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

Мета роботи: ознайомлення з поняттями хмари і хмарність, міжнародною класифікацією хмар, приладами для визначення висоти хмар і напряму їх переміщення, реєстрації кількості, форм і висоти нижньої границі хмар.

Прилади та матеріали: міжнародний атлас хмар.

Загальні положення

Хмари – це видимі продукти конденсації чи сублімації водяної пари в атмосфері, які утворюються при адіабатичному піднятті повітряних мас. Головною причиною виникнення хмар є висхідні рухи повітря. При цьому повітря адіабатично охолоджується і водяна пара, яка знаходиться у повітрі, насичується і в результаті конденсації в атмосфері утворюються скупчення продуктів конденсації краплинок і кристалів.

Сукупність крапель і кристалів, які знаходяться у безперервному процесі еволюції називається хмарами.

Важливими факторами хмароутворення є турбулентні рухи, які переміщують водяну пару із нижніх шарів у більш високі. Розмір хмарних елементів – краплинок і кристаликів – настільки малий, що вони довгий час залишаються зваженими у повітрі, або переміщуються уверх висхідними потоками, та униз – низхідними. Хмари переносяться повітряними течіями. Якщо відносна вологість у навколишньому повітрі знижується, то хмари випаровуються. При певних умовах частина хмарних елементів зростає і збільшується настільки, що випадає із хмар у вигляді опадів. Саме таким шляхом вода повертається із атмосфери на земну поверхню. Хмари знаходяться у безперервному процесі новоутворення і зникнення.

По своєму складу хмари ділять на три групи:

• водяні хмари, які складаються із краплинок і можуть існувати і при невеликих від’ємних температурах. У цьому випадку крапельки знаходяться у переохолодженому стані, що цілком звичайно в атмосферних умовах.

• льодові хмари, які складаються тільки із кристаликів при достатньо низьких температурах.

• змішані хмари, які складаються із переохолоджених краплинок і кристаликів при помірних від’ємних температурах.

Розміри хмарних крапель варіюються у широких межах: від часток мікрона до сотень мікронів. Кристали у хмарах також різноманітні по формі і розмірам. Кількість крапель в одиниці об’єму хмарного повітря може складати від сотень до одиниці на 1 см³, вміст кристаликів у хмарах ще менше – порядку 0,1 на 1 см³.

Водністю хмар називають вміст у них води у рідкому або твердому вигляді. У водяних хмарах на кожний 1 м³ хмарного повітря приходиться від 0,2 до 5 г води; у кристалічних хмарах водність значно менша – соті і тисячні частки грама на кожний м³.

В залежності від умов створення хмари розділяють на:

• внутрішньомасові, які виникають усередині однорідної повітряної маси, при цьому підняття повітря і його охолодження до стану насиченості відбувається у результаті процесів теплової конвекції і динамічної турбулентності. Іноді хмари цієї групи з’являються у зв’язку із охолодженням повітря від підстилаючої поверхні або через хвильові рухи на поверхні шару інверсії температури.

• фронтальні, які створюються при висхідних рухах великих повітряних мас на атмосферних фронтах.

• орографічні, які виникають на навітреному боці при змушеному піднятті повітряних мас по схилам гір.

Висота хмар, їх будова пов’язані з висотою рівнів конденсації, нульової температури, оледеніння. Нижня границя хмар звичайно співпадає з рівнем конденсації. Між цим рівнем і рівнем нульової температури хмари складаються із крапель або сніжинок, які тануть. Вище до рівня замерзання хмари складаються із переохолоджених крапель і сніжинок, а вище рівня оледеніння – із кристаликів льоду. Верхня границя хмар визначається висотою підняття повітря. Велика кількість процесів, які сприяють утворенню хмар, обумовлюють існування великої кількості їх форм.

Для метеорологічних спостережень прийнята міжнародна морфологічна класифікація хмар за їх зовнішнім виглядом. Згідно з цією класифікацією хмари поділяють на 4 родини і 10 основних форм (табл. 9.1) [1].

У цих родинах і формах розрізняють значну кількість різновидів і додаткових особливостей, а також проміжних форм.

Вказані в табл. 1 висоти хмар відносять до помірних кліматів і обчислюються не від рівня моря, а від загального рівня земної поверхні у даній місцевості.

По висоті розташування хмари поділяють на 3 яруси:

• верхній ярус хмар (Ci, Cc, Cs) у полярних широтах простягається у середньому від 3 до 8 км, у помірних широтах – від 5 до 13 км, у тропічних широтах – від 6 до 18 км.

• Середній ярус хмар (Ac, As) у полярних широтах простягається від 2 до 4 км, у помірних – від 2 до 7 км, і у тропічних – від 2 до 8 км.

• Нижній ярус хмар (Sc, St, Ns) простягається по всіх широтах від земної поверхні до 2 км.

Хмари вертикального розвитку (Cu, Сb) звичайно знаходяться у нижньому ярусі, але їх вершини часто проникають у середній, а іноді і у верхній ярус.

Форми хмар розділяють по зовнішньому вигляду, щільності, забарвленню, оптичним явищам.

Таблиця 9.1

Міжнародна класифікація хмар

Назва (форма) хмар
українська	російська			міжнародна
І родина: хмари верхнього ярусу (нижня межа висоти основи близько 6000 м)
Перисті	Перистые			Cirrus (Ci)
Перисто-купчасті	Перисто-кучевые			Cirrocumulus (Cc)
Перисто-шаруваті	Перисто-слоистые			Cirrostratus (Cs)
ІІ родина: хмари середнього ярусу (верхня межа висоти близько 6000 м, нижня – близько 2000 м)
Висококупчасті	Высококучевые		Altocumulus (Ac)
Високошаруваті	Высокослоистые		Altostratus (As)
ІІІ родина: хмари нижнього ярусу (верхня межа висоти близько 2000 м, нижня – біля земної поверхні)
Шарувато-купчасті		Слоисто-кучевые	Stratocumulus (Sc)
Шаруваті		Слоистые	Stratus (St)
Шарувато-дощові		Слоисто-дождевые	Nimbostratus (Ns)
IV родина: хмари вертикального розвитку (верхня межа – рівень перистих хмар, нижня – рівень ≈ 500 м)
Купчасті		Кучевые	Cumulus (Cu)
Купчасто-дощові		Кучево-дождевые	Cumulonimbus (Сb)

Хмари своєю формою, кількістю і потужністю характеризують ті фізичні процеси, які відбуваються в атмосфері. Різні форми хмар і послідовність їх появи тісно пов’язані з типом погоди і наступними її змінами, тому хмари є одним із важливіших ознак визначення погоди на короткий строк (3-4год).

Хмари верхнього ярусу. На вигляд це білі напівпрозорі хмари, які складаються із льодових кристалів.

Перисті хмари виглядають як окремі нитки, грядки, або смуги волокнистої структури. Опадів не дають.

Найбільш поширені види:

1. Перисті ниткоподібні – Сі filosus (Ci fil).

2. Перисті щільні – Ci spissatus (Ci sp).

3. Різновиди перистих хмар: пластівцеподібні floccus та хребтободібні vertebratus.

Перисто-купчасті хмари уявляють собою грядки або пластини, які мають ясно виражену структуру із дуже мілких пластівців, завитків. Опадів також не дають.

Основні види:

1. Перисто-купчасті хвилебодібні – Сс undulatus (Cс und).

