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
Точка росы (τ) – температура, при которой водяной пар, содер-
жащийся в воздухе при неизменном давлении, достигает состояния
насыщения, не выпадая в виде росы. В этом случае е = Е, а r = 100 %.
При измерении влажности наибольшее распространение получили психрометрический и гигрометрический методы.
Психрометрический метод базируется на определении разницы
температур по сухому (температура воздуха) и смоченному (температура испаряющей поверхности) термометрам. Поскольку с поверхности батиста на резервуаре смоченного термометра происходит испарение, на которое затрачивается тепло, температура по смоченному
термометру как правило, ниже температуры по сухому термометру.
Разность температур увеличивается с возрастанием интенсивности
испарения, последняя же увеличивается по мере возрастания сухости
воздуха. Следовательно, по разности температур сухого и смоченного
термометров можно определить влажность воздуха.
Упругости насыщения Е и Е' определяются по таблицам прил. 4
в зависимости от температур соответственно сухого и смоченного
термометров.
Приборы и методика измерений. Стационарный психрометр
используется для измерения влажности воздуха в стационарных условиях в теплый период года и в период с небольшими отрицательными
температурами (до – 10 ºС). Он состоит из двух одинаковых психрометрических термометров, установленных в психрометрической будке. Правый термометр обычно используют как смоченный. Резервуар
его плотно в один слой обертывается мокрым батистом. Края батиста
накладываются друг на друга не более чем на 1/4 окружности резервуара, ниже резервуара оставляется конец батиста длиной 6–7 см
Батист закрепляется двумя нитяными петлями, петля над резервуаром
затягивается туго, под резервуаром – слабо, чтобы не нарушить тягу
виды. Во время наблюдений нужно тщательно следить, чтобы батист
на смоченном термометре всегда был чистым, мягким и влажным.
Конец батиста опускается в стаканчик с дистиллированной водой, закрытый крышкой с отверстием. Стаканчик устанавливается
на 2–3 см
ниже резервуара, вода в нем должна постоянно быть на уровне верх-
.
него кольцевого ободка.
Измерения по психрометру. В сроки наблюдений снимают
отсчеты по сухому и смоченному термометрам. В жаркую и сухую погоду за 10–15 мин до отсчета дополнительно увлажняют батист, погружая резервуар смоченного термометра в стаканчик с водой (рис. 5.1).
51
При температурах воздуха ниже 0 ºС батист обрезается на 2–3 мм
ниже резервуара и увлажнение его производят за 30 мин до отсчета,
погружая резервуар смоченного термометра в стаканчик с водой комнатной температуры. Термометр выдерживают в воде, пока температура
не повысится, до 2 ºС. Это означает, что лед на батисте растаял.
Рис. 5.1. Психрометр
Для определения показателей влажности, кроме температур по
сухому и смоченному термометрам, нужно измерить величину атмосферного давления ртутным барометром или барометром анероидом.
Гигрометр (рис. 5.2) состоит из металлической рамки 2, на которой закреплены детали прибора, приемной части, передаточного
механизма и шкалы. Приемной частью гигрометра является обезжиренный человеческий волос 1. Один конец его крепится к регулировочному винту 3 (с контргайкой 6), другой с помощью дужки и стерженька соединяется со стрелкой 4. Специальный грузик, укрепленный
на конце стерженька, обеспечивает натяжение волоса.
Изменение влажности воздуха вызывает соответствующее изменение длины волоса, и передаточный механизм поворачивает стрелку
вокруг оси, изменяя положение ее относительно шкалы 5. Так как относительное удлинение волоса при малых значениях влажности
больше, чем при более высоких, деления шкалы гигрометра неравномерные. При меньших значениях влажности они крупнее, при больших – мельче.
Цена деления шкалы – 1 %.
Аспирационные психрометры Ассмана и Августа применяются для измерения температур и влажности воздуха в полевых условиях, в помещениях, теплицах, оранжереях (рис. 5.3).
52
Рис. 5.2. Волосной гигрометр:
1 – волос; 2 – рамка; 3 – регулировочный винт;
4 – стрелка; 5 – шкала; 6 – контргайка
Рис. 5.3. Психрометр Августа и Психрометр Ассмана:
1 – вентилятор; 2 – психрометрические термометры;
3 – пипетка для смачивания влажного термометра
53
Гигрограф применяется при непрерывной регистрации относительной влажности. Они бывают волосные и пленочные, суточные
и недельные (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Гигрограф
Приемной частью волосного гигрографа служит пучок из 35–40
обезжиренных волос. Передающая часть состоит на системы рычагов
двух коленчатых валиков. Пучок волос посредине одет на крючок,
соединенный тягой с рычагом, который в свою очередь соединяется
со стрелкой с пером на конце. Криволинейные рычаги исключают
обрыв волоса при случайном нажиме на рычаг, они также компенсируют неравномерное удлинение волоса. Противовесы удерживают
пучок волос в натянутом состоянии. Регистрирующей частью служит
барабан с часовым механизмом. На барабане закрепляется специальная бумажная лента, по вертикальным дугам которой определяют
время по горизонтальным прямым – относительную влажность.
Задачи
Пример. Определите какое количество водяного пара содер-
жится в 1 м3 воздуха при температуре 25,0 ºС, если парциальное
давление водяного пара составляет 12,0 мб.
Решение
0,8 0,8 12
е
а
110,00425
t
8, 73
г/м3.
Пример. Определите упругость водяного пара, если относи-
тельная влажность r = 40 %, а дефицит влажности d = 5,0 мб.
54
Решение
40
Е = d + е, Е = 5 + е,
еЕ
,
100
40
ее
(5 ),
5е = 10 + 2е, е =
100
10
= 3,3 мб.
3
1. Определите абсолютную влажность воздуха при температуре
16,5 ºС, если упругость водяного пара составляет 15,6 мм.
2. Определите точку росы, если температура воздуха 15 ºС,
относительная влажность 50 %.
3. Сколько граммов водяного пара содержится в 1 м3 воздуха, если
парциальное давление водяного пара 15,0 мб и температура 20,0 ºС?
4. Определите упругость водяного пара при температуре 293,0 ºК,
если в 1 м3 воздуха содержится 0,01 кг водяного пара.
5. Какова упругость водяного пара при температуре 263,0 ºК,
если абсолютная влажность равна 0,002 кг/м3?
6. Каково парциальное давление водяного пара при абсолютной
влажности 0,5 г/м3 и температуре – 20,0 ºС?
7. Определите относительную влажность воздуха при темпера-
туре – 30,1 ºС и упругости водяного пара 0,25 мб. Относительная влажность стала 95 %. Во сколько раз увеличилась за указанные сутки упругость водяного пара?
8. 24 февраля 1966 г. в Харькове при вторжении морского умеренного воздуха отмечалась температура 7,6 ºС при относительной
влажности 90 %. Какова была при этом упругость водяного пара?
9. Определите абсолютную влажность воздуха при температуре
30,0 ºС и относительной влажности 50 %.
10. 6 сентября 1965 г. в Курске отмечалась максимальная за месяц
температура воздуха, равная 27,2 ºС, при относительной влажности
29 %. Ко времени восхода Солнца 7 сентября в результате радиацион-
ного охлаждения температура воздуха понизилась до 14,4 ºС, а относительная влажность увеличилась до 49 %. Как изменилась за указанное
время упругость водяного пара?
Порядок выполнения работы. Студенты, изучив информацию по
измерению влажности воздуха, делают краткий конспект, решают задачи и отвечают на вопросы и задания, приведенные после лабораторной работы.
55
Контрольные вопросы и задания
1. Что такое абсолютная влажность?
2. Что такое точка росы?
3. Опишите основные принципы, положенные в основу прибо-
ров, измеряющих влажность воздуха.
4. Какие характеристики влажности измеряют психрометрами?
5. Что такое дефицит влажности воздуха?
6. Что такое относительная влажность?
7. Каково соотношение содержания воды в виде пара в воздухе
в г/м3 и упругости пара, выраженной в мм.
8. Что такое упругость насыщенного пара?
9. Что такое абсолютная влажность воздуха?
10. В каком состоянии находится вода в атмосфере?
Лабораторная работа 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ ЗАМОРОЗКОВ
(2 ч)
Цель работы: ознакомиться с основными правилами и методи-
ками расчета вероятности наступления заморозков.
Задачи работы: рассчитать вероятность заморозков, изучить
поправки, вводимые в результаты расчетов.
Обеспечивающие средства: формулы, правила и методики про-
ведения расчетов заморозков.
Задание: изучить виды заморозков, меры предупреждения замо-
розков, рассчитать формулы по вероятности определения заморозков.
Краткие
теоретические сведения
Заморозки – понижения температуры ниже 0 °С в приземном
слое воздуха или на почве, вечером или ночью, при положительной
температуре днём.
В центральных областях Европейской части России последние
весенние заморозки часто наблюдаются в конце мая – начале июня,
а первые осенние заморозки возможны в конце августа – начале сентября. Период года от средней даты последнего весеннего заморозка
до средней даты первого осеннего заморозка называют безморозным
периодом.
Виды заморозков. По происхождению различают заморозки
радиационные, адвективные и смешанного типа.
56
Радиационные заморозки происходят оттого, что ночью поверхность почвы и растений излучает тепло, нагретый ею воздух поднимается вверх, уступая место более холодному, и постепенно припочвенный воздух выхолаживается. Чем меньше почва нагрелась днем, тем
опаснее для растений будет ее ночное охлаждение. Радиационные заморозки случаются в безветренные и безоблачные ночи, носят местный
характер и редко охватывают большие территории, чаще наблюдаются
по долинам рек и в понижениях рельефа. Иногда им предшествует
высокая перистая облачность.
Адвекция – это горизонтальное перемещение воздуха и вместе
с ним тепла и влаги. Адвективные заморозки происходят из-за вторжения холодного воздуха с севера. Они распространяются на значительные пространства и отличаются большей продолжительностью
и резким падением температуры. Если вторжение холодных масс воздуха произошло в дневное время и почва охладилась не только на поверхности, то ночью могут наблюдаться радиационные заморозки
на большой территории.
Адвективно-радиационные (смешанные) заморозки образуются
в результате совместного действия адвекции холодного воздуха
северного происхождения и последующего ночного выхолаживания
за счет интенсивного излучения подстилающей поверхности.
Различают три степени интенсивности заморозков: слабым заморозком принято считать такой, при котором температура опускается не ниже –2 ºС, при среднем заморозке от –2 до –5 ºС, при сильном
от –5 ºС и ниже.
В отношении чувствительности к заморозкам древесные породы
разделяют на три группы: очень чувствительные – ясень, дуб, пихта,
ель; менее чувствительные – лиственница, сосна, клен; устойчивые –
ольха, береза, осина.
Как отмечает Н. И. Костюкевич, стойкость деревьев к заморозкам связана с толщиной коры. Тонкокорые (ель, бук, пихта) больше
побиваются заморозками, толстокорые (сосна, лиственница, береза) –
меньше.
Признаки заморозка. Метеорологи указывают на следующие
природные явления, предшествующие заморозку: в течение всего дня
или после полудня дует холодный ветер, стихающий перед заходом
солнца или после него; небосвод к вечеру открыт полностью или
на нем есть только высокие перистые облака; несколько дней кряду
не было дождя, воздух сухой; начиная с полудня, температура воздуха резко падает.
57
Заморозок маловероятен, если небосвод закрыт густыми низкими облаками, если выпал обильный теплый дождь и воздух насыщен
водяными парами, если после захода солнца дует теплый ветер, перемешивая верхние и нижние слои воздуха.
Заморозки являются серьезной угрозой для лесного хозяйства.
От поздних весенних заморозков часто снижаются, а иногда совсем
погибают посевы и посадки древесных растений в лесных питомниках и на вырубках. Нередко повреждается предварительное и последующее возобновление на сплошных вырубках, погибают регенеративные и вегетативные органы и части растений.
Чтобы свести ущерб к минимуму, в период, когда оповещена
угроза заморозка, следите за температурой воздуха на участке при
любых проявлениях погоды. Если к вечеру она снизилась до 2–3 ºС,
то, не дожидаясь дальнейшего ее понижения, защищайте теплолюбивые растения.
Для предотвращения негативного воздействия заморозков
разработано несколько методов:
1. Дымление – обогрев воздуха при горении дымообразующих
веществ, конденсацией водяного пара с выделением тепла (ядра конденсации), уменьшением эффективного излучения земной поверхности над полем или садом.
Открытый обогрев – используются различные типы грелок,
в которых сжигается нефть или её продукты. В результате на 1…4 ºС
поднимается температура воздуха в приземном слое среди растений.
