Составители: Л.М. Акимов, С.М. Матвеев

Учебно-методическое пособие по курсам

«Учение об атмосфере»

«Метеорология и климатология»

 

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ

 

 

для студентов дневного и заочного отделений

специальностей «020401 – География»,

«020802 – Природопользование»,

«020804 – Геоэкология»

 

Составители: Л.М. Акимов, С.М. Матвеев

 

Воронеж 2010

Утверждено научно-методическим советом факультета географии и геоэкологии протокол №3 от 30.10. 2010 г.

Составители:

к.г.н., доцент Л.М. Акимов, д.г.н., профессор С.М. Матвеев

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре геоэкологии и мониторинга окружающей среды Воронежского государственного университета.

Рекомендуется для студентов дневного и заочного обучения.

СОДЕРЖАНИЕ

	ВВЕДЕНИЕ
	Лабораторная работа 1. Цель, организация, методы и средства метеорологических наблюдений. Метеорологическая площадка
	Лабораторная работа 2.Актинометрические измерения
	Лабораторная работа 3. Измерение температуры воздуха
	Лабораторная работа 4. Измерение температуры почвы
	Лабораторная работа 5. Влажность воздуха и методы ее измерения
	Лабораторная работа 6. Измерение параметров ветра
	Лабораторная работа 7. Построение розы ветров
	Лабораторная работа 8. Дистанционные метеорологические станции
	Лабораторная работа 9. Измерение атмосферного давления
	Лабораторная работа 10.Приведение давления к различным уровням
	Лабораторная работа 11.Наблюдения над облачностью
	Лабораторная работа 12.Наблюдения за явлениями погоды
	Лабораторная работа 11.Измерение атмосферных осадков
	Лабораторная работа 12. Определение дальности видимости
	Лабораторная работа 15.Представление метеоинформации на картах погоды
	Лабораторная работа 16.Анализ карт погоды
	Лабораторная работа 17.Анализ синоптического положения по картам погоды
	Лабораторная работа 18.Прогноз синоптического положения и условий погоды в районе
	Приложения
	Список литературы

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Метеорология изучает физические явления и процессы, происходящие в Земной атмосфере.

Динамика атмосферных процессов оказывает влияние на все стороны жизни и деятельности человека. Без анализа метеорологической информации невозможны строительство городов и промышленных предприятий, работа всех видов транспорта, сельское и лесное хозяйство, функционирование оздоровительных учреждений, курортов и т.д. Предупреждения об опасных явлениях погоды помогают сохранить жизни и здоровье людей.

Прогноз погоды – результат совокупной работы огромного количества специалистов во всех уголках нашей планеты.

До сегодняшнего дня основным методом, применяемым для получения данных о фактическом состоянии атмосферы, является наблюдение. Метеорологические наблюдения – это инструментальные измерения и визуальные оценки метеорологических величин и явлений. На метеорологических и аэрологических станциях наблюдения проводятся по единым методикам, однотипными метеорологическими приборами, в единые сроки для обеспечения сравнимости данных наблюдений всей мировой сети метеорологических станций.

В настоящем лабораторном практикуме представлены применяемые метеорологические приборы, принцип их действия и характеристики, а также принятые методики наблюдений основных метеорологических элементов в соответствии с действующей программой наблюдений. Кратко изложены методики обработки результатов измерений и наблюдений.

Заключительная часть практикума посвящена синоптике: представлению метеорологической информации на картах погоды, методам анализа синоптических карт, прогнозированию развития атмосферных процессов.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов всех специальностей географических факультетов университетов.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Цель, организация, методы и средства метеорологических наблюдений. Метеорологическая площадка.

Цель работы: ознакомиться с устройством метеорологической станции, расстановкой приборов и устройств на станции, методикой и сроками наблюдений.

Оборудование: метеорологическая площадка, психрометрическая будка.

