Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метеорология и климатология. Лабораторный практикум для студентов бакалавриата по направлениям подготовки 35.03.01 «Лесное дело» и 20.03.02 «Природооб
.pdf
сначала производят измерение, направляя приемник вверх, а затем вниз;
в обоих случаях отсчитывают показание гальванометра. Отношение
величины отраженной радиации к падающей, выраженное в процентах,
и дает искомую величину отражающей способности данной поверхности, т. е. ее альбедо.
Термоэлектрический альбедометр предназначен для измере-
ния суммарной и отраженной радиации (рис. 2.6).
а б
Рис. 2.6. Термоэлектрический альбедометр походный:
1 – головка пиранометра; 2 – втулка; 3 – трубка; 4 – карданный подвес;
5 – гайка; 6 – клеммы; 7 – кольцо; 8 – рукоятка
Используя данные этих измерений, можно определить альбедо
по формуле
А = R / Q · 100 %, (2.13)
Балансомер термоэлектрический М10М предназначен для
измерения полного радиационного баланса подстилающей поверхности (рис. 2.7).
Приемником является термобатарея квадратной формы, состоящая из множества медных брусков, обмотанных константановой
лентой. Половина каждого витка ленты гальваническим путем посеребрена, начало и конец серебряного слоя являются термоспаями.
Половина спаев подклеивается к верхней, другая половина – к нижней приемным поверхностям, в качестве которых используются медные пластинки, окрашенные в черный цвет. Приемник балансомера
21
помещен в круглую металлическую оправу. При измерениях он располагается строго горизонтально с помощью специального накладного уровня. Приемник балансомера может защищаться от прямой
солнечной радиации круглым экраном.
6
1
2
4
Рис. 2.7. Балансомер термоэлектрический:
1 – металлическая оправа; 2 – приемник балансометра;
3 – ручка; 4 – футляр; 5 – накладной уровень; 6 – зонтик
3
5
Люксметр Ю-16 применяется для измерения освещенности,
создаваемой солнечным светом или искусственными источниками
света (рис. 2.8).
Прибор состоит из селенового фотоэлемента, соединенного проводом с измерителем и поглотителя. Фотоэлемент заключен в пластмассовый корпус с металлической оправой, для увеличения пределов
измерения в 100 раз на корпус надевается поглотитель из молочного
стекла. Измерителем люксметра является магнитоэлектрический
стрелочный прибор, смонтированный в пластмассовом корпусе
с окном для шкалы. В нижней части корпуса находится корректор
для установки стрелки на нуль, в верхней части – клеммы для присоединения проводов от фотоэлемента и ручка переключения пределов
измерения.
Шкала измерителя разбита на 90 делений и имеет 3 ряда цифр
соответственно трем пределам измерения до 25, 100 и 500 лк. При
использовании поглотителя пределы увеличиваются до 2 500,
10 000 и 50 000 лк.
22
Установка и наблюдения. Фотоэлемент при наблюдениях рас-
полагают горизонтально. Корректором устанавливают стрелку измерителя на нулевое деление. Присоединяют фотоэлемент к измерителю и
черев 4–5 секунд проводят измерения. Для уменьшения нагрузок начинают с большого предела измерений, затем переходят на меньшие
пределы, пока стрелка не окажется в рабочей части шкалы. При малейших отклонениях стрелки для повышения точности измерений рекомендуется переключить измеритель на меньший предел. Для предупреждения усталости селенового фотоэлемента через каждые 5–10 мин
работы прибора необходимо затенять фотоэлемент на 3–5 мин.
Рис. 2.8. Люксметр Ю–16
Под пологом леса освещенность в разных точках пространства
изменяется в очень широких пределах. Поэтому на каждой пробной
площади измеряют ее не менее чем в 150 точках в ясную погоду. Для
контроля обычно измеряется освещенность на открытых местах
на расстоянии не менее 20-кратной высоты от стены леса и других
затеняющих объектов.
Освещенность определяется умножением отсчета на цену деления шкалы и на поправочный коэффициент (для естественного света
он равен 0,8, для ламп накаливания – 1). Цена деления шкалы равна
пределу измерения, деленному на 50. При использовании одного или
двух, поглотителей полученную величину умножают соответственно
на 100 или 10 000.
Гелиограф предназначен для регистрации продолжительности
солнечного сияния (рис. 2.9). Важное значение имеет продолжитель-
23
ность солнечного сияния, число солнечных дней и часов в течение
вегетационного периода.
Приемником гелиографа является стеклянный шар 6, закрепленный в дугообразном держателе, он собирает падающие на него солнечные лучи в одну точку–фокус. При движении солнца по небесному своду фокус также перемещается, но в обратном направлении. На
пути движения точки фокуса укреплена картонная лента с нанесенными на ней часовыми делениями; она закладывается в пазы закрепленной на подставке чашки 5.
Рис. 2.9. Гелиограф универсальный:
1 – основание; 2 – указатель широты; 3 – сектор широт; 4 – винт;
5 – чашка с держателем; 6 – шар; 7 – ось; 8 – штифт;
9 – диск установочный; с указателем; 10 – стойка.
Лучи солнца, собранные шаром в фокус, попадают на ленту,
оставляют на ней след или даже прожигают. В течение дня на ленте
записывается, таким образом, сплошная или прерывистая полоса.
Расположение этой полосы по отношению к делениям, нанесенным
на ленте, дает возможность установить часы, в которые светило солнце, и подсчитать общую
продолжительность сияния солнца.
В фокусе шара находится чашка с тремя пазами для установки
бумажных лент. На лентах нанесены деления времени, цена деления
30 минут. Солнечные лучи, собранные шаром, прожигают на ленте
след. Если диск солнца закрывается облаками, след прерывается.
Прибор устанавливается на открытой площадке на столбе или
на крыше здания. Он ориентируется по географическому меридиану
24
и устанавливается по широте. В зависимости от длительности дня
ленту меняют 1–3 раза в сутки.
Задачи
Пример. Вычислить поток прямой солнечной радиации
на поверхность, наклоненную под углом 30º к горизонту и ориентированную на восток, в 6 ч 00 мин истинного солнечного времени
15 апреля на широте 60º. Поток солнечной радиации равен
0,67 кал/см2 · мин.
Решение. 1. В прил. 3, находим δ = 9,7º.
2. По формулам (2.1) и (2.2) определяем высоту и азимут солнца:
sin h = sin 60 sin 9,7 + cos 60 cos 9,7 cos θ = 0,145; h = 8,4º,
sin A = (cos 9,7 / cos 8,4) · sin θ = – 0,997; A = –85º30'.
3. По формуле (2.9) вычисляем поток на наклонную поверх-
ность, учитывая, что β = 30º, а = – 90º, А – а = 4º30',
S1 = 0,67 · [sin 8,4 cos 30 + cos 8,4 sin 30 cos 4,5] = 0,67 · 0,618,
S1 = 0,41 кал/см2 · мин
1. Сколько солнечной радиации поступает на 1 м2 горизонтальной поверхности в 1 мин при высоте солнца 46º, если поток солнечной радиации равен 1,08 кал/см2 · мин?
2. В табл. 2.1 приведены потоки солнечной радиации (кал/см2 · мин)
15 сентября в Харькове (φ = 50º) до полудня и после полудня.
Таблица 2.1
Потоки солнечной радиации
Период времени
5 10 15 20 25 30 35 40 45
До полудня 0,41 0,67 0,87 1,01 1,10 1,15 1,15 1,21 1,24
После полудня 0,45 0,71 0,86 0,96 1,02 1,07 1,13 1,19
Һº
Вычислите потоки солнечной радиации (кал/см2 · мин) на гори-
зонтальную поверхность.
3. Сколько прямой солнечной радиации поступает на 1 см2
горизонтальной поверхности при высоте солнца 15º и коэффициенте
прозрачности 0,825?
25
4. Постройте график суточного хода радиационного баланса
(кал/см2 · мин) поверхности спокойного моря и сухого песка по данным наблюдений в Одессе (табл. 2.2).
Таблица 2.2
Ход суточного радиационного баланса
τm, ч, мин Поверхность
0 2 4 6 8 9 11
Море 0,12 0,12 0,11 0,10 0,10 0,11 0,11
Песок 0,08 0,06 0,06 0,06 0,07 0,09 0,13
, ч, мин Поверхность
τ
m
12 13 15 17 19 21 23
Море 0,13 0,13 0,13 0,14 0,11 0,11 0,10
Песок 0,18 0,20 0,20 0,16 0,12 0,10 0,09
Порядок выполнения работы. Студенты, изучив информацию по
солнечной радиации, устройство приборов по ее измерению, делают
краткий конспект, проводят измерения с помощью приборов,
решают задачи и отвечают на вопросы и задания, приведенные после
лабораторной работы.
Контрольные вопросы и задания
1. Назовите отличия прямой и рассеянной радиации.
2. Как нагревается воздух: проходящими солнечными лучами
или от Земли?
3. Что такое Альбедо?
4. Перечислите термоэлектрические приборы для актинометри-
ческих наблюдений.
5. Что такое эффективное излучение Земли?
6. Что такое радиационный баланс земной поверхности?
7. Из чего слагается суммарная радиация?
8. Что измеряет гелиограф?
9. Что измеряет люксметр?
10. Какова роль отраженной радиации?
26
Лабораторная работа 3
ИЗМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ
(2 ч)
Цель работы: научиться измерять атмосферное давление по при-
борам и осуществлять перевод из одних единиц измерения в другие.
Задачи работы: практически ознакомиться с устройством стационарного чашечного барометра и барографа. Изучить устройство
и принцип работы барометра-анероида.
Обеспечивающие средства: приборы по измерению атмосферного давления в стационарных и полевых условиях.
Задание: изучить приборы и установки по измерению атмо-
сферного давления, сделать конспект.
Краткие теоретические сведения
Атмосферное давление определяется как сила, действующая
на единицу поверхности (см2). Оно является важнейшей характеристикой физического состояния атмосферы. Различия давления в пространстве являются причиной движения воздуха, а изменения во времени
свидетельствуют о прохождении атмосферных фронтов, циклонов
и антициклонов, о смене воздушных масс.
Изменение атмосферного давления является основой барометрического нивелирования. Превышение между двумя точками определяется в этом случае по формуле Бабине
16 0001PP
ht
PP
нв
или
8 000 2 / 1 ,hPPPPt
где h – превышение между двумя точками, м; Рн – давление в нижней
точке, гПа; Рв – давление в верхней точке, гПа; – коэффициент тем-
пературного расширения газов – 0,0036; tср – средняя температура
слоя между Рн и Рв, ºС.
нв нв cp
нв
(3.1)
cp
(3.2)
Примерное значение барических ступеней:
h = 8 м соответствует изменению давления на 1 гПа;
h = 11 м соответствует изменению давления на 1 мм рт. ст.
Величина атмосферного давления определяется весом столба
воздуха единичного сечения (1 м
2
), высотой от данной поверхности
27
до верхней границы атмосферы. В среднем масса такого столба, высотой от уровня моря до верхней границы атмосферы, равна 10 333 кг.
Давление, производимое им, уравновешивается весом столба ртути
высотой 760 мм при температуре 0 ºС.
Основной единицей при измерении атмосферного давления
является паскаль (Па). Кроме того, давление измеряется в миллибарах (мб) и миллиметрах
ртутного столба (мм. рт. ст.).
Соотношение единиц измерения давления следующее:
1 Па = 0,01 мб = 0,0075 мм рт. ст.;
1 мб = 100 Па = 0,75 мм рт. ст.;
1 мм pт. ст. = 1,33 мб = 133 Па.
Нормальное давление (среднее для атмосферы на уровне моря)
равно 101 325 Па, 1 013,25 мб, 760 мм рт. ст.
Приборы и методика измерения атмосферного давления:
Стационарный чашечный барометр (рис. 1.11) используется
для измерения атмосферного давления в стационарных условиях.
Состоит из пластмассовой чашки 9, в которую налита очищенная ртуть. Для сообщения с атмосферой в чашке имеется отверстие 8,
закрытое винтом. К чашке крепится стеклянная трубка длиной
около 80 см, нижний конец которой опущен в ртуть, а верхний запаян. Над
поверхностью ртути в трубке вакуум. Стеклянная трубка
защищена металлической оправой, которая резьбой соединяется
с чашкой барометра. В нижнюю часть оправы вмонтирован ртутный
термометр. Уровень ртути в трубке устанавливается на такой высоте,
при которой давление атмосферы на поверхности ртути в чашке
уравновешивается давлением столба ртути.
Для точного измерения высоты ртутного столба имеется
шкала,
нанесенная на оправе барометра у края вертикальной прорези, и нониус перемещающийся в прорези с помощью рукоятки кремальеры.
Установка и производство измерений: барометр устанавливается
в специальном настенном шкафчике, окрашенном в белый цвет. Шкафчик подвешивается на стене вдали от отопительных приборов.
Измерения производят в следующем порядке:
1. Снимают отсчет
температуры прибора с точностью до 0,1 ºС.
2. Слегка постукивают по оправе прибора для преодоления сил
трения столба ртути со стенками трубки и для придания мениску ртути
правильной (выпуклой) формы.
3. С помощью винта кремальеры подводят нижний срез нониуса
до касания с верхней точкой мениска ртути и отсчитывают показания
барометра с точностью до 0,1 деления шкалы. После отсчета нониус
до следующего намерения не смещают (для контроля).
28
Поправки ртутного барометра:
1. Инструментальная поправка. Вводится из-за неточностей
в изготовлении прибора. Берется из поверочного свидетельства барометра.
2. Температурная поправка. Введение её обусловлено зависимо-
стью плотности ртути от температуры. Показания ртутного барометра
приводятся к температуре 0 ºС. Поскольку при одном и том же давлении при положительных температурах отсчеты по барометру будут
больше, чем при температуре 0 ºС, эта поправка вводится со знаком
минус.
3. Поправка силы тяжести. Показания барометра приводят к силе
тяжести на уровне моря и на широте 45º.
4. Поправка на широту места наблюдения. Так как сила тяжести
увеличивается в направлении от экватора к полюсам, а отсчет по барометру при одном и том же атмосферном давлении с ее увеличением
уменьшается, то при широтах менее 45º поправка имеет знак минус,
при более высоких широтах знак плюс.
5. Поправка на высоту над уровнем моря. С увеличением высо-
ты над уровнем моря сила тяжести уменьшается, поэтому поправка
имеет знак минус.
Рис. 3.1. Барометр чашечный стационарный:
1 – кольцо; 2 – нониус; 3 – защитное стекло; 4 – оправа;
5 – рукоятка кремальеры; 6 – барометрическая трубка;
7 – термометр; 8 – винт; 9 – чашка
29
Барометр-анероид предназначен для измерения атмосферного
давления в стационарных и полевых условиях. Схема барометра –
анероида приведена на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Схема барометра-анероида
1 – корпус; 2 – анероидная коробка; 3 – передаточный механизм; 4 – стрелка
Приемником давления в нем является пустотелая гофрированная
упругая металлическая коробка 2 или бароблок из нескольких коробок.
Для увеличения упругости внутрь коробок часто помещается специальная пружина. Воздух из коробок выкачивается. Толщина коробок изменяется в зависимости от величины давления (уменьшается при повышении давления и наоборот). Одной стороной коробки крепятся к корпусу
прибора 1, с другой стороны к ним присоединяется передаточный механизм 3 из сложной системы рычагов, передающий изменения толщины
коробок на стрелку. Для отсчета давления в верхней части прибора имеется шкала круглой формы, закрытая от загрязнения стеклом. В вырез
шкалы вмонтирован дугообразный ртутный термометр, предназначенный для измерения температуры
прибора.
Барометр-анероид представляет собой компактный, легкий,
удобный в работе прибор. Недостатки его, по сравнению с ртутным
барометром меньшая точность намерений, необходимость частых
поверок (примерно раз в полгода).
Производство измерений. При измерениях барометр – анероид
устанавливают на горизонтальную поверхность. Сначала производят
отсчет температуры прибора е точностью 0,1 ºС, затем слегка постукивают
по стеклу, чтобы преодолеть трение в передаточном механиз-
ме, и снимают отсчет давления с точностью 0,1 деления шкалы.
Поправки барометра-анероида:
1. Инструментальная (шкаловая) поправка. Вводится из-за не-
точностей в изготовлении механизма прибора и шкалы.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]