Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Метеорология и климатология. Лабораторный практикум для студентов бакалавриата по направлениям подготовки 35.03.01 «Лесное дело» и 20.03.02 «Природооб

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 112 3 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Траву на метеорологической площадке следует регулярно скашивать или подстригать. Высота травы на площадке должна быть не более 20 см. Скошенную траву надо убирать сразу же, просушивать траву на территории площадки запрещается.

В зимнее время нельзя нарушать естественное состояние снежного покрова на площадке, особенно на участке с почвенными термометрами. Не разрешается удалять снег с площадки или ускорять его таяние весной путем разбрасывания по площадке.

Если на метеорологической площадке образуются сугробы, которые резко изменяют высоту снежного покрова около приборов по сравнению с окружающей местностью, то эти сугробы следует срезать и убрать с площадки. При этом надо по возможности меньше нарушать структуру оставшегося слоя снега (меньше утаптывать снег, не перемешивать его).

При равномерном залегании снежного покрова на метеорологической площадке расчищать дорожки от снега не следует. С крыш и со стенок будок, а также с планок осадкомера снег необходимо удалять до наблюдений, во время предварительного обхода площадки.

Гидрометеорологические наблюдения в лесу. В понятии о ле- се как элементе географического ландшафта центральное место занимает тесное взаимодействие слагающих лес компонентов между собой и окружающей средой. О зависимости лесной растительности от климата свидетельствует зональное распределение леса по поверхности земли. В свою очередь и лес оказывает большое влияние на окружающее пространство, создавая особый микроклимат, воздействуя на характер метеорологических явлений и процессов. Изучение климатических условий роста леса необходимо для обеспечения его надёжного восстановления, соблюдения соответствия биологических особенностей лесных пород климатическим факторам. Важно умение создавать в насаждениях такие микроклиматические условия, которые препятствовали бы развитию вредных насекомых и грибковых заболеваний, возникновению лесных пожаров и т. д.

Гидрометеорологические наблюдения в лесу проводятся с самыми разнообразными целями, например:

 изучение влияния леса, лесных полос и различных посадок

на метеорологические факторы, погоду и климат;

 изучение влияния метеорологических факторов на те или иные

процессы в лесных биогеоценозах и на различные компоненты леса

(растительность, фауну, полезную и вредную микрофлору, почву);

 изучение закономерностей формирования баланса энергии,

элементов питания, водного режима почв и растений;

 изучение влияния особо опасных метеорологических факторов

(заморозки, сильные ветры, град, гололед, засухи, обильные ливни, очень низкие и высокие температуры воздуха и почвы) на лес;

 изучение микроклиматических различий в лесу и влияния раз-

личных микроклиматов на компоненты лесных биогеоценозов;

 изучение влияния метеорологических факторов на лесохозяй-

ственную деятельность.

Гидрометеорологические наблюдения в лесу в комплексе с другими исследованиями позволяют глубже понять природу лесных биогеоценозов и разработать эффективные хозяйственные мероприятия, направленные на повышение производительности лесных земель, усиление защитных функций лесов и охрану окружающей среды.

Гидрометеорологические наблюдения в лесу проводятся обычно теми же приборами, что и на метеостанциях, однако методики их могут иметь особенности в зависимости от цели, с которой эти наблюдения проводятся.

Особенно важно учитывать, что основной деятельной поверхностью в лесу является полог древостоя, и метеорологические условия сильно различаются в вертикальном направлении.

Поэтому во многих случаях наблюдения необходимо проводить на разных высотах (у поверхности почвы, на высоте 2 метра, в пологе древостоя и над ним). Для сравнения и контроля полученных результатов следует использовать данные ближайшей к изучаемому объекту метеостанции Гидрометслужбы России.

Порядок выполнения работы. Студенты, изучив информацию по метеоэлементам и устройству метеостанции, делают краткий конспект, и отвечают на вопросы и задания, приведенные после лабораторной работы.

Контрольные вопросы и задания

1. В чём заключается основная задача физической метеорологии

и какова ее связь с другими метеорологическими дисциплинами?

2. Что такое метеорологические наблюдения?

3. Какова программа наблюдений на метеорологических стан-

циях?

4. Как проводятся гидрометеорологические наблюдения в лесу?