Цель и организация метеорологических наблюдений

Состояние атмосферы и протекающие в ней процессы оказывают большое влияние на все области хозяйственной деятельности и повседневную жизнь человека. Поэтому, особо важное значение для планирования и осуществления хозяйственных мероприятий приобретает систематическое изучение состояния атмосферы и атмосферных процессов, и на этой основе прогнозирование благо приятных и неблагоприятных условий. Решению этих задач призвана Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Основным звеном этой службы является Государственная система наблюдений и контроля за состоянием природной среды (ГСКД), задача которой состоит в осуществлении всего комплекса работ по производству наблюдений, обработке информации о текущем состоянии природной среды, составлении всех видов прогнозов и предупреждений, контроле загрязнения природной среды, доведении информации до организаций и населения.

Система наблюдательных пунктов образует Государственную сеть, основную долю которых составляет сеть наземных метеорологических станций и постов I, II, III разрядов, отличающихся составом оборудования и программами наблюдений.

Станции размещаются на территории так, чтобы обеспечивалась необходимая точность интерполяции значений метеорологических величин, любого пункта территории, между станциями. Этому условию соответствует для равнинной местности расстояние между станциями 60-70 км. Для необжитых районов допускается расстояния 100-150 км.

Для удобства составления карт погоды вся поверхность земного шара разделена на шесть больших регионов. Каждый из них в свою очередь разбит на районы, имеющие двухзначные номера. Деление региона осуществляется на основе административного и территориального принципа. Станции находящиеся внутри районов имеют трёхзначные номера.

Таким образом, каждой метеорологической станции присвоен пятизначный индекс. Первые две цифры индекса обозначают номер района, а последующие три - порядковый номер станции внутри данного района. При присвоении индекса станции внутри района соблюдается принцип возрастания порядковых номеров станций с запада на восток и с севера на юг.

Требования к приземным метеорологическим наблюдениям.

Одним из важнейших требований, которым должны удовлетворять результаты наблюдений, является репрезентативность. Репрезентативными признаются наблюдения в максимальной степени свободные от местных влияний, характеризующие общее состояние атмосферы в большом районе.

Удовлетворение требованию репрезентативности наблюдений достигается выбором местоположения станции (поста), соответствующее физико-географическим условиям окружающей местности.

Метеорологические наблюдения только тогда являются сравнимыми, точными, отвечающими задачам метеослужбы, когда при установках приборов выполняются требования, наставления и инструкции, а при производстве наблюдений и обработке материалов работники метеостанций строго придерживаются указаний руководств. Метеорологические приборы, применяемые на метеостанциях и постах, должны иметь поверочные свидетельства.

Объем и сроки метеорологических наблюдений. На основных станциях приземной сети обязательными являются наблюдения за следующими метеоэлементами: атмосферное давление, скорость и направление ветра, температура и влажность воздуха, температура поверхности почвы, состояние почвы, количество атмосферных осадков, высота снежного покрова, облачность, атмосферные явления, метеорологическая дальность видимости, опасные и особо опасные явления. Некоторые станции дополнительно наблюдают за температурой почвы на различных глубинах, продолжительность солнечного сияния, гололёдно - изморозевые явления на проводах и др.

На всех основных метеорологических станциях стандартные наблюдения производятся в единые синхронные сроки 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 ч по среднему гринвичскому времени, которое отличается от московского зимнего на /- 3/ часа.

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛОЩАДКА.

Метеорологическая площадка служит для установки приборов и оборудования, необходимых при производстве метеорологических наблюдений в приземном слое атмосферы.

При организации поста метеорологическая площадка выбирается на открытом и типичном для окружающей местности участке. Расстояние от площадки до невысоких строений, групп деревьев должно быть не менее 10-кратной их высоты, а от сплошного леса и сплошной городской застройки – не менее 20-кратной. Площадка должна находиться от оврагов, обрывов на расстоянии десятков метров, а от уреза воды – не менее 100 м.

Метеорологическая площадка имеет форму прямоугольника, стороны которого должны быть точно сориентированы в направлении север-юг. Размеры площадки зависят от количества установок на ней. Стандартные площадки имеют размеры 26X26 м, площадки с меньшим объемом работы — 20x16 м, агрометеопосты — 6X5 м.

