16

М инистерство образования и науки, спорта и молодежи Украины Севастопольский национальный технический университет

Метеорология и климатология

МЕТОДИЧЕCКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы

«Определение количества осадков при помощи

метеостанции RSTO 1923»

для студентов очной формы обучения по специальности 6.040106 –«Экология и охрана окружающей среды»

Севастополь

2011

УДК 006.91(073)

Методическое указание к выполнению лабораторной работы «Определение количества осадков при помощи метеостанции RSTO 1923» для студентов специальности 6.040106 "Экология и охрана окружающей среды" дневной формы обучения. – Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2012. – 16 с.

Разработал: Холопцев А.В., д. геогр. н., профессор кафедры ПЭОТ;

Шидловская А.А., аспирант кафедры ПЭОТ.

Ответственный за выпуск: Одинцов А.Н., к.т.н., доцент, заведующий кафедрой ПЭОТ.

Цель методического указания - оказать помощь при подготовке к выполнению лабораторной работы «Определение количества осадков при помощи метеостанции RSTO 1923», а также при оформлении отчета по лабораторной работе.

Методическое указание рассмотрено и утверждено на заседании кафедры прикладной экологии и охраны труда (протокол № 9 от 23.05.2011).

Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.

Рецензент: Корчмит Ю.В. – к.т.н., доцент кафедры ПЭОТ

СОДЕРЖАНИЕ

Цель работы…………………………………………………………………….….3

1. Теоретические сведения…………………………………………………….....3

2. Методика лабораторной работы и описание установки…………………….8

3. Порядок выполнения работы………………………………………………….9

4. Порядок проведения расчетов………………………………………………..10

5. Пример выполнения расчетов………………………………………………..11

6. Содержание отчета……………………………………………………………14

7. Контрольные вопросы………………………………………………………...14

Библиографический список……………………………………………………..15

ПРИЛОЖЕНИЕ А………………………………………………………..……....16

Цель работы

Цель работы: ознакомление с методикой измерения количества осадков, а также современным метеорологическим оборудованием, которое используется при этом.

1. Теоретические сведения

Атмосферными осадками называют капли воды и ледяные кристаллы, выпадающие из облаков на земную поверхность или образующиеся на ней в результате конденсации водяного пара, находящегося в воздухе.

Основные характеристики атмосферных осадков – их интенсивность, тип и вид. Интенсивность – количественная характеристика атмосферных осадков.

Интенсивность осадков определяется высотой столба воды, который мог бы образоваться после их выпадения в единицу времени на ровную, не впитывающую поверхность и перехода в жидкую фазу (без испарения). Поэтому единицами измерения интенсивности атмосферных осадков являются мм в минуту, мм в час, мм в сутки, мм в год.

При осадках малой интенсивности за час выпадает менее 1 мм осадков. При осадках высокой интенсивности за час выпадает более 10 мм.

Тип и вид – качественные характеристики атмосферных осадков. Их тип определяется интенсивностью и продолжительностью.

Обложные осадки - это осадки, распространяющиеся на большие площади и имеющие малую, либо среднюю интенсивность. Как правило, это осадки устойчивых воздушных масс. К обложным осадкам обычно относят дождь, морось, снег и наземные осадки. Ливневыми осадками могут быть дождь, снег, град и крупа.

Наиболее полезны для растений и животных обложные осадки, обеспечивающие равномерное и умеренное увлажнение подстилающей поверхности. При обложных осадках практически вся выпавшая влага усваивается растительностью и вновь испаряется в атмосферу, не образуя поверхностного стока.

Ливневые осадки - это осадки высокой интенсивности, выпадающие кратковременно, на ограниченной территории. Ливневые осадки обычно типичны для неустойчивых воздушных масс и холодных фронтов.

Влага, поступающая на земную поверхность при ливневых осадках, значительно в меньшей степени усваивается растениями и почвой, чем при осадках обложных. Более того, выпадение ливневых осадков зачастую наносит существенный экологический ущерб, вызывая эрозию почв, образование резких паводков на реках и ручьях, ломая деревья, убивая людей и животных, попавших в зону наводнений.

Виды атмосферных осадков определяются в зависимости от агрегатного состояния образующей их воды и места образования. По видам атмосферные осадки делятся на жидкие, твердые и наземные.

К жидким атмосферным осадкам относятся дождь и морось.

К твердым относятся снег, крупа и град.

К наземным относятся роса, иней, твердый налет, жидкий налет, изморозь, а также гололед.

Экологическая роль атмосферных осадков состоит в том, что:

1. Замыкают биогеохимическнй круговорот воды в природе, возвращая на земную поверхность, испарившуюся с нее влагу.

2. Благодаря атмосферному переносу обеспечивают увлажнение районов нашей планеты, лишенных иных источников влаги. Тем самым в подобных районах смягчается климат, развивается богатая и разнообразная флора и фауна, формируются реки, озера, болота, а также подземные воды.

3. Транспортируют на подстилающую поверхность из атмосферы жидкие или твердые примеси, как образовавшиеся на других участках поверхности, так и возникшие в результате химических реакций в воздушной среде и атмосферном аэрозоле.

4. Вымывают из приземного слоя атмосферы частицы аэрозоля и газообразные вещества, что приводит к его очищению

5. Вызывают водную эрозию почв, опасные природные явления (наводнения, селевые потоки, снежные заносы, лавины, обрывы линий электропередач, превращают тротуары и автодороги в катки).

6. Участвуют в процессе почвообразования.

Особенности жидких атмосферных осадков. Как уже отмечалось выше, к жидким атмосферным осадкам относятся дождь и морось, при которых земной поверхности достигают, сформировавшиеся в облаках капли воды. К ним относятся и ледяные дожди, состоящие из переохлажденных капель воды, которые при столкновении с любыми препятствиями превращаются в лед.

Происхождение этих видов осадков одинаково: они образуются в водяных облаках в результате процессов конденсации водяного пара и коагуляции.

Различают дождь и морось лишь по величине средних диаметров выпадающих капель.

Капли дождя имеют диаметры от 0.5 до 6 мм. Капли дождя, имеющие диаметры близкие к 6 мм, при падении меняют свою форму, сплющиваются, пульсируют и распадаются на более мелкие. Капли малого диаметра имеют сферическую конфигурацию. Скорость падения мельчайших капель дождя составляет 4 м/с, а самых крупных- 9.17 м/с.

Капли мороси имеют диаметры от 0.05 до 0.5 мм. Эти капли оседают значительно медленнее, по сравнению с дождевыми. Скорость самых мелких не превышает 0.3 м/с, а самых крупных-4 м/с.

При выпадении дождя встречаются капли различного размера. Как правило, самые крупные капли встречаются редко, самые мелкие - часто. Число самых крупных капель растет с увеличением интенсивности дождя.

Так, при слабом дожде, дающем 0.5 мм осадков в час, в 1 м³ воздуха содержится в среднем 1250 капель диаметром менее 0.25 мм и всего две капли диаметром более 1.5 мм. При сильном дожде, дающем 10 мм осадков в час, в 1м³ воздуха содержится 3400 капель диаметров менее 0.25мм и 60 капель диаметром более 1.5 мм.

Распределение капель дождя по их диаметрам описывается выражением:

, (1)

где - доля общего объема воды приходящаяся на капли радиусом менее ; - параметр, зависящий от интенсивности дождя (при интенсивности 0.5 мм/час а=1.1мм; при интенсивности 10 мм/час а=2.2мм); .

Особенности твердых атмосферных осадков. Снег и крупа - разновидности твердых атмосферных осадков. В таком виде выпадает значительная часть осадков на нашей планете. Очень много снега выпадает в горах.

Снежинки образуются в холодных смешанных облаках высоко над землей. На очень больших высотах, где температура доходит до -40 С⁰, водяной пар, занесенный туда ветром, может внезапно замерзнуть, формируясь в кристаллики льда.

К настоящему времени известно более 5000 различных конфигураций снежинок. Наиболее распространены пластинчатые формы, в том числе красивые и сложные по конфигурации звездочки. К ним относится около 90% всех снежинок.

Установлено, что конфигурация снежинок связана с условиями, в которых они образовались. Процессы формирования конфигураций снежинок пока изучены недостаточно. Лишь о двух из них имеются некоторые представления.

Заиневение снежинки - это процесс ее роста, при котором она покрывается (чаще с одной стороны) множеством отдельных, хаотично расположенных микрокристаллов льда, маскирующих ее истинную форму. Заиневение происходит за счет переконденсации. Около 63% встречающихся снежинок имеют следы заиневения.

Обзернение снежинки - это процесс ее роста за счет намерзания на нее переохлажденных капель воды диаметром от 10 до 80 μκ. Обзернение, по сути, есть коагуляция снежинки с переохлажденными водными каплями в смешанных облаках. Около 58% снежинок имеют следы обзернения. Так как капли содержат растворенные соли, кислоты и другие примеси, благодаря обзернению, снег содержит заметное количество этих веществ, достигающее 1 мг примесей на 1 кг снега.

Наиболее крупные снежинки достигают диаметра 10 мм и весят до 0.06 мг. При таянии из них могут образовываться капли мороси диаметром 0.5 мм.

Снежинки могут слипаться (коагулировать) в снежные хлопья, размеры которых доходят до 8-10 см. При их таянии могут возникать капли дождя диаметром до 6мм.

Крупа образуется в результате кристаллизации переохлажденных капель воды.

Особой формой выпадения твердых атмосферных осадков является метель. При метели ветер переносит снежинки, их обломки и крупу вдоль земной поверхности на большие расстояния. При метели может происходить снегопад. В этом случае метель называется верховой. Если при метели снегопад отсутствует - то она называется низовой. Если перенос снега происходит непосредственно по земной поверхности, такая метель называется поземкой.

Заметный перенос снега в приземном слое высотой до 2 м возникает уже при скоростях ветра 4 м/с. С усилением ветра интенсивность переноса снега и толщина слоя, охваченного этим процессом растет. При ветре 16 м/с интенсивность переноса снега метелью может достигать 27 г/мин через площадку 1 см².

При поземке и низовой метели 97% переносимого снега перемещается в приземном слое толщиной до 20 см. При верховых метелях в этом слое переносится 93% снега.

Взаимодействие ветра с неровностями рельефа создает зоны затишья, где накапливается снег (лощины, балки лес, гребни гор).

Град - явление выпадения из облаков вертикального развития атмосферных осадков в виде градин - частиц или крупных кусков слоистого льда разнообразной формы и строения. Град всегда выпадает летом. Он повреждает растения, пугает и убивает животных. После его выпадения земля покрывается слоем льда, что приводит к резкому понижению температуры воздуха и почвы.

Градины чаше всего имеют диаметр от 6 до 20 мм. Известны случаи выпадения градин диаметром 75 мм.

Особенности наземных атмосферных осадков. К наземным атмосферным осадкам, относят их формы, образующиеся непосредственно на земной поверхности. Это роса, иней, твердый или жидкий налет, изморозь и гололед.

Росой называют мелкие капли воды, образующиеся ночью на поверхности земли, траве, листьях растений и наземных предметах, благодаря конденсации на них водяного пара из приземного слоя воздуха. Она бывает наиболее обильной на открытых горизонтальных поверхностях.

Роса образуется иногда в слое влажной почвы. Ее здесь находят на нижней стороне свободно лежащих камней.

Для появления росы благоприятно радиационное охлаждение земной поверхности в ясные безветренные ночи. В умеренном климате роса наблюдается летом. В тропическом климате она бывает круглый год.

По сравнению с дождем, роса приносит ничтожное количество влаги. В Москве - росы выпадает всего до 2 мм за лето, но эта влага практически полностью используется растениями.

В пустынях роса - едва ли не единственный источник влаги.

Иней - белый кристаллический осадок, образующийся в морозные, тихие, ясные ночи на траве, земной поверхности, крышах, листве. Он возникает подобно росе, но при отрицательной температуре воздуха. Наиболее интенсивно образование инея происходит на предметах с малой теплопроводностью.

Твердый и жидкий налет - форма наземных атмосферных осадков, которая образуется при наступлении теплого и влажного воздуха на холодную подстилающую поверхность. Зимой это приводит к образованию на камнях, деревьях, зданиях ледяной корки. Летом (при температурах выше 0 С⁰ ) камни, здания трава и деревья становятся мокрыми.

Изморозь - форма твердых наземных атмосферных осадков, возникающая при ветре. Она может быть двух видов - зернистая и кристаллическая.

Зернистая изморозь - отложение сравнительно рыхлого льда при быстром замерзании переохлажденных капель тумана. Она отлагается преимущественно с наветренной стороны предметов и "сидит" на них очень плотно. В горах зернистая изморозь отлагается огромными массами толщиной единицы метров.

Кристаллическая изморозь - отложение ледяных кристаллов на тонких ветвях или проводах путем непосредственной сублимации водяного пара. Она отлагается всегда с наветренной стороны и легко осыпается. При сильных морозах кристаллическая изморозь возникает и при отсутствии тумана - сама собой - прямо из воздуха.

Изморозь, если она плотная и массивная, может быть опасным метеорологическим явлением, вызывая обрывы проводов, ломая ветви деревьев, опоры и столбы.

Гололед - отложение плотного льда на наземных предметах из переохлажденного дождя или мороси. Переохлажденные капли, гонимые ветром, соприкасаясь с ветвями деревьев и земной поверхностью, замерзают. С наветренной стороны подобных препятствий образуется отложение прозрачного пли матового льда. Он возникает в умеренных шпротах только в зимний период, в полярных широтах возможен круглый год.

Гололед наблюдается чаще всего при температурах от -1 до –6 С⁰. При более низких температурах водность туманов резко уменьшается и гололед слабеет. Он часто образуется при приближении теплого фронта и располагается в холодном воздухе перед фронтом.