5. Назовите размеры метеорологических площадок.

6. Сколько раз в сутки ведутся наблюдения на станциях

и постах?

7. Почему запись наблюдений ведётся карандашом?

8. В какой момент ведётся снятие отсчётов с приборов? В срок

наблюдения, до него или после него?

9. Что должен соблюдать наблюдатель при проведении изме-

рений?

10. Для чего проводят наблюдения за элементами погоды?

Лабораторная работа 2

ЗМЕРЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

(2 ч)

Цель работы: усвоить определение основных видов коротко- волновой и длинноволновой радиации в атмосфере. Изучить закономерности рассеяния света, установленные Релеем. Усвоить понятия альбедо и радиационного баланса.

Задачи работы: изучить устройство и принцип работы гальванометра, актинометра, пиранометра, альбедометра, балансомера, люксметра и гелиографа. Произвести замеры освещенности с помощью люксметра, создаваемой солнечным светом и искусственными источниками света.

Обеспечивающие средства: приборы по измерению солнечной радиации и освещения, и методики проведения измерений по ним.

Задание: провести с помощью приборов измерения метеороло- гических величин солнечной радиации, освещенности естественных и искусственных источников света.

Краткие теоретические сведения

В метеорологии различают потоки коротковолновой (с длинами волн  от 0,1 до 4 мкм) и длинноволновой ( = 4 – 120 мкм) радиации.

К коротковолновой относятся прямая солнечная S, рассеянная D, суммарная Q и отраженная R радиации, к длинноволновой – излучение деятельной поверхности ЕЗ и атмосферы Еа.

Интенсивность (энергетическая насыщенность) радиации в систе-

ме СИ измеряется в ваттах на 1 м

(Вт/м2). Интенсивность радиации

на перпендикулярную к солнечным лучам поверхность за пределами атмосферы называется солнечной постоянной и обозначается S

Она равна 1,38 кВт/м2. У земной поверхности интенсивность радиации значительно меньше, так как при прохождении атмосферы радиация

ослабляется вследствие процессов отражения, поглощения и рассеивания.

Поток лучистой энергии Солнца, поступающий на единицу горизонтальной поверхности, выражается формулой

S' = S · sin h, (1.1)

где h – высота Солнца.

Выражение для потока прямой солнечной радиации на поверхность любой экспозиции, т. е. любой ориентации и любого наклона, имеет вид

S1 = S · [sin һ · cos β + cos һ · sin β · cos·(A – a)], (2.2)

где β – угол наклона данной поверхности к горизонту, а – азимут облучаемой поверхности, т. е. угол между плоскостью меридиана и вертикальной плоскостью, проходящей через нормаль к данной поверхности; А – азимут Солнца.

Общее ослабление прямой солнечной радиации в атмосфере выражается формулой Буге–Ламберта:

S = S0pm, (2.3)

где S – поток прямой солнечной радиации, достигающей земли; Sо – поток прямой солнечной радиации на верхней границе атмосфе-

ры; р – коэффициент прозрачности атмосферы; m – масса атмосферы.

Логарифмируя формулу (2.3), получают выражение для вычисления коэффициента прозрачности атмосферы:

lg p = lg S – lg Sо / m, (2.4)

Для абсолютно чистой и сухой (идеальной) атмосферы коэффициент прозрачности qm определяется по формуле

qm = 0,907m

0,018

, (2.5)

Коэффициент прозрачности р имеет разные значения для волн различной длины (прил. 1) и, кроме того, зависит от величины m.

Более чувствительной и почти не зависящей от массы атмосферы характеристикой прозрачности является коэффициент с, входящий в формулу Кастрова:





, (2.6)

Массу атмосферы можно вычислить по приближенной формуле

m = 1 / sin h, (2.7)

В прил. 2 приведены значения m при различных высотах солнца.

Замутненность атмосферы характеризуется фактором мутности T, который вычисляется по формуле

Т = lg p / lg q, (2.8)

Фактор мутности дает возможность сравнивать замутненность атмосферы в различные дни и в различных климатических условиях.

Фактор мутности выражают еще как сумму:

T = 1 + W + d, (2.9)

где W и d – величины, характеризующие ослабление радиации водяным паром и пылью, или «влажная» (W) и «сухая» (d) составляющие фактора мутности.