Участок, отведенный для метеорологической площадки, огораживают стандартной изгородью из металлической сетки или проволоки, которую натягивают рядами через 10—20 см на деревянные столбы. В районах с незначительным снежным покровом применяют редкие штакетные ограды. С северной стороны для входа на площадку делают калитку. Окраску ограждения и метеорологических будок следует проводить только в белый цвет, а матч дистанционных установок – в серый.

Для сохранения естественного покрова на метеорологической площадке хождение допускается по дорожкам шириной 40—50 см. Их прокладывают так, чтобы наблюдатель мог подходить к приборам с северной стороны и меньше затрачивать времени на переходы от одной установки к другой. Для подхода к приборам разрешается пользоваться деревянным настилом, запрещается асфальтировать или бетонировать дорожки.

Зимой при равномерном залегании снежного покрова не рекомендуется очищать дорожки от снега. Летом высота растительного покрова на площадке не должна превышать 20 см. Скошенную траву надо немедленно убрать с площадки.

Метеоплощадка должна быть оборудована стационарным освещением для обеспечения метеонаблюдений в темное время суток.

Уход за метеоплощадкой заключается в содержании ее в чистоте и порядке, сохранении ее поверхности в естественном виде, должна сохраняться естественная подстилающая поверхность, характерная для окружающей пост территории. Для этого необходимо:

- траву на метеорологической площадке скашивать регулярно так, чтобы высота не превышала 20 см; скошенную траву сразу же убирать с площадки;

- снежный покров оставлять в естественном состоянии с момента его образования до окончательного таяния;

- окраску ограждения и метеорологических будок следует проводить только в белый цвет.

Чтобы приборы не затеняли друг друга и не препятствовали свободному обмену воздуха, расстояние между приборами и от ограды до приборов должно быть 4—6 м. Установка приборов осуществляется в следующем порядке (рис. 1):

Рис. 1. Схематический план метеорологической площадки

1 – флюгер с легкой доской; 2 – флюгер с тяжелой доской, или датчик анеморумбометра; 3 – гололедный станок; 4 – будка психрометрическая; 5–будка для самописцев; 6, 7 – будки дополнительные; 8 – осадкомер; 9 – плювиограф; 10 – оголенный участок для установки напочвенных и коленчатых термометров; 11 – участок с естественным покровом для установки вытяжных термометров; 12 – мерзлотомер; 13 – снегомерная рейка; 14 – место для установки актинометрических приборов; 15 – ограда; 16 – калитка.

- в северной части площадки размещают более высокие установки: мачты с датчиками для измерения температуры, влажности, направления и скорости ветра, флюгер с легкой доской, флюгер с тяжелой доской и гололедный станок. В виде исключения на некоторых метеорологических станциях флюгер устанавливают на крыше здания.

- в южной части площадки выделяют участок с естественным покровом и оголенный для почвенных термометров. На участке с естественным покровом устанавливают также мерзлотомер и снегомерную рейку, столб для аэрологического теодолита;

- в средней части площадки размещают психрометрическую будку, психрометрическая будка для установки самописцев, столб для установки осадкомера, снегомерные рейки. В будке самописцев устанавливают термограф и гигрограф.

Кроме того, на метеоплощадке могут устанавливаться горизонтальные или вертикальные планшеты для наблюдения за аэрозолями.

Установки для других видов наблюдений должны быть удалены к востоку и западу от площадки не менее чем на 10 м.

Актинометрические приборы устанавливают в южной части площадки. Все другие приборы и установки размещают на свободных местах, предпочтительно на северной стороне площадки.

Запрещается установка на метеоплощадке нетиповых вспомогательных установок (для хранения приборов, различного инвентаря и т.д.).

Вышеперечисленные приборы устанавливаются так, чтобы их чувствительные элементы (у осадкомера - верхняя кромка ведерка) располагалась на высоте 2 метра относительно земли. Осадкомер устанавливается на металлической подставке или деревянном столбе.

ПСИХРОМЕТРИЧЕСКАЯ БУДКА.

