Приборы для измерения лучистой энергии

Приборы для измерения лучистой энергии Анемометр

Основы актинометрии. уравнение баланса радиации. эффективное излучение. тэр климата и тэр испарения. — киберпедия

· Основы актинометрии

АКТИНОМЕТРИЯ — совокупность методов измерения лучистой энергии. К задачам актинометрии относятся исследование прямой солнечной радиации, поглощение и рассеяние ее молекулами атмосферы, различными твердыми и жидкими примесями, а также определение длинноволнового излучения земли и атмосферы.

В основу методов измерения лучистой энергии положен принцип превращения одного вида энергии в другой. При поглощении лучистой энергии солнца зачерненной поверхностью какого-либо приемника происходит переход лучистой энергии в тепловую. Регистрируя выделяющееся при этом количество тепла или повышение температуры приемной поверхности прибора, можно измерить величину потока солнечной радиации, падающего на прямую поверхность. Подобного рода принципы измерения лучистой энергии положены в основу калориметрического метода. Явление фотоэффекта и фотохимические воздействия использованы в фотоэлектрических и фотографических методах измерения.

При А. применяются приборы, в которых поток лучистой энергии определяется разностью температур приемной поверхности и окружающей среды, которая измеряется величиной тока, возникающего в цепи последовательно соединенных термопар. Такого рода приборы являются относительными и нуждаются в градуировке путем сравнения их показаний с показаниями абсолютных приборов.

· Уравнение баланса радиации

Приборы для измерения лучистой энергииПриборы для измерения лучистой энергииПриборы для измерения лучистой энергииПриборы для измерения лучистой энергииПриборы для измерения лучистой энергии

Радиационный баланс атмосферы и подстилающей поверхности, сумма прихода и расхода лучистой энергии, поглощаемой и излучаемой атмосферой и подстилающей поверхностью.

Для атмосферы Радиационный баланс состоит из приходной части — поглощённой прямой и рассеянной солнечной радиации, а также поглощённого длинноволнового (инфракрасного) излучения земной поверхности, и расходной части — потери тепла за счёт длинноволнового излучения атмосферы в направлении к земной поверхности (т. н. противоизлучение атмосферы) и в мировое пространство.

Приходную часть Радиационный баланс подстилающей поверхности составляют: поглощённая подстилающей поверхностью прямая и рассеянная солнечная радиация, а также поглощённое противоизлучение атмосферы; расходная часть состоит из потери тепла подстилающей поверхностью за счёт собственного теплового излучения.

Радиационный баланс является составной частью теплового баланса атмосферы и подстилающей поверхности.

· Эффективное излучение

Разница между собственным излучением тела и встречным излучением атмосферы называется эффективным излучением. Его значение и выражает действительный поток тепла от Земли или воды к атмосфере.

Величина эффективного излучения зависит от ряда факторов:

От температуры почвы или воды: чем она выше, тем больше тело теряет тепла излучением: В жаркий летний день и земля, и вода много излучают тепла в воздух и температура его повышается. Теплый воздух дает большой и встречный поток. Возрастает общий уровень эффективного излучения. Ночью, когда нагревание почвы и воды прекращается, уменьшается и их излучение. Перед утром оно становится совсем незначительным. Соответственно понижается и температура воздуха.

От влажности воздуха: водяной пар улавливает длинноволновое излучение и удерживает тепло. Влажная атмосфера посылает к Земле значительный встречный поток, эффективное излучение уменьшается. По этой причине во влажных климатах и при влажной погоде ночи не бывают так холодны, как в сухую погоду, и в странах с сухим климатом.

От туманов и облаков: капли воды облаков и туманов действуют, как и водяной пар, но в еще большей степени. Ночи при туманной и облачной погоде бывают обычно теплыми.

От близости или удаленности водоемов: водная масса, будучи теплоемкой, дольше, чем суша, удерживает тепло. Увеличением влажности, образованием облаков и туманов водоемы снимают эффективное излучение. По этой причине наибольшая потеря тепла зимой и ночью и, следовательно, резкие колебания ночной и дневной температур свойственны сухим внутриматериковым странам — Центральной и Средней Азии, Восточной Сибири и Антарктиде.

От абсолютной высоты местности: в горах, с уменьшением плотности воздуха уменьшается встречное и увеличивается эффективное излучение.

От растительности: мощный растительный покров, особенно леса, снижают эффективное излучение. В пустынях оно резко увеличивается.

От характера почво-грунтов: мощные и рыхлые почвы дольше удерживают и больше излучают тепло, каменистые почвы и особенно пески пустынь скорее его теряют и остывают.

Приборы для измерения лучистой энергииПриборы для измерения лучистой энергии

· ТЭР климата и ТЭР испарения (ТЭР — теплоэнергетические ресурсы)

ТЭР климата – количество энергии, которое затрачивается на нагревание воздуха, почвы, на фактические затраты тепла на испарения, на таяние почвенного льда.

Энергетической базой природных процессов являются теплоэнергетические ресурсы климата, формирующиеся в результате прихода прямой и рассеянной радиации на земную поверхность и обеспечивающие ее влагообмен с приземной атмосферой.

