10. Чим відрізняються умови утворення роси, інію, ожеледі?

У з в і т і в и к л а д а ю т ь:

1. Схему опадоміра Третьякова, встановленого на метеоплощадці.

2. Схему плювіографа.

3. Результати вимірювань рідких опадів.

4. Відповіді на контрольні запитання.

5. Письмова відповідь на питання 10.

6. Висновки

Лабораторна робота 7.

АТМОСФЕРНИЙ ТИСК I ГУСТИНА ПОВIТРЯ. БАРОМЕТРИЧНЕ НІВЕЛЮВАННЯ.

М е т а р о б о т и: оволодiння навиками для вимiрювання атмосферного тиску барометром-анероїдом та освоєння методики визначення густини вологого повiтря.

Розподіл атмосферного тиску над певною територією називають полем атмосферного тиску, або баричним полем.

Атмосферним тиском називається сила пружностi, з якою повiтря стиснуте масою вище розташованих шарiв тисне на підстилаючи поверхню. Атмосферний тиск - дуже мiнливий метеорологiчний елемент. Вiн залежить не лише вiд висоти вiдповiдного стовпа повiтря, його густини, а також вiд прискорення сили тяжiння, яка змiнюється залежно вiд географiчної широти i висоти над рiвнем моря. Тиск вимiрюється в паскалях (1 паскаль дорiвнює 1 ньютону на 1м²), хоча бiльш практичною виявилась величина гектапаскаль (1гПа = 10² Па). До введення системи СI атмосферний тиск виражали в мiлiбарах (1мб = 0,001 бара, а 1 бар - це тиск сили 1 мiльйона дин на 1 см²). Окрiм цього, атмосферний тиск (в пам'ять про вiдкриття Е.Торiчеллi) виражають i в мм ртутного стовпчика.

Спiввiдношення мiж одиницями тиску:

1 гПа = 1 мб = 0,75 мм рт. ст.

1 мм рт. ст. = 1,33 гПа = 1,33 мб.

Зміну тиску з висотою визначають за так званим барометричним рівнянням, найпростіша формула якого має такий вигляд:

h = 16000 (p_н - p_в ) / (p_н + p_в) (1 + a t_cер),

де h - різниця висот двох точок, м;

p_н і p_в - тиск у нижній і верхній точках;

a - коефіцієнт об'ємного розширення повітря (дорівнює 0,00366);

t_c - середня температура повітря між нижньою і верхньою точками.

За допомогою барометричних формул можна визначити висоту окремих точок місцевості, скласти гіпсометричну карту. Ці дані у практиці лісового господарства можна використати при виборі типу посадок лісових культур, створенні розсадників, проектуванні тих чи інших лісівничих заходів.

Баричний ступінь n – це величина на яку потрібно піднятися чи опуститися щоб тиск змінився на одну одиницю. Визначається за формулою:

n = 8000 ( 1+ a t_cер. ) / Pcер. , (м/мб( (м/мм рт.ст.)

Барометричне нівелювання передбачає розрахунок перевищення одного пункту над іншим чи над рівнем моря.

Густиною повiтря називають масу одиницi його об'єму, тобто:

р_п = m /v, ( г / см³, або кг / м³⁾

де m - маса повітря, г , або кг;

v - об'єм повітря, см³, або м³.

Оскільки нижнi шари повiтря знаходяться пiд найбiльшим тиском, найбiльшу густину повiтря має бiля земної поверхнi. Цей показник не вимiрюється, а вираховується за допомогою рiвнянь за значенням температури повiтря i атмосферного тиску.

Для розрахунків густини повітря здебільшого користуються таким рівнянням:

р_п = 0,4645 р / 273 +t,

де р_п - густина повітря, кг/м³,

р - тиск повітря, мм,

t - температура повітря, ^оС.

Б у д о в а п р и л а д і в.