М-19 гигрометр волосной

Психрометрическая будка служит для исключения влияния солнечной радиации и излучения окружающих предметов на показания приборов, установленных в ней, и представляет собой специальную жалюзийную будку. Она имеет четыре двойные стенки, состоящие из двух рядов наклонных деревянных пластинок (жалюзи), не прикасающихся друг с другом. Сквозь такие стенки воздух свободно проникает в будку, солнечные же лучи и осадки проникнуть не могут.

ТМ-2 минимальный

ТМ-4 «смоченный»

ТМ-1 максимальный

подсветка будки

ТМ – 4 «сухой»

Рис. 2. Размещение метеорологических термометров в психрометрической будке.

Термометры помещаются в специальные устройства, обеспечивающие свободную циркуляцию воздуха. Температуру приземного слоя воздуха принято измерять всегда на высоте 2 м над поверхностью почвы.

Будка ориентируется на площадке так, чтобы ее дверца была обращена на север. Лесенка не должна касаться подставки.

АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСТЫ

При выборе места для агрометеорологического поста придерживаются всех требований, предъявляемых к метеорологической площадке. Основная установка агрометеопоста — будка Селянинова, в которую помещают термометры для измерения температуры воздуха, и осадкомер. Аспирационный психрометр подвешивают на столбе возле будки (рис.3).

Рис. 3. План метеорологической площадки агрометеопоста.

1 — будка Селянинова, 2 — осадкомер, 3 — оголенный участок для почвенных термометров, 4 — снегомерная рейка, 5 — столб для аспирационного психрометра, 6 — ограда 7 — калитка.

Термометры для измерения температуры поверхности почвы и пахотного слоя размещают на оголенном участке. Зимой здесь устанавливают снегомерную рейку. Некоторые метеорологические наблюдения проводят за пределами площадки. Например, высоту снежного покрова, влажность почвы, испарение измеряют на полях колхозов и совхозов, атмосферное давление — в служебных помещениях метеорологических станций.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

АКТИНОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Цель работы: Ознакомление с устройством и принципом действия основных актинометрических приборов, используемых для определения интенсивности солнечной радиации и продолжительности солнечного сияния.

Оборудование: термоэлектрический актинометр Савинова-Янишевского (АТ-50), пиранометр Янишевского (М-80), альбедометр, гальванометр ГСА - 1, гелиограф, балансомер (М - 10).

ОСНОВНЫЕ АКТИНОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Интенсивность лучистой энергии в практической актинометрии выражается количеством тепла в калориях, поступающего в 1 мин на 1 см² поверхности (кал/см²-мин), в Международной системе единиц СИ — в ваттах на 1 м² (Вт/м²) или в милливаттах на 1 см² (мВт/см²): 1 кал/см²∙ мин = 69, 8 мВт/см², а 1 мВт/см² = 0.01433кал/см² мин.

Продолжительность солнечного сияния — время, в течение которого земная поверхность освещается прямой солнечной радиацией, — выражается в часах за сутки, а также в процентах от наибольшей величины, т. е. от продолжительности дневного времени в данный период.

Приборы для измерения лучистой энергии

Основными актинометрическими приборами являются: актинометр, пиранометр ( альбедометр ), балансомер. Все эти приборы основаны на общем принципе. Лучистая энергия, поглощённая чувствительным элементом (обычно зачернённая пластинка), преобразуется в тепловую энергию с последующим преобразованием посредством термопары в электрическую энергию (ЭДС), измеряемую гальванометром. В итоге об интенсивности лучистой энергии судят по величине отклонения стрелки гальванометра.

Приемником термоэлектрических приборов служат термобатареи из спаев двух металлов (рис. 4, 5).

Рис. 4 Схема термоэлектрического приемника	Рис. 5. Схема термозвездочки актинометра.