В формировании теплоэнергетических ресурсов климата участвуют: R — положительная составляющая радиационного баланса — разность между поглощенной коротковолновой (прямой и рассеянной) радиацией Солнца и балансом длинноволнового излучения в дневные и частично в сумеречные часы суток; Р — положительная составляющая турбулентного теплообмена — часть адвективного тепла, приносимого,в связи с циркуляцией атмосферного воздуха.

ТЭР испарения – это количеств энергии, которое затрачивается на все виды испарения: с водной поверхности, с поверхности суши, транспирации.

Вопрос. Атмосферные осадки

Осадкаминазывают воду, выпадающую в жидком или твердом состоянии на поверхность земного шара и наземные предметы из облаков или из воздуха, вследствие конденсации содержащегося в нем водяного пара.Осадки в зависимости от фазового состояния разделяются на: твердые (снег, град, снежная крупа, гололед, иней), жидкие ( дождь), смешанные ( снег с дождем, мокрый снег).Осадки характеризуются тремя параметрами: количеством, интенсивностью и продолжительностью их выпадения.Количество осадков измеряется толщиной слоя воды в мм, который образовался бы на горизонтальной поверхности от выпавших осадков при отсутствии просачивания в землю, стекания и испарения.

1 Мм осадков = 10 т воды на 1 га.

Интенсивность осадковизмеряют в миллиметрах в минуту (мм/мин) или в час (мм/ч).

Продолжительность выпадения осадков измеряют в часах или в минутах от начала до окончания их выпадения.

Осадки выпадающие их облаков делятся на 3 типа:

Обложные ( нижний ярус, слоистые облака).

Моросящие (нижний ярус, слоистые облака).

Ливневые ( кучевые облака вертикального развития).

Наблюдения за осадками включают: 1. визуальные – вид осадков, их интенсивность, время начала и конца выпадения 2. измерение количества осадков с помощью приборов – осадкомера и дождемера Третьякова, полевого дождемера Давитая, плювиографа, суммарного осадкомера, напочвенного осадкомера.

§

Дождемер и осадкомер Третьякова.На столбе высотой 2метра устанавливается осадкомерное ведро. Поперечное сечение ведра 500см.кв., высота -40см. Внутри ведра диафрагма воронкообразной формы ( служит для уменьшения испарения воды из ведра). В стенке ведра впаяна небольшая трубочка, через которую сливается вода (осадки) в измерительный стакан. Ведро устанавливается в кольцевую оправу, наглухо закрепленную на столбе. Вокруг оправы конусообразная защита. Она нужна чтобы уменьшить влияние ветра.

Осадкомер Третьякова состоит из : осадкомерного ведра, крышка на ведро, таган для установки ведра, планочная ветровая защита, измерительный стакан. Ведро металлическое, высота 40см, площадь сечения 200см.кв. Ветровая защита состоит из 16 трапецевидных изогнутых планок, которые крепятся на 2 кольца (нижнее и верхнее).

Цена деления осадкомерного стакана 0.1мм.

Осадкомер устанавливается на метеорологической площадке на деревянном столбе. Приемная его поверхность должна находится на высоте 2 метра от поверхности почвы. К нему прикрепляется металлическая лесенка. Измерения проводятся два раза в сутки ( 8час. Утра и 18час. Вечера), или по мере надобности. Если количество осадков меньше одного деления стакана, то сумма осадков равна 0мм. Если осадков более 100мм (100 делений стакана), то измерение проводится по частям. Твердые осадки растапливаются.

Полевой дождемер Давитая.

Это цилиндрический стеклянный стакан с расширением в верхней части и плоским основанием. Приемная площадь дождемера 30см.кв., высота -34см. Цена деления -1мм. Рассчитан на измерение 60-65мм осадков. Для уменьшения испарения воды в стакан вставляется небольшая стеклянная воронка. Измеряют им количество осадков на сельхозполях, где ведутся инструментальные наблюдения за влажностью почвы, если этот участок находится на расстоянии более 2км от метеоплощадки.

Дождемер напочвенный

устанавливается в углублении в земле так, чтобы его приемное отверстие находилось на уровне земли, где скорость ветра близка к нулю и не отклоняет капельки дождя или снежинки.

Осадкомер суммарный – применяется для наблюдений в трудно доступных местах, когда нужна информация об осадках за длительный период времени ( месяц, сезон). Состоит из 2-х частей — верхняя съемная (приемная часть) и нижняя — конусообразный закрытый сосуд. К приемной части крепится планочная ветровая защита.(стр.132 практикум Виткевич)

вертикальным стержнем. К стержню прикреплено горизонтальное перо, которое на ленте барабана чертит линию – график изменения количества осадков или плювиограмму. (стр. 141 практикум Виткевич). В сосуд с поплавком входит одно колено сифонной трубки. Внизу стоит контрольный сосуд.

6.Влажностьвоздуха. Приборы. Велечины, характерезующие влажность.Абсолютная и относительная влажность воздуха.Еденицы измерения формулы.