2. Перисто-купчасті купчасто подібні – Cс cumuliformis (Cс cuf).

Перисто-шаруваті хмари – це тонка прозора білесувата пелена, частково або повністю закриваюча небосхил. В них іноді розрізняється волокниста структура. Ці хмари часто дають оптичні явища, так звані гало - світлі, злегка забарвлені у райдужні кольори (червоний – усередину) круги навколо Сонця чи Місяця. Опади землі не досягають.

Розрізняють два основних види цих хмар:

1. Перисто-шаруваті туманоподібні (Сі nebulusos).

2. Перисто-шаруваті ниткоподібні (Ci filosus).

Хмари середнього ярусу

Висококупчасті хмари складаються із дуже мілких краплинок, частіше переохолоджених. Білі, іноді сіруваті або синюваті у вигляді хвиль гряд, пластівців. Між ними просвічує небо, але іноді елементи можуть зливатися. Для цих хмар характерно оптичні явища – вінці – світлі ореоли, які безпосередньо примикають до диску сонця чи місяця. Опадів ці хмари не дають.

Виділяють два основних види висококупчастих хмар:

1. Висококупчасті хвилебодібні – Аc undulatus (Аc und)

2. Висококупчасті купчасто подібні – Аc cumuliformis (Аc cuf)

Високошаруваті хмари. Змішані по складу хмари, світла або синювата однорідна пелена, злегка хвиляста. Сонце і місяць можуть просвічувати як скрізь матове скло. Влітку опади із високошаруватих хмар поверхні землі, як правило, не досягають. Взимку із них часто випадає мілкий сніг.

Виділяють два основних види високошаруватих хмар:

1. Високошаруваті туманоподібні As nebulosus (As neb).

2. Високошаруваті хвилебодібні – Аs undulatus (Аs und).

Хмари нижнього ярусу

Шарувато-купчасті хмари у більшості випадків складаються із мілких краплин, у вигляді сірих великих гряд, хвиль або пластин, які можуть бути розділені просвітами або зливатися у суцільний покрив. Іноді дають слабкі опади.

Шарувато-купчасті хмари поділяють на два основних види:

1. Шарувато-купчасті хвилебодібні – Sc undulatus (Sc und)

2. Шарувато-купчасті купчасто подібні – Sc cumuliformis (Sc cuf)

Шаруваті хмари. Це однорідний на вигляд сірий шар крапельного складу (при достатньо низьких температурах в них з’являються і кристалики). Можливо випадіння слабких опадів і цих хмар.

Іноді цей низький шар хмар розірваний на неправильні клапті, останні позначаються як шарувато-розірвані хмари – St fractus (St fr)

Основні види шаруватих хмар:

1. Високошаруваті туманоподібні St nebulosus (St neb).

2. Високошаруваті хвилебодібні – St undulatus (St und).

3. Розірвано-шаруваті - St fractus (St fr).

Шарувато-дощові хмари - Nimbostratus (Ns). По складу є змішані, уявляють собою темно-сірий суцільний шар, під яким часто спостерігають безформне скупчення низьких розірвано-дощових хмар – fractonimbus (Frnb). Ці хмари завжди дають опади.

Хмари вертикального розвитку

Купчасті хмари складаються із краплин. Це окремі хмари, як правило, щільні з різко окресленими контурами, при випромінюванні сонця – яскраво-білі. Опади із цих хмар звичайно не випадають.

Основні види купчастих хмар:

1. Купчасті плоскі – Cu humulus (Cu hum).

2. Купчасті середні – Cu mediocris (Cu med).

3. Купчасті потужні – Cu congestus (Cu cong).

4. Розірвано-купчасті – Cu fractus (Cu fr).

Купчасто-дощові хмари. Щільні потужні купчастоподібні маси, дуже сильно розвинуті по вертикалі, змішані по складу (краплі і кристали). З ними завжди пов’язано випадіння опадів.

Верхня їх частина має волокнисту структуру, досягає рівня від’ємних температур і часто розвивається у вигляді кувалди. Під основою цих хмар спостерігаються розірвано-шаруваті хмари (St fr). Верхня їх частина складається із льодових частинок і краплин переохолодженої води, нижня – з різних за розмірами крапель води. З купчасто-дощових хмар зазвичай випадають зливи або снігопади, іноді град, крупа. Опади часто супроводжуються грозами. Саме з купчасто-дощових хмар можуть утворюватись щільні гряди високо-купчастих і шпарувато-купчастих хмар або щільні перисті хмари.

Основні види купчасто-дощових хмар:

1. Купчасто-дощові «лисі» - Cb calvus (Cb cal) – хмари, в яких відсутні перистоподібні частини на вершинах.

2. Купчасто-дощові волохаті – Cb capilatus (Cb cap) – хмари, в яких чітко виділяються перисті частини різних форм і часто у вигляді наковальні.

Різновиди купчасто-дощових хмар:

1. Купчасто-дощові з грозовим валом - Cb arcus (Cb arc).

2. Купчасто-дощові з наковальнею - Cb incus (Cb inc).

3. Купчасто-дощові плоскі - Cb numulus (Cb num).

Значення хмар полягає у тому, що вони затримують частину сонячної радіації і тим самим впливають на світловий і тепловий режими діючої поверхні, перешкоджають тепловому випромінюванню Землі, з них випадають опади.

Спостереження за хмарами

При метеорологічних спостереженнях відзначають ступінь покриття неба хмарами, тобто хмарність. Вона визначається візуально і виражається у балах. При цьому небо умовно поділяють на 10 частин і коли все небо покрите хмарами, хмарність становить 10 балів, а коли безхмарно – 0 балів і т.д. Спостереження за хмарами повинні проводитись завжди з одного і того ж пункту, з якого видно весь небосхил по можливості до горизонту. Спостерігач повинен визначити форму, кількість і висоту нижньої границі хмар. Для одержання правильних характеристик хмарності необхідно безперервно слідкувати за станом неба. Одночасно з визначенням кількості і форм хмар необхідно відмічати наявність і інтенсивність сонячного або місячного сяйва, а також зміни, які відбуваються у хмарному покриві. Сяяння сонця або місяця відмічається у книжці КМ-1 перед кількістю хмар наступними умовними знаками:

² – сонце зовсім відкрито, тіні від предметів чіткі;

 – сонце закрито тонкими хмарами, тіні від предметів слабкі;

^° – сонце слабо просвічує скрізь хмари. Тіней від предметів немає.

Знак місячного сяяння для цих фаз, окрім повної відкритості має вигляд

² або ² – місяць повністю відкритий;

 або  – місяць закритий тонкими хмарами;

⁰ або ⁰ – місяць слабо просвічує крізь хмари.

При наявності на небі одночасно сонця і місяця ставиться знак тільки сонця. При зовсім безхмарному небі знаки сонця і місяця не ставляться.

Кількість хмар визначається для хмар всіх ярусів (загальна хмарність) і для хмар одного нижнього ярусу (нижня хмарність) Запис у книжку спостерігача КМ-1 здійснюється у вигляду дробі: у чисельнику кількість балів загальної хмарності, у знаменнику – кількість балів нижньої хмарності.

Приклад: 7/3 Сі fil, Cb; 8/6 Sc, Cc.

Форми хмар визначаються у відповідності з міжнародною класифікацією. При спостереженнях необхідно керуватися атласом хмар [5] і синоптичним кодом. Визначення форм хмар здійснюється для всіх хмар, які спостерігаються на небосхилі. Для хмар, які знаходяться нижче 5-6° над горизонтом форми дозволяється не визначати. Визначення форм хмар необхідно починати з тих, які займають найбільшу частину неба, а потім переходити до наступних у порядку зменшення їх видимої кількості. У такій послідовності необхідно здійснювати і запис їх у книжку спостерігача КМ-1 незалежно від ярусів.

У книжку КМ-2 (синоптичну) форми хмар записують окремо по ярусам, зберігаючи у кожному ярусі ту ж послідовність у запису, тобто запис здійснюється у порядку зменшення видимої кількості хмар.

При визначенні форми хмар необхідно керуватися описами і ілюстраціями атласу хмар. Запис форм і видів хмар необхідно вести у суворій відповідності із скороченими позначеннями, які вказані у таблиці і атласі хмар.

Коли спостерігач знаходиться у тумані так, що йому зовсім не видно небесний схил, то у стрічці (кількість) необхідно поставити 10/10, якби туман відносився до хмар нижнього ярусу, а у стрічці форми поставити знак туману (≡), незалежно від того, що цей знак буде поставлений у стрічці атмосферні явища.

Визначення висоти хмар. Під висотою хмар розуміється висота їх нижньої границі над поверхнею землі. Визначення висоти здійснюється лише для хмар нижнього ярусу і для хмар середнього ярусу, якщо вони розташовані не вище 2500м над земною поверхнею (над станцією). При цьому у всіх випадках по можливості вказується висота для самих низьких частин основи хмар.

Висоту хмар визначають різними способами: візуально у всі строки спостережень, по кулі-пілоту, який спостерігають неозброєним оком або за допомогою біноклю або теодоліту, за допомогою світлолокаторів, стельових прожекторів (вночі).

Якщо на станції ведуться аерологічні спостереження необхідно приєднувати також більш точні аерологічні дані про висоту хмар, які одержують на основі літакових зондувань, базисних куль-пілотів і т. д.

Визначення висоти нижньої границі хмар на око (візуально) є найбільш розповсюдженим і в той же час найменш точним. При спостереженнях використовують орієнтири на місцевості, висота яких відома. Результати спостережень записують у книжку КМ-1, при цьому вказується кількість хмар, висота нижньої границі (НГ), висота НГ із скороченим способом визначення (гл. – глазомірно)

Наприклад: 8/0 Ас 2500гл, 5/5 Cu 850гл.

Кулепілотний спосіб визначення висоти хмар полягає у наступному: гумову оболонку наповнюють воднем до певного розміру і випускають у політ, потім спостерігають за ним за допомогою теодоліту або візуально, при цьому фіксується момент входу кулі у хмари; висота нижньої границі хмар розраховується за формулою:

Н = ω · t, (9.1)

де Н – висота нижньої границі хмар, м;

ω – вертикальна швидкість кулі-пілота, м/хв.;

t – проміжок часу від початку руху кулі до входу її у хмари.

Метод визначення нижньої границі хмар за допомогою куль-пілотів застосовується при суцільній хмарності.

Визначення висоти хмар за допомогою прив’язної кулі-пілота

При обслуговуванні авіації важливе значення має визначення найбільш низьких хмар – нижче 100м і повторюваність цього визначення через короткі проміжки часу. Для забезпечення цих спостережень використовують метод прив’язних куль-пілотів. Метод полягає у тому, що на тонкій нитці випускається куля-пілот і у момент входу кулі у хмари проводиться відлік вертикального кута (α) (по похилу нитки) і довжини нитки (L). Висота хмар розраховується за формулою:

Н = a · L · sinα,

де а – коефіцієнт, який характеризує провисання нитки.

Визначення висоти хмар за допомогою світло локатора (прожектора) проводиться у темну частину доби і при розташуванні хмар у зеніті. Суть методу полягає у тому, що промінь «потолочного» прожектора направляється суворо вертикально уверх і дає світлу пляму на хмарах. Спостерігач, який знаходиться на точно визначеній відстані від прожектора наводить на цю пляму кутомірний прилад і вимірює вертикальний кут, під яким видно пляму. Висота хмар розраховується за формулою:

H = i · ctgα, де (9.2)

H – висота хмар, м; i – відстань між прожектором і спостерігачем, α – кут, під яким спостерігач баче світлу пляму.

Визначення висоти хмар по закриттю ними гір або високих предметів (орієнтирів) проводиться з використанням визначених висот цих об’єктів. За висоту нижньої границі хмар приймається висота орієнтира, поблизу якого спостерігається нижня границя хмар.

Напрям і швидкість руху хмар визначають за допомогою нефоскопа Бессона, або використавши теодоліт для спостереження за кулями-пілотами.

У випадку, коли спостерігач не має ніяких спеціальних приладів напрям руху хмар визначають візуально. Окрім загальної хмарності, напряму і швидкості руху хмар проводять визначення родин і форм хмар, а також дають загальну оцінку стану неба. Результати спостережень порівнюють з хмарами, зображеними в атласі, і у випадку подібності рекомендується позначити номер таблиці атласу хмар.

Спостереження за хмарами здійснюється безперервно протягом доби. Всі характеристики хмарності записуються у книжку КМ-1 у основні кліматологічні строки (1, 7, 13, 19 год.), а на деяких станціях у синоптичні строки (3, 9, 15, 21 год.)

Приклад запису спостережень за хмарами у книжку КМ-1

Хмари	Кількість заг./нижн.	8/2
	Форми	Ci fil, Ac tr, Cb
	Висота нижньої границі	Cb – 800 гл.

Завдання для лабораторної роботи:

1. Ознайомитись з атласом хмар.

2. Визначити візуально ступінь покриття неба хмарами за десятибальною шкалою: загальну хмарність, ступінь покриття неба хмарами окремих ярусів.

3. Визначити форму, кількість хмар і стан неба у конкретну добу і записати результати спостережень згідно з порядком запису книжки КМ-1.

4. Перевірити візуальне визначення форм хмар з фотографіями (таблицями) хмар зображеними в атласі. Перш за все необхідно визначити родину, до якої належить хмара (верхнього, середнього нижнього ярусу чи хмари вертикального розвитку), потім уточнити чи записати в таблицю спостереження форми хмар за скороченими позначками і кодом.

Питання для самоконтролю.

1. Що називають хмарами?

2. Які існують форми хмар?

3. Які форми хмар відносяться до хмар верхнього, середнього і нижнього ярусів; висоти їх розташування і скорочена їх характеристика.

4. Які хмари за міжнародною класифікацією відносять до хмар вертикального розвитку; скорочена їх характеристика.

5. Як визначається загальна хмарність, строки спостережень, порядок реєстрації і запису у книжку КМ-1.

6. Які види хмар виділяють по їх походженню, мікрофізичному стану?

7. Із яких форм хмар випадають опади?

8. Як визначити висоту нижньої границі хмар, напрям та орієнтовну швидкість хмар?

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

Мета роботи : Ознайомлення з видами і типами атмосферних опадів, приладами та методикою вимірювання атмосферних опадів, обробки матеріалів спостережень і реєстрації. Вивчити принцип роботи і конструкцію приладів для вимірювання висоти снігового покриву, його щільності, правил проведення спостережень. Засвоїти порядок визначення запасів води у снігу і проведення снігомірних зйомок.

Загальні положення

Атмосферними опадами або просто опадами називають усі види води в її рідкому або твердому стані, які отримує земна поверхня із атмосфери.

Кількість опадів визначають за товщиною шару води (мм), який міг би утворитися на земній поверхні, коли б опади не випаровувались, не стікали і не просочувались углиб ґрунту.

Окрім кількості, атмосферні опади характеризують за їх інтенсивністю, та запасами води, які надійшли на одиницю площі земельної ділянки.

W_o=10Q_n , (10.1)

де W_o – запаси води, що надійшли з опадами, м³/га;

Q_n – кількість опадів, мм;

10 – перевідний коефіцієнт.

Таким чином 1 мм=10 м³/га; 1 мм = 1 л води на 1 м² або 10 т на га.

Важливою характеристикою опадів є тривалість їх випадіння і інтенсивність, тобто кількість опадів (мм шару води), які випали за одиницю часу (за хвилину, або годину).

На метеорологічних станціях здійснюються спостереження за всіма видами опадів. Спостереження над атмосферними опадами складаються з визначення виду опадів (рідкі або тверді опади), їх інтенсивності, реєстрації часу їх випадіння і визначенні кількості випадаючих опадів.

Опади, які випадають на землю із хмар, поділяються на 3 типа: облогові, ливньові і мрякові.

Облогові опади характеризуються безперервним або з короткими переривами випадінням впродовж тривалого проміжку часу без різких коливань їх інтенсивності.

Ливньові опади відрізняються раптовістю їх початку і закінчення, різкими коливаннями інтенсивності і короткочасністю найбільш інтенсивної частині їх випадіння.

Мрякові опади уявляють собою випадіння багаточисленних і, разом з тим, дуже дрібних крапель води або дуже дрібних снігових крупинок.

У кожному з указаних типів розрізняють тверді і рідкі опади. До твердих опадів належать: облоговий сніг, ливньовий сніг, облоговий мокрий сніг, ливньовий мокрий сніг, снігова крупа, снігові зерна, льодова крупа, град, льодовий дощ. Рідкими опадами є: облоговий дощ, ливньовий дощ, мряка, рясні тумани і роси.

Товщину шару опадів визначають з точністю до 0,1 мм.

Прилади для вимірювання атмосферних опадів

Вимірювання кількості опадів виконують за допомогою приладів, які називаються опадомірами.

Для вимірювання опадів використовують такі основні прилади:

• опадомір Третьякова – для вимірювання кількості рідких і твердих опадів, які випали за деякий проміжок часу. Прилад стаціонарний, застосовується на гідрометеостанціях та метеопостах;

• дощомір польовий – для вимірювання рідких опадів в польових (експедиційних) умовах;

• плювіограф – для безперервної реєстрації рідких атмосферних опадів в стаціонарних умовах;

Опадомір Третьякова. Повний комплект опадоміра складається із 2 металевих відер, кришки, тагана, чотирьох укосин, кільцевого прута для підвішування планок захисту, 16 планок захисту, ланцюжка для їх скріплення і вимірювального стакану (рис. 10.1 - 10.3)

Відро опадоміра має форму циліндра, діаметром 159,5 мм. Приймальна площа відра – 200 см², висота відра – 40 см. Всередині відра впаяна діафрагма 3 (рис. 10.2), яка має форму зрізаного конусу з отвором для стоку. Для зменшення випаровування опадів із відра у літній час отвір діафрагми прикривається п

Рис.10.1. Опадомір Рис.10.2. Опадомір у Рис.10.3. Вимірювальний стакан

у зібраному вигляді розрізі опадоміру Третьякова

робкою-воронкою. З зовнішнього боку до відра припаяний носик 8 для зливу

зібраних опадів. Носик закривається ковпачком 9, прикріпленим на ланцюжку 10, припаяному до відра. Відро ставиться у таган на лапки, приклепані з внутрішнього боку ніжок.

Захист опадоміру складається із 16 планок 6, які мають форму рівнобедреної трапеції, зігнутих по спеціальному шаблону під кутом 70^°. Верхні кінці планок відігнуті назовні і в зібраному виді знаходяться в одній горизонтальній площині. Планки мають вирубку з вушками, крізь котрі проходить кільцевий прут, укріплений, у свою чергу, на укосинах 2. Планки розташовані на рівній відстані одна від одної і угорі і внизу стягнуті між собою відрізками ланцюжка 7.

Мірний стакан опадоміру призначений для вимірювання опадів, що потрапили у відро. Має 100 поділок. Ціна кожної поділки – 2 см³. При приймальній площі відра у 200 см² така величина поділки стакана відповідає шару води в 0,1мм. (Рис. 10.3)

Встановлення опадоміру. Опадомір встановлюється на метеомайданчику на дерев’яному стовпі або спеціальній металевій підставці, висотою 1,6м таким чином, щоб приймальна поверхня приладу знаходилась на висоті 2 м від поверхні землі і була суворо горизонтальна. Діаметр стовпа повинен дорівнювати відстані між ніжками тагана – 16-17 см. З північного боку опадоміру встановлюються металеві або дерев’яні східці. Правильно зібраний опадомір повинен відповідати таким вимогам:

• планковий захист опадоміру повинен уявляти собою конус з кутом його схилу 70^° до горизонту;

• верхні зігнуті кінці планок захисту повинні знаходитися у горизонтальній площині і на одному рівні з верхнім краєм опадомірного відра, встановленого у тагані;

• при вітрі планки захисту повинні вільно коливатися, повертаючись у початкове положення;

• відро для збору опадів повинно без зусиль вставлятися у таган і вийматися із нього.

Догляд за опадоміром. Не рідше 2 разів на місяць (1-го і 15-го числа кожного місяця) слід промивати опадозбірні відра гарячою водою і перевіряти їх на протікання.

Вимірювання по опадоміру. Кількість опадів вимірюється постійно впродовж всього року щоденно у встановлені строки по міжнародному скоординованому часу: 0, 6, 12, 18 год, якщо навіть випадіння опадів не спостерігалось спостерігачем, що може мати місце, особливо вночі. На метеорологічних постах спостереження за опадами проводять 2 рази на добу о 7 і 19 годині місцевого часу. Вимірювання кількості опадів проводиться у наступному порядку: для вимірювання кількості випадаючих опадів спостерігач бере опадомірне відро, закриває його кришкою, відносить його до місця встановлення опадоміру і заміняє ним відро, встановлене в опадомірі, при цьому перекладаючи кришку на зняте відро. Носик відра повинен бути закритий ковпачком.

При наявності рідких опадів їх кількість вимірюється відразу після приходу спостерігача в будівлю метеостанції. З цією метою, знявши ковпачок з носику, обережно виливають через нього воду із відра у мірний стакан, притримуючи відро над стаканом до того часу, доки вода не перестане капати із носику. Опадомірний стакан з водою, вилитою із опадозбірного відра, ставиться на рівну горизонтальну поверхню. Він має 100 поділок, ціна кожної поділки – 2 см³. При приймальній площі відра у 200 см² така величина поділки стакана відповідає шару води в 0,1мм. При вимірюванні твердих опадів необхідно щоб вони розтали і потім вимірювати їх як рідкі опади або їх кількість визначають зважуванням. Для переводу кількості опадів, виміряних у поділках стакану у мм необхідно кількість поділок вимірювального стакану розділити на 10. При кожному вимірюванні опадів вводиться поправка на змочування опадомірного відра, яка визначається наступним чином:

1. рідкі або змішані опади, а також опади від паморозі, ожеледиці або туману:

• якщо виміряно 0,5 і більше поділок стакану, то до виміряної суми слід прибавляти 0,2 мм;

• якщо в опадомірному стакані при вимірюванні визначилося менше половини поділки і записано в книжці 0 поділок, то до цієї величини необхідно прибавити 0,1 мм;

• якщо випадіння опадів не спостерігалося і у термін вимірювання їх у відрі не було, то у таких випадках поправка на змочування не вводиться.

б) тверді опади:

• якщо виміряно 0,5 і більш поділок стакану, то до виміряної суми слід прибавити 0,1 мм;

• у всіх інших випадках поправка на змочування для твердих опадів не вводиться.

• якщо між строками спостерігалося почергове випадіння рідких і твердих або змішаних опадів, то поправка на змочування вводиться таким чином, якщо б це були рідкі опади.

Результати вимірювання опадів записуються у книжку КМ-1, а потім зводяться у таблицю ТСГ-1.

Приклад: 12 березня у 7 год було виміряно 17 поділок стакану, а в 19 год – 38 поділок стакану. З урахуванням поправок у місячну таблицю за 12 березня записують 1,9+4,0 а також суму, яка дорівнює 5,9 мм.

Рис. 10.4. Дощомір польовий (Давітая)

Дощомір польовий (Давітая) (рис 10.4). У деяких випадках, наприклад, при визначенні вологості на сільськогосподарських полях немає необхідності в одержанні точних даних про кількість опадів. Достатньо знати кількість опадів, що випали з точністю до 1 мм. У таких випадках доцільно застосовувати простий і дешевий польовий дощомір. Він уявляє собою скляний мірний стакан, верхня частина якого розширена і служить опадозбірним циліндром з площею прийомної поверхні 30 см². На мірній частині дощоміра нанесені поділки, що відповідають 3 см³ опадів, або 1 мм шару випадаючих опадів. Для зменшення випаровування опадів, які попали у дощомір, він укомплектований лійкою. Дощомір ставлять у дерев'яний кожух, який закриває його нижню частину, і встановлюють на дерев'яному стовпі, або металевій підставці.

Спостереження по дощоміру виконуються щоденно вранці протягом теплого періоду року. Кількість опадів визначається по відліку поділки дощоміра, до якої піднялась вода. Після запису спостережень дощомір знімають з підставки виймають з нього лійку і виливають опади, а потім знову закладають лійку і встановлюють дощомір на місце.

Д

Рис. 10.5. Плювіограф

ощомір ґрунтовий – пластикова конусоподібна мензурка із зйомною кришкою, в якій є строго калібрований отвір, діаметром 25 мм. Висота мензурки – 15 см. Діапазон вимірювання опадів – від 0 до 145 мм. Мензурка проградуйована у мм та дюймах. До комплекту входить пластиковий штир, який служить основою для закріплення мензурки у вертикальному положенні. Його закріплюють на дерев’яній рейці або заглиблюють у ґрунт на різних відстанях від рядка посівів с/г культур. З метою більш точного вимірювання кількості опадів на досліджуваній площі використовують одночасно 5-10 ґрунтових дощомірів, залежно від розміру ділянки.

Самописці для реєстрації опадів. Дані про кількість опадів, які випадають за відносно великі проміжки часу (12 год) не завжди достатні для характеристики інтенсивності опадів, тривалості їх випадіння і т. ін. Тому необхідно вести безперервну реєстрацію опадів, що випадають, за допомогою самописців. Самописці забезпечують можливість визначення кількості опадів, їх розподілу у часі і інтенсивності. Існує багато конструкцій самописців, але всі вони реєструють тільки рідкі опади. Найбільше розповсюдження з них має плювіограф (Рис. 10.5).

Реєстрація кількості опадів за допомогою плювіографа. Плювіограф слугує для вимірювання тільки рідких опадів. За допомогою цього приладу може бути виміряна як загальна кількість опадів, так і їх інтенсивність. Приймачем приладу служить циліндричний сосуд 1 з приймальною площею 500 см². Нижня частина сосуду переходить у конус з декількома отворами для стоку води. До дна припаяна зливна трубка, яка вставляється у лійку трубки 2, що йде від поплавкової камери 3, яка за допомогою гвинта закріплюється на полиці всередині залізного циліндричного корпусу. Всередині камери 3 знаходиться пустотілий металевий поплавок 4, що укомплектований вертикальним стержнем 5, на якому закріплена стрілка 6, що закінчується пером. Поперечний переріз камери 3 у 9,7 рази менше перерізу приймального циліндричного сосуду 1. Збоку камери 3 є невелика трубка 7, куди вставляється за допомогою мідної гільзи скляний сифон 8.

На тій же полиці, на якій закріплена камера 3 поряд з нею на вісі закріплений барабан 9 з годинниковим механізмом. На цей барабан надівається розграфлена стрічка. Унизу шафи на її дні стоїть відро 10, куди через сифон зливаються опади із камери 3.

При випадінні дощу вода, яка стікає по зливній трубці циліндричного сосуду попадає у камеру 3. Поплавок 4, який знаходиться у камері 3, починає підніматися і перо 6, яке пов’язано із його віссю буде на папері малювати криву, що піднімається, при цьому підйом цієї кривої тим крутіше, чим інтенсивніше випадають опади.

Стрічка, яка надівається на барабан із годинниковим механізмом, розграфлена таким чином, що вертикальні лінії відповідають часові, а горизонтальні – кількості опадів, що випадають, у десятих долях мм. Відстань між сусідніми потовщеними вертикальними лініями становить проміжок часу в 1 годину, а між тонкими лініями – 10 хвилин. Відстань між двома потовщеними горизонтальними лініями становить 1 мм опадів, а між тонкими лініями – 0,1 мм опадів.

Час відраховується за стрічкою з точністю до 1 хвилини, а кількість опадів – з точністю до 0,1 мм.

Коли вода підніметься до рівня згину сифона, він почне діяти і швидко спустошить камеру 3. Опади, які продовжують надходити із дощомірного сосуду, примусять поплавок знову підніматися. Вид запису на стрічці плювіографа приведений на рис. 10.6. Прямі вертикальні лінії, які ідуть від верхнього краю стрічки до її нульової межі відповідають моментам зливу сифона. Використовуючи цей запис можливо визначити кількість опадів як за добу, так і за кожний час, а також характер їх випадіння.

Приклад. Як видно із частини плювіограми (рис. 10.6) дощ почався у 12 год 05 хв і майже з однаковою інтенсивністю продовжувався до 14 год 20 хв, після чого дещо послабшав. У 15 год 20 хв почалася злива. Інтенсивність цієї зливи поступово посилювалася, так як після зливу опадів сифоном крива піднімається ще більше, чим до зливу. У 17 год 28 хв злива перейшла у слабкий дощ, який повністю закінчився у 16 год і 5 хв.

Встановлення плювіографу і догляд за ним. Плювіограф встановлюють на метеорологічному майданчику на дерев’яному стовпі або на особливий дерев’яний столик, ніжки якого добре закопані у землю. Крім того плювіограф кріпиться за допомогою дротяних обтяжок, які прикріплюються до кілочків, забитих у землю на відстані 75 см від приладу. Призначення цих обтяжок – попереджувати плювіограф від струсів, що дає можливість уникнути коливань у записі приладу. Висота верхнього краю плювіографу над грунтом повинна бути 2м. Верхній край приймального сосуду повинен бути суворо горизонтальним. Стрічка плювіографа на метеостанціях змінюється щоденно у 19 год по місцевому часу. При цьому при зміні стрічки відмічають на ній час установки і зняття стрічки. Замінивши стрічку, визначають вимірювальним стаканом кількість опадів, злитих сифоном у сосуд 8 і записують кількість опадів на знятій стрічці.

В осени до морозів прилад роз-бирається, виймається поплавкова камера, барабан з годинниковим механізмом, контрольний сосуд і прибирають їх у будівлю станції. Вісь барабана змазується вазеліном. Прийомний сосуд закривається кришкою, а корпус закривається на замок.

О

Рис. 10.6. Стрічка плювіографа (плювіограма)

бробка записів на стрічках плювіографу заключається у визначенні кількості випадаючих опадів, тривалості їх випадіння і інтенсивності (кількості) опадів, які випадають за 1 хв.

Обробка стрічок починається з розбивки запису дощу на рівні часові проміжки. Після цього на кривій запису помічають штрихами олівцем характерні (переломні) точки. Характерними точками вважають такі, після яких помітно змінюється нахил кривої запису. Зазвичай ці точки відповідають початку і кінцю дощу, початку і кінцю переривів дощу, початку зливу і зміні інтенсивності дощу. Після виділення характерних точок на стрічці виконують підрахунок кількості опадів, які випали з початку дощу до кожної характерної точки і визначають час їх настання, при цьому враховується розмітка годинних ліній.

Обробка запису дощу виконується двома способами:

• за рівними інтервалами часу;

• за характерними точками.

Обробка стрічки за рівними інтервалами, наприклад, за годинними відрізками часу, полягає у визначенні кількості опадів за ці проміжки.

Якщо при зміні стрічки перо було встановлено в тому місці, де йому відповідно часу належить бути на стрічці, і, якщо годинник барабану іде правильно, то кількість опадів за годинні проміжки визначається різницею ординат в точках перетину кривої запису з відповідними сусідніми вертикальними лініями повних годин відповідно до написів над вертикальними лініями.

Обчислена кількість опадів за дощ порівнюється з показом контрольної посудини, вказаними на стрічці. Якщо підрахована за стрічкою кількість опадів на відповідає виміряній контрольною посудиною, то слід ввести поправку. Для цього із кількості опадів, взятої із контрольної посудини, віднімається кількість опадів, отриманих по стрічці. Одержана різниця ділиться на число зливів, відмічених на стрічці за дану дату. Частка від ділення додається до кожного відліку кількості опадів, одержаних по запису дощу одразу після зливу. Якщо частка буде менше 0,1 мм, то поправка не вводиться. Обчислена кількість опадів, а також тривалість їх випадіння протягом кожної години (з точністю до 1 хв) заноситься у місячну таблицю у вигляді дробів, у чисельнику яких ставиться кількість опадів у міліметрах, а в знаменнику – тривалість випадіння опадів у хвилинах.

Обробка запису дощу за характерними точками зводиться до виділення на запису дощу характерних (переломних точок), для яких визначається час їх настання від початку дощу і кількість опадів, що випали від початку дощу, після чого визначається загальна тривалість дощу і сумарна кількість опадів.

При обробці стрічки увесь запис дощу розбивається на окремі частини, кожна з яких на своїй відстані зберігає приблизно постійний кут нахилу лінії запису, тобто на частини з постійною інтенсивністю дощу.

Після виділення характерних точок на кривій визначають час їх настання (години, хвилини) і виконують підрахунок кількості опадів, що випали з моменту початку дощу, враховуючи хід годинника і розмітку годинних ліній.

Якщо дощ йшов з перервами, які не перевищували 1 год., то такий дощ вважають за один, а якщо перерви перевищували 1 годину, то такі дощі вважаються як окремі.

При невідповідності кількості опадів обчислених за стрічкою кількості опадів із виміряною контрольною посудиною, у запис опадів вводиться поправка на кількість опадів за тим же принципом, що і при обробці за годинниковими інтервалами. Подальша обробка запису дощу за характерними точками полягає в обчисленні кількості опадів за окремі проміжки часу та їх інтенсивності у мм/хв.

Таблиця 10.1

Обробка запису дощу за стрічкою плювіографа

Дата випадіння дощу

Час

Сума опадів від початку дощу, мм

Кількість опадів на інтервал

Тривалість інтервалу, хв..

Інтенсивність дощу за інтервал, мм/хв.

По стрічці

Поправки

Виправлений

По стрічці

Поправка

Виправлена

Рік

Число

Год

Хв

Год

Хв

Результати обробки записують на стрічці олівцем вище або нижче запису дощу. Кількість опадів, які випали від початку дощу до кожної окремої точки перелому, виражається у цілих і десятих долях мм і записується у чисельнику, а час настання характерних точок – у знаменнику (Рис. 10.6).

Якщо кількість опадів, підрахованих по стрічці, менше кількості, яка виміряна контрольним сосудом, то цей дефект ліквідується шляхом введення поправки. Результати обробки заносяться у таблицю ТМ-14.

Сніговий покрив

У помірних широтах взимку опади випадають переважно у вигляді снігу, внаслідок цього встановлюється сніговий покрив. Розподіл його у значній мірі залежить від місцевих умов. Основну роль відіграє вітер, який переносить сніг з одного місця на інше, і рельєф місцевості. Розподіл снігового покриву, його висота, щільність, тривалість залягання і умови розтавання мають велике значення для різних галузей господарської діяльності людини і, насамперед, для землеробства і транспорту. Сніговий покрив має малу теплопровідність, завдяки цьому у холодний період року він захищає ґрунт від глибокого і сильного промерзання, а посіви озимих культур і багаторічних трав – від вимерзання. Теплопровідність снігу залежить від його щільності: чим менше щільність, тобто чим більш рихлий сніг, тим менша його теплопровідність.

Сніговий покрив уявляє собою великий запас води і є найважливішим джерелом зволоження ґрунту. Завдяки цьому він оказує великий вплив на врожай, особливо у тих районах, де восени та взимку випадає мало опадів, тобто у степовій частині України. Сніговий покрив служить засобом боротьби з посухою, шкідлива дія якої може у значній мірі бути ослаблена шляхом зрошення полів талими сніговими водами, які накопичуються у ставках та водосховищах.

Сніговий покрив впливає на характер коливання рівня і кількості води у річках. Талі снігові води, які стікають у русло річок і озер, створюють весняну повінь, розміри якої залежать від багатьох причин, головними з яких є висота і щільність снігового покриву на початок весняного сніготанення. Наявність даних спостережень над сніговим покривом дозволяє попередньо передбачити розміри весняної повені, своєчасно планувати і здійснювати необхідні агротехнічні заходи і т. д.

Вимірювання опадів у зимовий період за допомогою опадомірів не дає достатньо надійних величин. Деяким допоміжним методом для орієнтовного обчислення запасів води у снігу може слугувати вимірювання висоти і щільності снігового покриву.

Спостереження і вимірювання висоти снігового покриву. Спостереження за сніговим покривом пол­­­­­­ягають у визначенні наявності снігового покриву, ступеню покриття їм околиць станції, вимірюванні його висоти і щільності. Крім того проводяться спостереження за характером залягання снігового покриву і його структурою, а також наявністю і товщиною льодової кірки і стані ґрунту під снігом.

Спостереження за сніговим покривом здійснюються з моменту його появи до повного зникнення у районі станції, щодобово після ранкового (7 год.) строку спостереження.

Для визначення ступеню покриття сніговим покривом спостерігач повинен оцінити візуально у відсотках з точністю до 10% (0,1частина видимої околиці приймається рівною 1 балу; якщо снігом вкрита вся видима околиця – це 10 балів), яка частина видимої околиці станції покрита снігом. Характер залягання снігового покриву визначається наступними словами: рівномірний (без наметів); помірний-нерівномірний (невеликі намети) без оголених місць або з оголеними місцями; дуже нерівномірний (великі замети) без оголених місць або з оголеними місцями; з проталинами; лежить тільки місцями.

Спостереження за наявністю снігового покриву, ступеню покриття і характеру залягання заносяться у книжку для запису спостережень за сніговим покривом (КМ-5).

Знак наявності снігового покриву ( ) записується у відповідну графу книжки у всі дні без винятку, коли у момент спостережень вся видима околиця станції або більше половини її була вкрита снігом. Якщо снігом була вкрита тільки половина або менше половини видимої околиці, то знак не ставиться, а записується тільки ступінь покриття снігом.

У тих випадках, коли сніговий покрив утворився після ранкового строку спостережень і зник до 7 год. наступного дня, тобто не попав у книжку КМ-5 ні за поточний, ні за наступний день, знак снігового покриву записується у графі «Атмосферні явища» книжки КМ-1 і цей запис переноситься із книжки КМ-1 у примітки книжки КМ-5. Характер залягання снігу записується словами у відповідній графі книжки КМ-5.

Щ

а) б)

Рис. 10.7.

а) стаціонарна снігомірна рейка

б) переносна снігомірна рейка

оденні спостереження за висотою снігового покриву здійснюються на одній або двох спеціально вибраних ділянках: відкритій і захищеній, або на одній із них. Відкрита ділянка, площею не менше 400 м², вибирається посередині рівного обширного поля (луку) і т. д. Відстань до ближнього лісу або суцільних крупних будівель не повинна бути менше 20-кратної висоти дерев або будівель. Захищена ділянка, розміром не менше 400 м², вибирається на широкій поляні у лісі, парку або великому саду, яка надійно захищена від дії вітру. Відстань ділянки від країв поляни повинна бути не менше 20-кратної висоти дерев, але не ближче 10 метрів від них. Ділянки повинні бути постійними. І Спостереження на них повинні здійснюватися із року в рік.

Прилади для вимірювання. Для щоденних спостережень за висотою снігового покриву використовуються постійні снігомірні стаціонарні або переносні снігомірні рейки (рис. 10.7). Вони виготовляються із дерев’яних брусків, довжиною 180 см, шириною 6 см і товщиною 2,5см. Рейка забарвлюється білою масляною фарбою і має на лицьовій стороні шкалу у см. Кожна непарна поділка шкали забарвлюється чорною фарбою. Нижній кінець рейки, від якого починаються поділки, має залізний наконечник, довжиною 5 см. Виготовляються також металеві переносні рейки із дюралюмінієвих трубок.

Всі снігомірні рейки повинні мати повірене клеймо. Визначення висоти снігового покриву за допомогою переносної рейки виконується шляхом втикання рейки загостреним кінцем вертикально у сніг. При цьому необхідно перевірити щоб рейка дійшла до поверхні ґрунту, але не увійшла в нього.

Встановлення постійних снігомірних рейок. На кожній із ділянок встановлюються восени по 3 постійних снігомірних рейки, приблизно за місяць до утворення снігового покриву. Кожній рейці присвоюється свій номер (№1, 2, 3…). Поблизу рейок поверхня ґрунту повинна бути вирівняна і має бути скошена трава. Рейки встановлюються посередині ділянки таким чином, щоб утворився приблизно рівнобічний трикутник. Відстань від одної рейки до другої повинна бути не менше 10 м.

Для встановлення рейки у ґрунт вбивається дерев’яний брусок, довжиною 60см, і товщиною 6 см. На бруску на 24 см від його верхнього кінця вирізається виступ, до якого пригвинчується рейка (рис. 9.7 а) брусок вбивається у ґрунт таким чином, щоб 0 рейки співпадав з поверхнею ґрунту. Рейка повинна бути встановлена вертикально.

Висота снігового покриву визначається за показами усіх рейок на обох ділянках щоденно один раз на добу вранці. Відлік висоти снігового покриву виконується з точністю до 1 см. При зніманні відліку спостерігач повинен знаходитися на відстані 2-3 м від рейки. За висоту снігового покриву приймається та поділка, проти якої знаходиться рівень снігового покриву. По відліку за 3 рейками розраховується середня висота снігу, яка округлюється до цілих см.

У випадках застосування переносної снігомірної рейки необхідно провести не менше 3 вимірювань на відстанях від оточуючих предметів не менше ніж 10 м. Вимірювання проводяться на ділянках для установки постійних рейок і завжди на непорушеному сніговому покриві.

При обчисленні середньої висоти снігового покриву за день необхідно розділити суми висот снігового покриву на число усіх рейок ділянки, не виключаючи тих, біля яких снігу у даний день не було, або було дуже мало.

Спостереження за щільністю снігу. Щільність снігу дорівнює відношенню ваги води (г) до об’єму снігу (см³). У метеорології щільність снігу розраховують з точністю до 0,01 г/см³. Вимірювання щільності снігу виконується на кожній із 2 ділянок (захищеної і відкритої), які слугують для щоденних спостережень за висотою снігового покриву. З цією метою на ділянках, де встановлюються постійні рейки, виділяються спеціальні майданчики, розмірами не менше 50-60 м². Вимірювання щільності снігу на ділянках для щоденних снігомірних спостережень виконується регулярно 1 раз у 5 днів (5, 10,15,20,25 числа і у останній день кожного місяця). Щільність визначається ранком після вимірювання висоти снігового покриву. У період бурного весняного розтавання і при сильних відлигах зимою вимірювання щільності снігу повинні виконуватись щоденно. Вимірювання щільності снігу не проводиться, коли висота снігового покриву менше 5 см.

С

Рис 10.8. Ваговий снігомір

нігомір ваговий використовується для визначення щільності (об’ємної маси снігу) у польових умовах шляхом вирізання приладом проби снігу, яка потім зважується. Об’єм цієї проби визначається по висоті вирізаного стовпа снігу і площі поперечного перерізу циліндра снігоміру.

Ваговий снігомір складається із металевого циліндра 1 і ваг (рис. 10.8). Циліндр має на одному кінці товсте кільце з гострим заточеним краєм у вигляді пилки, а на другому кінці циліндра надіта кришка, яка закривається за допомогою штикових затворів. Збоку циліндра нанесена шкала; нуль цієї шкали співпадає з нижнім краєм заточеного кільця. Висота циліндра снігоміра 60 см, площа поперечного перерізу – 50 см², діаметр – 79,8 мм. По циліндру вільно переміщується кільце з дужкою 2, за яку циліндр підвішується до ваг.

Ваги снігоміра складаються із латунної рейки 3 з нанесеними на ній поділками. На одному кінці рейки закріплена призма, гостре ребро якої обернено уверх.На призму опирається крючок 4, до якого за дужку підвішується циліндр. На деякій відстані від цієї призми закріплена друга призма, ребро якої обернено донизу. На цій призмі за допомогою рукоятки 6 з кільцем ваги з циліндром утримуються у підвішеному стані. Для урівноваження ваг слугує вантаж 5, який може переміщуватися по рейці ваг. Вантаж має отвір, через який видно поділки шкали. Рівновага ваг визначається за допомогою вказівника, який знаходиться на рейці. При встановленні рухомого вантажу на нульову поділку рейки, пустий циліндр, який підвішується на крючкі, повинен урівноважувати ваги. При зважуванні проби снігу рівновага ваг досягається переміщуванням вантажу 5 вздовж рейки.

Переміщення вантажу по рейці на 1 поділку шкали відповідає вазі проби у 5г. Такі поділки шкали вибрані тому, що сніг, вагою у 5 г у розплавленому стані створює у циліндрі діаметром 50 см² шар води у 0,1 см або 1 мм.

Спостереження. За пів години перед спостереженням снігомір виносять із будівлі для того, щоб він отримав температуру зовнішнього повітря. Перед спостереженням необхідно перевірити рівновагу ваг з підвішеним до них пустим циліндром. Перевіривши нуль погружають циліндр вертикально у сніг, заточеним краєм униз. При висоті снігового покриву менше 60 см сніг прорізається до поверхні землі. Потім беруть відлік висоти снігового покриву по шкалі циліндра з точністю до 1 см, відгрібають лопаткою сніг з одного боку циліндра і підводять її під нижній його край; піднімають циліндр разом з лопаткою, перевертають його нижнім краєм уверх, очищають циліндр від снігу, який пристав ззовні і підвішують його до терезів, стають спиною до вітру і приводять терези у рівновагу, після чого виконують відлік тої поділки шкали лінійки, з якою співпадає риска на скошеному краї прорізі у рухомому вантажі терезів. Перед тим, як взяти нову пробу, необхідно знову перевірити рівновагу терезів.

Якщо висота снігового покриву перевищує висоту циліндру, то весь стовп снігу береться не в один, а у декілька прийомів. При визначенні щільності снігу на постійних ділянках необхідно брати 3 проби з різних частин ділянки з непорушеного снігового покриву. Спостереження над щільністю снігового покриву записуються у книжку КМ-5, де для кожного дня вимірювань відведено 2 строки: одна для захищеної ділянки і друга для відкритої.

Розрахунок щільності снігу визначається по вазі і об’єму його проби, при цьому вага взятої проби дорівнює 5n, де n – число поділок шкали терезів, а об’єм 50h см³, де h – висота взятої проби. Звідси щільність снігу d буде дорівнювати

(9.2)

На основі даних про щільність снігу і його висоту можливо розрахувати також і запас води у сніговому покриві, тобто висоту шару води, який утворюється при таненні всього снігового покриву. Вага води взятої проби дорівнює 5n, що чисельно відповідає і об’єму води у взятій пробі. Якщо розділити цей об’єм на площу перерізу снігоміру і помножити на 10, то отримаємо висоту шару води у мм .

Приклад розрахунку щільності снігового покриву. Сніговий стовп вирізаний у 3 прийоми. Висоти снігового стовпа складали 58, 53 і 18 см. Відповідно число поділок, шкали ваг – 58, 56 і 29. Знайти щільність снігу d і запас води. Визначаємо загальну висоту снігового стовпа.

h=h₁+h₂+h₃=58+53+18=129 см

І загальне число поділок по шкалі терезів

n=n₁+n₂+n₃=58+56+29=143

Тоді

Запас води рівний середньому із 3 відліків по шкалі терезів.

Снігомірні зйомки. Для вирішення ряду практичних питань спостереження над сніговим покривом є недостатніми, тому необхідно проводити на території розташування метеорологічної станції снігомірні зйомки. Снігомірні зйомки є найдосконалішим способом вивчення розподілу снігового покриву і охоплюють значні площі. У програму агрометеорологічних спостережень входить проведення снігомірних зйомок на полях з озимими культурами, на маршруті (снігомірній лінії), довжиною 1000 м. Задача снігомірних зйомок – дати характеристику умов залягання снігового покриву у різних по рельєфу і рослинності ділянках місцевості і визначити запас води у снігу як на окремих ділянках, так і для всього району. Розрізняють 2 типи снігозйомок: декадні (пентадні) і контрольні.

Снігомірні зйомки проводяться 1 раз у декаду 10, 20 числа і у останній день місяця і складаються із вимірювання висоти і щільності снігового покриву. Висота снігового покриву визначається через кожні 10 м, а щільність – через кожні 100 м, починаючи з першої. При виконанні снігомірної зйомки визначається ступінь покриття сніговим покривом снігомірної ділянки шляхом підрахунку точок промірної лінії на ділянці, вкритій снігом і діленням цього числа на загальну кількість проведених вимірів (включаючи і точки, де снігу не було).

По результатам снігомірної зйомки:

а) розраховують середню висоту снігового покриву із 100 промірів;

б) вибирають найбільше і найменше значення результатів спостережень;

в) розраховують середню щільність снігового покриву;

д) розраховують запас води у сніговому покриві.

При розрахунку середньої висоти снігового покриву суму всіх вимірювань необхідно розділити на число вимірювань, включаючи і ті випадки вимірювань, коли висота покриву виявилася малою (запис «0»), або снігу у точці вимірювання не було.

Середня щільність сніжного покрову розраховується шляхом ділення суми середніх виміряних щільностей на їх число з округленням до сотих.

Розрахунок запасу води виконується наступним чином: запас води n = 10hd, де h – висота в см, а d – щільність снігового покриву.

При розрахунку запасу води у сніговому покриві по результатам снігомірної зйомки за h і d приймають середню висоту у см і середню щільність снігового покриву на ділянці снігомірної зйомки. Для переводу у мм ця величина помножується на 10.

Приклад. По даним снігомірної зйомки середня висота снігового покриву на ділянці h=28 см, а середня щільність d=0,22. Запас води у цьому випадку буде W = 10×28×0,22=61,6 мм ≈ 62 мм.

Обробка кожної снігозйомки виконується на станції відразу після її закінчення. Розраховані середні значення висоти, щільності снігу і запасу води по декадній (пентадній) снігозйомці записується у відповідні рядки книжки КМ-5, а по контрольній снігозйомці – у книжку КМ-6.

Завдання для лабораторної роботи.

1. Ознайомитись з будовою приладів та методикою вимірювання атмосферних опадів.

2. Побудувати графік річного ходу опадів для одного із пунктів області, користуючись даними середніх багаторічних показників (додаток К).

3. Розрахувати щільність снігового покриву по результатам вимірювання ваговим снігоміром.

Питання для самоконтролю:

1. Що називається атмосферними опадами?

2. Види атмосферних опадів.

3. Характеристики атмосферних опадів.

4. Якими приладами вимірюються атмосферні опади?

5. Конструкція і принцип дії опадоміра Третьякова.

6. Вимірювання опадів за допомогою польового дощоміру.

7. Принцип дії і конструкція самописця опадів – плювіографа.

8. Спостереження, обробка і реєстрація атмосферних опадів.

9. Як визначається ступінь покриття сніговим покривом околиці метеорологічної станції.

10. За допомогою яких приладів вимірюється висота і щільність снігового покриву?

11. Як розраховується щільність снігового покриву?

12. Що таке снігомірні зйомки?