Разность температур спаев создается в результате различной поглотительной способности спаев или помещения спаев в разные радиационные условия. В первом случае (рис. 4) спай 1 покрывается платиновой чернью или сажей, а спай 2— окисью магния (белый цвет). В результате различного нагревания возникают разности температур спаев, благодаря чему образуется термоток. Его измеряют гальванометром 3. Во втором случае (рис. 5) разность температур спаев достигается путем затенения одних (спай 3) и облучения других (спай 2) солнечной радиацией. Так как разность температур спаев обусловливается приходящей солнечной радиацией, то интенсивность ее будет пропорциональна силе термоэлектрического тока.

Термоэлектрический актинометр АТ - 50 (рис. 6) предназначен для измерения интенсивности прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучам поверхность.

Чувствительность актинометра АТ-50 составляет 8 - 11мВ на 1 кВт/м². Инерция – 25 с. Актинометр рассчитан на работу при температуре окружающего воздуха от – 60 до + 60 °С.

Рис. 6. - Актинометр Савинова-Янишевского АТ-50 1 — крышка; 2, 3 —винты; 4 — ось склонений; 5 —экран; б—рукоятка; 7 —трубка; 8 — ось мира; 9 — сектор широт; 10 — стойка; 11— основание.

В термоэлектрическом актинометре Савинова—Янишевского приемная часть представляет собой трубку, в колпаке которой находится приемник радиации, выполненный в виде диска диаметром 11 мм из серебряной фольги, зачерненной со стороны, обращенной к Солнцу. К нему через изоляцию приклеены нечетные активные спаи термобатареи. Четные пассивные спаи термобатареи приклеены также через изоляцию к медному кольцу в корпусе прибора. Под влиянием солнечной радиации возникает электрический ток, по силе которого определяют интенсивность радиации.

Возникающий термоэлектрический ток, пропорциональный разности активных и пассивных спаев, измеряется гальванометром (рис. 7).

Рекомендации по проведению изменений:

1. Установить прибор для наблюдений с ориентацией стрелки на север.

2. Ослабить винт 2 и установить широту Воронежа на секторе широт.

3. Ослабить винт 3 и вращением рукоятки 6 нацелить измерительную трубку 7 на Солнце. Далее вращением рукоятки вести трубку за Солнцем.

Ось 8 и рукоятка 6 ориентированы по оси мира, и поэтому вращением рукоятки 6 можно вести трубку за Солнцем.

4. Подсоединить гальванометр к актинометру.

5. Определить место нуля на гальванометре, для чего надеть на трубку 7 актинометра крышку 1 и через 25сек взять отсчет на гальванометре.

6. Снять крышку с трубки и произвести отсчеты (2 -3) по шкале гальванометра с интервалом в 10—15 с (N₁, N₂, N₃) и температуру по гальванометру. После наблюдений прибор закрывают крышкой футляра.

7. Внести поправки и вычислить исправленный отсчет по шкале гальванометра: Nисп = Nср + Δ N + N0 + Nt (1)

где Nср - средний отсчет, Δ N - шкаловая поправка, N0 - место нуля, Nt - поправка на температуру гальванометра.

Поправки берутся из поверочного свидетельства.

8. Определить интенсивность прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучам поверхность определяется:

S = a Nисп, (2)

где а – переводной множитель (из поверочного свидетельства).

Стрелочный актинометрический гальванометр ГСА - 1 (рис. 7).

Рис. 7. Стрелочный актинометрический гальванометр ГСА - 1

Значение интенсивности прямой радиации измеренной актинометром определяют по шкале гальванометра, для чего число делений шкалы при помощи коэффициента переводят в калории на см2 в мин или в Вт/м2. Коэффициент берется из специальной таблицы, прилагаемой к прибору. Для получения более правильного измерения по гальванометру делают от 3 до 5 отсчетов с интервалом между ними в 20-25 секунд (закрывая на это время трубу актинометра крышкой). Отсчеты проводятся с точностью до 0, 1 деления.