Влажность воздуха — это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли — одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата.

Влажность воздуха в земной атмосфере колеблется в широких пределах. Так, у земной поверхности содержание водяного пара в воздухе составляет в среднем от 0,2 % по объёму в высоких широтах до 2,5 % в тропиках. Упругость пара в полярных широтах зимой меньше 1 мбар (иногда лишь сотые доли мбар) и летом ниже 5 мбар; в тропиках же она возрастает до 30 мбар, а иногда и больше. В субтропических пустынях упругость пара понижена до 5—10 мбар.

Про анемометры:  анемометр кран на АлиЭкспресс — купить онлайн по выгодной цене

Абсолютная влажность воздуха (f) — это количество водяного пара, фактически содержащегося в 1 м³ воздуха. Определяется как отношение массы содержащегося в воздухе водяного пара к объёму влажного воздуха.

Обычно используемая единица абсолютной влажности — грамм на метр кубический, г/м³

Относительная влажность воздуха (φ) — это отношение его текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре. Она также определяется как отношение парциального давления водяного пара в газе к равновесному давлению насыщенного пара.

Гигрометры

Прибор, измеряющий влажность воздуха, называется гигрометром. Сегодня в магазинах чаще всего можно встретить электронные гигрометры различных модификаций. Для детской комнаты и простого систематического контроля за влажностью в доме, такого приборчика может быть вполне достаточно, тем более что и цена у него приемлемая. Однако высокой точностью показания такого гигрометра не отличаются. Иногда они могут давать погрешность в пределах 20%.

Механический гигрометр будет стоить дороже электронного, но зато и работать станет точней. Устройство представляет собой шкалу со стрелкой. Существуют волосяные и пленочные модификации такого прибора. В первой на изменения влажности воздуха реагирует длинный женский волос, соединенный с прибором учета. В пленочном гигрометре роль измерительного элемента играет специальная тонкая пленка. Однако следует учитывать, что оба гигрометра будут давать довольно точные сведения при низких температурах, а вот в жару их показания могут искажаться.

Психрометр

Наиболее точным прибором для определения относительной влажности воздуха при различных температурах является психрометр. В основу его работы положена разница между температурой на двух шкалах термометра – сухом и влажном. Правда, для получения результата, придется приложить некоторые усилия: смочить ткань водой, поместить в прибор и подождать некоторое время, а потом еще вычислить ответ по специальной таблице. Однако если вы ищите действительно достоверные данные о влажности и колебания в 15-20% вас не удовлетворяют, покупайте именно психрометр с двумя шкалами. Он вас не подведет.

Влажность – не температура или время. При ее измерении существуют некоторые нюансы. Поэтому прежде чем отправляться в магазин за желанным приборчиком, тему стоит немного изучить. Для начала надо разобраться в основных понятиях. Влажность воздуха бывает абсолютной и относительной. Абсолютная – это плотность в воздухе водяного пара. При различной температуре эта величина будет неодинаковой. А вот относительная влажность воздуха – это именно то, о чем постоянно говорят в прогнозе погоды и метеосводках. Выражаясь простым языком, эта величина показывает, какого количества влаги не хватает воздуху до момента, когда начнется ее конденсация. Именно прибор для определения относительной влажности воздуха и нужен для детской комнаты, офиса или другого бытового использования.

Влажность обычно характеризуется количеством воды в веществе, выраженным в процентах (%) от первоначальной массы влажного вещества (массовая влажность) или её объёма (объёмная влажность).

Влажность можно характеризовать также влагосодержанием, или абсолютной влажностью — количеством воды, отнесённым к единице массы сухой части материала. Такое определение влажности широко используется для оценки качества древесины.

Эту величину не всегда можно точно измерить, так как в ряде случаев невозможно удалить всю неконденсированную воду и взвесить предмет до и после этой операции.

Относительная влажность характеризует содержание влаги по сравнению с максимальным количеством влаги, которое может содержаться в веществе в состоянии термодинамического равновесия. Обычно относительную влажность измеряют в процентах от максимума.

§

· Давление воздуха – приборы, единицы измерения

Давление – это величина, характеризующая действие силы на единицу поверхности.

При определении величины давления принято различать давление абсолютное, атмосферное, избыточное и вакуумметрическое.

Абсолютное давление (ра)– это давление внутри какой-либо системы, под которым находится газ, пар или жидкость, отсчитываемое от абсолютного нуля.

Атмосферное давление (рв)создается массой воздушного столба земной атмосферы. Оно имеет переменную величину, зависящую от высоты местности над уровнем моря, географической широты и метеорологических условий.

Избыточное давлениеопределяется разностью между абсолютным давлением (ра) и атмосферным давлением (рв):

ризб = ра – рв.

Вакуум (разрежение)– это такое состояние газа, при котором его давление меньше атмосферного. Количественно вакуумметрическое давление определяется разностью между атмосферным давлением и абсолютным давлением внутри вакуумной системы:

рвак = рв – ра

При измерении давления в движущихся средах под понятием давления понимают статическое и динамическое давление.

