5.1. Прилади для вимірювання кількості опадів
Спостереження за опадами та вимірювання їх кількості. Кількість рідких і твердих атмосферних опадів вимірюють висотою шару води (у мм), утвореного опадами на горизонтальній (непроникній) поверхні. Інтенсивність опадів вимірюється в міліметрах на хвилину. Для вимірювання опадів використовують опадомір Третьякова і плювіограф П-2.
Опадомір Третьякова 0-1 (рис. 4.1). Призначений для збору рідких і твердих опадів для їх подальшого вимірювання.
Рис. 4.1. Опадомір Третьякова:
а – загальний вид; б – опадомірне відро; в – вимірювальний стакан
Прийомна посудина опадоміру виготовлена у вигляді циліндричного відра, перегородженого в середній його частині конусоподібною діафрагмою з отвором посередині. Площа приймального отвору становить 200 см2. У літню пору для зменшення випаровування зібраної води в діафрагму вставляється воронка, через яку рідкі опади надходять в нижню частину відра. Для зливу зібраних опадів є носик, який при робочому положенні опадоміра закритий зйомник ковпачком. Ковпачок на носику і діафрагма з вставленою в неї воронкою служать для запобігання зібраних опадів від випаровування, що особливо важливо в жаркі літні дні, коли відро сильно нагрівається. У зимовий час воронкою не користуються.
Для зменшення спотворень показів опадоміру внаслідок як надування в нього, так і видування з нього твердих опадів (сніжинок в результаті завихрень повітряного потоку при вітрі) передбачено планковий захист, що складається з 16 зігнутих металевих пластин, зібраних навколо відра конусом.
Опадомір встановлюється на дерев’яному стовпі або металевій підставці так, щоб верхній торець відра перебував на висоті 2 м над поверхнею землі. З північної сторони від опадомір знаходиться драбина.
Вимірювання опадів проводиться два рази на добу для отримання кількості опадів за денну та нічну половину доби – у 8 і 20 год. поясного зимового часу.
У термін спостереження спостерігач приносить з приміщення станції порожнє відро, закрите кришкою (для уникнення попадання в нього опадів) і замінює ним відро, що стояло в опадомірі. Відро з опадами закривають кришкою і приносить в приміщення, де проводить вимірювання опадів. Для цього опади зливають у вимірювальну склянку і за положенням рівня води щодо шкали склянки відраховують число поділок склянки, округляючи до цілих поділок. Співвідношення між площею приймального отвору відра і площею поперечного перерізу мірної склянки таке, що одній поділці шкали склянки відповідає 0,1 мм опадів.
Якщо опади тверді або змішані, то вимірювання проводять після того, як опади розтануть. Суму опадів за добу розраховують як суму результатів вимірювань за два терміни (при двохтермінових спостереженнях).
До заміряної кількості опадів додаються поправки, враховуючи змочування опадомірної посудини і часткове їх випаровування: для опадів твердих в кількості більше 0,5 мм поправка + 0,1 мм; для рідких опадів до 0,5 мм поправка + 0,1 мм, більш ніж 0,5 мм поправка + 0,2 мм.
Плювіограф П-2 (рис. 4.2). Плювіограф призначений для реєстрації кількості та інтенсивності рідких опадів.
Рис.5.2. Принципова схема приладу плювіографа:
1 – примайльна посудина; 2 – кожух приладу; 3 – водозливна труба; 4 – водозбірна посудина; 5 – поплавок; 6 – стержень поплавка; 7 – тримач стержня поплавка; 8 – стрілка-перо; 9 – обертовий барабан; 10 – сифон.
В якості приймача опадів служить відкрита циліндрична посудина із сприймальною площею 500 см2. Зібрана в цій посудині вода стікає по трубці у розміщену нижче водозбірну посудину, в яку поміщено поплавок з вертикальним стрижнем зі стрілкою і пером на верхньому кінці. Поплавок піднімається в міру накопичення опадів у посудині, і перо викреслює лінію на діаграмній стрічці, прикріпленій на обертовому барабані (з добовим оборотом). При наповненні водозбірної посудини вода автоматично зливається через скляну трубку-сифон. У момент зливу перо опускається по прямовисній лінії на нульову позначку графіка (рис. 4.3).
Рис. 5.3. Зразок запису плювіографа:
АБ – дощу не було; БВ – йшов слабкий дощ; ВГ – дощ припинився; ГД – йшов сильний дощ; ДЕ – злив води із водозабірної посудини.
Спостереження за росою. На метеорологічних станціях визначають час появи роси, кількість випаденої роси в міліметрах шару водт, моменти досягнення максимального значення і зникнення. Ці характеристики отримують за допомогою самописця роси – росографа.
Росограф заснований на принципі зважування роси, що випала на приймальну поверхню. Вимірювальним приладом є ваги. Росограф розміщений в стандартному корпусі, як термограф та інші самописці.
Спостереження за сніговим покривом – це щоденні спостереження за змінами снігового покриву і періодичні ландшафтно-маршрутні снегомірні зйомки для визначення снігонакопичення і запасу води у снігу на елементах природного ландшафту.