Для измерения интенсивности суммарной и рассеянной солнечной радиации служит пиранометр Янишевского М-80 (рис. 8). Чувствительность головки пиранометра составляет 10-16 мВ на 1кВт/м². Инерция – 40с. Пиранометр рассчитан на работу при температуре воздуха от – 60 до + 60°С. Основной частью прибора является пиранометрическая головка 1, в которой находится приёмник радиации в виде пластинки с чёрными и белыми полями наподобие шахматной доски. Для защиты от ветра и осадков над приемником закреплен полусферический стеклянный колпак. С обратной стороны пластинки к чёрным и белым полям приклеены спаи термобатареи. Чёрные и белые поля по-разному поглощают поступающую лучистую энергию, и соответственно этому, чёрные поля приобретают более высокую температуру, чем белые. В результате, между чёрными и белыми спаями термобатареи образуется электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная интенсивности радиации. ЭДС измеряется гальванометром.

Рис. 8. Пиранометр Янишевского М-80М: 1- головка М-115М; 2 – стопорная пружина; 3 – шарнир затенителя; 4 – установочный винт; 5- основание; 6 – шарнир откидного штатива; 7 - уровень; 8 – винт; 9 – стойка с осушителем внутри.

Установка. Пиранометрическая головка устанавливается горизонтально по уровню с помощью винтов 4. К Солнцу пиранометр поворачивают всегда одной и той же стороной, отмеченной номером на головке. Для поворота головки пиранометра номером к Солнцу винт 4 слегка ослабляют и в таком положении закрепляют.

Для измерения рассеянной солнечной радиации исключают прямую солнечную радиацию затенением термоприёмника. Затенитель - это диск диаметром 85 мм, укреплённый на стержне длиной 485 мм так, что образуемый диском телесный угол составляет 10°.

Суммарную радиацию измеряют при незатенённом приёмнике радиации. При затенении приемника пиранометра теневым экраном измеряется рассеянная радиация.

Для определения нулевого положения стрелки гальванометра, а также для защиты стеклянного колпака от повреждения головку пиранометра закрывают металлической крышкой.

Рекомендации по проведению изменений:

1. Установить пиранометрическую головку горизонтально с помощью винтов по уровню.

2. Подсоединить гальванометр к пиранометру.

3. Измерить суммарную радиацию при незатененном приемнике.

4. Измерить рассеянную радиацию, для чего закрыть термоприемник затенителем.

5. Измерить отраженную радиацию от подстилающей поверхности. Для этого повернуть головку пиранометра вниз. При этом поверхность приемника должна находиться на высоте 1, 5 м над подстилающей поверхностью, а наклон последней по отношению к плоскости прибора должен быть не более 2°.

6. Вычислить альбедо подстилающей поверхности:

A = R/Q (3)

7. Вычислить интенсивность прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность (инсоляцию). Она определяется как разность показаний открытого и затененного пиранометра (альбедометра):

S' = Q – D (4)

Походный альбедометр (рис. 9) предназначен для измерения тех же актинометрических характеристик, что и пиранометр М-80, имеет такую же пиранометрическую головку, но установленную на самоустанавливающемся карданном подвесе, обеспечивающим горизонтальное положение плоскости приёмника, как при положении вверх, так и вниз.

	Карданный подвес состоит из двух металлических колец 1 и 2. Внутреннее кольцо 1 через полуоси 5 и 6 имеет свободу вращения внутри внешнего кольца 2. В свою очередь полая трубка 7, на которой закреплена головка пиранометра 8, имеет свободу вращения на полуоси 3 и 4, смещенных относительно полуосей 5 и 6 на 90 градусов.
Рис. 9. Альбедометр походный: а - положение вверх; б - положение вниз

Чтобы трубка была в отвесном положении, внутри нее на стержне скользит специальный груз, который при поворотах прибора всегда передвигается вниз. Таким образом, альбедометр имеет двойную степень свободы вращения, что приводит к его автоматическому горизонтальному положению под действием силы тяжести. Головка альбедометра 8 навинчивается на трубку 7, которая по пазам может скользить вверх-вниз внутри кольца 1. В разобранном виде прибор крепится на основании металлического футляра.

Поворотом рукоятки на 180° приемник может быть обращен вверх для измерения приходящей коротковолновой радиации и вниз для измерения отраженной длинноволновой радиации.