Статическое давление (рст)– это давление, зависящее от запаса потенциальной энергии газовой или жидкостной среды; определяется статическим напором. Оно может быть избыточным или вакуумметрическим, в частном случае может быть равно атмосферному.

Динамическое давление (рд)– это давление, обусловленное скоростью движения потока газа или жидкости.

Полное давление (рп)движущейся среды слагается из статического (рст) и динамического (рд) давлений:

рп = рст рд.

Единицы измерения давления

В системе единиц СИ за единицу давления принято считать действие силы в 1 H (ньютон) на площадь 1 м², т. е. 1 Па (Паскаль). Так как эта единица очень мала, для практических измерений применяют килопаскаль (кПа = 103Па) или мегапаскаль (МПа=106Па).

Кроме того, на практике применяют такие единицы давления:

· миллиметр водяного столба (мм вод. ст.);

· миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.);

· атмосфера;

· килограмм силы на квадратный сантиметр (кг·с/см²);

· бар.

При этом соотношение между этими величинами следующее:

1 Па = 1 Н/ м²

1 кг·с/см² = 0,0981 МПа = 1 атм

1 мм вод. ст. = 9,81 Па = 10-4кг·с/см² = 10-4атм

1 мм рт. ст. = 133,332 Па

1 бар = 100 000 Па = 750 мм рт. ст.

Физическое объяснение некоторых единиц измерения:

· 1 кг·с/см² – это давление столба воды высотой 10м;

· 1 мм рт. ст. – это величина уменьшения давления при подъеме на каждые 10м высоты.

Приборы

1.Барометр-анероид — Для измерения атмосферного давления применяется барометр-анероид. Принцип действия его основан на свойстве упругих тел изменять свою форму в зависимости от величины производимого на них давления.

2.Баротермогигрометр. Для измерения атмосферного давления можно воспользоваться баротермогигрометром (БМ-2). Механизм прибора состоит из узлов барометра, гигрометра и термометра. Чувствительным элементом узла барометра является мембранная барокоробка. При изменении атмосферного давления верхний центр мембранной барокоробки перемещается. Это перемещение с помощью передаточного механизма преобразуется в движение стрелки давления 2 по шкале прибора.

3.Жидкостные манометры.иПростейший жидкостный манометр Представляет собой U-образную стеклянную трубку, закрепленную на деревянной подставке. Между стеклянными трубками размещена шкала 3 с миллиметровыми делениями. Манометр заполняется подкрашенной водой до нулевой отметки. Разность давлений определится по расстоянию между менисками в обеих трубках, т. е. сумма отсчета в мм шкале.

4.Микроманометр ЦАГИ представляет закрытый цилиндрический резервуар, вставленный в обойму.

Конструкция прибора следующая. На плите / укреплен резервуар, герметически закрытый крышкой на резиновой прокладке. На крышке смонтированы трехходовой кран, заливочная пробка, закрывающая отверстие для заливки, и регулятор нулевого положения мениска, служащий для установки мениска спирта в измерительной трубке на нулевой риске шкалы К плите крепится кронштейн, с измерительной стеклянной трубкой.

5.Пневмометрическая трубка МИОТ состоит из двух спаянных по длине трубок. Одна из них, снабженная полушаровой головкой с отверстием посередине, предназначена для измерений полных давлений; другая, — имеющая глухой скошенный с двух сторон конец, — для измерений статических давлений.

6.Трубка Хлудова служит для измерения давлений во всасывающих отверстиях. Ее особенностью является загнутая на 180° головная часть.

При измерении давления пневмометрическую трубку вводят в воздуховод через специальное отверстие и устанавливают загнутым концом навстречу потоку воздуха.

· Циркуляции воздушных масс в атмосфере – циклоны и антициклоны.

Общая циркуляция атмосферы — круговоротные движения воздушных масс, простирающиеся по всей планете. Они являются переносчиками различных элементов и энергии по всей атмосфере.

Прерывистое и сезонное размещение тепловой энергии вызывает воздушные течения. Это приводит к разному прогреванию почвы и воздуха на всевозможных территориях.

Именно поэтому солнечное влияние является основоположником движения воздушных масс и циркуляции атмосферы.

Движение воздушных масс неизменно и безостановочно, они движутся по нашей планете, создавая замкнутый круг. Быстрота передвижения этих масс напрямую связана с солнечной радиацией, взаимодействия с океаном и взаимодействия атмосферы с почвой.

Атмосферные движения вызываются нестабильностью распределения солнечного тепла по всей планете. Чередование противоположных воздушных масс — теплых и холодных, — их постоянное скачкообразное перемещение вверх и вниз, образует различные циркуляционные системы.

Получение тепла атмосферой происходит тремя путями — использованием солнечной радиации, с помощью конденсации пара и теплообмена с земным покровом.

Влажный воздух также важен для насыщения атмосферы теплом. Огромную роль в этом процессе играет тропическая зона Тихого океана.

Циклон

Циклон – атмосферный вихрь огромного диаметра с пониженным давлением воздуха в центре.