Статичний чашковий барометр є одним з найточнiших приладiв, застосовуваних для вимiрювання атмосферного тиску. Складається вiн з скляної трубки довжиною близько 80 см з поперечним перерiзом 1 см², верхнiй кiнець якої запаяний, а нижнiй опущений у чашку з ртуттю. Трубка на 3/4 заповнена ртуттю, в незаповненiй частинi - безповiтряний (вкрай розрiджений) простiр. Для захисту вiд механiчних пошкоджень трубка захищена металiчною оправою з функцiонально-необхiдними прорiзами. На цих прорiзах нанесенi шкали (у вiдповiдних одиницях - мм рт. ст. чи мб). Для вiдлiкiв користуються рухомим кiльцем з нонiусом. У барометрі є термометр для визначення температури ртутi. Встановлюється в спецiальній шафi у вертикальному положеннi.

Барометр-анероїд БАММ-1. Принцип дiї анероїда заснований на вимiрюваннi ступеня деформацiї стiнок пустотiлої металiчної барокоробки пiд дiєю атмосферного тиску. Чутливiсть барокоробки досягається тим, що повiтря у нiй сильно розрiджене. Щоби уникнути повної деформацiї коробки, яке можливе пiд дiєю атмосферного тиску, до неї крiпиться дугоподiбна пружина, яка, розтягуючи коробку, зрiвноважує дiю на неї атмосферного тиску. До показників приладу вноситься три поправки: числова, температурна i додаткова, якi наведенi в повiрочному свiдоцтвi до приладу.

Барограф метеорологiчний М-22АН складається з трьох основних частин: анероїдних пластин, самописця з системою важелів, барабана з годинниковим механізмом. Головна частина цього приладу складається з анероїдних пластин з ресорними пружинами (від 5 до 10), які накладені стовчиком одна на іншу. При змінах тиску повітря стінки пластинок зміщуються. Цей рух передається за допомогою системи важелів стрілці з пером, заповненим чорнилом. При збільшенні тиску всі пластини стискаються і перо піднімається вверх. Запис змін атмосферного тиску проводиться на стрічці барабану, всередині якого знаходиться годинниковий механізм. Стрічка барографа - це смуга паперу, розлінована горизонтальними паралельними прямими і вертикальними дугами. Горизонтальні поділки показують тиск в мм або мб. Через 10 мм або 10 мб нанесені цифри. Межі шкали барографа 960-1050 мб. Вертикальні дуги відповідають часу; у добового барографа поділка між дугами відповідає 15 хв, тижневого - 2 год. Всі частини барографа поміщені у футляр, який має відкидну кришку з скляними рамками.

З а в д а н н я:

1. Ознайомитись з будовою, принципом дiї барометра-анероїда БАММ-1.

П о р я д о к в и к о н а н н я р о б о т и.

1. Провести серiю спостережень за атмосферним тиском, результати яких занотовувати в таблицю. При фiксацiї результатiв врахувати шкалову, температурну та додаткову поправки барометра-анероїда.

2. За відомими формулами вирахувати значення густини повiтря.

Контрольнi запитання i задачi

1. Зміна тиску з висотою. Формула Лапласа.

2. Найточніший прилад для дослiдження тиску.Винахідник.

3. Динамiка густини повiтря в атмосферi.

4. Екологiчне значення показника густини повiтря.

5. Природа i значення атмосферного тиску.

6. Одиницi вимiрювання атмосферного тиску.

Задачі:

7. Тиск повітря на першій станції 980 мб, температура 8 ⁰С; на другій станції тиск 940 мб, температура 6 ⁰С. Визначити перевищення однієї станції над іншою.

8. Розрахувати, на яку висоту треба піднятися, щоб тиск зменшився на 1 мм. При розрахунках вважати, що температура повітря у всьому шарі дорівнює 0 ⁰С, а тиск на нижньому рівні складає 760 мм.

9. Визначити висоту місця спостереження над рівнем моря верхньої станції, якщо відомо, що тиск на верхній станції 640 мм, температура 16 ⁰С; тиск на нижній станції 753 мм, температура 21⁰С. Висота нижньої станції 200 м.

10. Привести тиск до рівня моря, якщо висота метеостанції 350 м над рівнем моря, тиск 728 мм рт. ст., температура повітря 15 ⁰С.

У з в і т і в и к л а с т и:

1.Детальну характеристику природи значень показникiв атмосферного тиску i густини повiтря.

2. Принцип дiї основних метеорологiчних приладiв i методику їх застосування. Схематичну будову.

3. Вiдповiдi на запитання викладача.

4.Висновки.

Лабораторна робота 9.

ДОСЛIДЖЕННЯ ВIТРОВОГО РЕЖИМУ.

М е т а р о б о т и - вивчити будову, принцип дiї i застосування флюгера Вiльда, чашкового, крильчатого та iндукцiйного анемометрiв.Побудувати розу вітрів.Виконати дослiдження швидкостi вiтру в парку.

Вiтер завжди характеризується двома компонентами: напрямком i швидкiстю або силою. Напрямок вiтру визначається в румбах або в кутових градусах, а швидкiсть в м/с, в узлах, кiлометрах на годину, тобто протяжнiстю шляху, який проходить повiтряна маса за одиницю часу. Силу вiтру можна визначати в балах за шкалою Бофорта (0 - штиль, 12 - ураган) або за формулою:

P = C p S v²,

де P -сила в кг,

C -коефіцієнт пропорціональності (0,64),

p - густина повітря в кг сек² /м⁴ ,

S - площа в м²,

v - швидкість вітру в м/с.

Табл.

Шкала Бофорта

Бал	Швидкість вітру, м / с	Характеристи-ка вітру	Візуальна оцінка
0	0-0,5	Штиль	Дим піднімається вертикально, листя нерухомі
1	0,5-1,7	Тихий	Легкий подих вітру, дим дещо відхиляється
2	1,8-3,3	Легкий	Подих вітру відчувається лицем, листя шелестить
3	3,4-5,2	Слабкий	Листя і тонкі гілки постійно коливаються
4	5,3-7,4	Помірний	Тонкі гілки дерев у русі
5	7,5-9,8	Свіжий	Коливаються великі гілки
6	9,9-12,4	Середній	Коливаються товсті гілки дерев, гудять телефонні проводи
7	12,5-15,2	Сильний	Гойдаються стовбури дерев, гнуться великі гілки, незручно йти проти вітру
8	15,3-18,2	Дуже сильний	Коливаються великі дерева, ламаються гілки
9	18,3-21,5	Шторм	Ламаються великі гілки, рухаються з місця легкі предмети
10	21,6-25,1	Сильний шторм	Вириваються з корінням дерева
11	25,2-29,0	Жорстокий шторм	Спостерігаються великі руйнування
12	понад 29	Ураган	Спостерігаються спустошення

За напрямок вiтру прийматься той румб, вiд якого вiн дiє. Для напрямку вiтру використовують 16 геодезичних румбiв: 4 головних (N - Nord, E - Est, S - Sud, W - West); 4 (NE, SE, SW, NW) i 8 промiжних (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW). При позначенні проміжних румбів називають обидва румби, між якими знаходиться даний напрямок вітру. При цьому першим по порядку називають основний румб.

Для практичної мети часто необхiдно знати характер вiтру - рiвномiрний чи нерiвномiрний (за швидкістю), постiйний чи змiнний (за напрямком). Рiвномiрним слiд вважати вiтер, швидкiсть якого протягом двох хвилин майже не змiнюється, або вiдхиляється вiд середньої не бiльш як до 4 м/сек; поривистим є вiтер з рiзкими коливними швидкостями якi перевищують 4 м/сек. Постiйним вважають вiтер, який протягом 2 хв. утримується в межах одного румбу. Якщо вiтер за даний час змiнює свiй напрям бiльш як на 1 румб, то його слiд вважати змiнним.

Прилади, які слугують для вимірювання швидкості вітру, називаються анемометрами, деякі з них - вітромірами. Прилади, які вимірюють швидкість і напрям вітру, називаються анеморумбометрами, а ті, котрі реєструють швидкість вітру - анемографами, швидкість і напрям - анеморумбографами.

Б у д о в а п р и л а д і в.

Флюгер Вiльда розроблений в кiнцi XIX ст. Дає можливiсть помiряти швидкiсть вiтру до 20 м/сек (або до 40 м/сек) та його напрям. Складається з таких основних частин: залізного стержня довжиною 120 см, флюгарки, муфти з вісьмома штифтами напрямів світу (один з них N вказує північ), противаг (за ними визначають напрям вітру), залізної дошки вагою 200 (легка дошка) або 800 г (важка дошка) розміром 15х30 см, дуги і тягаря. Під впливом вітру флюгарка повертається так, що противаги встановлюються назустріч вітру, а дошка - поперечно вітру. Під дією вітру дошка відхиляється на певний кут (табл. 2).

Табл. 2

Залежність між швидкістю вітру і кутами відхилення дошки

Швидкість, м/с	0	2	4	6	8	10	14	20
Кут, 0	0	4,1	15,7	31	45,7	58	72	80,5
Штифти	0	1	2	3	4	5	6	7

Флюгер втановлюють на відкритому місці на щоглі висотою 10-12 м.

Анемометр ручний використовують для вимірювання середньої швидкості вітру від 1 до 20 м/с за певний проміжок часу. Чутливим елементом анемометра є невелика вертушка з чотирма напівсферичними чашками. Вона закріплена на осі з черв'ячною передачею. Остання стикається з зубчастим редуктором лічильника обертів, що передає рух трьом стрілкам лічильного механізму. Кожна стрілка має свій циферблат, на якому велика стрілка показує число обертів від 0 до 100, а дві малі - відповідно соті і тисячі. Збоку лічильника є аретир, за допомогою якого включають і виключають лічильний механізм. Прилад прикріплюють до рейки гвинтом.

Анемометр ручний iндукцiйний АРИ-49 призначений для вимiрювання миттєвих значень швидкостi вiтру вiд 2 до 30 м/с (точність %).

Вимiрювання швидкостi обертання трьохчашкового вiтряка виконується за допомогою магнiтоiндукцiйного тахометра (постiйний магнiт, магнiтопровiд, біметалічна пластина, плато в цапфі, вісь склянки, спіральна пружина, вказівник, підшипники). У корпусi змонтований i перетворювач кутової швидкостi в кут повороту стрiлки, який складається з металiчного ковпачка, розташованого мiж магнiтом i магнiтопроводом, волоска i вказуючої стрiлки. При обертанні чашок анемометра (значить, і магніта, і магнітопроводу) металева склянка повертається, закручуючи пружину. Кут повороту склянки пропорціональний швидкості обертання чашок. Швидкiсть вiтру визначається по розташуванню стрiлки вiдносно шкали, яка є у вiконцi задньої частини корпусу. Анемометр закріплюється на рукоятці, яка накручена на хвостовик.

Анеморумбометр М-63М-1 є основним приладом для вимiрювання швидкостi i напрямку вiтру в установах гiдромережі. Прилад забезпечує визначення середньої, за 2-10 хв, швидкостi вiтру, миттєвого пориву, а також напрямку вiтру.

.

З а в д а н н я.

1. Познайомитися з теоретичними основами i iнструментальною базою анемометричних дослiджень.

2. Виконати спостереження за швидкiстю вiтру в рiзних точках дендропарку.

3. Дати вiдповiдь на контрольнi запитання.

П о р я д о к в и к о н а н н я р о б о т и.

1. За допомогою чашкового анемометра виконати спостережень на двох рiвнях (0,5 i 1,5 м) у трьох точках дендропарку. Результати вимiрювань записати в таблицю.

2. За допомогою графiка повiрочного свiдоцтва перевести значення кiлькості подiлок за 1секунду в швидкiсть вiтру в м/с.

3. Дати короткий аналiз вiтрового режиму заданих точок дендропарку на висотах 0,5 та 1,5 м.

4. Визначити напрям і швидкість вітру за допомогою флюгера Вільда.

Таблиця 1. Дослiдження швидкостi вiтру.

Пункт спостережень	Висота від поверхні грунту, м	Напрям вітру	Швидкість вітру за флюгером Вільда, м/с	Відліки по анемометру	Швидкість вітру за анемометром, м/с
Відкрита ділянка
Біогрупа хвойних дерев
Біогрупа листяних дерев

Контрольнi запитання i задачi

1. Якi причини обумовлюють виникнення вiтру?

2. Якi показники характеризують вiтер?

3. Будова i принципи дiї анемометрiв (чашкового, крильчатого та iндукцiйного).

4. Будова i принцип дiї флюгера Вiльда.

5. Методика дослiдження швидкостi вiтру чашковим анемометром.