Щоденні спостереження ведуться з моменту утворення снігового покриву до його зникнення. При цьому визначають: ступінь покриття сніговим покривом землі і характер його залягання візуальньїм оглядом околиці станції з одного і того ж високого місця поблизу метеорологічного майданчика. Ступінь покриття оценюють за 10-бальною шкалою (0,1 частина видимої поверхні відповідає 1 балу). Характер залягання снігового покриву: рівномірний – без заметів, нерівномірний – невеликі замети, дуже нерівномірні – великі замети, а також стан поверхні ґрунту: замерзлий, відтанувший. Оцінюється структура снігу: сніг свіжий, пухнастий, липкий, розсипчастий та ін.
Висоту снігового покриву при щоденних спостереженнях вимірюють за трьома постійними снігомірними рейках (рис. 4.4), встановленими у середині метеопломайданчика у вершинах трикутника зі сторонами близько 10 м. Одна з рейок знаходиться поблизу ґрунтово-глибинних термометрів. Відлік беруть з точністю до 1 см. Висота снігового покриву розраховується як середнє з відліків за трьома рейками.
Рис. 5.4. Рейки снігомірні:
а – стаціонарна; б – переносна
Щоденні спостереження робляться в термін, ближчий до 8 год поясного декретного (зимового) часу.
Основна мета маршрутних снігозйомок – визначення запасів води у сніговому покриві. На маршруті вимірюють висоту снігового покриву і щільність снігу. Зйомки проводяться на основних формах ландшафту, характерних для навколишньої місцевості: поле, ліс, яри, балки та ін Довжина польового маршруту 2000 або 1000 м. Маршрут розміщуються на відстані не більше 5 км від станції.
У лісостеповій зоні з горбистим рельєфом довжина маршруту 2000 м. На такому маршруті висота снігового покриву вимірюється через кожні 20 м, а щільність снігу – через 200 м. У лісових районах і в місцевості з рівнинним рельєфом, на невеликих полях, розташованих серед лісів , довжина маршруту 1000 м. На такому маршруті висоту снігового покриву вимірюють через 20 м, а щільність снігу – через 100 м.
Зазвичай маршрутні снігозйомки проводять щодекадно, а в період максимуму снігозапасів і сніготанення – 1 раз на 5 днів. Висота сніжного покриву при снігомірних зйомках вимірюють переносною снегомерной рейкою, щільність снігу – ваговим снігоміром (рис.4.5).
Рис. 5.5. Снігомір ваговий ВС-43:
1 – рейка коромисла; 2 – вага, що рухається; 3 – стрілка; 4 – підвіс; 5 – гачок; 6 – дужка; 7 – потовщення із ріжучою кромкою; 8 – рухоме кільце; 9 – циліндр; 10 – кришка; 11 – лопатка
Снігомір складається із снігозбірника, ваги і лопатки. Снігозбірник виконаний у вигляді металевого циліндра, який з одного кінця зачиняється кришкой, а з другого – закінчується кільцевим потовщенням з пилкоподібною ріжучою кромкою. Уздовж циліндра нанесена шкала від 0 до 50 см. Висота циліндра 60 см, площа внутрішнього поперечного перерізу 50 см2.На циліндрі знаходиться рухоме кільце з дужкою для підвішування до ваг.
Для взяття проби снігозбірник зі знятою кришкой занурюють ріжучою кромкою в сніг до зіткнення з поверхнею ґрунту (при сніговому покриві до 60 см) і відраховують висоту сніжного покриву за шкалою циліндра. Лопаткою видаляють зайвий сніг і зважують на вагах.
Щільність снігу ρс визначають, як відношення масси проби снігу до об’єму проби, г/см3. Загальний запас водьі в суміжному покриві:
W = Wc + Wcв + Wв + Wк, мм
де Wc – запас води в шарі снігу; Wcв – запас води в шарі снігу, насиченого водою; Wв – запас води в шарі талої води; Wк – запас води в крижаній кірці.
Для вимірювання запасів води у сніговому покриві знаходить застосування також метод з використанням радіоактівних ізотопів. Цей метод заснований на послабленні потоку гамма-променів сніговим покривом від джерела, розташованого на поверхні ґрунту під снігом. Використовується залежність:
J = J0 ∙ e-lμ,
де J0 і J – інтенсивність випромінювання відповідно при відсутності шару води і за наявності шару води; е – основа натурального логарифма; μ – коефіцієнт ослаблення випромінювання; l – товщина шару води (або запас води у снігу), виражена в см.
В якості джерела радіації береться радіоактивна речовина з періодом напіврозпаду не менше декількох років, зазвичай ізотоп Со60. Вимірювання випромінювання проводиться спеціальними лічильниками.
На такому принципі працює вимірювач запасу води у сніговому покриві М-31М. У цьому приладі є металева трубчаста снігомірна рейка, довжина якої дозволяє проводити вимірювання при висоті снігового покриву до 2,5 м. У нижньому загостреному кінці рейки знаходиться ізотоп Со60, а у верхній частині, на консолі, прикріплений лічильник гамма-квантів. Шкала вимірювального приладу має градуювання в сантиметрах шару води [20].