Наблюдения по походному альбедометру производятся так же, как и по пиранометру.

Для измерения радиационного баланса используется термоэлектрический балансомер (рис. 10). Чувствительность балансомера 5-6 мВ на 1кВт /м². Инерция – 12 с. Балансомер рассчитан на работу при температуре воздуха от – 60 до + 60 °С.

Рис. 10. Термоэлектрический балансомер

Приемником балансомера служат две зачерненные тонкие медные пластинки 1 и 2, имеющие форму квадрата со стороной 48мм. С внутренней стороны к ним приклеены через бумажные прокладки спаи 3, 4 термобатареи. Спаи образованы витками намотанной на медный брусок 5 константановой ленты. Каждый виток ленты наполовину посеребрен. Начало и конец серебряного слоя служат термоспаями. Четные спаи, подклеены к верхней пластинке, а нечетные — к нижней. Вся термобатарея состоит из десяти брусков, на каждый из которых намотано 32—33 витка.

Приемник балансомера помещен в корпус 6, имеющий форму диска диаметром 96мм и толщиной 4мм. Корпус соединен с рукояткой 7, через которую пропущены выводы 8 от термобатареи.

Балансомер с помощью шаровых шарниров 9 устанавливается на панельке 10. К панельке присоединяется также на шарнирах стержень 11с экраном 12, который защищает приемник от прямых солнечных лучей, что повышает точность измерений. В этом случае, интенсивность прямой солнечной радиации необходимо измерять отдельно актинометром. Чехол 13 защищает балансомер от осадков и пыли.

Установка. Прибор прикрепляют панелькой к концу деревянной рейки на высоте 1, 5м от земли. Приемник его устанавливают горизонтально всегда одной и той же приемной стороной вверх, отмеченной на приборе цифрой 1. Выводы из термобатарей подключают к гальванометру.

Гелиограф универсальный ГУ (рис. 11) служит для регистрации продолжительности солнечного сияния, т. е. промежутков времени, в течение которых светило Солнце. Принцип действия гелиографа основан на прожигании бумажных лент (рис. 12) солнечными лучами, собранными в фокусе стеклянного шара.

Основной частью гелиографа является стеклянный шар диаметром 98мм, укрепленный в дугообразном держателе сферическими шайбами и винтом с контргайкой. На расстоянии главного фокуса от шара на дугообразном держателе укреплена сферическая чашка, на внутренней стороне которой имеется три пары пазов для закладывания бумажных лент с разметкой на часы и получасы. В верхнюю пару пазов закладываются конические (зимние изогнутые) ленты с 16 октября до конца февраля. В среднюю – прямые ленты, которые используют с 1 марта по 15 апреля и 1 сентября по 15 октября. В нижнюю пару пазов конические (летние изогнутые) ленты закладываются с 16 апреля по 31 августа. Лента прокалывается иглой на штифте, который вставляется в специальное отверстие на чашке; этим фиксируется правильное положение ленты.

Рис. 11. Гелиограф

Рис. 12. Ленты гелиографа

Ленту меняют, даже если на ней не окажется следов прожога (пасмурные дни). Во время смены лент шар гелиографа затеняют. На обороте каждой ленты отмечают порядковый номер (начиная с 1-го числа каждого месяца), название метеостанции, год, месяц, число, время в часах и минутах, когда лента была установлена и вынута.

Обработка лент. Продолжительность солнечного сияния определяют по прожогу лент гелиографа за каждый час в десятых долях часа и заносят в соответствующие таблицы. Если прожог распространился на все деление, записывают целый час, если на половину деления, записывают 0, 5 ч. Суммируя продолжительность солнечного сияния за каждый час, получают суточную продолжительность солнечного сияния. Зная количество часов солнечного сияния за отдельные дни, можно определить продолжительность солнечного сияния за любой период (декаду, месяц, вегетационный период, год).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Основные положения.

Принцип действия любого термометра основан на закономерной температурной зависимости некоторого выбранного для измерения физического свойства термометра (или применяемых в нем веществ).

Метод измерения температуры и вид термометра определяется выбранной термометрической характеристикой (или выбранным термометрическим веществом), например:

Ртуть (Hg) - температура замерзания - 38, 9°, температура кипения 356, 9°, коэффициент расширения (при 18°) 0, 00018, теплоемкость 0, 126 Дж/(кг´ град.) или 0, 03 кал/(г´ град.).

Спирт этиловый (C₂H₅OH) - температура замерзания - 117, 3°; температура кипения 78, 5°; коэффициент расширения 0, 00110 (при 18°); теплоемкость 2, 43 Дж/(кг´ град.) или 0, 58 кал/(г´ град.).

Анализ характеристик показывает, почему для измерения более низких температур применяется в качестве термометрической жидкости спирт.

Для количественной характеристики температуры воздуха или почвы приняты термодинамическая и международная практическая шкалы. Температура по обеим шкалам может быть выражена в Кельвинах (К) и градусах (С).

Абсолютная температура обозначается символом Т, а температура в градусах Цельсия - t°С. Соотношения между температурами:

T= t + 273, 15 °К, (5)

t = T - 273, 15 °С (6)

В США и некоторых других странах используется температурная шкала Фаренгейта (Ф). Пересчет с одной шкалы на другую производится по формулам

t °С = 5/9´ (t°Ф- 32), (7)

t °Ф = 9/5´ ( t°С+32) (8)

Для измерения температуры используются следующие типы термометров: жидкостные, деформационные и электрические.

ТЕРМОМЕТРЫ ЖИДКОСТНЫЕ.

Термометр жидкостный представляет собой прозрачный стеклянный резервуар с припаянным к нему капилляром. Шкала в °С наносится на пластинку, жестко соединённую с ним. Термометр жидкостный с вложенной шкалой имеет внешний стеклянный чехол (рис. 13).

резервуар

стеклянный чехол

капилляр

шкала

Рис. 13. Устройство жидкостного термометра

Принцип действия термометра жидкостного основан на тепловом расширении жидкости. При нагреве резервуара от t_н до t_к жидкость расширяется, а резервуар, увеличивает свой объем. Вследствие этого при нагреве резервуара из него вытесняется рабочая жидкость объемом:

(9)

где V – внутренний объем резервуара, м³; β – объемный коэффициент расширения жидкости, К^-1; α – коэффициент линейного расширения материала резервуара К^-1. Для кварцевого стекла коэффициент линейного термического расширения менее 1·10^-6 К^-1 (от 20 до 1400°С).

Наиболее распространены ртутные термометры жидкостные, так как ртуть остаётся жидкой в диапазоне температур от -38 до 356°С. Кроме того, ртуть легко поддаётся очистке, не смачивает стекло, и её пары в капилляре создают малое давление. Основные недостатки термометров жидкостных — значительная тепловая инерция и не всегда удобные для работы габариты.

ТЕРМОМЕТРЫ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ. НАЗНАЧЕНИЕ.

ТМ-4 «психрометрический», срочный

ТМ-4 «психрометрический», срочный. Для определения температуры и влажности воздуха пользуются ртутными психрометрическими термометрами метеорологическими в стационарном и аспирационном психрометре. Цена их деления 0, 2°С; нижний предел измерения -35°С, верхний 40 °С (или соответственно -25°С и 50°С). При температурах ниже -35°С (вблизи точки замерзания ртути) пользуются низкоградусным спиртовым термометром метеорологическим, устройство которого аналогично психрометрическому, цена деления его шкалы 0, 5°С, а пределы измерений варьируют: нижний -75, -65, -60°С, а верхний 20, 25 °С. Рабочее положение вертикальное, закрепленное в скобах штатива.

ПОРЯДОК ОСТЧЕТА ДАННЫХ

Отсчеты делают быстро. В первую очередь отсчитывают десятые доли градуса «сухого» и «смоченного» термометров, а затем целые.

Во время измерения лицо наблюдателя по уровень глаз, должно быть прикрыто листом тетради. Этим стремятся исключить или уменьшить тепловое «влияние наблюдателя» на показания термометра.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: