на одном уровне с окружающей почвой. Дерн нужно умеренно полить и слегка прижать для устранения оставшихся под ним пустот. Надо следить, чтобы в дальнейшем на этом месте нормально развивался растительный покров.


Резервуары термометров ТМ-3, устанавливаемых на поверхности, следует наполовину погружать в дерн или почву (если растительный покров отсутствует) так, чтобы они имели с нею хороший контакт. Для этого термометры осторожно вдавливают в почву или плотно укладывают на дерн. Рыхление почвы производить не следует. Лишь в случае, если почва очень плотная, можно разрыхлить поверхностный слой под резервуарами на глубину 1 – 2 см. Не нужно также специально прореживать растительный покров.

При установке термометров трава бережно разводится в стороны, а после установки свободно расправляется над ними. Для подхода к термометрам используется откидной реечный помост (ТКП 17.10.12).



8.2.3.8 Если на основной метеорологической площадке для измерения температуры почвы применяется установка М-54-1, то она может быть использована и для теплобалансовых наблюдений. Если же термометры М-54-1 устанавливаются специально для градиентных измерений, то целесообразно предварительно проверить исправность прибора в бюро поверки Республиканского гидрометеоцентра.

Установка термометров от М-54-1 на площадке для теплобалансовых наблюдений производится так, как указано в ТКП 17.10.12 со следующими изменениями. Один из термометров устанавливается на глубине 2 см, другой — на поверхности, на расстоянии 15 см от южного шурфа так, чтобы половина его была вдавлена в дерн. Провод от этого термометра в двух местах прижимается к почве тонкими металлическими скобами из мягкой проволоки или шпильками для волос. Кроме того, достаточно установить термометры до 80 см, т. е. на глубинах 0,5, 10, 15, 20, 40 и 80 см.

Наблюдения по термометрам установки М-54-1 нужно начинать на следующий день после их установки, в срок 13 ч. О правильности установки термометров можно судить по графику вертикального распределения температуры. Если термометры исправны и установлены на нужных глубинах, то изменение температуры с глубиной в 13 ч при ясном небе должно быть плавным и все точки должны укладываться на кривую (рис. 8.4).

Рисунок 8.4 – Распределение температуры почвы в 13 ч по данным

измерения с помощью установки М-54-1.


8.2.3.9 Влажность почвы определяется на специально выбранном участке в соответствии с 8.3.3 путем взятия проб почвы с глубин 0 – 10 и 10 - 20 см. Для этого участок делится на четыре делянки. На каждой из них берется по одной пробе с каждой глубины. Каждая последующая проба должна быть взята на расстоянии около 1 м от предыдущей. Методика наблюдений за влажностью почвы изложена в ТКП 17.10-09.
8.2.4 Уход за приборами и оборудованием

8.2.4.1 Аспирационные психрометры всегда следует брать в руки за верхнюю часть оправы, под аспирационной головкой. После наблюдений металлические части прибора должны протираться мягкой тряпкой. В промежутках между наблюдениями прибор должен храниться в футляре. Аспиратор следует заводить осторожно, чтобы не сорвать пружину. Нужно следить за работой аспиратора, и в случае заметного уменьшения скорости вращения барабана заменить головку психрометра исправной.

Батист на резервуаре смоченного термометра должен всегда быть чистым. По мере загрязнения его следует менять. Для смены батиста необходимо: отвинтить головку с аспиратором, вынуть термометр из оправы прибора, промыть резервуар термометра дистиллированной водой, смочить в дистиллированной воде новый кусочек батиста и плотно, без складок, обернуть им резервуар термометра так, чтобы под резервуаром батист выступал на 3 – 4 мм, а двойной его слой закрывал не более '/4 поверхности резервуара; завязать батист белыми нитками выше и ниже резервуара; обрезать свободный конец батиста на 2 – 3 мм ниже резервуара. Для смены батиста термометр удобно закладывать в книгу так, чтобы резервуар выступал на 8 – 10 см.

Необходимо следить за концентрическим расположением внутренних и внешних защитных трубок относительно резервуаров термометров. Оно нарушается при небрежном завинчивании защитных трубок или в случае, если при их сборке не вкладываются изоляционные прокладки.

8.2.4.2 Ручные и контактные анемометры следует оберегать от загрязнения, толчков и ударов. Нельзя трогать полушария и верхний винт. Переносить и перевозить приборы необходимо в футляре, а вынимать из футляра только за корпус. Если во время наблюдений на приборы попадут капли дождя или снег, то необходимо фильтровальной бумагой осторожно снять капли воды с полушарий и вытереть корпус. Чтобы избежать порчи анемометров при частых установках, разрешается на время между наблюдениями не снимать их со стойки, а закрывать цилиндрическими колпачками, опирающимися на крестовину, укрепленную на верхнем конце стойки. Удобны для этой цели также полиэтиленовые мешочки, укрепляемые надетой на стойку круглой резинкой.

Прибор рассчитан на 120 рабочих часов. В связи с этим требуется его частая поверка.



8.2.4.3 Особенностью ухода за ртутными термометрами на поверхности почвы и коленчатыми термометрами (при наличии травяного покрова) является контроль положения резервуаров напочвенных термометров. Также необходимо следить, чтобы вокруг напочвенных термометров покров был таким же, как над коленчатыми. Необходимо следить за тем, чтобы резервуары термометров находились в наиболее характерном для выбранного участка месте, которое не должно быть как совершенно оголенным, так и совершенно затененным. Над термометрами не должно быть крупнолистых растений, создающих густую тень (люцерна, подорожник, одуванчик, цикорий и т. п.). Такие растения должны систематически удаляться с площадки, особенно в местах расположенных рядом с термометрами.

