Національний університет біоресурсів І природокористування УКРАЇНИ

агробіологічний факультет

Кафедра кормовиробництва і меліорації

МЕТЕОРОЛОГІЯ

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт

для підготовки фахівців ОКР „Бакалавр” напряму 6.090103 –

“Лісове та садово-паркове господарство”

КИЇВ – 2012

УДК 631: 551.5

Викладено методичні вказівки до виконання лабораторних робіт навчальної дисципліни „Метеорологія” для підготовки фахівців ОКР „Бакалавр” напряму 6.090103 – “Лісове та садово-паркове господарство”

Рекомендовано вченою радою Навчально-наукового інституту лісового і садово-паркового господарства НУБіП України

протокол № 7 від 27.03.2012р.

Рецензенти: д.с-г.н., проф. Кирик М.М.

к.с-г.н., доц. Жемойда В.Л.

МЕТЕОРОЛОГІЯ

Методичні вказівки

до виконання лабораторних робіт

для підготовки фахівців ОКР „Бакалавр” напряму 6.090103 –

“Лісове та садово-паркове господарство”

Укладачі: д.с-г.н., проф. Демидась Г.І.

к.геогр.н., доц. Скриник О.А.

Вступ

Методичні вказівки складено на основі робочої програми з дисципліни „Метеорологія” для підготовки фахівців ОКР „Бакалавр” напряму 6.090103 – “Лісове та садово-паркове господарство”.

Мета виконання робіт– надати студентам загальні відомості про закономірності атмосферних процесів і явищ, показати їх зв”язок із життєдіяльністю лісових екосистем, а також:

• Ознайомити із будовою і властивостями атмосфери: фізичними процесами, будовою атмосфери; тепло- і вологообміном, радіаційним режимом, циркуляцією атмосфери.

• Ознайомити з поняттям погода і клімат: типи клімату, формування і динаміка клімату, антропогенний вплив на клімат Землі.

• Познайомити з теорією і практикою метеорологічних спостережень; прикладними питаннями метеорології; з основними метеорологічними приладами, методами вимірювань, провести метеорологічні спостереження.

Студенти, отримавши знання при виконанні робіт, повинні знати:

• Взаємодію атмосфери і лісу,

• Радіаційний режим атмосфери,

• Тепловий режим земної поверхні і атмосфери,

• Взаємодія рослинності і води (водяної пари) в атмосфері,

• Атмосферний тиск і повітряні течії в атмосфері,

• Погода та її зміна,

• Кліматоутворюючі процеси.

Студенти повинні знати і вміти використовувати основні поняття і закономірності атмосферних процесів і явищ в життєдіяльності лісових екосистем.

Лабораторна робота № 1

Огляд принципів організації і методики проведення метеорологічних спостережень.

Мета роботи: Ознайомитись із структурою системи гідрометеорологічних спостережень в Україні та в світі.

Задачі роботи: Позначити на контурній карті України метеорологічні станції Державної гідрометеорологічної служби України.

Нарисувати схему розміщення приладів на метеорологічному майданчику.

Теоретичні відомості

Державна гідрометеорологічна служба України

Метеорологічні спостереження в Україні організовує Державна гідрометеорологічна служба. Керівним органом якої є Державний гідрометцентр України (мал.1.1) Усі спостереження проводяться одночасно, одними й тими ж приладами за єдиною програмою і методикою.

Сучасна метеорологічна мережа (дод.1) складається з 188 метеорологічних станцій ІІ розряду (мал. 1.2). Актинометричні спостереження проводяться на 16 діючих станціях, теплобалансові спостереження на 7 станціях. На 8 станціях за допомогою радіолокаторів проводяться спостереження за атмосферними явищами у радіусі 300 км і вони охоплюють всю територію України.

Спеціальні аерологічні спостереження проводяться на 9 станціях. Для обслуговування потреб сільськогосподарського виробництва на 145 діючих станцій проводяться агрометеорологічні спостереження. Мережа спостереження за забрудненням атмосфери становить 168 постів у 54 містах держави. На 32 станціях визначається хімічний склад атмосферних опадів, на 51 станції визначають кислотність опадів, а на 54 станціях – забруднення снігового покриву. В системі гідрометеорологічної служби є 6 озонометричних станцій. Вивчається також радіоактивне забруднення: потужність експозиційної дози визначається у 182 пунктах, радіоактивне випадіння з атмосфери на земну поверхню в 69 пунктах, вміст аерозолів в атмосфері – в 11 пунктах.

Кліматологічні спостереження до 1935 р. проводились о 7,13 та 21 годинах, з 1936 до 1965 р. о 1,7, 13 та 19 год., а з 1966 р. 8 разів через кожні 3 години, починаючи з 2⁰⁰(за літнім часом з 3⁰⁰). Усі метеорологічні величини вимірюються кожного строку спостереження, а кількість атмосферних опадів – 4 рази протягом доби. Крім щоденного визначення снігового покриву на станції протягом зими, через кожні 5 днів проводяться снігомірні знімання на полях.

У системі Державної гідрометеорологічної служби діє Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут (Київ) (УкрНДГМІ – мал.1.3).

Атмосфера – дуже рухливе середовище, атмосферні процеси не помічають державних кордонів. Метеорологічні спостереження проводять усі країни. Дуже важливо, щоб ці спостереження проводились узгоджено за єдиною методикою. Міжнародне співробітництво в галузі метеорології почалось давно. Ще в 1873 р. відбувся перший Міжнародний метеорологічний конгрес. Після другої світової війни співпраця поновлена на новій основі як Всесвітня метеорологічна організація (ВМО) при ООН. Через кожні чотири роки збираються конгреси ВМО, які обирають Виконавчий комітет та президента. Секретаріат ВМО працює в Женеві. В системі ВМО працює Всесвітня служба погоди, створена в 1963 р. і об’єднує служби погоди країн членів ВМО. За розкладом ВМО кожна країна передає свою метеорологічну інформацію в ефір і всі країни світу за 3-4 години можуть зібрати інформацію про погоду всієї північної півкулі, а за 7-8 годин – всієї земної кулі. Уся інформація використовується для обслуговування потреб різних галузей народного господарства та для складання прогнозів погоди на найближчі дні.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ВИКОНАННЯ:

1. Позначити на контурній карті метеорологічні станції України (користуючись дод.1).

2. Нарисувати схему розміщення приладів на метеорологічному майданчику.

Рекомендована література:

1. Настанова гідрометеорологічним станціям і постам. Агрометеорологічні спостереження /Т.І. Адаменко, Л.В. Щербак. – К., 2007 – Вип.11.

2. Проценко Г.Д. Метеорологія і кліматологія: Навч. посіб. – К.: НПУ ім. М.П.Драгоманова, 2008. – 266 с.

3. Сайт гідрометцентру України.

Лабораторна робота № 2

Вимірювання потоків сонячної радіації

Мета роботи:навчитися користуватися актинометричними приладами і методикою вимірювання радіації.

Задачі роботи:

1. Ознайомитися з будовою і принципом дії приладів для вимірювання радіації.

2. Вивчити методику вимірювання радіації.

Прилади:Актинометр, піранометр, геліограф, альбедометр, балансомір.

Теоретичні відомості

Сонячна радіація– це промениста енергія Сонця, яка досягає земної поверхні у вигляді невидимої (ультрафіолетової та інфрачервоної) і видимої радіації.

Частина променистої енергії Сонця, яка приходить до земної поверхні від видимого диска Сонця у вигляді паралельних променів, називається прямою сонячною радіацією.

Розрізняють дві характеристики прямої сонячної радіації: інтенсивність (S)– це пряма сонячна радіація, яка надходить на перпендикулярну абсолютно чорну поверхню і вимірюється актинометром Янішевського;інсоляцію (S′) – величина приходу прямої сонячної радіації на горизонтальну поверхню, яку можна обчислити за формулою:

S′=S • sinh_о.

При визначенні величини інсоляції прямої сонячної радіації на південний або північний схили користуються такими формулами:

S′ _{пд. схилу} = S • sin(h_о + α); S′ _{пн. схилу} = S • sin(h_о – α),

де h_о– висота Сонця над горизонтом;а– крутизна схилу, град.

Частина сонячної радіації, що після розсіювання в атмосфері надходить на горизонтальну поверхню, називається розсіяною радіацією (Д).

Сумарна радіація(Q) являє собою суму прямої (S′) і розсіяної (Д) радіації, тобто:

Q=S′+Д, або Q=S • sinh_о+Д.

Відбита радіація (R_к) – частина сонячного випромінювання, яке відбивається земною поверхнею. Відбиту радіацію (R_к) найчастіше характеризують безрозмірною величиною – відбитною здатністю або альбедо тієї чи іншої поверхні, на яку падає сонячна радіація.

Альбедо(А_к) – відношення відбитої радіації до сумарної, виражається в частинах одиниці (з точністю до сотих) або у відсотках. Альбедо розраховується за формулою:

А_к=R_к •100 : Q.

Частина сумарної радіації, яка поглинається земною поверхнею, називається поглинутою радіацією(R_п):

R_п=Q-R_к або R_п=Q (1-А_к : 100).

Витрати променистої енергії (крім відбитої радіації) відбуваються також за рахунок ефективного випромінювання(Е_еф). Воно являє собою різницю між власнимвипромінюванням земної поверхні(Е_з) і зустрічнимвипромінюванням атмосфери(Е_а):

Е_еф=Е_з  Е_а .

Різницю між надходженням і витратами радіації називають радіаційним балансом, абозалишковою радіацією(В). Рівняння радіаційного балансу має такий вигляд:

В=S′+Д-R_k –Е_з +Е_a або В=Q(1-А_к : 100)-Е_еф .

У процесі фотосинтезу рослини використовують частину сонячної радіації в інтервалі довжин хвиль 0,38 – 0,71 мкм (мікрометри), або 380-710 нм (нанометр). Ця радіація називається фотосинтетичноактивною радіацією(ФАР). Для визначення сум ФАР за відповідними сумами прямої та розсіяної радіації використовують формулу Росса і Тоомінга:

Q_фар=0,43S′+0,57Д.

Найбільш інтенсивно листя рослин поглинає синьо-фіолетові (0,40-0,48 мкм) і оранжево-червоні (0,65-0,69 мкм) промені.

У міжнародній системі одиниць (СІ) енергетична освітленість радіації вимірюється у Вт/м², а для сум радіації використовують Дж/м²с.

1,0 кал/см²хв=698 Вт/м²=700Дж/м²с

Прилади для вимірювання сонячної радіації

Для вимірювання всіх видів сонячної радіації на метеорологічних станціях та в польових умовах застосовують актинометричні прилади.

Актинометр Янішевського(рис.2.1) – для вимірювання інтенсивності прямої сонячної радіації (S). Він має провідник (послідовно спаяні стрічки манганіну і константану), складений у вигляді зірочки. Непарні спаї розміщені навколо центру, парні - на периферії. Перші підклеєні до нижнього боку тонкого зачорненого срібного диска. Кінці провідника виведені і підключаються до гальванометра. Спай установлений у трубку. В широкій частині трубки знаходиться мідне кільце. Якщо трубку спрямувати на сонце, то сріблястий диск освітлюється прямими сонячними променями, а мідне кільце залишається в тіні.

Непарні спаї більше нагріваються, ніж парні. Різниця температур тим більша, чим сильніша сонячна радіація. Термострум, що виникає, вимірюють за допомогою гальванометра.

Піранометр(мал.2.2)– для вимірювання розсіяної і сумарної радіації. Термобатарея піранометра складена із скріплених смужок манганіну і константану, розташованих у горизонтальній площині. Парні та непарні термоспаї розміщені групами і пофарбовані білою і чорною фарбою, в результаті утворюється пластинка – приймач із чергуванням білих та чорних квадратів, яка зверху закрита скляним ковпаком. Якщо на пластинку падають сонячні промені, то в провіднику виникає термострум, сила якого пропорційна інтенсивності діючої радіації. Таким чином вимірюється сумарна радіація (Q). Якщо приймач затінити від дії прямого сонячного випромінювання, то на нього діятиме тільки розсіяна радіація (Д).

Альбедометр(мал 2.3) – для вимірювання відбитої радіації (R_к). Альбедометр – це піранометр, конструктивно пристосований для вимірювання падаючої і відбитої сонячної радіації. Падаючу радіацію (Q) вимірюють при спрямуванні приймача вгору, а відбиту – при спрямуванні вниз. За формулою обчислюють альбедо (Ак).

Балансомір(рис.2.4)– для вимірювання радіаційного балансу (В). Приймач балансоміра складається з двох тонких пластинок – мідної та пофарбованої в чорний колір фольги. Пластинки розміщені паралельно, приклеєні відповідно до парних і непарних спаїв термобатареї і зачорненими поверхнями спрямовані в протилежні сторони.

Встановлюють балансомір горизонтально (поверхня однієї пластинки спрямована вверх, а другої - вниз). Різницю між потоками радіації зверху і знизу, тобто радіаційний баланс діяльного шару, покаже гальванометр, до якого прикріплений балансомір.

Геліограф(мал.2.5) – для вимірювання тривалості сонячного сяйва в годинах. Він складається з масивної скляної кулі 1, закріпленої на підставці 2, яка фокусує падаючі на неї сонячні промені. Фокус переміщується за рухом сонця. На шляху руху точки фокуса закріплена картонна стрічка 3 з поділками на години, яка встановлюється у пази чашки на підставці. Сонячні промені збираються у фокус і залишають пропалини на стрічці. За пропалинами визначають тривалість сонячного сяйва.

Люксметр(мал.2.6) – вимірює освітленість у люксах (лк). В ньому встановлений фотоелемент, змонтований разом з магнітно- електричним вимірювачем. Фотоелемент перетворює сонячну енергію безпосередньо в електричну, і вона по проводу передається на стрілку люксметра, яка рухається за шкалою.