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 1 2 3 4 5 6 78 / 118 9 10 11 > Следующая >>>

Неравномерность выпадения осадков в пространстве обуславливает необходимость при разнообразных исследованиях в лесу проводить специальные наблюдения за осадками.

Для измерения жидких осадков в лесу можно использовать дождемеры Давитая, почвенные и дождемерные воронки. На каждой пробной площади (насаждения в пределах пробной площади обычно однородны) необходимо установить не менее 10 приборов. Удобнее размещать по одной линии (визиру) через строго определенные расстояния. При необходимости измерения осадков на открытых пространствах целесообразно устанавливать приборы на больших прогалинах. С этой целью можно использовать любые приборы, предназначенные для измерения жидких осадков.

Наблюдения за измерением мощности снежного покрова на пробных площадях производятся с помощью постоянных снегомерных реек. На каждой пробной площади устанавливается не менее 5 реек.

Задачи

1. На Филиппинах 14–15 июля 1911 г. был отмечен ливень, давший 1 168 мм осадков за одни сутки. Какова была средняя интенсивность ливня?

2. В Москве 3 июля 1925 г. сильный ливень дал 30,5 мм осадков за 10 мин. Сколько литров воды выпало в 1 мин на площадь 1 га?

3. Один из сильнейших зарегистрированных ливней выпал в Порто-Белло, в Панаме, 29 ноября 1911 г., интенсивность его составляла 12,6 мм/мин. Сколько граммов воды приходилось на 1 м2 поверхности почвы?

4. При выпадении обложного дождя в течение 6 ч в осадкомере оказалось 5 мм осадков. Какова интенсивность дождя?

5. Вес взятой пробы снега составляет 240 г, а объем его – 1 200 см3. Сколько литров воды приходится на 1 га при условии равномерного залегания снежного покрова высотой 50 см?

6. В горных местностях высота снежного покрова достигает высоты 4 м. Сколько литров воды приходится на 1 м2 поверхности при средней плотности снега 0,4 г/см3?

7. Объем взятой пробы снега составляет 2 200 см3, а объем воды, образовавшейся при таянии этой пробы снега, составляет 550 см3. Какова плотность снега?

8. Наибольшая высота снежного покрова 110 см наблюдается в среднем течении Енисея. Какой слой воды образуется при таянии снега, если средняя плотность его составляет 0,2 г/см5?

9. Свежевыпавший рыхлый снег при слабом ветре и низкой тем-

пературе имеет плотность 0,04 г/см3, а весной при оттепелях плотность снега может достигнуть 0,7 г/см3. Какой слой воды образуется в первом и во втором случаях при средней высоте снежного покрова 40 см?

10. Какой слой воды образуется при таянии снега, если объем взятой пробы снега составляет 2 800 см3, объем воды, образовавшейся при таянии этого снега, равен 900 см3, а высота снежного покрова 60 см?

Порядок выполнения работы. Студенты, изучив информацию по приборам, измеряющим разные виды осадков, делают краткий конспект, и отвечают на вопросы и задания, приведенные после лабораторной работы.

Контрольные вопросы и задания

1. Опишите, где образуются осадки.

2. Какие процессы приводят к образованию осадков?

3. Что такое дождемерное ведро?

4. Объясните, зачем в дождемерном ведре размещается воронка.

5. В каких единицах измеряют осадки?

6. Чем измеряется плотность снега?

7. Сколько дождемеров и как нужно выставить в лесу, чтобы

сведения об осадках были объективные?

8. Какие виды осадков образуются в атмосфере?

9. Какие виды осадков образуются на подстилающей поверх-

ности?

10. Сколько устанавливают снегомерных реек на метеостанции?

Лабораторная работа 8

ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА

(2 ч)

Цель работы: изучить устройство флюгера и анемометров, правила установки и наблюдений. Научиться определению скорости ветра по чашечному анемометру.

Задачи работы: построить розу ветров по приведенным данным и дать их анализ.

Обеспечивающие средства: приборы по измерению скорости и направления ветра, методики проведения измерений по ним.

Задание: изучить информацию о измерении скоростей ветра, определению направления ветра, сделать конспект.

Краткие теоретические сведения

В метеорологии ветром называют горизонтальное перемещение воздушных масс и под скоростью ветра понимают горизонтальную составляющую скорости воздушных потоков в атмосфере. На метеорологических станциях измеряется скорость и направление ветра.

Cкopость ветра измеряется в метрах в секунду (м/с), изредка в км/ч. За направление ветра принято считать то направление, откуда ветер дует.

Воздушные потоки в атмосфере не являются ламинарными: они представляют собой перемещение отдельных вихрей различных размеров, они обладают различными скоростями и направлениями перемещений, но их совместное перемещение создает ветер господствующего направления.

Размеры вихрей у поверхности земли зависят главным образом от рельефа места, скорости ветра и температуры подстилающей поверхности. Перемещение вихрей происходит не только по горизонтали, но и по вертикали. Наиболее изменчивы скорости и направления ветра у земной поверхности, особенно при сложном рельефе. Известно, что скорость за короткий промежуток времени может меняться во много раз, а направление до 180º.

При наблюдениях на метеорологических станциях изменчивость ветра по скорости и направлению характеризуют степенью порывистости, определяемой только качественно. Несмотря на большой диапазон изменения мгновенных значений скорости и направления ветра, осредненные их значения за некоторый достаточно большой интервал времени являются устойчивыми характеристиками.

Шкала Бофорта – условная шкaлa для визуальной оценки и записи силы (скорости) ветра в баллах. Первоначально, была разработана английским адмиралом Френсисом Бофортом в 1806 г. для определения силы ветра по характеру её проявления на море. С 1874 г. данная классификация принята для повсеместного (на суше и на море) использования в международной синоптической практике.

В последующие годы менялась и уточнялась (прил. 5). За ноль баллов было принято состояние полного штиля на море. Изначально система была тринадцатибальная (0–12), в 1946 г. шкалу увеличили до семнадцати (0–17). Сила ветра в шкале определяется по взаимодействию ветра с различными предметами. В последние годы, силу ветра, чаще, оценивают по скорости, измеряемой в метрах в секунду – у земной поверхности, на высоте порядка 10 м над открытой, ровной поверхностью.

В прил. 5, приведена шкала Бофорта, принятая в 1963 году Всемирной метеорологической организацией. Шкала волнения на море – девятибальная (параметры даны для большой морской акватории; на малых акваториях – волнение меньше).

Выбор того или иного метода измерения скорости ветра должен определяться целью измерения и характером необходимых данных. Так, например, данные о ветре, необходимые для расчетов нагрузок на строительных сооружениях, должны обязательно содержать значения возможных максимальных скоростей ветра, данные при расчете энергии для ветряных двигателей – средние значения скорости.

В целях изучения направления и скорости ветра в метеорологии часто используют флюгер Вильда (рис. 8.1) и ручные анемометры.

Рис. 8.1. Размещение Флюгеров на метеорологической площадке

Определение направления ветра. В метеорологии всегда отмечают точку горизонта, откуда дует ветер. Для отметки точек горизонта, откуда дует ветер, можно указывать их или в румбах или в градусах.

В метеорологии пользуются преимущественно обозначением направления ветра в румбах, причем принято направление ветра отмечать по шестнадцати румбам.

Для обозначения румбов используются начальные буквы названий стран света: север (Nord), юг (Sud), восток (Est) и запад (West). При обозначении промежуточных румбов называют оба румба, между которыми находится данное направление ветра, причем первым по порядку называют основной румб. Основных румбов два: север (Nord) и юг (Sud). Таким образом, если направление ветра приходится как раз между югом (Sud) и западом (West), то такой ветер обозначается ЮЗ (SW) и называется юго-западным (Sud-West). Если направление ветра приходится как раз по середине между ЮЗ (SW) и Ю (S), то такой промежуточный ветер обозначают ЮЮЗ (SSW), т. е. называют в первую очередь основной румб Ю (S), далее румб производный ЮЗ (SW).

В некоторых случаях указывают направление ветра в градусах, считая за 0º север и ведя счет через восток – 90º, юг – 180º и запад – 270º. Ночью температура суши ниже, чем температура соседних масс воды, поэтому ветер будет дуть с суши на водную поверхность. Из этих примеров видно, что ветер возникает при неодинаковом нагревании разных участков суши и воды. Ветер дует от масс с мень-

температурой и большей плотностью к массам с меньшей плот-

шей ностью и вытесняет их вверх. Движение воздуха у земной поверхности всегда сопровождается встречным движением воздуха в более высоких слоях.

Роза ветров. Для наглядного представления о режиме ветра строится роза ветров. С этой целью по многолетним данным рассчитывается повторяемость ветра для различных румбов (обычно для восьми), т. е. вычисляется, сколько раз повторялось то или иное направление ветра за определенный период времени. Полученные величины выражают в процентах от общего числа случаев наблюдений.

Для построения розы ветров из центральной точки откладывают по направлению основных румбов (рис. 8.2, а) отрезки, соответствующие повторяемости ветра данного направления, и концы отрезков соединяют прямыми линиями.

Иногда при построении розы ветров учитывают средние скорости ветра для каждого направления. В таком случае можно на одном графи-

ке в определенных масштабах построить розу повторяемости направления и розу скоростей ветров (на рис. 8.2, а, пунктиром). Средняя скорость для каждого румба определяется путем деления суммы скоростей для данного румба на общее число случаев наблюдений.

а б

Рис. 8.2. Роза ветров (а) и график повторяемости ветра (б)

Более наглядным является графическое изображение повторяемости направлений ветра в прямолинейных координатах в виде развернутой розы ветров. Для такого построения румбы наносятся по горизонтальной оси через равные промежутки, а повторяемость направлений ветра – по вертикальной оси для каждого румба (рис. 8.2, б). Обычно для построения розы ветров осредняют многолетние результаты наблюдений и среднюю повторяемость выражают в процентах. За 100 % принимается число всех наблюдений за данный период.

Флюгер Вильда. Для измерения скорости и направления ветра пользуются флюгером Вильда (рис. 8.3).

Устройство прибора следующее. На вертикально установленную ось надета закрытая с одного конца трубка 1 – она может свободно вращаться вокруг этой оси. К верхней части трубки прикреплена горизонтальная планка, на одном конце этой планки имеется дуга со штифтами 2, на другом – противовес. Вдоль планки прикреплена на штифтах подвижная доска 3. Доска может быть легкой – весом 200 г и тяжелой – весом 800 г, тяжелая доска применяется для измерения больших скоростей ветра. К нижней части трубки прикреплена флюгарка

4 с противовесом 5. Направление ее перпендикулярно к оси

вращения доски 3.

Так как дуга со штифтами и флюгарка уравновешены, то вся система свободно вращается вокруг оси.

Если такую систему выставить на ветер, то флюгарка будет поворачиваться до тех пор, пока давление на обе доски флюгарки не станет

одинаковым. В этом положении флюгарки ветер дует перпендикулярно к доске 3 и отклоняет ее от вертикального положения. Степень отклонения может быть определена по штифту дуги 2.

Ниже подвижной части на оси укреплены восемь указателей направления румбов 6. К одному из указателей прикреплена буква С, этот указатель направляется точно на север; остальные указатели располагаются по другим направлениям – румбам.

Рис. 8.3. Флюгер Вильда:

1 – трубка; 2 – дуга со штифтами; 3 – доска измерителя скоростей;

4 – лопасти флюгарки; 5 – противовес; 6 – указатель румбов

При более детальных исследованиях угол между двумя соседними румбами делят пополам и вводят дополнительные направления: северо-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-восток и т. д.

Флюгер ставят на открытом месте на столбе высотой 10–12 м. В установленный срок отмечают положение доски 3 относительно штифтов дуги 2, а также румб

, который показывает направление стержня противовеса. По номерам штифтов определяют скорость ветра, пользуясь для этого переводной таблицей.

Ветромер Третьякова. Этот прибор служит для определения

направления и скорости ветра в походных условиях.

Действие прибора, подобно флюгеру, основано на отклонении свободно подвешенной металлической пластины, имеющей ложкообразную форму (рис. 8.4). Направление ветра определяется при помощи флюгарки.

Рис. 8.4. Вeтpoмер Третьякова:

1 – вертикальная ось; 2 – восьмиугольная звезда указателя румбов;

3 – цилиндр; 4 – флюгарка; 5 – противовес; 6, 7 – пластинка с указателем;

8 – вертикальная ось; 9 – шарнирное крепление; 10 – указатель

Устройство прибора. На вертикальной оси 1, оканчивающейся острием, укреплена складная восьмиконечная звезда 2, имеющая нанесенные на ней названия румбов. Для удобства отсчетов при наблюдениях надписи нанесены на нижней поверхности звезды. На вертикальную ось 1, при помощи небольшого цилиндрика 3 надевается подвижная система, состоящая из флюгарки 4 с противовесом 5 и жестко скрепленных между собою под углом 76º двух пластинок 6 и 7, которые могут свободно вращаться на оси 8. Флюгарка 4 изготовлена в виде волнообразно изогнутой пластинки с вырезами. Противовес 5 имеет шарнирное скрепление 9 и при укладке прибора в футляр отгибается вверх. Пластинка 6, снабженная внизу указателем 10 в виде острия, имеет ложкообразную форму и обращена своей вогнутой стороной навстречу ветру. Пластинки 6 и 7 имеют в средней части вырезы. Под воздействием ветра вся система поворачивается по ветру и пластинки 6 и 7 отклоняются на тот или иной угол.

Указатель 10 пластинки 6 движется по шкале, нанесенной на плоскости флюгарки. На этой шкале нанесены деления (вырезы), обозначенные цифрами: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, которые выражают скорость ветра в м/с. Шкала данного ветромера была получена В. Д. Третьяковым экспериментально, путем многократных определений угла отклонения, ложкообразной пластинки 6 при заданных скоростях ветра в аэродинамической трубе.

Наблюдения по ветромеру Третьякова. Установив вертикально деревянный шест, надевают на него ось 1 с указателем направления. После этого надевают подвижную часть прибора – флюгарку.

С помощью компаса ориентируют звезду 2 так, чтобы ее лучи были направлены по странам света. Перед наблюдением следует проверить вертикальность оси 1, а также и отсутствие трения при движении, как у флюгарки, так и у пластинок 6 и 7.

После установки прибора приступают к наблюдениям. Для определения направления ветра следят за положением указателя противовеса 5 флюгарки в течение 1–2 мин и записывают среднее его положение. Скорость ветра определяют по среднему положению указателя 10 на шкале за такой же промежуток времени, как и при определении направления ветра. Точность показаний ветромера 0,5 м/с в интервале шкалы 1–6 и 1 м/с при больших скоростях.

Для измерения скоростей ветра превышающих 10 м/с, к прибору прилагается грузик, который с помощью язычка прикрепляется к средней части пластинки 7. При наблюдениях с грузиком все показания по скорости ветра, отсчитанные по шкале, следует удваивать. После наблюдений прибор разбирается и укладывается в плоский деревянный футляр.

Ветромер Третьякова, предназначенный для полевых наблюдений, имеет преимущество перед ручным анемометром в том, что его показания не зависят от каких-либо переводных множителей, значения которых со временем могут изменяться. Указанное обстоятельство является важным при полевых наблюдениях, где отсутствует возможность произвести поверку прибора и определить величину изменения его переводных множителей.

Для сохранения правильности показаний ветромера Третьякова необходимо только следить за тем, чтобы угол между пластинками 6 и 7 всегда оставался одним и тем же, а именно 76º, так как только при этом угле шкала сохраняет свое значение. Следует также обращать внимание на то, чтобы форма пластинок 6 и 7 не менялась.

Необходимо отметить, что у ветромера Третьякова, при сохранении достаточной чувствительности, приняты меры для уменьшения колебаний («болтаний») как указателя направления, так и силы ветра. Верхняя пластинка 7, отличающаяся по форме от пластинки 6, является ее динамическим противовесом и служит для уменьшения колебаний указателя скорости ветра при его порывах. Волнообразная форма хвостового оперения флюгарки сделана также с целью успокоения ее колебаний. При отсутствии приборов скорость ветра можно приближенно определить, пользуясь условной шкалой.

Ручной анемометр применяется для измерения средней скорости ветра за определенный промежуток времени (рис. 8.5). Устройство основано на том, что давление на обращенную к ветру вогнутую поверхность полусферической чашки значительна больше, чем на обращенную к ветру выпуклую поверхность, которую ветер в известной степени свободно обтекает.

Рис. 8.5. Ручной анемометр:

1 – ось; 2 – чашка; 3 – арретир

Устройство прибора. К верхнему концу оси прикреплена крестовина, на концах которой закреплены четыре полусферические чашки 2. Выпуклые стороны чашек направлены по окружности в одну сторону, вогнутые – в противоположную. На нижнем конце оси 1

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 118 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]