Количество коротковолновой радиации, поглощенной деятельной поверхностью, называется балансом коротковолновой радиации:

Вк = Q · (1 – А), (2.10)

где А – отражательная способность поверхности (альбедо); Q – суммарная радиация.

Разность интенсивностей длинноволнового излучения деятельной поверхности и атмосферы называют эффективным излучением:

Еэф = ЕЗ – Еа, (2.11)

Общий приход-расход радиации для деятельной поверхности называется полным радиационным балансом:

В = Q · (1 – А) – Еэф, (2.12)

Солнечная радиация является по существу единственным источником анергии для Земли. За счет этой анергии протекают практически все процессы в атмосфере и на подстилающей поверхности. Особенно большое внимание оказывает солнечная радиация на растительность и на лесные биогеоценозы. Все жизненно важные процессы в них протекают за счет использования солнечного тепла и света.

Приборы и методики измерений радиации. Для измерения ра- диации используются в большинстве случаев термоэлектрические приборы. Приемниками их являются термобатареи различных конструкций.

Актинометрическим гальванометром измеряется термоэлектрический ток (рис. 2.1). Актинометрический гальванометр работает в паре с термоэлектрическими приборами: актинометр, пиранометр, альбедометр, балансомер.

Рис. 2.1. Актинометрический гальванометр

Термоэлектрический актинометр М-3 предназначен для измерения интенсивности прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучам солнца поверхность (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Актинометр трмоэлектрический М-3:

1, 2, 3, 4, 6 – винты; 5 – экран; 7 – трубка; 8 – ось;

9 – сектор широт; 10 – стойка; 11 – основание

Приемником актинометра является термобатарея из чередующихся пластинок манганина и константана, выполненная в виде звездочки (рис. 2.3). Внутренние спаи термобатареи 2 через изоляционную прокладку 5 подклеены к диску из серебряной фольги 1, обращенная к солнцу сторона диска зачернена. Внешние спаи 3 через изоляционную прокладку подклеены к массивному медному кольцу 4. От нагрева радиацией оно защищено хромированным колпачком.

Рис. 2.3. Термоэлектрический приемник актинометра:

1 – зачерненный серебряный диск; 2 – внутренние спаи;

3 – внешние спаи; 4 – медное кольцо;

5 – изоляционная прокладка

Термобатарея расположена на дне металлической трубки, которая при измерениях направляется на солнце. Внутренняя поверхность трубки зачернена и в трубке устроены 7 диафрагм (кольцеобразных сужений), чтобы предотвратить попадание рассеянной радиации на приемник актинометра.

Для наблюдений стрелку на основании прибора 11 ориентируют на север и для облегчения слежения за солнцем устанавливают актинометр, по широте места наблюдений (по сектору широт 9 и риске в верхней части стойки прибора 10). Наводка на солнце производится с помощью винта 6 и рукоятки 9, расположенной в верхней части прибора. Винт позволяет поворачивать трубку в вертикальной плоскости, при вращении рукоятки обеспечивается ведение трубки за солнцем.

Принцип работы термоэлектрического актинометра Янишевского основан на использовании явления термотока. В замкнутой цепи, составленной из двух различных металлов, не будет электрического тока, если оба спая находятся при одной и той же температуре.

Если же температура спаев различна, то в цепи возникает термоток, сила которого пропорциональна разности температур спаев. Электродвижущая сила термопары невелика.

Наиболее широко применяется при изготовлении приборов термопара маганин–константан. Ее преимущество состоит в том, что она не имеет температурного коэффициента сопротивления. Чтобы усилить термоток, составляется цепь из ряда термопар, соединенных последовательно одна за другой.

Проводник, состоящий из последовательно спаянных ленточек манганина и константана, сложен в виде звездочки. При этом все нечетные спаи расположены около центра, все четные – на периферии. Нечетные спаи через прослойку папиросной бумаги подклеены шеллаком к нижней стороне тонкого зачерненного серебряного диска. Четные спаи подклеены к медному кольцу. Звездочка изолирована шеллаком от серебряного диска и от медного кольца. Концы проводника выведены и включены на гальванометр.