2. Укрытие растений – используют современные светопрозрач-
ные материалы: плёнку, тканные и нетканые материалы, специальные
пены (подобно снегу), создание соломенного навеса.
3. Орошение (полив). Увеличивается теплопроводность почвы
и приток тепла из более глубоких слоёв, повышается температура
точки росы.
Дождевание. При дождевании в период отрицательных темпе-
ратур (заморозка) сравнительно тёплая вода выделяет тепло.
Для защиты низкорослых ягодных кустарников применяется
полив, который способствует тому, что температура не опускается
ниже –2; –3 ºС.
4. Продувание посевов. Осуществляется с помощью вертолётов,
совершающих челночные полеты на небольшой высоте. В верхних
слоях воздух более теплый, чем около земли (радиационный заморозок). При перемешивании воздуха температура его около земли
повышается.
58
Разработанные методы, позволяющие определить наступление
заморозков, связаны с наблюдением за влажностью воздуха и определением точки росы.
Правило профессора В. А. Михельсона: «Если к 21 часу точка
росы упадет ниже +2 ºС, то при ясном небе и безветрии можно ожидать ночного заморозка. Вероятность заморозка увеличивается, если
давление по барометру растет. При увеличении облачности и падении
давления по барометру, вероятность заморозков уменьшается».
На метеостанциях вероятность заморозков определяется по формуле А. Михалевского, позволяющей расчет вероятности заморозков
произвести по наблюдениям в 13 часов.
Формула А. Михалевского для расчета минимальной темпера-
туры воздуха:
ТМ = t′ – (t – t′) C, для определения ожидаемого минимума температуры на высоте 2 м.
ТМ1 = t′ – (t – t′) 2C, для определения ожидаемого минимума
температуры на поверхности почвы.
где: ТМ и ТМ1 – ожидаемая минимальная температура; t – температура
по сухому термометру в 13 часов; t′ – температура по смоченному
термометру в 13 часов; C – коэффициент, зависящий от относительной влажности воздуха (табл. 6.1).
Таблица 6.1
Значение коэффициента С в зависимости
от относительной влажности в 12–13 ч
Относительная
влажность, %
100 5,0 55 1,3
95 4,5 50 1,2
90 4,0 45 1,0
85 3,5 40 0,9
80 3,0 35 0,8
75 2,5 30 0,7
70 2,0 25 0,5
65 1,8 20 0,4
60 1,5 15 0,3
Коэффициент С
Относительная
влажность, %
Коэффициент С
По наблюдениям в 21 ч в вычисленную величину ожидаемого
минимума температуры вносится поправка на облачность (табл. 6.2).
59
Таблица 6.2
Поправки на облачность
Облачность в 21 ч в баллах Поправка к вычисленному минимуму
ЯСНО – не более 4 баллов –2 ºС
ОБЛАЧНО – от 4 до 7 баллов 0 ºС
ПАСМУРНО – более 7 баллов +2 ºС
Вторая поправка в вычисленное значение ожидаемого минимума
температуры вводится с учетом условий рельефа. Морозоопасность
различных форм рельефа определяется условиями тока и подтока охлажденного воздуха из прилегающих мест (табл. 6.3, 6.4). На степень
морозоопасности вогнутых форм рельефа сильно влияет площадь воздухосбора. Чем больше площадь склонов, с которых стекает в долину
охлажденный воздух, тем интенсивнее и чаще заморозки в данной
долине.
Таблица 6.3
Морозоопасность различных форм рельефа
по данным С. А. Сапожниковой
Формы рельефа
Вершины и верхние
части склонов
Равнины и плоские
вершины
Широкие плоские
долины
Широкие извили-
стые долины
Характер стока
охлажденного воздуха
отток наименьшая
подтока и стока нет нормальная
слабый подток средняя
подток преобладает большая
Степень
морозоопасности
Котловины подток при отсутствии стока наибольшая
Таблица 6.4
Поправки к вычисленным значениям минимальной температуры
в зависимости от условий рельефа
Местоположение Поправка, ºС
Ровное место 0
Вершины и верхние части склонов +2
Долины в холмистой местности –2
Котловины –4
Поляны в лесу –2
Острова и побережья +2
Города +2
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]