Стойки для психрометров и анемометров, лесенка и подходные мостики должны содержаться в чистоте и ежегодно окрашиваться.


8.2.5 Контроль и сравнение приборов на станциях

8.2.5.1 Приборы для теплобалансовых наблюдений на станциях необходимо систематически контролировать.

Контроль психрометров состоит в сравнении их показаний с контрольным прибором и в определении времени одного оборота барабана аспиратора. За контрольный принимается по возможности новый психрометр с поправками термометров в пределах 0,1° и со скоростью вращения барабана, отличающейся от указанной в паспорте не более чем на 10 с. Для обычных наблюдений контрольный психрометр не используется.

Сравнение показаний психрометров проводится один раз в месяц в дневное время при устойчивой желательно малооблачной погоде и скорости ветра не более 5 м/с. Рабочие психрометры (их смоченные термометры должны иметь батист, использованный в работе) вместе с контрольным и запасным психрометрами проверяются на метеорологической площадке. Для этого все они помещаются на одном уровне, удобном для отсчетов, но не ниже 1 м. Психрометры устанавливаются в горизонтальном положении резервуарами термометров навстречу ветру. Необходимо, чтобы на расстоянии 10 – 15 м со стороны ветра не было никаких препятствий. Для установки психрометров в горизонтальном положении можно использовать рейку с гвоздями, на которой психрометры нужно подвесить так, чтобы резервуары термометров выступали за рейку. Расстояние между психрометрами должно составлять 40 – 50 см.

После выдержки, необходимой для того, чтобы психрометры восприняли температуру окружающего воздуха, психрометры смачиваются и заводятся. Через 3 – 4 мин после завода поочередно отсчитываются показания всех термометров. Затем психрометры подзаводятся и в течение последующих 10 мин через равные интервалы времени еще четыре раза отсчитываются показания всех термометров, причем через 5 мин психрометры подзаводятся, а если есть необходимость, то дополнительно смачиваются. После этого термометры рабочих психрометров обвязываются чистым батистом, производится смачивание и психрометры вновь сравниваются с контрольным в том же порядке.

Форма для записи и обработки результатов сравнения психрометров приведена на рисунке П.6 (приложение П).

При температурах ниже – 10 °С поверка психрометров производится в помещении и состоит в сравнении показаний термометров без батиста. Для этого заведенные психрометры укладываются на стол (желательно не вблизи печей или батарей отопления) резервуарами термометров в сторону от наблюдателя. В течение 10 мин производится пять отсчетов каждого термометра с подзаводом через 5 мин.

Психрометр считается пригодным для теплобалансовых наблюдений при следующих условиях:

- различие показаний сухих термометров данного и контрольного психрометра не превышает 0,1 °С;

- различие упругости водяного пара, найденной по данному и контрольному психрометрам, не превышает 0,1 мбар.

Если различия превышают указанные допуски, то следует повторить сравнение. Если допуск снова не выдерживается, то необходимо заменить соответствующий термометр или сам психрометр. Если различие показаний сухих термометров рабочих и контрольного психрометров составляет 0,2 °С, но одинаково у всех термометров, то использовать психрометры для дальнейших наблюдений разрешается.



8.2.5.2 Время одного оборота барабана психрометра проверяется 1 и 15 числа каждого месяца. Проверка производится в помещении следующим образом:

- полностью заводят пружину аспиратора;

- психрометр укладывают горизонтально и через окно в головке наблюдают за появлением метки на барабане;

- когда вертикальная часть метки совпадает с риской на окне головки, пускают секундомер;

- замечают момент следующего совпадения метки с риской, останавливают секундомер и записывают с точностью до одной секунды полученное время одного оборота барабана;

- отсчеты повторяют три раза, причем каждый раз психрометр подзаводят.

Если среднее из трех определений время оборота барабана отличается от указанного в сертификате более чем на 10 с, то психрометр неисправен.

Термометры психрометров с электромотором проверяются так же, как и термометры обычных психрометров. Для контроля скорости аспирации психрометры с электромотором ежегодно направляются в ССИ Республиканского гидрометеоцентра.



8.2.5.3 При проверке ручных и контактных анемометров за контрольный принимается анемометр, не используемый для обычных наблюдений и ежегодно поверяемый в Бюро поверки. Проверка рабочих и запасных анемометров проводится один раз в месяц в удобное для наблюдателя время при скорости ветра от 2 до 5 м/с.

Для проверки анемометры устанавливаются на горизонтальной рейке на расстоянии 50 см один от другого. Рейка располагается на высоте не ниже 1 – 1,5 м над поверхностью земли на открытом месте перпендикулярно направлению ветра. После записи начальных показаний анемометры включаются по возможности одновременно на 10 мин. После выключения анемометров их показания записываются, а затем они вторично включаются на 10 мин.

Форма для записи и обработки результатов сравнения анемометров приведена на рисунке П.8 (приложение П).

Анемометр считается пригодным, если полученная по нему средняя скорость ветра за 10 мин отличается от скорости, полученной по контрольному анемометру, не более чем на 0,2 м/с. Если это условие во время первой проверки не выдерживается, то проверку следует повторить. Если это подтверждается, то прибор нужно заменить.



1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   33


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет