МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

Дніпропетровський державний аграрний університет

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт з дисципліни

«Метеорологія і кліматологія»

Д ніпропетровськ 2010

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

Дніпропетровський державний аграрний університет

Кафедра сільськогосподарських

гідротехнічних меліорацій

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт з дисципліни

«Метеорологія і кліматологія»

Розглянуто і схвалено на засіданні кафедри сільськогосподарських гідротехнічних меліорацій (протокол № 5 від 21.01.2010 р.)

Дніпропетровськ 2010

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Метеорологія і кліматологія» /Дніпропетр. держ. агр. ун-т. Дніпропетровськ, 2010. 178 с.

Методичні вказівки покликані надати знання і практичні навички при виконанні лабораторних робіт, передбачених робочою програмою з дисципліни «Метеорологія і кліматологія». В них розглянуто такі основні питання: структура метеорологічної мережі, будова метеомайданчика, основні метеорологічні величини, прилади для їх вимірювання, їх конструкція, правила користування, обсяги і строки метеорологічних спостережень, обробка і реєстрація, узагальнення матеріалів спостережень за комплексом метеорологічних величин, застосовування методів кодування і передачі параметрів погоди для нанесення на карти погоди і складання прогнозу, види агрометеорологічних спостережень у вегетаційний і зимовий періоди, систематизація та узагальненя паралельних метеорологічних та агрометеорологічних спостережень (складання таблиці ТСГ-1), методика визначення дат стійкого переходу температури через різні пороги, основні види агрометеорологічних прогнозів і методики їх складання.

Методичні вказівки призначені для студентів еколого-меліоративного факультету, які навчаються за напрямом підготовки 6.040106 «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування» та 6.060103 «Гідротехніка (водні ресурси)».

Розглянуто і затверджено на засіданні методичної ради еколого-меліоративного факультету (протокол № від 2010 р.)

Укладач к.г.н. ст. викл. Кудрявцева С.К.

Рецензент к.г.н. доц. кафедри гідрометеорології та геоекології ДНУ ім. О. Гончара Довгаль Л.І.

Відповідальний за випуск к. т. н. доц. Калініченко В.Я.

Зміст

Вступ 6

Лабораторна робота 1 Метеорологічна станція, обладнання і порядок роботи, схема розміщення приладів на метеорологічному майданчику, порядок спостережень. Визначення часу на метеорологічній станції 8

Лабораторна робота 2 Атмосферні явища 20

Лабораторна робота 3 Атмосферний тиск, прилади для визначення та спостереження, обробка інформації 27

Лабораторна робота 4 Сонячна радіація. Види сонячної радіації, прилади для вимірювання сонячної радіації 36

Лабораторна робота 5 Температура повітря і грунту, прилади для вимірюван- ня, порядок спостережень, обробка інформації і реєстрація 49

Лабораторна робота 6 Вологість повітря, характеристика приладу ддля вимірювання, спостереження, обробка матеріалів 60

Лабораторна робота 7 Вітер, характеристики вітру, прилади для вимірювання швидкості і напрямку вітру, спостереження, обробка інформації, побудова рози вітрів 69

Лабораторна робота 8 Випаровування, прилади для визначення та спостережен-ня, обробка інформації 78

Лабораторна робота 9 Хмари, класифікація хмар, хмарність, спостереження за хмарами на метеорологічних станціях 88

Лабораторна робота 10 Види і типи атмосферних опадів. Методи і прилади для вимірювання опадів. Спостереження, обробка матеріалів спостережень. Сніговий покрив, спостереження, методи і прилади вимірювань 95

Лабораторна робота 11 Прогноз погоди 109

Лабораторна робота 12 Організація і основні завдання агрометеорологічного обслуговування сільського господарства. Основні види агрометеорологічних спостережень. Систематизація та узагальнення метеорологічної інформації 119

Лабораторна робота 13 Визначення дат стійкого переходу температури повітря через різні пороги і підрахунок сум активних і ефективних температур 129

Лабораторна робота 14 Прогноз тепло- і вологозабезпеченості, тривалості вегетаційного періоду 137

Лабораторна робота 15 Заморозки, типи заморозків, прогнози заморозків 145

Лабораторна робота 16 Прогноз запасів продуктивної вологи у грунті на початок вегетаційного періоду (на початок сіву ярових культур) 150

Список рекомендованої літератури 156

Вступ

Метеорологія і кліматологія є однією із дисциплін, яка складає базу для успішної підготовки бакалаврів за напрямом підготовки 6.040106 «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування» та 6.060103 «Гідротехніка (водні ресурси)».

Метеорологія – наука про фізичні процеси і явища в атмосфері Землі в їх взаємодії із земною поверхнею і космічним середовищем.

Фізичні процеси і явища, які спостерігаються в атмосфері, створюють ті чи інші умови погоди.

Погодою називають стан атмосфери біля земної поверхні, а також в більш високих шарах в певний момент чи проміжок часу над будь-яким пунктом чи районом земної кулі. Наука, яка вивчає закономірності розвитку атмосферних процесів з метою прогнозування погоди називається синоптичною метеорологією.

Кліматом називають багаторічний характерний для даного району режим погоди. Кліматологія – наука про закономірності формування клімату в різноманітних районах і його коливаннях.

Агрометеорологія або сільськогосподарська метеорологія – наука, яка вивчає метеорологічні, кліматичні, гідрологічні умови в їх взаємодії з об’єктами і процесами сільськогосподарського виробництва. На основі матеріалів багаторічних агрометеорологічних спостережень вивчаються агрокліматичні ресурси країни і окремих її зон і районів, складаються агрометеорологічні довідники, проводиться агрокліматичне районування території.

Від погоди і клімату залежать майже усі галузі народного господарства, а особливо сільське господарство.

Коливання врожаїв із року в рік, не дивлячись на підвищення культури землеробства, залишається дуже великим. В залежності від наявних та очікуваних погодних умов, обліку, аналізу, прогнозу та кількісної оцінки метеорологічних величин приймаються рішення щодо застосування найбільш ефективних агроприйомів.

Стан атмосфери характеризується сукупністю метеорологічних величин і атмосферних явищ, основним методом дослідження яких є метеорологічні спостереження.

Метеорологічні спостереження – це інструментальні вимірювання і візуальні оцінки метеорологічних величин і атмосферних явищ.

Лабораторні заняття є одним із обов’язкових елементів вивчення курсу «Метеорологія і кліматологія».

Мета лабораторних занять:

• ознайомити студентів із структурою метеорологічної мережі, будовою метеомайданчика, основними метеорологічними величинами, приладами для їх вимірювання, їх конструкцією, правилами користування, обсягом і строками метеорологічних спостережень, обробкою і реєстрацією;

• навчити узагальнювати матеріали спостережень за комплексом метеорологічних величин, застосовувати методи кодування і передачі параметрів погоди для нанесення на карти погоди і складання прогнозу,

• засвоїти основні види агрометеорологічних спостережень у вегетаційний і зимовий періоди, навчити виконувати систематизацію та узагальненя паралельних метеорологічних та агрометеорологічних спостережень (складання таблиці ТСГ-1); освоїти методику визначення дат стійкого переходу температури через різні пороги, основні види агрометеорологічних прогнозів і методики їх складання.

Після виконання циклу лабораторних робіт студент повинен вміти:

• організовувати метеорологічні спостереження,

• здійснювати метеорологічні і агрометеорологічні спостереження, їх обробку, узагальнення, документування.

• застосовувати методи кодування і передачі параметрів погоди для нанесення їх на карти погоди,

• виконувати аналіз карт погоди і складати прогноз погоди,

• визначити дати стійкого переходу температури через різні пороги, розраховувати активні і ефективні температури, тривалість вегетаційного періоду.

• складати основні агрометеорологічні прогнози (прогноз тепло- і вологозабезпеченості вегетаційного періоду, заморозків, прогноз запасів продуктивної вологи у грунті на початок вегетаційного періоду (на початок сіву ярових культур).

Лабораторна робота 1 Метеорологічна станція, обладнання і порядок роботи, схема розміщення приладів на метеорологічному майданчику, порядок спостережень. Визначення часу на метеорологічній станції

Мета: Ознайомлення з роботою метеорологічної станції, приладами на метеорологічному майданчику, об’ємом і строками спостережень за основними метеорологічними величинами. Ознайомлення з основними поняттями про вимірювання часу. Вивчення поняття про істинний (дійсний), середній сонячний час, поясний і декретний час. Розрахунок переходу від поясного і декретного часу до середнього сонячного часу.

Матеріали: Схематичні плани метеомайданчиків з великим і малим об’ємом роботи. Карта меж часових поясів. Таблиці перетворення градусів дуги у час, середнього місцевого часу у дійсний полудень.

Для задоволення всіх запитів, які ставить перед метеорологією народне господарство, необхідна чітко організована і широко розгалужена гідро-метеорологічна служба, яка складається із гідрометеорологічних станцій і постів.

Для вивчення географічного розподілу метеорологічних величин і порівняння погоди та клімату у різних місцях Землі необхідно, щоб метеорологічні станції в усіх країнах світу, по можливості, вели спостереження за однією методикою, однотипними приладами у визначені години доби. У світовому масштабі всі пункти спостережень повинні складати єдине ціле – метеорологічну мережу. У кожній країні існує основна державна мережа метеорологічних станцій і спеціальні метеорологічні станції. Основні метеорологічні станції в залежності від обсягу роботи поділяються на розряди. Станції І розряду мають найбільшу програму спостережень. Вони виконують технічне керівництво прикріплених до них метеорологічних станцій ІІ та ІІІ розрядів.

Мережа основних метеорологічних станцій побудована таким чином, щоб для будь-якої точки країни можна було з достатнім ступенем точності одержати дані про поточні умови погоди і клімат місцевості. У рівнинних районах для характеристики температурного режиму необхідно мати мережу метеостанцій, розташованих на відстані біля 50 км одна від одної, у гірських місцевостях – менше 30-40 км. Для характеристики опадів необхідно, щоб відстані між опадомірами були 20-30 км на рівнинах та 15-30 км у гірських районах.

Основними завданнями гідрометеорологічних станцій при проведенні метео-рологічних спостережень являються :

1. проведення встановлених метеорологічних спостережень для характе-ристики стану погоди у місці розташування станції;

2. обробка результатів спостережень;

3. складання інформаційних метеорологічних телеграм і своєчасна їх передача у відповідні організації;

4. інспекція і технічний контроль спостережень на постах закріплених за станцією.

Метеорологічні спостереження – це вимірювання і якісні оцінки метеорологічних величин.

Основні вимоги до метеорологічних спостережнень: репрезентативність, однорідність, зіставлюваність результатів.

Репрезентативними визнають спостереження, які максимально вільні від місцевих впливів і характеризують загальний стан атмосфери у великому районі, тобто місце положення станції повинно відповідати фізико-географічним умовам оточуючої території.

Однорідність спостережень – це наявність однорідного ряду або ряду послідовних значень метеорологічних величин, одержаних за достатньо тривалий час, виміряних у даному пункті приладами однакової конструкції і точності в одній і тій же установці, при цьому на результати спостережень не повинні суттєво впливати умови, які оточують станцію.

Зіставлюваність результатів – це така властивість спостережень, яка дає можливість порівнювати дані різних станцій з впевненістю, що визначені відмінності у значеннях метеорологічних величин насправді відображають відмінності у стані атмосфери і виникають не від точності приладів і випадкових явищ. Вона забезпечується репрезентативним положенням станції, єдністю методів і засобів спостережень, які регламентуються «Наставлениями гидрометеорологическим станциям и постам по производству метеорологических наблюдений (основные метеорологические наблюдения)» [1].

На гідрометеорологічних станціях проводяться спостереження за основними

метеорологічними величинами : атмосферним тиском, вітром, температурою повітря і ґрунту, вологістю повітря, опадами, сонячним сяянням, висотою і щільністю снігового покриву, атмосферними явищами, хмарністю, видимістю.

Спостереження на метеостанціях проводять переважно за допомогою спеціальних приладів. Лише деякі метеорологічні величини оцінюються кількісно без приладів (хмарність, видимість, атмосферні явища тощо). Якісна оцінка метеорологічних величин проводиться візуально. Більшість метеорологіч-них приладів встановлюється на метеорологічному майданчику станції під відкритим небом. Тільки прилади для визначення тиску знаходяться у приміщенні станції. Прилади для визначення температури і вологості повітря розміщують у спеціальних будках, які захищають їх від сонячної радіації, опадів, поривів вітру .

Метеорологічний майданчик повинен розташовуватись на відкритій, рівній ділянці на значній відстані від промислових та інших об’єктів (не менше 10-кратної висоти найближчих будівель, дерев і т. ін, і не ближче 100 м від великих водоймищ).

Стандартні розміри метеорологічного майданчика квадратної або прямокутної форми 26×26 м (іноді 20×16 м або 26×36м). Розмір метеорологічного майданчика визначається об’ємом робіт станції.

На рис.1.1, 1.2, приведені схематичні плани метеорологічних майданчиків з великим і невеликим обсягом робіт.

1

Рис. 1.1. Схематичний план метеорологічного майданчика з великим об’ємом робіт

Рис. 1.1. Схематичний план метеорологічного майданчика з великим обсягом робіт

. - флюгер л/д;

2 - нефоскоп;

3 - флюгер в/д або анемо- румбометр;

4- ожеледний станок;

5- будка для самописців;

6 - будка психрометрична;

7 - будка запасна;

8 - плювіограф;

9 - опадомір;

10 - стовп для теодоліту;

11 - льодоскоп;

12 - геліограф;

13, 14, 15, 16 – стовпи або підставки для встанов-лення актинометричних приладів;

17 - оголена ділянка для встановлення термометрів на поверхні ґрунту і колінчатих термометрів;

18- ділянка з природним покривом для встановлен-ня витяжних термометрів;

19 - снігомірна рейка;

20 - мерзлотомір;

2

Рис. 1.2. Схематичний план метеорологічного майданчика з невеликим обсягом робіт

1 - запасний стовп для опадоміра.

Всі відстані між приладами вказані у метрах.

1 - флюгер л/д;

2 - флюгер в/д;

3 - ожеледний станок;

4 - психрометрична будка;

5 - будка для самопис-ця;

6 - опадомір;

7 - оголена ділянка для встановлення термо-метрів на поверхні грунту і колінчатих термометрів;

8 - стандартна огорожа;

9 - найменш припусти-мі розміри огорожі;

10 - льодоскоп;

11 - запасний стовп для опадоміра.

Всі відстані між приладами вказані у метрах.

Метеорологічний майданчик, орієнтований суворо на північ-південь, схід-захід, огороджується сіткою або проволокою. Такі огорожі забезпечують добру вентиляцію і не вносять викривлення при вимірюваннях метеорологічних величин. Стовпи, будки, підставки, паркан фарбують у білий колір, щоб інтенсивніше відбивалися прямі сонячні промені і не було перегрівання. Покрив метеорологічного майданчика повинен по можливості підтримуватись у природному стані, тому підхід до приладів, встановлених на метеорологічному майданчику, допускається тільки по доріжкам шириною 0,4-0,5м з північного боку. Вхід до метеорологічного майданчику також облаштовується з північного боку.

На метеорологічному майданчику групи приладів розміщують на відстані не менш ніж 4м один від одного. З північного боку встановлюють високі прилади – флюгери та анеморумбометри. Флюгерів повинно бути два: з важкою (800г) та легкою (200г) дошкою. Анеморумбометрів також потрібно два, щоб під час профілактики одного можливо було брати показники з іншого. На схід від них розміщують ожеледний станок. З південної сторони залишають ділянку з природним покривом (травою), а також з розпушеним ґрунтом для встановлення ґрунтових термометрів. Мерзлотомір Даниліна і снігомірні рейки розміщують на місцях з природним покривом.

У середній частині метеорологічного майданчика встановлюють психро-метричну будку, будку для самописців, опадомір Третьякова, плювіограф. Актинометричні прилади встановлюють у південній частині майданчика.

При обладнанні метеорологічних постів дотримуються тих самих вимог, що і при виборі місця для метеорологічного майданчика.

Догляд за метеорологічним майданчиком влітку полягає у скосі трав’яного покриву до рівня 20см. Зимою не слід порушувати природний стан снігового покриву, але у випадку створення заметів їх необхідно вилучати. Необхідно також постійно перевіряти стан обладнання, поверхні метеорологічного майданчика і слідкувати за змінами місцевості безпосередньо розташованої поблизу станції.

Строки спостережень

Основними, так званими, кліматологічними строками для проведення метеорологічних вимірювань і спостережень є 1, 7, 13 і 19 годин місцевого середнього сонячного часу. У ці строки на станціях визначають дальність видимості, атмосферні явища, хмарність (кількість, форму і висоту нижньої границі хмар), атмосферний тиск, напрямок і швидкість вітру, температуру і вологість повітря, температуру ґрунту. Крім того о 7 годині вимірюється висота снігового покриву (при його наявності) і дається його характеристика, о 7 і 19 годині вимірюється кількість опадів і визначається стан поверхні ґрунту.

Багато станцій проводять спостереження для служби прогнозів у, так звані, синоптичні строки, які визначаються по московському декретному часу (0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 год., основними з яких є 3, 9, 15, 21 год.).

Атмосферні явища і всі зміни погоди повинні спостерігатись на станціях безперервно на протязі доби. Взимку при наявності снігового покриву періодично проводиться визначення щільності снігового покриву і вмісту у ньому запасів води.

На деяких станціях проводяться актинометричні вимірювання (вимірювання променистої енергії Сонця), у результаті яких визначаються інтенсивність прямої сонячної радіації, розсіяної радіації, відбитої радіації, а також радіаційний баланс. Ці вимірювання проводяться 6 разів за добу (0год.30хв; 6год.30хв; 9год.30хв; 12год.30хв; 15год.30хв; 18год.30хв) за середнім сонячним часом.

На станціях також проводиться безперервна реєстрація температури повітря, вологості повітря, атмосферного тиску, кількості і інтенсивності рідких опадів за допомогою опадоміра і самописця. При наявності приладів реєструється також швидкість і напрям вітру, пряма і розсіяна сонячна радіація.

На всіх основних метеорологічних станціях стандартні спостереження за Гринвічським часом виконують у обов’язкові строки спостережень: 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 годину. Відлік по термометрам на глибинах 80 см і більше виконують тільки в один строк, найближчий до 13 годин декретного часу даного часового поясу. Опади вимірюють о 3 і 15 годині за Гринвічським часом або в строки, найближчі до 8 та 20 годин місцевого декретного часу. У зимовий період, коли є сніговий покрив, періодично проводять снігомірні зйомки, а у строк найближчий до 8 годин декретного поясного часу виконують щоденні спостереження над сніговим покривом. На метеорологічних станціях, обладнаних самописцями, одразу після відліків за приладами у психрометричній будці роблять відмітки на стрічках термографа, гігрографа і барографа. Зміна стрічок проводиться у строк найближчий до 13 годин за декретним часом даного поясу. Відмітка на стрічках плювіографа виконується у години вимірювання опадів, а зміна стрічки – у терміни найближчі до 20 годин за декретним поясним часом.

За початок доби для метеорологічних спостережень приймаються 19 годин поточної доби і за кінець - 19 годин наступної доби місцевого середнього сонячного часу.

Порядок проведення вимірювань у строки спостережень

Для проведення вимірювань метеорологічних величин у кліматологічні строки спостережень встановлюється певний порядок, як це, наприклад, вказано у табл. 1.1.

У синоптичні строки спостереження вимірювання метеорологічних величин виконуються у тому ж порядку, що і у кліматологічні строки. Якщо кліматологічний строк наступає раніше синоптичного або пізніше нього на 10хв, то строки об’єднують і проводять вимірювання у кліматологічні строки. Обхід майданчика і підготовку до вимірювання у цьому випадку необхідно змінити. Порядок вимірювань встановлюється з таким розрахунком, щоб відлік тем-ператури повітря проводився у цьому випадку точно у кліматологічний строк, а відлік тиску повинен відставати від синоптичного строку не більше ніж на 10 хв.

На деяких станціях у денний час доби проводяться спостереження за напрямом і швидкістю руху хмар по нефоскопу.

Дистанційні і автоматичні системи метеорологічних вимірювань

Дистанційні метеорологічні станції (ДМС) являють собою комплекс метеорологічних приладів, покази яких дистанційно передаються на приладний пульт, що знаходиться у приміщені метеорологічної станції [2]. Застосування ДМС дозволяє прискорити і спростити процес вимірювання метеорологічних величин, всі вимірювання виконуються протягом 10 хвилин.

Таблиця 1.1