Если трубку направить на солнце, то серебряный диск окажется освещенным прямыми солнечными лучами, а медное кольцо будет оставаться в тени. Нечетные спаи окажутся более нагретыми, чем четные; разность температур будет тем больше, чем сильнее солнечная радиация. Возникающий термоток можно измерить гальванометром; показания его при помощи переводного множителя переводятся в калории на 1 см2 в минуту, т. е. дают интенсивность прямой солнечной радиации, падающей на единицу поверхности, перпендикулярной к солнечным лучам.

Трубку со звездочкой можно закрепить на гелиостат, который часовым механизмом в течение дня будет поворачивать трубку и все время направлять ее на солнце. Концы термобатареи следует включить на чувствительный гальванограф, пригодный для регистрации токов от 10–4 до 10–8 ампера, тогда гальванограф в течение дня будет записывать ход интенсивности солнечной радиации. Установка – термоэлектрический актинометр, гелиостат и гальванограф – представляет собой актинограф.

Термоэлектрический пиранометр предназначен для измерения суммарной Q и рассеянной радиации R (рис. 2.4).

Зная их, можно вычислить интенсивность прямой солнечной

радиации на горизонтальную поверхность S

. Пиранометр имеет

устройство для опрокидывания стойки прибора приемником вниз, что позволяет измерить интенсивность отраженной радиации и определить, альбедо подстилающей поверхности.

Приемником пиранометра является термоэлектрическая батарея (рис. 2.5), устроенная в форме квадрата. Термобатарея составлена из

последовательно скрепленных полосок манганина и константана, расположенных в горизонтальной плоскости. Четные и нечетные термоспаи расположены группами и покрыты краской: четные – белой, нечетные – черной (или наоборот). В результате получается пластинка – приемник с правильным чередованием черных и белых квадратов.

Рис. 2.4. Термоэлектрический

пиранометр

Рис. 2.5. Схема термоэлектрического приемника:

1 – спай, закрашенный черной краской;

2 – спаи, покрытые белой краской

Для защиты от действия длинноволновой радиации и от ветра приемная поверхность, укрепленная на металлической подставке, покрыта стеклянным колпаком. Концы термобатареи соединены с гальванометром или гальванографом. Если такую пластинку подвергнуть действию солнечной радиации прямой или рассеянной, то термоспаи, покрытые черной краской, нагреются до более высокой температуры, чем спаи, покрытые белой краской.

Нагревание происходит за счет радиации с длиной волны до 2–3 мкм. Эти волны полностью отражаются белыми полосками и поглощаются черными. В то же время более длинные волны, т. е. так называемая длинноволновая радиация, поглощаются одинаково и белыми и черными полосками и не создают термотоков. В результате действия прямой и рассеянной радиации в проводнике возникает термоток, сила которого пропорциональна интенсивности воздействующей радиации.

Для измерения интенсивности рассеянной радиации приемник затеняется специальным, экраном. Во время измерений приемник прибора устанавливается строго горизонтально, для этого пиранометр снабжен круглым уровнем и установочными винтами. В нижней части приемника размещена стеклянная сушилка, заполненная водопоглощающим веществом, которая предотвращает конденсацию влаги на приемнике и стекле. В нерабочем состоянии приемник пиранометра закрывается металлическим колпаком.

Прибор, установленный на открытом месте, регистрирует интенсивность суммарной радиации, т. е. совместное действие прямой и рассеянной солнечной радиации. Если приемник издали затенить от действия прямых солнечных лучей, то на него будет действовать только рассеянный свет от небесного свода.

Таким образом, пиранометр дает возможность измерять величину суммарной или рассеянной солнечной радиации. Для непрерывной записи радиации служит пиранограф, который состоит из пиранометра и присоединенного к нему гальванографа.

Приемник может иметь также сферическую форму, тогда он будет удобен для изучения тепловых условий, например, под пологом леса.

Пиранометром можно измерять не только прямую и рассеянную радиацию солнца и атмосферы, но также коротковолновую радиацию, отраженную от поверхности земли и отдельных ее участков. Для этого приемник пиранометра надо направить вниз, к земной поверхности; он будет регистрировать величину отраженной радиации. Пиранометр, конструктивно приспособленный к измерению падающей и отраженной радиации, называется альбедометром. При работе с альбедометром

<<< < Предыдущая 12 / 112 3 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]