Влажность воздуха

Станционный психрометр

Строение: два термометра (цена деления 0,2 ºС), закрепленных на штативе в психрометрической будке.

Шарик правого термометра обвязан батистом, конец которого погружен в стеклянный стаканчик, наполненный дистиллированной водой.

Психрометрический стаканчик установлен в проволочном кольце, которое закреплено на штативе с помощью винта.

Расстояние от верхнего края стаканчика до шарика термометра 2 – 3 см (чтобы края стаканчика не мешали свободному обмену воздуха и исключалась возможность образования около шарика термометра воздуха повышенной влажности. Стаканчик покрывают крышкой с прорезью, через которую пропускают конец батиста.

Измерения с помощью психрометра

Батист должен быть хорошо смочен за 10 – 15 мин до отсчета (погрузить шарик термометра в воду, сняв крышку). Батист должен быть обернут в один слой. Не реже двух раз в месяц следует менять батист.

С наступлением первых заморозков батист обрезается под шариком термометра, и стаканчик убирается из психрометрической будки. За полчаса до наблюдений стаканчик с дистиллированной водой комнатной температуры приносят в психрометрическую будку и погружают шарик термометра, обернутый батистом в воду. Необходимо подождать пока температура по смоченному термометру поднимется на 2 – 3 градуса выше нуля (вся старая ледяная корка на батисте растаяла). Стаканчик убирают и снимают каплю воды краем стаканчика. Будку закрывают, через 30 минут производят отсчет.

Показания сухого и смоченного термометра заносят в книжку КМ-1.

Давление водяного пара надо льдом меньше, чем над переохлажденной водой.

Вычисление упругости водяного пара производится по формуле

e=E₁-A(t-t₁)p

e=E₁-0,0007947(t-t₁)p – при А=0,0007947

А – психрометрический коэффициент (h/Lc) (уменьшается при увеличении скорости ветра).

На метеорологических станциях вычисление влажности производится не по формулам, а при помощи специальных психрометрических таблиц (давление принимается равным 1000,0 гПа). При меньшем давлении вводится положительная поправка, при большем – отрицательная.

В зимнее время при температуре воздуха ниже -10 ºС наблюдения по смоченному термометру прекращаются.

Аспирационный психрометр

Предназначен для работы в экспедиционных условиях

В аспирационном психрометре скорость движения воздуха постоянна (2м/с).

Устройство аспирационного психрометра

Два специальных термометра укреплены в металлической оправе, состоящей из трубки, раздваивающейся книзу, и планочных защит. К нижней раздвоенной части трубки с помощью пластмассовых втулок прикреплены две трубки, являющиеся защитой резервуаров термометров. Верхний конец трубки соединен с аспиратором, просасывающим наружный воздух через разветвление трубки и мимо резервуаров термометров.

Аспиратор имеет пружинный механизм, который и приводит во вращение вентилятор. Пружина заводится ключом.

Резервуар одного из термометров (правый) обвязан батистом, коротко обрезанным под резервуаром.

Измерения по аспирационному психрометру

Психрометр устанавливается в том месте, где определяется влажность: зимой за 30 (20) минут, а летом за 15 минут до момента отсчета.

Смачивание термометра, обвязанного батистом, зимой производят за 30 мин, а летом за 4 мин до отсчета. Прямые солнечные лучи не должны попадать на термометры.

Для смачивания используют резиновую грушу с пипеткой.

Смочив термометр, при помощи ключа заводят механизм, вращающий вентилятор, который в момент отсчета должен работать полным ходом. Поэтому зимой за 4 минуты до отсчета нужно произвести вторичный завод механизма.

При производстве отсчетов сначала следует быстро отсчитать десятые доли градуса по сухому и смоченному термометрам, записать результаты и только после этого уже отсчитать и записать целые градусы. Ветер должен дуть по направлению от прибора на наблюдателя.

Влажность по аспирационному психрометру определяется по формуле

e=E₁-0,000662(t-t₁)p – при А=0,000662

Волосной гигрометр предназначен для измерения относительной влажности воздуха.

Принцип работы: способность обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха.

Общее удлинение волоса при изменении относительной влажности от 0 до 100% составляет 2,5% его длины. Изменения длины волоса при изменении относительной влажности происходят нелинейно.

Строение. На металлической рамке длиной около 27см укреплен обезжиренный человеческий волос. Верхний конец волоса закреплен на особом винте-регуляторе, который находится в верхней части металлической рамки. Нижний конец волоса при помощи деревянного штифта и шеллака или цапонлака закреплен в отверстии, расположенном на металлической дужке, которая висит на металлическом стерженьке, имеющем на конце грузик, натягивающий волос. Стерженек входит в отверстие оси, на которой сидит стрелка. Путем перестановки стерженька можно менять чувствительность гигрометра. В середине вертикальных стоек укреплена шкала, по которой перемещается конец стрелки. При помощи винта-регулятора можно устанавливать стрелку на любом делении шкалы. На шкале нанесены 100 неравномерных (постоянно уменьшающихся) делений от 0 до 100 (изменения длины волоса происходят нелинейно).

Волосной гигрометр устанавливается в психрометрической будке вместе с психрометром и крепится на штативе между сухим и смоченным термометрами.

Отсчеты по волосному гигрометру делаются в целых делениях его шкалы непосредственно после отсчетов по психрометру с тем, чтобы промежуток времени между этими отсчетами был наиболее коротким.

Диапазон температур, в котором могут работать гигрометры от -50 до +53ºС.

Гигрографы служат для непрерывной регистрации изменений относительной влажности воздуха.

Строение. Чувствительный элемент (приемная часть) – пучок обезжиренных человеческих волос, закрепленных в металлической рамке.

Передающая часть – система рычагов, соединяющих крючок, надетый на пучок волос, и стрелку.

Регистрирующая часть – барабан с часовым механизмом. На барабан надета лента.

Часовой механизм: недельный (176 ч) и суточный (26ч).

Обработка лент гигрографа производится подобно обработке лент термографа. Записывают показания, полученные по психрометру в сроки наблюдения. Затем снимают отсчеты по записи гигрографа. Рассчитывают поправки для сроков наблюдения. Затем – для каждого часа. Записывают исправленные значения.

Осадки

Осадкомер В.Д. Третьякова

В состав прибора входят:

- два ведра

- крышка

- таган (подставка)

- планочная защита

- измерительный стакан

Ведро имеет форму цилиндра (диаметр 159,9 мм; приемная площадь 200 см², высота 40 см).

Внутри ведра впаяна диафрагма, имеющая форму конуса с отверстием для стока. Для уменьшения испарения осадков из ведра в летнее время отверстие диафрагмы покрывается воронкой с небольшим отверстием в центре. В зимний период воронка вынимается. С внешней стороны к ведру припаян носок для слива собранных осадков в измерительный стакан. Носок закрывается колпачком, прикрепленным на цепочке, припаянной к ведру. Ведро ставится в таган на выступы на внутренней стороне его ножек.

Защита осадкомера состоит из 16 планок, имеющих форму равнобедренной трапеции. Верхние концы планок отогнуты во внешнюю сторону и в собранном осадкомере находятся в одной горизонтальной плоскости с верхним срезом сосуда. Планки расположены на равном расстоянии друг от друга и вверху и внизу стянуты между собой цепочками.

Измерительный стакан осадкомера имеет 100 делений. Цена каждого деления равна 2 см³, что соответствует 0,1 мм высоты слоя воды в ведре.

Осадкомер устанавливается на деревянном столбе или специальной металлической подставке так, чтобы высота приемной части осадкомера (верхний срез ведра) над поверхностью земли была равна 2 м.

Около осадкомера устанавливается деревянная или металлическая лесенка, которая не должна упираться в столб.

Осадкомер следует устанавливать так,чтобы в него не могли попасть осадки, сдуваемые с соседних предметов (деревьев, крыш и т.п.). Близко расположенные предметы при ветре могут также мешать свободному попаданию осадков в сосуд, особенно при косом их выпадении. Осадкомер устанавливают так, чтобы расстояние от ближайших окружающих его предметов было не меньше, чем трехкратная высота этих препятствий.

Осадкомер не следует устанавливать на совершенно открытом месте, так как в этих условиях наблюдается выдувание из него твердых осадков.

Количество выпавших осадков обычно определяется за сутки. На метеорологических станциях измерения производятся ежедневно два раза в сутки (7 и 19 часов).

В установленные сроки наблюдатель должен взять из помещения второе ведро, закрытое крышкой, прийти к установке, снять со столба стоящее на нем ведро, закрыть его крышкой и на его место поставить принесенное ведро. Возвратившись в помещение с ведром, наблюдатель производит измерение осадков, вылив их через носок в измерительный стакан, и записывает их количество в книжку наблюдений. Если измерение осадков производится зимой, то его следует начать после того, как снег, находящийся в ведре растает. Отсчет количества осадков производят в целых делениях стакана.

Если осадки не занимают целого деления, то берется деление, к которому уровень воды ближе. Так как вода смачивает стекло, то при измерении осадков следует производить отсчет по нижнему срезу мениска.

Если количество вылитой воды из ведра не займет даже половины нижнего деления стакана, то в книжке наблюдений записывают ноль (0). Если осадков не было, то графа «Осадки» не заполняется. Число отсчитанных делений стакана наблюдатель заносит в книжку наблюдений.

Если в ведре окажется более 100 делений измерительного стакана, тогда измерение следует производить частями, сливая осадки несколько раз в стакан и обязательно записывая число отсчитанных делений стакана.

Во время таяния твердых осадков ведро обязательно должно быть закрыто сверху крышкой, а носик для слива – колпачком. Нельзя ставить ведро в слишком теплое место, чтобы не произошло значительного испарения осадков.

В сводную таблицу за месяц количество осадков заносится в миллиметрах (поэтому число делений, занесенное в книжку наблюдений, нужно уменьшить в 10 раз).

При измерениях количества осадков с помощью осадкомера допускаются погрешности за счет недоучета смачивания ведра жидкими осадками (или растаявшими твердыми) и испарение их из ведра. Поэтому к результатам измерений с помощью дождемерного стакана вводятся поправки:

Вид осадков	Поправка при количестве осадков, мм
	до 0,5	более 0,5
Твердые	-	+0,1
Жидкие	+0,1	+0,2

Полевой дождемер

В некоторых случаях нет необходимости в получении точных данных о количестве осадков. Например, при учете влаги на сельскохозяйственных полях для большинства культур достаточно знать количество выпадающих осадков с точностью до 1 мм. В таких случаях целесообразно применять полевой дождемер. Он представляет собой стеклянный мерный стакан (верхняя часть которого расширена) и служит осадкосборным цилиндром с площадью приемной поверхности 30 см². На мерной части дождемера нанесены деления, соответствующие 3 см³ осадков или 1 мм слоя выпавших осадков. Для уменьшения испарения попавших в осадкомер осадков осадкомер снабжен воронкой. Для этой же цели дождемер целесообразно помещать в деревянный защитный кожух, который должен закрывать всю его нижнюю часть до расширения. Кожух должен быть покрашен в белый цвет.

Дождемер и кожух устанавливаются и закрепляются на деревянном столбе или металлической подставке.

Для отсчета количества выпавших осадков и выливания осадков после их измерения дождемер может быть извлечен из кожуха путем поднятия его вверх или через дверку, которая должна быть для этой цели сделана в кожухе.

Место установки полевого дождемера должно выбираться с учетом исключения влияния окружающих строений, деревьев и т.п.

Наблюдения по полевому дождемеру производятся ежедневно утром в течение теплого периода года.

Количество выпавших осадков определяется по отсчету деления дождемера, до которого поднялась вода. Если уровень воды стоит между делениями, то берется деление, более близкое к уровню воды.

В том случае, если количество выпавших осадков меньше половины одного деления, то записывается ноль (0), так же как и в том случае, когда осадки совершенно отсутствовали.

После снятия отсчетов воду из дождемера выливают, предварительно достав воронку.

Суммарный осадкомер

В ряде случаев необходимо вести учет количества осадков, выпадающих вдали от метеорологической станции в ненаселенных и труднодоступных местах. Тогда используют суммарные осадкомеры, дающие возможность измерять сумму выпавших осадков сразу за большой срок – от 3 до 12 месяцев.

Суммарный дождемер М.В. Косарева состоит из приемной части в виде трубы с внутренним диаметром 252,2 мм (приемная площадь 500 см²), которая соединяется с сосудом для сбора осадков.

Сосуд состоит из двух соединяющихся между собой частей: верхней, соединенной с приемной трубой, и нижней. Желательно, чтобы нижняя часть сосуда была рассчитана на вмещение в растаявшем виде всех осадков, которые могут выпасть в месте установки осадкомера за весь срок между измерениями.

Коническая форма нижней части сборного сосуда исключает возможность разрыва ее при замерзании и таянии хранящихся в ней осадков. Верхняя часть сосуда имеет окно, плотно закрывающееся задвижкой. Окно служит для выема осадков при измерении.

Вверху к приемной части прикреплена планочная защита.

Осадкомер устанавливается на подставке, имеющей четыре ножки из углового железа. При установке ножки закапываются немного в грунт, обкладываются камнями, кроме того, осадкомер укрепляется оттяжками. Верхний край приемной части осадкомера должен находиться на высоте 2 м от поверхности почвы (снега).

Для предохранения собранных осадков от испарения в осадкомер наливают минеральное масло (2,5 л), которое всплывает на поверхность воды.

В установленные сроки производят измерение осадков. Для этого с помощью паяльной лампы или костра подогревают нижнюю часть сосуда, если в нем имеются твердые осадки, до полного их таяния. Затем открывают люк и с помощью резинового шланга (сифона или резиновой груши с длинным наконечником) переливают воду в запасной сосуд или сразу же измеряют с помощью измерительного стакана. При измерении нужно следить за тем, чтобы в сумму осадков не включить попавшее в стакан вместе с осадками масло.

Данные о количестве осадков, выпавших за относительно большие промежутки времени, не всегда достаточны. Самописцы обеспечивают возможность определения количества осадков, их распространения во времени и интенсивности. Все самописцы регистрируют только жидкие осадки.

Плювиограф

При помощи этого прибора может быть измерено как общее количество осадков, выпавших за определенный промежуток времени, так и их интенсивность.

Интенсивность принято вычислять для интервала 10 мин. Это требует детальной регистрации хода выпадения осадков в достаточно большом масштабе. В связи с этим, а также потому, что за сутки (чаще менять ленту нецелесообразно) может выпасть значительное количество осадков, а чрезмерное увеличение размеров диаграммной ленты, на которой производится регистрация, недопустимо, в плювиографе специальным устройством обеспечивается непрерывная регистрация выпадающих осадков последовательно для порций по 10 мм, укладывающихся в принятом масштабе записи на ленте. Запись начинается от нижней границы ленты (от нуля); после выпадения 10 мм осадков перо достигает верхней границы, затем запись снова начинается от нуля.

Плювиограф смонтирован в металлическом кожухе 3 цилиндрической формы (рис. 5.9). Приемником осадков в приборе служит цилиндрический сосуд 2 с приемной площадью 500 см² (при хранении и транспортировке он закрывается крышкой 1). Нижняя часть сосуда переходит в конус с несколькими отверстиями для стока воды. Ко дну сосуда припаяна сливная трубка, вставленная в воронку трубки 4, идущей от поплавковой камеры 8, которая при помощи винта укрепляется на плате 10. Внутри камеры 8 находится полый металлический поплавок с вертикальным стержнем 5, на котором закреплен кронштейн со стрелкой 7, оканчивающейся пером. Поперечное сечение камеры 8 в 9,7 раза меньше сечения приемного цилиндрического сосуда 2. Сбоку камеры 8 имеется трубка, в которую при помощи медной гильзы вставляется стеклянный сифон 11.

На крышке поплавковой камеры 8 смонтирован механизм принудительного слива осадков из поплавковой камеры 8 через сифон 11. Он обеспечивает начало слива строго при определенном уровне заполнения камеры (определенном количестве осадков в камере) независимо от интенсивности выпадения осадков.

На плате 10 укреплена стойка 9 с осью для часового механизма с барабаном 6 для ленты. На дне кожуха стоит ведро 12, куда через сифон сливаются осадки из камеры 8.

При выпадении дождя вода стекает по сливной трубке цилиндрического сосуда и попадает в камеру 8. Поплавок, находящийся в камере 8, поднимается, и перо, связанное с его осью, чертит на бумаге кривую, причем угол наклона этой кривой тем больше, чем интенсивнее выпадают осадки. Когда вода в поплавковой камере достигает уровня, на котором находится колено (изгиб) сифона, она начинает сливаться из камеры и камера должна быстро опоражниваться. Во избежание длительного слива применяется механизм принудительного слива. В момент достижения заданного уровня в камере (500 см³ воды) механизм автоматически приводится в действие и, ударом погружая поплавок, искусственно резко повышает уровень воды в камере, обеспечивая надежное заполнение сифона и быстрый слив воды из камеры.

Механизм принудительного слива показан на рисунке 5.10. Храповое колесо (улитка) 9 с барабаном могут вращаться вокруг оси, прикрепленной к кронштейну 7, который установлен на крышке поплавковой камеры 13. Нить 5, которая перекинута через ролик 6 и блок 3, одним концом прикреплена к барабану, а другим – к кронштейну 7. К блоку 3 подвешен груз 2. Если вращать храповое колесо 9 по часовой стрелке, наматывая тем самым нить на барабан, то блок 3 с грузом 2 поднимется вверх. После этого груз 2, натягивая нить, стремится повернуть храповое колесо 9 по часовой стрелке. Этому вращению мешает собачка 8, ось которой также прикреплена к кронштейну 7. Собачка соединена с помощью жесткой тяги 4 с рычагом 1, на другом конце которого имеется упорный винт 12. Конец винта 12 находится в поплавковой камере, куда он свободно проходит через отверстие в крышке камеры 13. При заполнении камеры до заданного уровня поплавок 14 всплывет вверх и вытолкнет винт 12, который переместившись вверх, через рычаг 1 и тягу 4 освободит храповое колесо 9 от собачки 8. Под воздействием опускающегося груза 2 храповое колесо 9 начнет поворачиваться против часовой стрелки и, нажав кулачком 10 на упорный палец стержня толкнет поплавок, частично погрузив его в воду. При погружении поплавка в воду уровень воды в камере резко повысится и она попадет в сифонную трубку, заполнит ее и вода начнем выливаться из камеры (до полного слива). При наличии слива воды поплавок опустится и освободит винт 12, в результате чего освободится собачка 8; последняя упрется в следующий зуб храпового колеса 9 (колесо успело сделать только пол-оборота). Опускание поплавка повлечет за собой опускание пера вдоль образующей барабана.

Осадки, сливающиеся из поплавковой камеры через сифонную трубку попадают в сборный сосуд. Количество их может быть измерено мерным стаканом; оно служит для контроля суммы осадков, зарегистрированных плювиографом.

Плювиограф устанавливается на метеорологической площадке на деревянном столбе и укрепляется с помощью тросовых оттяжек к кольям, забитым на расстоянии около 75 см от основного столба. Верхний край плювиографа должен находится на высоте 2 м от поверхности земли и быть в строго горизонтальном положении. В зимний период плювиограф снимается и хранится на складе.

Установка и смена лент на барабане часового механизма производятся таким же образом, как и других самописцев.

Диаграммная лента плювиографа (рис. 5.11) разграфлена вертикальными и горизонтальными линиями. Вертикальные линии составляют шкалу времени, расстояние между соседними линиями соответствует 10 мин. Горизонтальные линии составляют шкалу количества осадков, расстояние между двумя соседними делениями соответствует 0,2 мм осадков. Наклонные линии (под углом 45º) служат для первичной оценки интенсивности выпавших осадков, их наклон соответствует интенсивности выпадения осадков 0,04 мм/мин. Обычно запись с наклоном менее 45º (к горизонтальным линиям) по интенсивности не обрабатывается. Обработку записей плювиографа начинают с определения характерных точек на кривой. Характерными считаются переломные точки, после которых заметно меняется ее наклон. Они соответствуют началу и концу дождя, изменению интенсивности и началу слива. Характерные точки, соответствующие изменению интенсивности осадков, выделяются только на тех участках кривой, где ее наклон более 45º. После выделения характерных точек производят подсчет количества осадков, выпавших с начала дождя до каждой характерной точки. Результаты вычислений записываются на ленте (над или под кривой) в виде дроби, в числителе которой указывается количество осадков с точностью до 0,1 мм, а в знаменателе – время (по ленте) наступления данной характерной точки с точностью до одной минуты. Количество осадков вычисляется от начала дождя, причем прекращение дождя менее чем на один час не считается его концом. Затем вычисляют интенсивность выпадения осадков (более 0,04 мм/мин). Для этого определяют количество осадков, выпавших в интервал времени между двумя соседними характерными точками, и интервал времени между появлением данных характерных точек, количество осадков делят на длительность интервала в минутах. Вычисления производятся с точностью до 0,01 мм/мин. Результаты вычислений записываются на ленте.

В сроки измерения осадков по дождемеру на ленте плювиографа наносятся метки, а также измеряется количество осадков в контрольном сосуде плювиографа. Если количество осадков, вычисленное по записи, оказывается меньше количества осадков, слившихся в сосуд, то при обработке лент следует вводить соответствующую поправку.