Воздух в циклонах циркулирует против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном. Кроме того, в воздушных слоях на высоте от земной поверхности до нескольких сот метров, ветер имеет слагаемое, направленное к центру циклона, по барическому градиенту.

Циклон – не просто противоположность антициклону, у них различается механизм возникновения. Циклоны постоянно и естественным образом появляются из-за вращения Земли, благодаря силе Кориолиса. Различают два вида циклонов – внетропические и тропические.

Про анемометры:  Kenworth T2000 v1.2 beta для American Truck Simulator

Внетропические образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от 1000 км в начале развития, и до нескольких тысяч.

Среди внетропических циклонов выделяют южные циклоны, образующиеся на южной границе умеренных широт и смещающиеся на северо-восток. Южные циклоны обладают колоссальными запасами энергии; с ними в средней полосе России связаны наиболее сильные осадки, ветры, грозы, шквалы и другие явления погоды.

Тропические циклоны образуются в тропических широтах и имеют меньшие размеры, но бо́льшие барические градиенты и скорости ветра, доходящие до штормовых. Для таких циклонов характерен также т. н. «глаз бури» – центральная область диаметром 20-30 км с относительно ясной и безветренной погодой. Тропические циклоны могут в процессе своего развития превращаться во внетропические.

Антициклон

Антициклон – область повышенного атмосферного давления.

Для антициклона характерно преобладание ясной или малооблачной погоды. Вследствие охлаждения воздуха от земной поверхности в холодное время года и ночью в антициклоне возможно образование приземных инверсий и низких слоистых облаков и туманов. Летом над сушей возможна умеренная дневная конвекция с образованием кучевых облаков. Высокие малоподвижные антициклоны, нарушающие общий западный перенос средних широт, называются блокирующими.

Антициклоны достигают размера несколько тысяч километров в поперечнике. В центре антициклона давление обычно 1020-1030 мбар. Перемещаются в направлении общего переноса воздуха в тропосфере, то есть с запада на восток, отклоняясь при этом к низким широтам.

В летний период антициклон приносит жаркую малооблачную погоду. В зимний период антициклон приносит сильные морозы, иногда также возможен морозный туман.

Блокирующий антициклон – практически неподвижный мощный антициклон, который обладает способностью не пропускать другие воздушные массы на занятую собой территорию. Средний срок жизни такого антициклона — от трёх до пяти суток, лишь 1 % антициклонов дотягивает до 15 суток.

§

· Снежный покров и его характеристики. Единицы измерения.

Снежный покров — слой снега на поверхности Земли, образовавшийся в результате снегопадов и метелей.

Снежный покров оказывает огромное влияние на климат, рельеф, гидрологические и почвообразовательные процессы, жизнь растений и животных. Снежный покров предохраняет почву от глубокого промерзания и сохраняет озимые посевы, поглощает азотистые соединения, удобряя тем самым почву, адсорбирует атмосферную пыль, охлаждает приземные слои воздуха.

Снежный покров является эффективным накопителем аэрозольных загрязняющих веществ, выпадающих из атмосферного воздуха. При снеготаянии эти вещества поступают в природные среды, главным образом в воду, загрязняя их.

При образовании и выпадении снега в результате процессов сухого и влажного вымывания концентрация загрязняющих веществ в нем оказывается обычно на 2-3 порядка величины выше, чем в атмосферном воздухе. Поэтому измерения содержания этих веществ могут производиться достаточно простыми методами и с высокой степенью надежности.

Снежный покров позволяет решить проблему количественного определения суммарных параметров загрязнения (сухих и влажных выпадений).

Взаимоотношение между сухими и влажными выпадениями зависит от многих факторов, главными из которых являются: длительность холодного периода, частота снегопадов и их интенсивность, физико-химические свойства загрязняющих веществ, размер аэрозолей.

Основными величинами, характеризующими снежный покров, являются его высота и плотность.

Высота измеряется от мм до м.

Плотность снежного покрова измеряется в кг/кубометр.

· Снегосъемки, запас воды в снежном покрове.

Наблюдения за снежным покровом по регламенту маршрутных снегосъемок осуществляются через каждые 10 дней в течение холодного периода.

Снегосъемки осуществляются отдельно для трех типов ландшафта: поле, лес и овраги. Длина маршрута составляет 1 или 2 км ( в поле и в лесу). Каждые 10 (в лесу) или 20 (в поле) метров измеряется высота снежного покрова, каждые 100 (в лесу) или 200 (в поле) метров измеряются остальные характеристики снежного покрова. В оврагах измерения проводятся только по заданию Гидрометеорологической обсерватории.

Определение истинной величины снегозапасов в бассейне.

Измерения осуществляются каждые 10м, причём на 5 – 10 измерений высоты приходится одно измерение плотности. Если высоту снежного покрова hсн выразить в см, а плотность γ в г/см3, то снегозапасы в мм составляют: S=10hснγ. Средние снегозапасы бассейна вычисляются как средние взвешенные с учётом доли площади, занятой полем, лесом и овражно – балочной сетью. В свою очередь, средняя величина снегозапасов для поля, также как для леса и овражно-балочной сети, определяется как средняя арифметическая из данных измерений. Обычно данных о снегозапасах в лесу в 3-5 раз меньше, чем в поле, и это отрицательным образом влияет на точность прогноза.

13.Ветер и его характеристики. Приборы. Экстремальные значения скорости ветра. Розы ветров.

Неравномерное распределение давления у земной поверхности вызывает перемещение воздуха. Движение воздуха в горизонтальном направлении называется ветром. Ветер всегда дует из области повышенного давления в область пониженного давления. Как всякое движение, ветер имеет две характеристики: скорость и направление.

Cкорость ветра – количество метров, проходимое воздухом в секунду (м/с). На метеорологических станциях ее определяют флюгером Вильда и анеморумбометром (греч. anemos – ветер), в полевых условиях – анемометрами различной конструкции. Иногда скорость ветра, т. е. его силу, оценивают визуально в баллах (по двенадцатибалльной шкале Бофорта), указывая название ветра.

На скорость ветра влияет разница в давлении, трение и плотность воздуха. Разность давления определяется горизонтальным барическим градиентом. Это изменение давления по нормали (т. е. перпендикулярно) к изобаре в сторону уменьшающегося давления на единицу расстояния – длину 1° меридиана или 100 км. Чем больше разница в давлении, т. е. горизонтальный барический градиент, тем сильнее ветер. Трение уменьшает скорость ветра, поэтому с увеличением высоты над земной поверхностью ветер сильнее. На высоте ветер усиливается и из-за меньшей там плотности воздуха. Это особенно ощущается в горах, на их вершинах или перевалах, где создаются условия аэродинамической трубы. Скорость ветра учитывается в повседневной жизни, особенно при строительстве высотных сооружений, например телебашен, труб и пр.

Ветер – сложное воздушное течение, скорость его постоянно колеблется, направление частиц воздуха непрерывно меняется, поэтому он дует порывисто. Турбулентность ветрового потока можно наблюдать во время падения снежинок при ветре, когда они совершают беспорядочные движения. Турбулентность ветра обусловлена неравномерным нагревом и неровностями земной поверхности, т. е. она термического и динамического происхождения. Турбулентность ветра зависит также от соотношения температуры приходящего воздуха и подстилающей поверхности. Когда холодная воздушная масса приходит на теплую поверхность (например, на Восточно-Европейскую равнину летом с Арктики или Атлантики), она снизу подогревается, развивается конвекция и турбулентность усиливается. Когда относительно теплый воздух приходит на холодную поверхность (зимой с Атлантики), то он от снега охлаждается, стратификация воздуха становится устойчивой, а турбулентность – незначительной.

Чтобы охарактеризовать ветровой режим местности, т. е. скорость или направление ветров, надо взять их осредненные значения за длительное время и построить диаграмму – розу ветров. С помощью розы ветров обычно определяют преобладающее направление ветров за год. Для этого от начала координат откладывают 8 или 16 отрезков по сторонам горизонта, длины которых пропорциональны повторяемости ветров соответствующего направления (%). Концы отрезков соединяют ломаной линией. Повторяемость штилей указывают числом в центре диаграммы.

На Земле одновременно дуют ветры разной протяженности, разной силы и разных направлений. Значительная их часть обусловливается динамикой воздушных масс в постоянных и сезонных центрах действия атмосферы, а также в циклонах и антициклонах умеренных широт на границах воздушных масс с различными свойствами. В то же время существуют и локальные ветры, возникающие только в определенных районах и вызванные спецификой местных орогидрографических условий. Таким образом, все ветры Земли можно в первом приближении разделить на ветры планетарного масштаба – общую циркуляцию атмосферы, ветры атмосферных вихрей во фронтальных зонах и местные ветры.

Анемометр, ветрометр— прибор для измерения скорости движения газов, воздуха в системах, например, вентиляции. В метеорологии применяется для измерения скорости ветра.

По принципу действия различают механические анемометры, в которых движение газа приводит во вращение чашечное колесо или крыльчатку (подобие воздушного винта), тепловые анемометры, принцип действия которых основан на измерении снижения температуры нагретого тела, обычно накаливаемой проволоки, от движения газа, ультразвуковые анемометры, основаны на измерении скорости звука в газе в зависимости от движения его, так, навстречу ветру скорость звука ниже, чем в неподвижном воздухе, по ветру — наоборот, выше.

14.ТЭР климата и ТЭР суммарного испарения. Единицы измерения, Удельная теплота парообразования. Ход изолиний ТЭР климата и ТЭР испарения.

Tk – теплоэнергетические ресурсы климата – количество энергии, которая затрачивается на нагревание воздуха, почвы, на фактические затраты тепла, на испарение, таяние льда.

Тк =1910 52,6 * tnn Мдж/м2

Чтобы найти tno

1) tcp>0, tnn=1,8

2) tcp<0, tnn

Tz – теплоэнергетические ресурсы испарения – количество энергии, которая затрачивается на все виды испарения:

1) испарение с водной поверхности;

2) испарение с поверхности суши;

3) транспирация.

Tz=17.6Σt>0 400 МДж/м2

L – удельная теплота парообразования.

L=2,51 МДж/м2мм.

§

Про анемометры:  Каким прибором измеряется направление и скорость ветра

Гидрометрическая вертушка предназначается для измерения скоростей течения реки, как на поверхности, так и на заданной глубине.

По положению оси различают два типа вертушек: с горизонтальной осью вращения и с вертикальной осью вращения. По способу установки или погружения вертушки разделяют на тросовые, штанговые и штанго-тросовые. По способу регистрации частоты вращения вертушек можно выделить механические и электрические вертушки.

Независимо от типа вертушки имеют следующие основные узлы: ходовую часть с лопастным винтом и контактным механизмом, корпус, стабилизатор направления и сигнальное устройство.

Ходовая часть является основной частью вертушки. Она состоит из лопастного винта, оси и контактного механизма. Лопастной винт, воспринимая гидродинамическое давление набегающей на него воды, вращается. При этом происходит замыкание контактов через определенное число оборотов.

Корпус вертушки служит для соединения частей и крепления ее на тросе или штанге. Ходовая часть в собранном виде укрепляется в передней части корпуса с помощью стопорного винта. В задней части корпуса крепится стабилизатор направления.

Стабилизатор направления служит для установки прибора в потоке по направлению течения. Он в основном применяется при подвеске вертушки на тросе.

Сигнальное устройство, состоящее из панели выводов, звонка (лампочки), переключателя и сигнальных проводов, служит для преобразования электрического импульса в звуковой или в световой сигнал.

Влияние параметров Cv и Cs на очертании прямой обеспеченности.

K=𝑄𝑖𝑄𝑜 → Qp%=Qo*Kp%

Qp%- расход 80% и 95% области

Qo- норма стока для среднего значения

Kp% — модульный коэффициент соответствие 80% и 95% области

Kp%→Сv

Сv- характеристика не симметричного ряда средний годовой расход

Cv=√∑(𝐾−1)^2𝑛−1, при n ≤30

Cs= Cv; Cs= 2Cv; Cs=3Cv

Найденные по материалам наблюдений коэффициент вариации Cv и коэффициент асимметрии Cs позволяют получить сглажен ную кривую и экстраполировать данные наблюдений до заданных значений обеспеченностей. Очертания теоретических биномиальных кривых распределения в интегральной форме (кривых обеспеченности) обусловлены параметрами Cv и Cs.

Водосбор, его элементы и характеристики.

Водосбор реки – это часть земной поверхности и толщи почв и грунтов, откуда данная река получает свое питание. Поскольку питание рек может быть поверхностным и подземным.

Поверхностный водосбор представляет собой площадь земной поверхности, с которой воды поступают в данную речную систему или отдельную реку.

Подземный водосбор образуют толщи почво-грунтов, из кото­рых вода поступает в речную сеть.

Следует отметить, что поверхностный водосбор может не совпадать с подземным. Однако из-за больших трудностей в определении границы подземного водосбора его несовпадение с поверхностным часто не учитывается. Границы поверхностного водосбора определяются достаточно точно водораздельной линией по карте с горизонталями.

Элементами водосбора являются водоразделы, склоны и гидрографическая сеть.

Под водораздельным пространством или водоразделом на равнине понимают междуречье, не имеющее стока в какую-либо речную систему, или со стоком, осуществляемым слабоврезанными верховьями рек. В более широком плане – это пространства, примыкающие к водораздельным линиям. Различают водоразделы первого порядка, ограничивающие водосборы суходольных систем, и водоразделы более высоких порядков, которые ограничивают водосборы лощин, ложбин.

Гидрографической сетью называют сеть понижений, по которым осуществляется сток поверхностных вод. Верхняя ее часть, обычно лишенная постоянных водотоков, называется суходольной сетью.

К морфометрическим характеристикам водосбора относят:

— площадь бассейна F [км2];

— длину водораздельной линии l0 [км];

— длину бассейна Lб [км], обычно определяемую как прямую, соединяющую устье реки и точку на водоразделе, прилегающую к истоку реки;

— максимальную ширину бассейна Вmax [км];

— среднюю ширину бассейна Вср [км];

— высоту поверхности водосбора Hср [м];

— средний уклон склонов бассейна iср [‰ или в долях единицы].

Отдельный документ

§

· Расчет нормы годового стока при неполном наличии данных наблюдений.

Среднее значение годового стока за многолетний период при неизменных физико-географических условиях, включающий не менее двух чётных замкнутых циклов колебаний водности называется нормой годового стока. Норма годового стока имеет очень важное значение при расчётах стока и проведении различного рода водохозяйственных мероприятий на реках, т.к. она характеризует потенциальные водные ресурсы того или иного региона. Большое значение нормы стока как расчётной хар-ки определяется её неизменяемостью, т.к. она определяется соотношением осадков и испарения. Поэтому норма стока, определённая по наблюдениям за прошедший промежуток времени может быть распространена на будущий промежуток времени. При расчётах нормы стока имеют место 3 случая расчётов: 1) имеется длительный период гидрометрических наблюдений; 2) период наблюдений недостаточен для определения хар-к стока; 3) отсутствие данных гидрометрических наблюдений.

При недостаточности. В этом случае основным приёмом расчёта является использование метода гидрологической аналогии, т.е. для определения нормы стока расчётной реки подбирается река-аналог с длительным периодом наблюдений и норма стока определяется следующим образом: 1) с использованием формул приведения, когда норма стока определяется по империческим формулам с учётом некоторых параметров расчётной реки и реки-аналога; 2) норма стока определяется погодично восстановленным годовым расходам расчёта реки, т.е. имеет место удлинение ряда расчёта реки. Используется 2 метода: 1) графический; 2) аналитический. Графический метод. За совместный период наблюдений расчётной реки и реки-аналога строится график связи. С помощью графика по расходам реки-аналога удлиняют ряд расчётной реки. Аналитический метод. По уравнению кривой регрессии подбираются параметры уравнения и по уравнению восстанавливается ряд расчётной реки

· Подбор реки аналога

Под рекой-аналогом понимают реку, обеспеченную данными гидрологических наблюдений и находящуюся в схожих условиях формирования стока с рекой, для которой выполняется расчет.

При выборе реки-аналога производится оценка и сравнение:

· пространственной структуры колебаний рассматриваемой гидрологической характеристики, отражающей характер пространственной связанности рассматриваемой гидрологической характеристики,

· однотипности стока рек аналогов и исследуемой реки;

· географической близости расположения водосборов;

· однородности условий формирования стока, сходства климатических условий, однотипности почв (грунтов) и гидрогеологических условий, степени озерности, залесенности, заболоченности и распаханности водосборов;

· средних высот водосборов, экспозиции склонов и гипсометрии;

· факторов, существенно искажающих естественный речной сток (регулирование речного стока, сбросы воды, изъятие стока на орошение и другие нужды).

24.Поперечный профиль реки. Расход потока. Методы его определения.

· Поперечный профиль реки

В поперечном профиле реки мы различаем две части: поперечный профиль речной долины и поперечный профиль самой реки. Для получения представления о профиле самой реки или, точнее, речного русла необходимо произвести промеры глубин реки.

Промеры производятся или ручным способом или механическим.

Для промеров ручным способом применяют наметку или ручной лот. Наметка представляет собой шест из гибкого и прочного дерева круглого сечения диаметром 4—5 см, длиной от 4 до 7 м.

Нижний конец наметки отделывается железом. Наметка окрашивается в белый цвет и размечается на десятые доли метра. Нулевое деление соответствует нижнему концу наметки. При всей простоте устройства наметка дает точные результаты.

Для вычерчивания профиля реки проводится горизонтальная линия, на которой по масштабу откладываются точки промеров. От каждой течки вниз проводится перпендикулярная линия, на которой также по масштабу откладываются полученные от промеров глубины. Соединяя нижние концы вертикалей, мы получаем профиль. Ввиду того что глубина рек по сравнению с шириной очень небольшая, при вычерчивании профиля вертикальный масштаб берут больше горизонтального. Поэтому профиль является искаженным, но более наглядным.

Ширина реки просто определяется по длине верхней горизонтальной линии, изображающей поверхности реки.

Смоченный периметр — это длина линии дна реки на профиле от одного уреза берега реки до другого. Вычисляется он путем сложения длины всех отрезков линии дна на чертеже живого сечения реки.

Гидравлический радиус — это частное от деления площади живого сечения на длину смоченного периметра (R=F/Р м).

Средняя глубина — это частное от деления площади живого сечения реки на ширину реки (hср =F/Bм).

Для равнинных рек величина гидравлического радиуса обыкновенно очень близка к величине средней глубины (R≈hcp).

Наибольшая глубина восстанавливается по данным промеров.

· Расход потока.

Расход потока жидкости – количество жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока.

Различают объёмный, массовый и весовой расходы жидкости.

Объёмный расход жидкости это объём жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Объёмный расход жидкости измеряется обычно в м3/с, дм3/с или л/с. Он вычисляется по формуле

Приборы для измерения лучистой энергии ,

где Q — объёмный расход жидкости,

W — объём жидкости, протекающий через живое сечение потока,

t – время течения жидкости.

Массовый расход жидкости это масса жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Массовый расход измеряется обычно в кг/с, г/с или т/с и определяется по формуле

Приборы для измерения лучистой энергии

где QM — массовый расход жидкости,

M — масса жидкости, протекающий через живое сечение потока,

t – время течения жидкости.

· Методы его определения

Расход воды в открытых водотоках (Q) обычно находят через живое сечение (W) и среднюю скорость потока (V) по формуле: Q = W·V

Также расход воды определяют с помощью каких-либо веществ, обладающие известными физическими или химическими свойствами. Вещество известной концентрации, пройдя вместе с потоком некоторое расстояние, понизит вследствие перемешивания свою начальную концентрацию. Степень понижения концентрации зависит от расхода воды, поэтому уменьшение концентрации вещества и является критерием расхода водотока.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий